CN102841607B - 光伏电站能避风的太阳跟踪装置及运动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能光伏发电领域，特别涉及一种光伏电站能避风的太阳跟踪装置及运动控制方法，装置由导轨基座、驱动机构和两个板架构成，驱动机构在导轨基座上驱动安装光伏电池板的板架。装置的运动原理为：右侧电机不动，板架右横撑顶住右进挡板，左侧电机转动驱动滚珠丝杠，使板架的右倾角增大或减小；左侧电机不动，板架左横撑顶住左进挡板，右侧电机转动驱动滚珠丝杠，使板架的左倾角增大或减小；控制系统按实测的光伏电池板倾斜角和实时的太阳高度角互为余角，控制光伏电池板倾斜角使太阳光垂直入射到光伏电池板，以及风速超限时将光伏电池板平铺于导轨基座上的要求实现光伏电池板跟踪太阳或避风。本发明适用于风速较大地区和屋顶的光伏电站。
Description
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电领域，特别涉及一种光伏电站能避风的太阳跟踪装置及运动控制方法。
背景技术
从安装方式看，目前国内的光伏发电可分为两种：固定式和跟踪式。固定式光伏发电系统其倾角和朝向固定，无法跟踪太阳位置，效益较差。跟踪式光伏发电系统又可分为单轴跟踪系统和双轴跟踪系统，其中单轴跟踪系统可阵列式安装，是光伏电站的主流跟踪方式。
申请人在研究中发现，单轴跟踪系统结构需立柱支撑，这不仅增加系统的总体重量，对地面基础结构牢固性要求较高，同时也增加了太阳能电池板的重心高度，使其抗风能力下降，同时这些缺陷，如重量大、重心高、对立柱基础牢固性要求高等，均不利于实现建筑一体化。此外，我国气候具有多风的特点，对光伏发电电池板支架系统的可靠性要求较高，这在很大程度上限制了实现建筑一体化。因此根据我国气候具有多风的特点，为了提高光伏发电电池板支架系统的可靠性，实现建筑一体化，需要一种新型的具备自动跟踪太阳，能灵活改变迎风状态，贴地结构的太阳跟踪装置及运动控制方法。
发明内容
本发明目的为了解决背景技术中所述的新型的具备自动跟踪太阳，能灵活改变迎风状态，贴地结构的太阳跟踪装置及运动控制方法问题，提供一种光伏电站能避风的太阳跟踪装置及运动控制方法。
本发明的技术方案是：
光伏电站能避风的太阳跟踪装置由导轨基座、驱动机构、板架Ⅰ25和板架Ⅱ26构成，驱动机构在导轨基座上驱动安装光伏电池板的板架Ⅰ25和板架Ⅱ26，使光伏电池板跟踪太阳或避风；所述导轨基座由导轨1、支脚2、电机架3组成，2条槽形的导轨1互相平行并槽口相对，2条导轨1左右两端分别纵向固接在4个支脚2上，2个电机架3分别横向固接在左右两端的2个支脚2上，每条导轨1有2个左进挡板4和2个右进挡板5相间固接在导轨1的上导轨面上，左进挡板4和右进挡板5均为Γ形结构，左进挡板4朝向导轨1的右端，右进挡板5朝向导轨1的左端，2条导轨1上的2个左进挡板4和2个右进挡板5均互相对称分布，在一条导轨1中，左限位开关6在左部的左进挡板4与导轨1左端之间固接在导轨1的槽内，右限位开关7在右部的右进挡板5与导轨1右端之间固接在导轨1的槽内；
所述驱动机构由2个结构相同的驱动模块相向置于导轨基座上组成，左侧的驱动模块中，电机8固接在左端的电机架3上，右侧的驱动模块中，电机8固接在右端的电机架3上；所述驱动模块中，电机8的轴、联轴器9、滚珠丝杠10、丝杠螺母11、法兰12和推杆13依次同轴连接，其中联轴器9将电机8的轴和滚珠丝杠10的一端连接，法兰12将丝杠螺母11和推杆13的一端连接，推杆13为空心杆，滚珠丝杠10的另一端插入推杆13内，推杆扣Ⅰ14竖直向上在紧邻法兰12与推杆13固接，推杆扣Ⅱ19竖直向上在推杆13的另一端与推杆13固接，L扣Ⅰ16朝向所述推杆13的另一端与推杆扣Ⅰ14固接，L扣Ⅱ21和L扣Ⅰ16同向与推杆扣Ⅱ19固接， L扣Ⅰ16和L扣Ⅱ21 均为由1片竖直连接板和2片互相平行的水平连接板构成的连接件，竖直连接板与2片水平连接板互相垂直固接，在2片水平连接板中部有2个同轴的大圆孔，在2片水平连接板端部有2个同轴的小圆孔，横杆Ⅰ15水平横向穿过L扣Ⅰ16上所述的大圆孔与L扣Ⅰ16固接，2个导向轴承18的内圆分别与横杆Ⅰ15的两端固接，2个导向轴承18分别置于两侧的导轨1的槽内与导轨1构成滚动连接，横杆Ⅱ20水平横向穿过L扣Ⅱ21上所述的大圆孔与L扣Ⅱ21固接，2个导向轴承18的内圆分别与横杆Ⅱ20的两端固接，2个导向轴承18分别置于两侧的导轨1的槽内与导轨1构成滚动连接，板架支撑杆Ⅰ17和板架支撑杆Ⅱ22均为由支杆23和抱扣24组成的连接杆，支杆23的一端有一个圆孔，支杆23的另一端与抱扣24的连接板通过螺栓连接，抱扣24为2个相同的半圆环相对构成的圆环，2个半圆环的连接板互相重合组成所述抱扣24的连接板，抱扣（24）圆环的轴线与支杆23一端的所述圆孔的轴线互相平行，板架支撑杆Ⅰ17通过支杆23一端的所述圆孔和L扣Ⅰ16上2片水平连接板端部所述小圆孔及其短轴与L扣Ⅰ16构成铰接，板架支撑杆Ⅱ22通过支杆23一端的所述圆孔和L扣Ⅱ21上2片水平连接板端部所述小圆孔及其短轴与L扣Ⅱ21构成铰接；
