CN102541078B - 偏微分型光伏发电自动跟踪装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种偏微分型光伏发电自动跟踪装置，它包括光伏电池板、用于安装所述光伏电池板的光伏电池板支撑架、安装在所述光伏电池板支撑架上的支撑轴承、套装在所述支撑轴承中的光伏电池板支撑轴、高度角调整装置Ⅰ、高度角调整装置Ⅱ和方位角调整装置。本发明通过高度角调整装置Ⅰ、高度角调整装置Ⅱ和方位角调整装置组成一个二自由度空间并联机构来自动跟踪太阳光的方位角和高度角，从而使光伏电池板的光照强度时刻处于最大状态，在调整光伏电池板的光照强度处于最大状态后，机电控制系统可进入节电状态，以节约电能的损耗，该跟踪装置具有刚度高、重量轻、制造简单、精度高和能耗低的优点。

Description

偏微分型光伏发电自动跟踪装置
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电领域，具体的说，涉及了一种偏微分型光伏发电自动跟踪装置。
背景技术
经实验测试，采用固定方向的光伏电池板全天在光照强度为1000W／m2 的工作时间只有3个小时左右，发电量很低，而采用太阳能光伏发电自动跟踪系统的太阳能电池板全天在光照强度为1000W／m2以上的工作时间可达到6个小时以上，发电功率可增加50％。
在现有的光伏发电自动跟踪系统中，高度角与方位角相关联或是独立的二维跟踪机构，从结构组成分析可知，有多种跟踪机构属串联式结构。在串联式结构的发电跟踪过程中，跟踪一个角度方向的驱动系统的重量必须由跟踪另一个角度方向的末端驱动装置来承担，这将会造成未端驱动装置功率和体积的增大，从而造成材料和能源的浪费。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种刚度高、重量轻、制造简单、精度高和能耗低的偏微分型光伏发电自动跟踪装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种偏微分型光伏发电自动跟踪装置，它包括光伏电池板、用于安装所述光伏电池板的光伏电池板支撑架、安装在所述光伏电池板支撑架上的支撑轴承、套装在所述支撑轴承中的光伏电池板支撑轴、高度角调整装置Ⅰ、高度角调整装置Ⅱ和方位角调整装置；其中，所述方位角调整装置包括有第一调整装置、方位角调整活动支架和地面机架；所述高度角调整装置Ⅰ包括有固定支架和第二调整装置；所述高度角调整装置Ⅱ包括有固定支座和高度角调整活动支架，所述高度角调整活动支架的下端与所述固定支座活连接；所述调整装置包括螺杆、带丝孔的齿轮、套设于所述螺杆上的齿轮限位装置、驱动电机和安装在所述驱动电机转轴上的传动齿轮，所述齿轮套装在所述螺杆上，所述传动齿轮与所述齿轮啮合，所述齿轮设置在所述齿轮限位装置内；所述第一调整装置的螺杆上端与所述光伏电池板支撑架一侧边活连接，所述第一调整装置的齿轮限位装置和驱动电机分别固定在所述方位角调整活动支架上，所述方位角调整活动支架与所述地面机架活连接；所述第二调整装置的齿轮限位装置和驱动电机分别固定在所述固定支架上；所述光伏电池板支撑轴的两端分别与所述高度角调整活动支架的上端和所述第二调整装置的螺杆上端活连接。
基于上述，所述齿轮限位装置包括两个推力轴承，所述齿轮设置于两个所述推力轴承之间。
基于上述，所述光伏电池板支撑轴的两端分别通过转动组件连接所述高度角调整活动支架的上端和所述第二调整装置的螺杆上端；所述高度角调整活动支架的下端通过转动组件连接所述固定支座。
基于上述，所述第一调整装置的螺杆上端通过球形轴承连接所述光伏电池板支撑架一侧边；所述方位角调整活动支架通过球形轴承连接所述地面机架。
