CN102386806A - 跟踪型太阳能光伏发电系统 - Google Patents

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韦军
穆嘉松
安好
栗亮
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Abstract

本发明提出跟踪型太阳能光伏发电系统，使太阳光始终垂直照射在光伏电池板的接收面上，使接收到的太阳辐射大大增加，提高太阳能光伏发电设备的能量利用率，该太阳能光伏发电系统包括方位角跟踪支架系统、高度角跟踪支架系统、旋台、跟踪控制系统、光伏电池板，其中方位角跟踪支架系统可搭载至少一套高度角跟踪支架系统，一套高度角跟踪支架系统可搭载至少一块光伏电池板，在跟踪控制系统的控制下可配合实现对太阳高度角、方位角全角度跟踪。

Description

跟踪型太阳能光伏发电系统
技术领域
本发明涉及太阳能利用技术，具体涉及太阳跟踪技术。
背景技术
能源的相对短缺及其在能源开发与利用过程中的低效率及所造成的环境污染正成为我国经济与社会可持续发展的重要制约因素。目前就全国而言，急需发展低成本的、方便的新技术来利用新能源，以适应不同地区的需要，节约能源，减少污染。新能源要同时符合两个条件：一是蕴藏丰富、不会枯竭，二是安全、干净、不会威胁人类和破坏环境。
科学研究表明，照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。可以说，太阳能是真正取之不尽、用之不竭的能源。而且太阳能发电绝对干净，不产生公害，完全符合当前全球能源危机下新能源的选择标准。
太阳能的应用在发达国家已经发展得比较成熟了，我国更应该大力推行太阳能在日常生活中的使用，以便节约化石燃料，节约电力满足正常的生产、生活需求。太阳能利用和电能、核能、天然气利用等相比，虽然所占的份额不高，但它却是最经济实惠的，也是中国乃至世界面临能源危机的最佳解决方案。
太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，其收集和利用的要求较高。太阳能接受组件的效能因为阳光倾斜照射产生的余弦效应而没有充分发挥，为太阳能接受组件安装跟踪太阳的装置，使太阳光线垂直地照射在太阳能接受组件上，是解决因余弦效应导致发电效率低下的有效办法。
若使用太阳跟踪系统，使太阳光始终垂直照射在太阳能接受组件的接收面上，则接收到的太阳辐射将大大增加。其理论分析表明：对太阳光线运动的跟踪与非跟踪，太阳能设备能量的接收率相差37.7％。精确的跟踪太阳可使太阳能设备的能量利用率大大提高，拓宽了太阳能的利用领域。
本发明依据上述技术原理，本发明提出了跟踪型太阳能光伏发电系统。
发明内容
本发明提出跟踪型太阳能光伏发电系统，主要包括方位角跟踪支架系统、高度角跟踪支架系统、旋台、跟踪控制系统、光伏电池板，其中方位角跟踪支架系统可搭载至少一套高度角跟踪支架系统，一套高度角跟踪支架系统可搭载至少一块光伏电池板，在跟踪控制系统的控制下可配合实现对太阳高度角、方位角全角度跟踪。
如附图1、附图2、附图3所示，方位角跟踪支架系统承载着至少一套高度角跟踪支架系统，高度角跟踪支架系统可独立于方位角跟踪支架系统工作，实现太阳高度角跟踪。方位角跟踪支架系统安装在旋台之上，方位角跟踪支架系统至少安装一个落地轮，利用上述落地轮将方位角跟踪支架系统、高度角跟踪支架系统支撑在旋台之上。旋台设置旋台中心转点，方位角跟踪支架系统通过其设置的至少一个中心连杆连接在旋台中心转点上，使得方位角跟踪支架系统以旋台中心转点为圆心在旋台上旋转，其落地轮旋转轨迹行程为45°以上的圆弧。
旋台由以下几部分组成：落地轮支撑机构、旋台中心转点，其中落地轮支撑机构至少包含上述落地轮旋转轨迹。旋台中心转点设置在上述落地轮旋转轨迹的圆心上。
方位角跟踪支架系统主要包括落地轮、中心连杆、主支架、方位角跟踪驱动装置。其中所有的落地轮都安装在主支架上，主支架通过中心连杆与旋台中心转点连接。方位角跟踪驱动装置包括电机、链轮、链条、链条托架，链轮安装在电机上，且与链条链连接，链条安装在链条托架上，链条托架固定在主支架上，电机在跟踪控制系统的控制下带动链轮旋转，从而拉动链条，驱动主支架在内的方位角跟踪支架系统绕旋台中心转点旋转，从而实现太阳方向角跟踪。
高度角跟踪支架系统主要包括光伏电池板支撑架、线性驱动器，旋转连接器。光伏电池板支撑架可搭载至少一块光伏电池板，光伏电池板支撑架与方位角跟踪支架系统的主支架之间利用旋转连接器连接，光伏电池板支撑架可相对于主支架以旋转连接器为轴旋转，同时光伏电池板支撑架通过线性驱动器支撑在方位角跟踪支架系统的主支架上，通过线性驱动器的伸缩，实现光伏电池板支撑架的俯仰旋转，从而实现太阳高度角跟踪。太阳方位角跟踪主支架系统可搭载至少一套高度角跟踪支架系统，对于太阳方位角跟踪主支架系统搭载两套或两套以上的高度角跟踪支架系统，高度角跟踪支架系统将设置至少一根联动杆，联动杆连接于各套高度角跟踪支架系统的光伏电池板支撑架上，实现各套高度角跟踪支架系统步调一致。
跟踪控制系统包括光线跟踪判别单元、跟踪主控电路系统，其中光线跟踪判别单元安装在光伏电池板支撑架或光伏电池板上，可检测任意时刻的太阳位置信息，并将该信息交由跟踪主控电路系统处理，从而实现对跟踪型太阳能光伏发电系统的控制。
附图说明
图1：跟踪型太阳能光伏发电系统侧视图
图中1：主支架，2：光伏电池板支撑架，3：落地轮，4：落地轮支撑机构，5：旋台中心转点，6：地面，7：中心连杆，8：电机，9：链轮，10：链条，11：链条托架，12：旋转连接器，13：光伏电池板，14：联动杆，15：线性驱动器
图2：跟踪型太阳能光伏发电系统俯视图
图中1：主支架，2：光伏电池板支撑架，3：落地轮，4：落地轮支撑机构，5：旋台中心转点，7：中心连杆，8：电机，9：链轮，10：链条，11：链条托架，12：旋转连接器，13：光伏电池板，14：联动杆
图3：方位角跟踪驱动装置示意图
图中8：电机，9：链轮，10：链条，11：链条托架；16：电机底座
具体实施方式
为了更好地说明本发明，下面结合附图和具体实施例的来详细说明。
如附图所示，高度角跟踪支架系统支撑着三套高度角跟踪支架系统，主支架(1)与光伏电池板支撑架(2)之间通过旋转连接器(12)连接，各个光伏电池板支撑架(2)可在主支架(1)上以旋转连接器(12)为轴旋转，其中一个光伏电池板支撑架(2)通过线性驱动器(15)支撑在方位角跟踪支架系统的主支架(1)上，通过线性驱动器(15)的伸缩，实现该光伏电池板支撑架(2)的俯仰旋转，该光伏电池板支撑架(2)通过联动杆(14)拉动另两个光伏电池板支撑架(2)，使得各个光伏电池板支撑架(2)步调一致地俯仰旋转，实现太阳高度角跟踪。
主支架(1)通过4个落地轮(3)被支撑在旋台的落地轮支撑机构(4)上，同时通过其中心连杆(7)与旋台的旋台中心转点(5)上，主支架(1)可在以旋台中心转点(5)为圆心在落地轮支撑机构(4)上旋转。电机(8)安置在电机底座(16)上，电机出轴上安置了链轮(9)，链轮(9)与链条(10)为链连接关系，链条(10)的两端安装在链条托架(11)上，其中链轮托架(11)为圆弧型，链条托架(11)安置在主支架(1)上，电机(8)在跟踪控制系统的控制下带动链轮(9)旋转，从而拉动链条(10)，驱动主支架(1)绕旋台中心转点(5)旋转，从而实现太阳方向角跟踪。