所述板架Ⅰ25为由板架左横撑Ⅰ2501、板架右横撑Ⅰ2502和2个板架竖撑Ⅰ2503组成的框架，板架Ⅰ25在2条导轨1的上导轨面水平放置时，板架Ⅰ25置于导轨基座左半部的左进挡板4和右进挡板5之间，其中板架左横撑Ⅰ2501靠近左进挡板4，板架右横撑Ⅰ2502靠近右进挡板5；所述板架Ⅱ26为由板架左横撑Ⅱ2601、板架右横撑Ⅱ2602和2个板架竖撑Ⅱ2603组成的框架，板架Ⅱ26在2条导轨1的上导轨面水平放置时，板架Ⅰ25置于导轨基座右半部的左进挡板4和右进挡板5之间，其中板架左横撑Ⅱ2601靠近左进挡板4，板架右横撑Ⅱ2602靠近右进挡板5，倾角仪27置于板架Ⅰ25的板架竖撑Ⅰ2503上或者板架Ⅱ26的板架竖撑Ⅱ2603上；
左侧的驱动模块中，板架支撑杆Ⅰ17的抱扣24套在板架左横撑Ⅰ2501中部构成转动连接，板架支撑杆Ⅱ22的抱扣24套在板架左横撑Ⅱ2601中部构成转动连接，横杆Ⅰ15上的2个导向轴承18在左限位开关6右侧的区域内分别与两侧的导轨1构成滚动连接；右侧的驱动模块中，板架支撑杆Ⅰ17的抱扣24套在板架右横撑Ⅱ2602中部构成转动连接，板架支撑杆Ⅱ22的抱扣24套在板架右横撑Ⅰ2502中部构成转动连接，横杆Ⅰ15上的2个导向轴承18在右限位开关7左侧的区域内分别与两侧的导轨1构成滚动连接；在抱扣24两侧，板架左横撑Ⅰ2501、板架右横撑Ⅰ2502、板架左横撑Ⅱ2601和板架右横撑Ⅱ2602上的定位销限制板架Ⅰ25和板架Ⅱ26横向移动；
右侧驱动模块的电机8不动，板架右横撑Ⅰ2502和板架右横撑Ⅱ2602分别顶住左部的右进挡板5和右部的右进挡板5，左侧驱动模块的电机8正向转动，左侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11推动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的右倾角增大；右侧驱动模块的电机8不动，板架右横撑Ⅰ2502和板架右横撑Ⅱ2602分别顶住左部的右进挡板5和右部的右进挡板5，左侧驱动模块的电机8反向转动，左侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11拉动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的右倾角减小；
左侧驱动模块的电机8不动，板架左横撑Ⅰ2501和板架左横撑Ⅱ2601分别顶住左部的左进挡板4和右部的左进挡板4，右侧驱动模块的电机8正向转动，右侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11推动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的左倾角增大；左侧驱动模块的电机8不动，板架左横撑Ⅰ2501和板架左横撑Ⅱ2601分别顶住左部的左进挡板4和右部的左进挡板4，右侧驱动模块的电机8反向转动，右侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11拉动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的左倾角减小；
板架Ⅰ25和板架Ⅱ26在在2条导轨1的上导轨面水平放置时，左侧驱动模块的电机8正向转动，右侧驱动模块的电机8反向转动，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26水平向右平移，直至板架右横撑Ⅰ2502和板架右横撑Ⅱ2602分别顶到左部的右进挡板5和右部的右进挡板5，右侧驱动模块中横杆Ⅰ15上的导向轴承18触发右限位开关7，左侧驱动模块的电机8和右侧驱动模块的电机8均停止转动，左侧驱动模块的电机8反向转动，右侧驱动模块的电机8正向转动，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26水平向左平移，直至板架左横撑Ⅰ2501和板架右横撑Ⅱ2602分别顶到左部的左进挡板4和右部的左进挡板4，左侧驱动模块中横杆Ⅰ15上的导向轴承18触发左限位开关6，左侧驱动模块的电机8和右侧驱动模块的电机8均停止转动；
所述电机8为步进电机或伺服电机；
光伏电站能避风的太阳跟踪装置的运动控制方法
1） 控制所述光伏电站能避风的太阳跟踪装置的控制系统包括控制电路、驱动器和风速仪，将光伏电站能避风的太阳跟踪装置按所在地理位置设置，例如在北半球，光伏电站能避风的太阳跟踪装置的左端指向东方，右端指向西方，将2块光伏电池板28分别固接在板架Ⅰ25和板架Ⅱ26上，将倾角仪27、左限位开关6、右限位开关7和风速仪的信号线分别与控制电路对应的信号输入端连接，将控制电路的驱动信号输出端与驱动器输入端连接，将驱动器左侧和右侧输出端分别连接到左侧驱动模块的电机8和右侧驱动模块的电机8；
2）光伏电站能避风的太阳跟踪装置的运动控制步骤如下：