基于上述，所述驱动电机的轴线与所述螺杆的轴线平行；所述第二调整装置的螺杆的轴线与所述第二调整装置的螺杆上端的转动组件的轴线垂直；所述光伏电池板支撑轴的两端的转动组件的轴线与所述光伏电池板支撑轴的轴线垂直。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的说，本发明通过高度角调整装置Ⅰ、高度角调整装置Ⅱ和方位角调整装置组成一个二自由度空间并联机构来自动跟踪太阳光的方位角和高度角，从而使光伏电池板的光照强度时刻处于最大状态，在调整光伏电池板的光照强度处于最大状态后，机电控制系统可进入节电状态，以节约电能的损耗；该跟踪装置具有刚度高、重量轻、制造简单、精度高和能耗低的优点，并且可以在保证跟踪精度的基础下，减少跟踪能耗。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，一种偏微分型光伏发电自动跟踪装置，它包括光伏电池板1、用于安装所述光伏电池板1的光伏电池板支撑架2、两个分别安装在所述光伏电池板支撑架2上的支撑轴承3、套装在所述支撑轴承3中的光伏电池板支撑轴4、高度角调整装置Ⅰ、高度角调整装置Ⅱ和方位角调整装置；所述方位角调整装置包括有第一调整装置5、方位角调整活动支架6和地面机架7；所述高度角调整装置Ⅰ包括有固定支架8和第二调整装置9；所述高度角调整装置Ⅱ包括有固定支座10和高度角调整活动支架11。
所述调整装置包括螺杆12、带丝孔的齿轮14、套设于所述螺杆12上的齿轮限位装置15、驱动电机13和安装在所述驱动电机13转轴上的传动齿轮16，所述齿轮14套装在所述螺杆12上，所述齿轮限位装置15包括两个推力轴承，所述传动齿轮16与所述齿轮14啮合，所述齿轮14设置在两个所述推力轴承之间，这样，所述驱动电机13的运转即可带动所述齿轮14的转动，进而使所述螺杆12上下移动。
所述第一调整装置5的螺杆上端通过球形轴承连接所述光伏电池板支撑架2一侧边，所述第一调整装置5的齿轮限位装置连接所述方位角调整活动支架6，所述方位角调整活动支架6通过球形轴承连接所述地面机架7，用于支撑所述第一调整装置5，为了进一步优化支撑效果，所述方位角调整活动支架6还连接所述第一调整装置5的驱动电机；所述第二调整装置9通过其齿轮限位装置安装在所述固定支架8上，所述第二调整装置9的驱动电机固定于地面；所述高度角调整活动支架11的下端通过转动组件连接所述固定支座10；所述光伏电池板支撑轴4的两端分别通过转动组件连接所述高度角调整活动支架11的上端和所述第二调整装置9的螺杆上端；
所述光伏电池板支撑架2可绕所述光伏电池板支撑轴4转动，当所述第一调整装置5的驱动电机通电驱动所述第一调整装置5的齿轮时，所述第一调整装置5的螺杆的移动会带动所述光伏电池板支撑架2绕所述光伏电池板支撑轴4旋转，从而改变方位角，同时，所述方位角调整活动支架6会保持所述第一调整装置5的驱动电机的轴线和所述第一调整装置5的螺杆的轴线与所述光伏电池板支撑轴4的轴线垂直。所述光伏板支撑轴4可绕其两端的转动组件的轴线转动，当所述第二调整装置9的螺杆上下移动时，会改变所述光伏电池板支撑轴4的倾斜度，也即改变高度角。
具体安装时，所述驱动电机13的轴线要与所述螺杆12的轴线平行，所述第二调整装置9的螺杆的轴线与所述第二调整装置9的螺杆上端的转动组件的轴线垂直，所述光伏电池板支撑轴4的两端的转动组件的轴线必须与所述光伏电池板支撑轴4的轴线垂直，从而使得该跟踪系统只能调整高度角和方位角两个自由度，保证了调整的精确度。
所述高度角调整装置Ⅰ、所述高度角调整装置Ⅱ和所述方位角调整装置组成了一个二自由度空间并联机构，通过控制该二自由度空间并联机构可自动跟踪太阳光的方位角和高度角，控制过程如下：
所述第一调整装置5的驱动电机和所述第二调整装置9的驱动电机分别连接机电控制系统，当上午太阳升起，光照强度达到规定值，所述光伏电池板1输出的电压达到所述机电控制系统的工作电压时，所述机电控制系统的单片机先控制所述第二调整装置9的驱动电机断电，这时，所述第二调整装置9的螺杆固定不动，高度角保持不变。