Claims (10)

1.跟踪型太阳能光伏发电系统，其主要特征在于，所述跟踪型太阳能光伏发电系统包括：方位角跟踪支架系统、高度角跟踪支架系统、旋台、跟踪控制系统、光伏电池板，其中：
方位角跟踪支架系统包括落地轮、中心连杆、主支架、方位角跟踪驱动装置；高度角跟踪支架系统包括光伏电池板支撑架、线性驱动器、旋转连接器；
旋台包括落地轮支撑机构、旋台中心转点；
跟踪控制系统包括光线跟踪判别单元、跟踪主控电路系统。
2.根据权利要求1所述的跟踪型太阳能光伏发电系统，其特征在于，高度角跟踪支架系统安置在方位角跟踪支架系统之上，方位角跟踪支架系统至少搭载一套高度角跟踪支架系统，一套高度角跟踪支架系统至少搭载一块光伏电池板。
3.根据权利要求1所述的跟踪型太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述方位角跟踪支架系统设置至少一个中心连杆，主支架通过中心连杆与旋台中心转点连接，方位角跟踪支架系统以旋台中心转点为圆心在旋台上旋转，落地轮旋转轨迹为45°以上的圆弧。
4.根据权利要求1所述的跟踪型太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述方位角跟踪支架系统至少安装一个落地轮将其支撑在旋台之上。
5.根据权利要求1和权利要求3所述的跟踪型太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述旋台中的落地轮支撑机构至少包含落地轮旋转轨迹，旋台中心转点设置在落地轮旋转轨迹的圆心上。
6.根据权利要求1所述的跟踪型太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述方位角跟踪驱动装置包括电机、链轮、链条、链条托架，链轮安装于电机且与链条链连接，链条安装于链条托架，链条托架固定于主支架，电机在跟踪控制系统的控制下带动链轮旋转以拉动链条，驱动主支架在内的方位角跟踪支架系统绕旋台中心转点旋转。
7.根据权利要求1所述的跟踪型太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述光伏电池板支撑架与方位角跟踪支架系统的主支架之间为旋转连接器连接，光伏电池板支撑架可相对于主支架以旋转连接器为轴旋转。
8.根据权利要求1和权利要求7所述的跟踪型太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述至少一套光伏电池板支撑架通过线性驱动器支撑在方位角跟踪支架系统上。
9.根据权利要求1和权利要求2所述的跟踪型太阳能光伏发电系统，其特征在于，对于所述太阳方位角跟踪主支架系统搭载两套或两套以上的高度角跟踪支架系统，高度角跟踪支架系统设置至少一根联动杆，联动杆连接于各套高度角跟踪支架系统的光伏电池板支撑架上。
10.根据权利要求1所述的跟踪型太阳能光伏发电系统，其特征在于，所述光线跟踪判别单元安装在光伏电池板支撑架或光伏电池板上。
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