步骤A，初始设置，启动左侧驱动模块的电机8和右侧驱动模块的电机8，将安装了光伏电池板28的板架Ⅰ25和板架Ⅱ26均水平置于导轨基座的导轨1上，板架左横撑Ⅰ2501和板架左横撑Ⅱ2601分别顶到左部的左进挡板4和右部的左进挡板4；
步骤B，上午，启动控制电路，左侧驱动模块的电机8不动，右侧驱动模块的电机8正向转动，右侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11推动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的左倾角增大，使得光伏电池能够接收到初升的太阳光，逐渐使光伏电池板倾斜角α达到光伏电池板28向左倾斜的最大值，光伏电池板倾斜角α即为板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的左倾角或右倾角，由倾角仪27实测；随太阳高度角β不断变大，左侧驱动模块的电机8不动，右侧驱动模块的电机8反向转动，右侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11拉动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的左倾角减小，控制电路保证倾角仪27实测的光伏电池板倾斜角α和太阳高度角β互为余角，直至中午，太阳光入射方向29垂直于水平线30，使光伏电池板倾斜角α减到0°，光伏电池板28处于水平状态；
步骤C，中午，光伏电池板28处于水平状态，左侧驱动模块的电机8正向转动，右侧驱动模块的电机8反向转动，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26水平向右平移，直至板架右横撑Ⅰ2502和板架右横撑Ⅱ2602分别顶到左部的右进挡板5和右部的右进挡板5，右侧驱动模块中横杆Ⅰ15上的导向轴承18触发右限位开关7，左侧驱动模块的电机8和右侧驱动模块的电机8均停止转动；
步骤D，下午，随太阳向西倾斜，太阳高度角β减小，右侧驱动模块的电机8不动，板架右横撑Ⅰ2502和板架右横撑Ⅱ2602顶住左部的右进挡板5和右部的右进挡板5，左侧驱动模块的电机8正向转动，左侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11推动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的右倾角增大，控制电路按照倾角仪27实测的光伏电池板倾斜角α和实时的太阳高度角β应互为余角的要求增大光伏电池板倾斜角α，直至光伏电池板28向右倾斜的最大值，然后，左侧驱动模块的电机8反向转动，左侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11拉动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的右倾角减小，使光伏电池板倾斜角α减到0°，光伏电池板28处于水平状态；
步骤E，回归初始设置，左侧驱动模块的电机8反向转动，右侧驱动模块的电机8正向转动，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26水平向左平移，直至板架左横撑Ⅰ2501和左横撑Ⅱ2601分别顶到左部的左进挡板4和右部的左进挡板4，左侧驱动模块中横杆Ⅰ15上的导向轴承18触发左限位开关6，左侧驱动模块的电机8和右侧驱动模块的电机8均停止转动，回归初始设置，完成全天的运动控制操作；
步骤F，避风操作，当实时风速超过设定的安全风速，控制电路改变原进行的操作，上午，左侧驱动模块的电机8不动，右侧驱动模块的电机8反向转动，右侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11拉动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的左倾角减小，直至光伏电池板倾斜角α为0°，光伏电池板28处于水平状态，实时风速低于设定安全风速后，重复步骤B的操作；下午，右侧驱动模块的电机8不动，左侧驱动模块的电机8反向转动，左侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11拉动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的右倾角减小，使光伏电池板倾斜角α为0°，光伏电池板28处于水平状态实时风速低于设定安全风速后，重复步骤D的操作。
本发明的原理是，利用驱动电机和传动机构，调控太阳能光伏电池板的倾角。正常工作时，通过对倾角仪测得的光伏电池板倾斜角α与算法得出的实时的太阳高度角β比较，按照太阳光垂直入射光伏电池板时光伏电池板倾斜角α和太阳高度角β互为余角的要求，调控太阳能光伏电池板倾斜角，实现太阳跟踪；当风速过大时，调节光伏电池板倾斜角为0°，并与导轨相切，平铺于导轨基座上，实现闭锁固定，避开大风带来的负载，达到安全之目的。