然后，所述单片机控制所述第一调整装置5的驱动电机通电转动来驱动所述第一调整装置5的齿轮，继而在所述方位角调整活动支架6和所述地面机架7的共同作用下，所述第一调整装置5的螺杆推动所述光伏电池板支撑架2带动所述光伏电池板1绕所述光伏电池板支撑轴4转动，从而调整方位角。当所述光伏电池板1上的光照强度达到最大值时，所述单片机控制所述第一调整装置5的驱动电机断电，所述第一调整装置5的螺杆固定不动使方位角保持不变。
接着，所述单片机控制所述第二调整装置9的驱动电机通电转动来驱动所述第二调整装置9的齿轮，所述第二调整装置9的螺杆的移动推动所述光伏电池板支撑轴4绕所述光伏电池板支撑轴4两端的转动组件的轴线转动，从而调整高度角，使所述光伏电池板1上的光照强度达到最大值。
所述机电控制系统重复上述调整过程两个周期后进入节电状态，每5至10分钟工作3个周期，从而实现对太阳光方位角和高度角的自动跟踪，保持所述光伏电池板1的光照强度处于最大状态。当下午太阳下山，光照强度小于规定值，所述光伏电池板1输出的电压不能达到所述机电控制系统的工作电压时，则所述机电控制系统停止工作，进入休眠状态，以节约电能。由以上可见，该跟踪装置具有刚度高、重量轻、制造简单、精度高和能耗低的优点，在保证跟踪精度的情况下，减少了跟踪能耗。
该自动跟踪装置的跟踪过程具有偏微分方程的特性与求解特征，故而称为偏微分型光伏发电自动跟踪装置。在进行偏微分型光伏发电自动跟踪装置不同结构尺寸和不同控制电路的跟踪精度与跟踪能耗比较研究后，再具体设计偏微分型光伏发电自动跟踪装置的机械部分和电路，进而编制所述单片机的电路控制程序，从而研制出偏微分型光伏发电自动跟踪装置样机。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种偏微分型光伏发电自动跟踪装置，其特征在于：它包括光伏电池板、用于安装所述光伏电池板的光伏电池板支撑架、安装在所述光伏电池板支撑架上的支撑轴承、套装在所述支撑轴承中的光伏电池板支撑轴、高度角调整装置Ⅰ、高度角调整装置Ⅱ和方位角调整装置；其中，所述方位角调整装置包括有第一调整装置、方位角调整活动支架和地面机架；所述高度角调整装置Ⅰ包括有固定支架和第二调整装置；所述高度角调整装置Ⅱ包括有固定支座和高度角调整活动支架，所述高度角调整活动支架的下端与所述固定支座活连接；所述调整装置包括螺杆、带丝孔的齿轮、套设于所述螺杆上的齿轮限位装置、驱动电机和安装在所述驱动电机转轴上的传动齿轮，所述齿轮套装在所述螺杆上，所述传动齿轮与所述齿轮啮合，所述齿轮设置在所述齿轮限位装置内；所述第一调整装置的螺杆上端与所述光伏电池板支撑架一侧边活连接，所述第一调整装置的齿轮限位装置和驱动电机分别固定在所述方位角调整活动支架上，所述方位角调整活动支架与所述地面机架活连接；所述第二调整装置的齿轮限位装置和驱动电机分别固定在所述固定支架上；所述光伏电池板支撑轴的两端分别与所述高度角调整活动支架的上端和所述第二调整装置的螺杆上端活连接。
2.根据权利要求1所述的偏微分型光伏发电自动跟踪装置，其特征在于：所述齿轮限位装置包括两个推力轴承，所述齿轮设置于两个所述推力轴承之间。
3.根据权利要求1所述的偏微分型光伏发电自动跟踪装置，其特征在于：所述光伏电池板支撑轴的两端分别通过转动组件连接所述高度角调整活动支架的上端和所述第二调整装置的螺杆上端；所述高度角调整活动支架的下端通过转动组件连接所述固定支座。
4.根据权利要求1所述的偏微分型光伏发电自动跟踪装置，其特征在于：所述第一调整装置的螺杆上端通过球形轴承连接所述光伏电池板支撑架一侧边；所述方位角调整活动支架通过球形轴承连接所述地面机架。
5.根据权利要求3所述的偏微分型光伏发电自动跟踪装置，其特征在于：所述驱动电机的轴线与所述螺杆的轴线平行；所述第二调整装置的螺杆的轴线与所述第二调整装置的螺杆上端的转动组件的轴线垂直；所述光伏电池板支撑轴的两端的转动组件的轴线与所述光伏电池板支撑轴的轴线垂直。
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