本发明的有益效果为，跟踪装置底盘低矮，同时能控制光伏电池板的重心升降，在大风天气下光伏电池板与导轨相切，平铺于导轨基座上，迎风面积达到理论最小值，大幅度地降低风载荷，避免装置倾覆。跟踪装置中，安装光伏电池板的板架的左右两端都与驱动机构连接，在大风下不会发生震颤，光伏电池板不易破碎。
附图说明
图1为光伏电站能避风的太阳跟踪装置结构示意图；
图2为导轨基座结构示意图；
图3为驱动模块结构示意图；
图4驱动机构与板架Ⅰ和板架Ⅱ连接示意图；
图5为板架支撑杆结构示意图；
图6为太阳光垂直入射光伏电池板时光伏电池板倾斜角α与太阳高度角β关系示意图；
图7为光伏电站能避风的太阳跟踪装置运动控制方法流程图。
图中，1--导轨，2--支脚，3--电机架，4--左进挡板，5--右进挡板，6--左限位开关，7--右限位开关，8--电机，9--联轴器，10--滚珠丝杠，11--丝杠螺母，12--法兰，13--推杆，14--推杆扣Ⅰ，15--横杆Ⅰ，16--L扣Ⅰ，17--板架支撑杆Ⅰ，18--导向轴承，19--推杆扣Ⅱ，20--横杆Ⅱ，21--L扣Ⅱ，22--板架支撑杆Ⅱ，23--支杆，24--抱扣，25--板架Ⅰ，26--板架Ⅱ，27--倾角仪，28--光伏电池板，29--太阳光入射方向，30--水平线，2501--板架左横撑Ⅰ，2502--板架右横撑Ⅰ，2503--板架竖撑Ⅰ，2601--板架左横撑Ⅱ，2602--板架右横撑Ⅱ，2603--板架竖撑Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本发明作进一步说明。
图1为光伏电站能避风的太阳跟踪装置实施例的结构示意图，光伏电站能避风的太阳跟踪装置由导轨基座、驱动机构、板架Ⅰ25和板架Ⅱ26构成，驱动机构在导轨基座上驱动安装光伏电池板的板架Ⅰ25和板架Ⅱ26，使光伏电池板跟踪太阳或避风。
如图2所示，导轨基座由导轨1、支脚2、电机架3组成，2条槽形的导轨1互相平行并槽口相对，2条导轨1左右两端分别纵向固接在4个支脚2上，2个电机架3分别横向固接在左右两端的2个支脚2上，每条导轨1有2个左进挡板4和2个右进挡板5相间固接在导轨1的上导轨面上，左进挡板4和右进挡板5均为Γ形结构，左进挡板4朝向导轨1的右端，右进挡板5朝向导轨1的左端，2条导轨1上的2个左进挡板4和2个右进挡板5均互相对称分布，在一条导轨1中，左限位开关6在左部的左进挡板4与导轨1左端之间固接在导轨1的槽内，右限位开关7在右部的右进挡板5与导轨1右端之间固接在导轨1的槽内。
驱动机构由2个结构相同的驱动模块相向置于导轨基座上组成，左侧的驱动模块中，电机8固接在左端的电机架3上，右侧的驱动模块中，电机8固接在右端的电机架3上，电机8为步进电机。图3为驱动模块结构示意图，驱动模块中，电机8的轴、联轴器9、滚珠丝杠10、丝杠螺母11、法兰12和推杆13依次同轴连接，其中联轴器9将电机8的轴和滚珠丝杠10的一端连接，法兰12将丝杠螺母11和推杆13的一端连接，推杆13为空心杆，滚珠丝杠10的另一端插入推杆13内，推杆扣Ⅰ14竖直向上在紧邻法兰12与推杆13固接，推杆扣Ⅱ19竖直向上在推杆13的另一端与推杆13固接，L扣Ⅰ16朝向所述推杆13的另一端与推杆扣Ⅰ14固接，L扣Ⅱ21和L扣Ⅰ16同向与推杆扣Ⅱ19固接。 L扣Ⅰ16和L扣Ⅱ21 均为由1片竖直连接板和2片互相平行的水平连接板构成的连接件，竖直连接板与2片水平连接板互相垂直固接，在2片水平连接板中部有2个同轴的大圆孔，在2片水平连接板端部有2个同轴的小圆孔。横杆Ⅰ15水平横向穿过L扣Ⅰ16上所述的大圆孔与L扣Ⅰ16固接，2个导向轴承18的内圆分别与横杆Ⅰ15的两端固接，2个导向轴承18分别置于两侧的导轨1的槽内与导轨1构成滚动连接，横杆Ⅱ20水平横向穿过L扣Ⅱ21上所述的大圆孔与L扣Ⅱ21固接，2个导向轴承18的内圆分别与横杆Ⅱ20的两端固接，2个导向轴承18分别置于两侧的导轨1的槽内与导轨1构成滚动连接。如图5所示，板架支撑杆Ⅰ17和板架支撑杆Ⅱ22均为由支杆23和抱扣24组成的连接杆，支杆23的一端有一个圆孔，支杆23的另一端与抱扣24的连接板通过螺栓连接，抱扣24为2个相同的半圆环相对构成的圆环，2个半圆环的连接板互相重合组成抱扣24的连接板，抱扣（24）圆环的轴线与支杆23一端的所述圆孔的轴线互相平行。板架支撑杆Ⅰ17通过支杆23一端的所述圆孔和L扣Ⅰ16上2片水平连接板端部所述小圆孔及其短轴与L扣Ⅰ16构成铰接，板架支撑杆Ⅱ22通过支杆23一端的所述圆孔和L扣Ⅱ21上2片水平连接板端部所述小圆孔及其短轴与L扣Ⅱ21构成铰接。
图4为驱动机构与板架Ⅰ和板架Ⅱ连接示意图。左侧的驱动模块中，板架支撑杆Ⅰ17的抱扣24套在板架左横撑Ⅰ2501中部构成转动连接，板架支撑杆Ⅱ22的抱扣24套在板架左横撑Ⅱ2601中部构成转动连接，横杆Ⅰ15上的2个导向轴承18在左限位开关6右侧的区域内分别与两侧的导轨1构成滚动连接。右侧的驱动模块中，板架支撑杆Ⅰ17的抱扣24套在板架右横撑Ⅱ2602中部构成转动连接，板架支撑杆Ⅱ22的抱扣24套在板架右横撑Ⅰ2502中部构成转动连接，横杆Ⅰ15上的2个导向轴承18在右限位开关7左侧的区域内分别与两侧的导轨1构成滚动连接。在抱扣24两侧，板架左横撑Ⅰ2501、板架右横撑Ⅰ2502、板架左横撑Ⅱ2601和板架右横撑Ⅱ2602上的定位销限制板架Ⅰ25和板架Ⅱ26横向移动。
光伏电站能避风的太阳跟踪装置的运动原理为：
右侧驱动模块的电机8不动，板架右横撑Ⅰ2502和板架右横撑Ⅱ2602分别顶住左部的右进挡板5和右部的右进挡板5，左侧驱动模块的电机8正向转动，左侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11推动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的右倾角增大；右侧驱动模块的电机8不动，板架右横撑Ⅰ2502和板架右横撑Ⅱ2602分别顶住左部的右进挡板5和右部的右进挡板5，左侧驱动模块的电机8反向转动，左侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11拉动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的右倾角减小；
左侧驱动模块的电机8不动，板架左横撑Ⅰ2501和板架左横撑Ⅱ2601分别顶住左部的左进挡板4和右部的左进挡板4，右侧驱动模块的电机8正向转动，右侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11推动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的左倾角增大；左侧驱动模块的电机8不动，板架左横撑Ⅰ2501和板架左横撑Ⅱ2601分别顶住左部的左进挡板4和右部的左进挡板4，右侧驱动模块的电机8反向转动，右侧驱动模块的电机8驱动滚珠丝杠10，丝杠螺母11拉动推杆13，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26的左倾角减小；
板架Ⅰ25和板架Ⅱ26在在2条导轨1的上导轨面水平放置时，左侧驱动模块的电机8正向转动，右侧驱动模块的电机8反向转动，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26水平向右平移，直至板架右横撑Ⅰ2502和板架右横撑Ⅱ2602分别顶到左部的右进挡板5和右部的右进挡板5，右侧驱动模块中横杆Ⅰ15上的导向轴承18触发右限位开关7，左侧驱动模块的电机8和右侧驱动模块的电机8均停止转动，左侧驱动模块的电机8反向转动，右侧驱动模块的电机8正向转动，使板架Ⅰ25和板架Ⅱ26水平向左平移，直至板架左横撑Ⅰ2501和板架右横撑Ⅱ2602分别顶到左部的左进挡板4和右部的左进挡板4，左侧驱动模块中横杆Ⅰ15上的导向轴承18触发左限位开关6，左侧驱动模块的电机8和右侧驱动模块的电机8均停止转动。
图6为太阳光垂直入射光伏电池板时光伏电池板倾斜角α与太阳高度角β关系示意图，本发明按照太阳光垂直入射光伏电池板时太阳光入射方向29垂直于光伏电池板28，光伏电池板28与水平线30的夹角为光伏电池板倾斜角α，太阳光入射方向29与水平线30的夹角为太阳高度角β，光伏电池板倾斜角α和太阳高度角β互为余角的要求，调控太阳能光伏电池板倾角，使太阳光入射方向29与光伏电池板28光接收平面保持垂直关系，实现太阳跟踪。
图7为光伏电站能避风的太阳跟踪装置运动控制方法流程图。步骤110，上午太阳日出后启动；在步骤120中，左侧驱动模块的电机不动，右侧驱动模块电机正向转动，光伏电池板左倾角逐渐加大，使得太阳光照射到光伏电池板，直至左倾角达到最大值，转入步骤130；步骤130中，随着太阳逐渐升高，左侧驱动模块电机不动，右侧驱动模块电机反向转动，使得光伏电池板左倾角逐渐减小，保持太阳光垂直入射光伏电池板，中午时刻，光伏电池板倾角降低到零，转入步骤140；步骤140中，左侧驱动模块电机正转，右侧驱动模块的电机反转，使得板架在导轨上水平向右移动，直至右限位开关触发，转入步骤150；步骤150中，下午太阳逐渐西落，左侧驱动模块的电机正转，右侧驱动模块的电机不动，光伏电池板右倾角逐渐增大，跟踪太阳，直至倾角仪测量的右倾角达到最大值，此时时间接近黄昏，转入步骤160；步骤160中，左侧驱动模块的电机开始反转，右侧驱动模块的电机不动，光伏电池板右倾角逐渐减小到零，转入步骤170；步骤170中，板架已经在平贴在导轨上，左侧驱动模块的电机反转，右侧驱动模块的电机正转，使得板架在导轨上水平左移直至左限位开关触发，完成第二天日出时的准备状态，转入步骤180；步骤180中，控制系统等待第二天的日出；步骤190中，如果风速超过限定值，就会跳入步骤200；步骤200中根据时刻进行跳转，如果当前是上午就跳转入步骤210，如果是下午就跳入步骤240；步骤210中左侧驱动模块的电机不动，右侧驱动模块的电机反向转动，光伏电池板左倾角减小到零，此时板架放平，进入避风状态；步骤220中再次判断风速，如果风速超限，则跳入步骤230，板架放平状态保持一段时间后再转回步骤220，如果再次判断风速不超限，则程序解除避风状态，跳入步骤130，开始跟踪太阳；步骤200中如果判断为下午，则跳入步骤240；步骤240中，左侧电机反转，右侧电机不动，光伏电池板右倾角减小到零，板架放平，进入避风状态，跳转到步骤250；步骤250中，再次判断风速，如果风速仍超限，则跳入步骤260，板架放平状态保持一段时间后再转回步骤250，如果步骤250中判断风速不超限，则解除避风状态，跳入步骤150，开始跟踪太阳。
本发明适用于风速较大地区和屋顶的光伏电站。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种光伏电站能避风的太阳跟踪装置，其特征在于，光伏电站能避风的太阳跟踪装置由导轨基座、驱动机构、板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)构成，驱动机构在导轨基座上驱动安装光伏电池板的板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)，使光伏电池板跟踪太阳或避风；所述导轨基座由导轨(1)、支脚(2)、电机架(3)组成，2条槽形的导轨(1)互相平行并槽口相对，2条导轨(1)左右两端分别纵向固接在4个支脚(2)上，2个电机架(3)分别横向固接在左右两端的2个支脚(2)上，每条导轨(1)有2个左进挡板(4)和2个右进挡板(5)相间固接在导轨(1)的上导轨面上，左进挡板(4)和右进挡板(5)均为Γ形结构，左进挡板(4)朝向导轨(1)的右端，右进挡板(5)朝向导轨(1)的左端，2条导轨(1)上的2个左进挡板(4)和2个右进挡板(5)均互相对称分布，在一条导轨(1)中，左限位开关(6)在左部的左进挡板(4)与导轨(1)左端之间固接在导轨(1)的槽内，右限位开关(7)在右部的右进挡板(5)与导轨(1)右端之间固接在导轨(1)的槽内；
所述驱动机构由2个结构相同的驱动模块相向置于导轨基座上组成，左侧的驱动模块中，电机(8)固接在左端的电机架(3)上，右侧的驱动模块中，电机(8)固接在右端的电机架(3)上；所述驱动模块中，电机(8)的轴、联轴器(9)、滚珠丝杠(10)、丝杠螺母(11)、法兰(12)和推杆(13)依次同轴连接，其中联轴器(9)将电机(8)的轴和滚珠丝杠(10)的一端连接，法兰(12)将丝杠螺母(11)和推杆(13)的一端连接，推杆(13)为空心杆，滚珠丝杠(10)的另一端插入推杆(13)内，推杆扣Ⅰ(14)竖直向上在紧邻法兰(12)与推杆(13)固接，推杆扣Ⅱ(19)竖直向上在推杆(13)的另一端与推杆(13)固接，L扣Ⅰ(16)朝向所述推杆(13)的另一端与推杆扣Ⅰ(14)固接，L扣Ⅱ(21)和L扣Ⅰ(16)同向与推杆扣Ⅱ(19)固接，L扣Ⅰ(16)和L扣Ⅱ(21)均为由1片竖直连接板和2片互相平行的水平连接板构成的连接件，竖直连接板与2片水平连接板互相垂直固接，在2片水平连接板中部有2个同轴的大圆孔，在2片水平连接板端部有2个同轴的小圆孔，横杆Ⅰ(15)水平横向穿过L扣Ⅰ(16)上所述的大圆孔与L扣Ⅰ(16)固接，2个导向轴承(18)的内圆分别与横杆Ⅰ(15)的两端固接，2个导向轴承(18)分别置于两侧的导轨(1)的槽内与导轨(1)构成滚动连接，横杆Ⅱ(20)水平横向穿过L扣Ⅱ(21)上所述的大圆孔与L扣Ⅱ(21)固接，2个导向轴承(18)的内圆分别与横杆Ⅱ(20)的两端固接，2个导向轴承(18)分别置于两侧的导轨(1)的槽内与导轨(1)构成滚动连接，板架支撑杆Ⅰ(17)和板架支撑杆Ⅱ(22)均为由支杆(23)和抱扣(24)组成的连接杆，支杆(23)的一端有一个圆孔，支杆(23)的另一端与抱扣(24)的连接板通过螺栓连接，抱扣(24)为2个相同的半圆环相对构成的圆环，2个半圆环的连接板互相重合组成所述抱扣(24)的连接板，抱扣(24)圆环的轴线与支杆(23)一端的所述圆孔的轴线互相平行，板架支撑杆Ⅰ(17)通过支杆(23)一端的所述圆孔和L扣Ⅰ(16)上2片水平连接板端部所述小圆孔及其短轴与L扣Ⅰ(16)构成铰接，板架支撑杆Ⅱ(22)通过支杆(23)一端的所述圆孔和L扣Ⅱ(21)上2片水平连接板端部所述小圆孔及其短轴与L扣Ⅱ(21)构成铰接；
所述板架Ⅰ(25)为由板架左横撑Ⅰ(2501)、板架右横撑Ⅰ(2502)和2个板架竖撑Ⅰ(2503)组成的框架，板架Ⅰ(25)在2条导轨(1)的上导轨面水平放置时，板架Ⅰ(25)置于导轨基座左半部的左进挡板(4)和右进挡板(5)之间，其中板架左横撑Ⅰ(2501)靠近左进挡板(4)，板架右横撑Ⅰ(2502)靠近右进挡板(5)；所述板架Ⅱ(26)为由板架左横撑Ⅱ(2601)、板架右横撑Ⅱ(2602)和2个板架竖撑Ⅱ(2603)组成的框架，板架Ⅱ(26)在2条导轨(1)的上导轨面水平放置时，板架Ⅱ(26)置于导轨基座右半部的左进挡板(4)和右进挡板(5)之间，其中板架左横撑Ⅱ(2601)靠近左进挡板(4)，板架右横撑Ⅱ(2602)靠近右进挡板(5)，倾角仪(27)置于板架Ⅰ(25)的板架竖撑Ⅰ(2503)上或者板架Ⅱ(26)的板架竖撑Ⅱ(2603)上；
左侧的驱动模块中，板架支撑杆Ⅰ(17)的抱扣(24)套在板架左横撑Ⅰ(2501)中部构成转动连接，板架支撑杆Ⅱ(22)的抱扣(24)套在板架左横撑Ⅱ(2601)中部构成转动连接，横杆Ⅰ(15)上的2个导向轴承(18)在左限位开关(6)右侧的区域内分别与两侧的导轨(1)构成滚动连接；右侧的驱动模块中，板架支撑杆Ⅰ(17)的抱扣(24)套在板架右横撑Ⅱ(2602)中部构成转动连接，板架支撑杆Ⅱ(22)的抱扣(24)套在板架右横撑Ⅰ(2502)中部构成转动连接，横杆Ⅰ(15)上的2个导向轴承(18)在右限位开关(7)左侧的区域内分别与两侧的导轨(1)构成滚动连接；在抱扣(24)两侧，板架左横撑Ⅰ(2501)、板架右横撑Ⅰ(2502)、板架左横撑Ⅱ(2601)和板架右横撑Ⅱ(2602)上的定位销限制板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)横向移动；
右侧驱动模块的电机(8)不动，板架右横撑Ⅰ(2502)和板架右横撑Ⅱ(2602)分别顶住左部的右进挡板(5)和右部的右进挡板(5)，左侧驱动模块的电机(8)正向转动，左侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)推动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的右倾角增大；右侧驱动模块的电机(8)不动，板架右横撑Ⅰ(2502)和板架右横撑Ⅱ(2602)分别顶住左部的右进挡板(5)和右部的右进挡板(5)，左侧驱动模块的电机(8)反向转动，左侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)拉动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的右倾角减小；
左侧驱动模块的电机(8)不动，板架左横撑Ⅰ(2501)和板架左横撑Ⅱ(2601)分别顶住左部的左进挡板(4)和右部的左进挡板(4)，右侧驱动模块的电机(8)正向转动，右侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)推动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的左倾角增大；左侧驱动模块的电机(8)不动，板架左横撑Ⅰ(2501)和板架左横撑Ⅱ(2601)分别顶住左部的左进挡板(4)和右部的左进挡板(4)，右侧驱动模块的电机(8)反向转动，右侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)拉动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的左倾角减小；
板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)在2条导轨(1)的上导轨面水平放置时，左侧驱动模块的电机(8)正向转动，右侧驱动模块的电机(8)反向转动，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)水平向右平移，直至板架右横撑Ⅰ(2502)和板架右横撑Ⅱ(2602)分别顶到左部的右进挡板(5)和右部的右进挡板(5)，右侧驱动模块中横杆Ⅰ(15)上的导向轴承(18)触发右限位开关(7)，左侧驱动模块的电机(8)和右侧驱动模块的电机(8)均停止转动：左侧驱动模块的电机(8)反向转动，右侧驱动模块的电机(8)正向转动，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)水平向左平移，直至板架左横撑Ⅰ(2501)和板架右横撑Ⅱ(2602)分别顶到左部的左进挡板(4)和右部的左进挡板(4)，左侧驱动模块中横杆Ⅰ(15)上的导向轴承(18)触发左限位开关(6)，左侧驱动模块的电机(8)和右侧驱动模块的电机(8)均停止转动。
2.根据权利要求1所述的光伏电站能避风的太阳跟踪装置，其特征在于，所述电机(8)为步进电机或伺服电机。
3.一种光伏电站能避风的太阳跟踪装置的运动控制方法，其特征在于，如权利要求1所述的光伏电站能避风的太阳跟踪装置的运动控制方法为：
1)控制所述光伏电站能避风的太阳跟踪装置的控制系统包括控制电路、驱动器和风速仪，将光伏电站能避风的太阳跟踪装置按所在地理位置设置，在北半球，光伏电站能避风的太阳跟踪装置的左端指向东方，右端指向西方，将2块光伏电池板(28)分别固接在板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)上，将倾角仪(27)、左限位开关(6)、右限位开关(7)和风速仪的信号线分别与控制电路对应的信号输入端连接，将控制电路的驱动信号输出端与驱动器输入端连接，将驱动器左侧和右侧输出端分别连接到左侧驱动模块的电机(8)和右侧驱动模块的电机(8)；
2)光伏电站能避风的太阳跟踪装置的运动控制步骤如下：
步骤A，初始设置，启动左侧驱动模块的电机(8)和右侧驱动模块的电机(8)，将安装了光伏电池板(28)的板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)均水平置于导轨基座的导轨(1)上，板架左横撑Ⅰ(2501)和板架左横撑Ⅱ(2601)分别顶到左部的左进挡板(4)和右部的左进挡板(4)；
步骤B，上午，启动控制电路，左侧驱动模块的电机(8)不动，右侧驱动模块的电机(8)正向转动，右侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)推动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的左倾角增大，使得光伏电池能够接收到初升的太阳光，逐渐使光伏电池板倾斜角α达到光伏电池板(28)向左倾斜的最大值，光伏电池板倾斜角α即为板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的左倾角或右倾角，由倾角仪(27)实测；随太阳高度角β不断变大，左侧驱动模块的电机(8)不动，右侧驱动模块的电机(8)反向转动，右侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)拉动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的左倾角减小，控制电路保证倾角仪(27)实测的光伏电池板倾斜角α和太阳高度角β互为余角，直至中午，太阳光入射方向(29)垂直于水平线(30)，使光伏电池板倾斜角α减到0°，光伏电池板(28)处于水平状态；
步骤C，中午，光伏电池板(28)处于水平状态，左侧驱动模块的电机(8)正向转动，右侧驱动模块的电机(8)反向转动，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)水平向右平移，直至板架右横撑Ⅰ(2502)和板架右横撑Ⅱ(2602)分别顶到左部的右进挡板(5)和右部的右进挡板(5)，右侧驱动模块中横杆Ⅰ(15)上的导向轴承(18)触发右限位开关(7)，左侧驱动模块的电机(8)和右侧驱动模块的电机(8)均停止转动；
步骤D，下午，随太阳向西倾斜，太阳高度角β减小，右侧驱动模块的电机(8)不动，板架右横撑Ⅰ(2502)和板架右横撑Ⅱ(2602)顶住左部的右进挡板(5)和右部的右进挡板(5)，左侧驱动模块的电机(8)正向转动，左侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)推动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的右倾角增大，控制电路按照倾角仪(27)实测的光伏电池板倾斜角α和实时的太阳高度角β应互为余角的要求增大光伏电池板倾斜角α，直至光伏电池板(28)向右倾斜的最大值，然后，左侧驱动模块的电机(8)反向转动，左侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)拉动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的右倾角减小，使光伏电池板倾斜角α减到0°，光伏电池板(28)处于水平状态；
步骤E，回归初始设置，左侧驱动模块的电机(8)反向转动，右侧驱动模块的电机(8)正向转动，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)水平向左平移，直至板架左横撑Ⅰ(2501)和左横撑Ⅱ2601分别顶到左部的左进挡板(4)和右部的左进挡板(4)，左侧驱动模块中横杆Ⅰ(15)上的导向轴承(18)触发左限位开关(6)，左侧驱动模块电机(8)和右侧驱动模块的电机(8)均停止转动，回归初始设置，完成全天的运动控制操作；
步骤F，避风操作，当实时风速超过设定的安全风速，控制电路改变原进行的操作，上午，左侧驱动模块的电机(8)不动，右侧驱动模块的电机(8)反向转动，右侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)拉动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的左倾角减小，直至光伏电池板倾斜角α为0°，光伏电池板(28)处于水平状态，实时风速低于设定安全风速后，重复步骤B的操作；下午，右侧驱动模块的电机(8)不动，左侧驱动模块的电机(8)反向转动，左侧驱动模块的电机(8)驱动滚珠丝杠(10)，丝杠螺母(11)拉动推杆(13)，使板架Ⅰ(25)和板架Ⅱ(26)的右倾角减小，使光伏电池板倾斜角α为0°，光伏电池板(28)处于水平状态实时风速低于设定安全风速后，重复步骤D的操作。
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Granted publication date: 20141008 Termination date: 20150816 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |