CN103064428A - 一种用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，包括太阳能光伏组件、支架、传动机构、两个液体箱和控制系统；支架包括用于安装太阳能光伏组件的平台支撑架、下支撑柱和与平台支撑架活动连接的上支撑柱；传动机构包括从动齿轮、主动齿轮、大滑轮、至少两个小滑轮、第一转动轴及第二转动轴和绕过小滑轮及大滑轮的绳索；从动齿轮安装在第一转动轴上，主动齿轮和大滑轮安装在第二转动轴上，主动齿轮与从动齿轮咬合；控制系统包括安装在每个液体箱内部的液体传感器、接收液体传感器输出信号的双向阀控制器和接收双向阀控制器输出信号的双向可控阀；两个液体箱之间通过带有双向可控阀的皮管相连接。本发明结构简单，成本低，机械磨损小。

Description

一种用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统
技术领域
本发明涉及一种用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，属于太阳能应用技术领域。
背景技术
1994年，太阳能厨房首先采用了单轴太阳能跟踪装置，在德国北部被投入使用。与此同时，捷克科学院物理研究所，通过日照温度变化并以形状记忆合金调节器为基础，实现了单轴被动式太阳跟踪。1997年，美国Blackace研发了东西方向自动跟踪的单轴太阳能跟踪器，但是南北方向需要用手动调节，接收器的热接受效率提高了15％。美国加州于1998年实施了在太阳能面板安装涅耳透镜，用来集中阳光，并成功研制了ATM两轴跟踪器，由此一来，可以使得热接收效率得到进一步的提升并使小块的太阳能面板收集更多的能量。随机，Joel.H.Goodman研制了一种具有大直径轨迹的活动太阳能方位跟踪装置，该装置可以通过大直径轨迹的活动太阳能方位跟踪装置，该装置可以通过大直径回转台从东到西跟踪太阳，从而使得夏季能量的获取率得到提高。新型太阳能跟踪装置于2002年2月在美国亚利桑那大学被推出，此种装置采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，利用控制电机完成跟踪，有效地拓宽了跟踪器的应用领域。
近年来，国内也有许多专家和学者也陆续开展了这方面的深入研究。现有技术中，应用太阳自动跟踪装置的光伏发电装置，改善了太阳光相对于光伏组件的照射角度，有效提高了太阳能利用率，得到了光伏领域技术人员的公认。其中，尤以两轴自动跟踪太阳能光伏发电装置为佳，它既能自动跟踪调节方位角又能自动跟踪调节仰角，使太阳光始终垂直照射在太阳能收集器，实现了太阳能最佳利用率。到目前为止，国内两轴跟踪装置仍处于理论研究阶段，尚未投入使用。两轴跟踪装置的效果虽好，但是其结构复杂、装置成本高、机械磨损大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种结构简单、成本低、机械磨损小的用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，可以有效的实现自动跟踪功能。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明包括太阳能光伏组件、支架、传动机构、两个液体箱和控制系统；支架包括用于安装太阳能光伏组件的平台支撑架、安装在地面上的下支撑柱和与平台支撑架活动连接的上支撑柱；传动机构包括安装在上支撑柱下端的从动齿轮、主动齿轮、位于主动齿轮下方的大滑轮、至少两个小滑轮、安装在下支撑柱上的第一转动轴及第二转动轴和绕过小滑轮及大滑轮的绳索；所述小滑轮安装在下支撑柱上；所述从动齿轮安装在第一转动轴上，所述主动齿轮和大滑轮安装在第二转动轴上，所述主动齿轮与从动齿轮咬合；绳索的两端固定在两个液体箱上。为防止绳索打滑，可将绳索某一处固定于大滑轮上，从而保证大滑轮能与绳索同步转动。
控制系统包括安装在每个液体箱内部的液体传感器、接收液体传感器输出信号的双向阀控制器和接收双向阀控制器输出信号的双向可控阀。双向阀控制器中设定根据时间给出的转动角度。
两个液体箱之间通过带有双向可控阀的皮管相连接。
两个液体传感器用于测量液体箱内液体容量，检测两个液体箱之间的液位差；双向可控阀用于控制液体的流向和流量，使得两个液体箱之间有液位差，从而产生重力差，进而带动大滑轮旋转。
根据双向阀控制器中设定的根据时间给出的转动角度，双向阀控制器控制双向可控阀动作，使得两个液体箱产生重力差，带动大滑轮进而通过主动齿轮、从动齿轮带动太阳能光伏组件转过相应方位角。
上述平台支撑架通过轴销与上支撑柱铰接。
上述第一转动轴和第二转动轴均通过多个转动轴承安装在下支撑柱上。以方便转动。
上述转动轴承设有两个，分别为上转动轴承和下转动轴承。
上述上转动轴承的上方装有压片。用于防止上转动轴承弹出。
上述下支撑柱通过结构预埋件安装在地面上。
上述主动齿轮的齿轮数是从动齿轮的齿轮数的两倍。
上述双向可控阀具体采用的是水泵。
本发明的有益效果如下：
1、本发明装置用滑轮带动的重力差式控制方式代替了电机控制方式，从而，大大简化了系统结构，降低了成本，提高了性价比。
2、本发明减少了电机控制传动机构产生的机械磨损。
附图说明
图1是本发明的侧视图；
图2是图1中控制部分的正视图；
图3是图1控制过程的方框图；
图4是图1中双向阀控制器的控制流程图（假定旋转时间为早上六点到晚上六点，每半小时控制旋转12°，晚上六点后旋转-290°回到初始状态）。
图1中，各序号分别为：1、太阳能光伏组件，2、平台支撑架，3、轴销，4、大滑轮，5、小滑轮，6、主动齿轮，7、从动齿轮，8、液体箱，9、结构预埋件，10、上支撑柱，11、下支撑柱，12、转动轴承，13-1、第一转动轴，13-2、第二转动轴，14、双向可控阀，15、液体传感器，16、双向阀控制器，17、压片，18、皮管，19、绳索。
图2中，各序号分别为：4、大滑轮，6、主动齿轮，8、液体箱，9、结构预埋件，11、下支撑柱，12、转动轴承，14、双向可控阀，15、液体传感器，16、双向阀控制器，17、压片，18、皮管，19、绳索。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1、图2和图3，本发明包括太阳能光伏组件1、支架、传动机构、两个液体箱、控制系统和结构预埋件9。
安装有太阳能光伏组件1的平台支撑架2通过轴销3铰接安装于上支撑柱10上端。下支撑柱11通过结构预埋件9安装在地面上。
上支撑柱10安装在从动齿轮7的上端，从动齿轮7安装在第一转动轴13-1上。主动齿轮6与大滑轮4安装在第二公共轴13-2上，且大滑轮4在主动齿轮6下方。主动齿轮6与从动齿轮7咬合。
第一公共轴13-1和第二公共轴13-2下端均安装有两个转动轴承12，以方便转动，分别为上转动轴承和下转动轴承，在上转动轴承上装有压片17，用于防止上转动轴承弹出。
两个液体箱8通过一根绳索19分别绕过两个小滑轮5和大滑轮4，绳索19绕过大滑轮4上的孔固定。
两个液体箱8内部装有液体传感器15，下端通过一根皮管18连接，皮管18中间装有双向可控阀14（本实施例采用的是水泵），水泵的信号由双向阀控制器16控制。双向阀控制器16的信号控制端与控制系统的控制信号输出端相连接。
结合液体传感器15的数据，双向阀控制器16中设定值驱动水泵工作时，两个液体箱8之间会有重力差，通过小滑轮5带动大滑轮4旋转，第二公共轴13-2也会随之旋转，从而带动主动齿轮6旋转，进而带动从动齿轮7旋转，从动齿轮7上端带动上支撑柱10转动，安装于上支撑柱10上端的平台支撑架2及光伏组件1转动，这就实现在东西方位角的跟踪。
装置最初状态时液位差为零，当产生液位差后开始转动，最后消除液位差静止在某个位置，从而实现复位，如此往复。
参见图4，本实施例中，太阳能光伏组件1安装面积为41m2，方位角跟踪角度范围±145°，单台最大功率为4KW。为了实现方位角跟踪角度范围为±145°，从动齿轮7的旋转角度即为±145°，主动齿轮6可以实现150°的旋转，从而可知主动齿轮6的齿轮数是从动齿轮7的齿轮数的两倍即可。液体箱8容积为1m3。本发明适合于各类型的太阳能组件，与现有技术相比较，大大简化了结构，降低了成本，提高了性价比，并且安装更方便，可适应复杂苛刻的户外使用环境。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，其特征在于，包括太阳能光伏组件（1）、支架、传动机构、两个液体箱（8）和控制系统；
所述支架包括用于安装太阳能光伏组件（1）的平台支撑架（2）、安装在地面上的下支撑柱（11）和与平台支撑架（2）活动连接的上支撑柱（10）；
所述传动机构包括安装在上支撑柱（10）下端的从动齿轮（7）、主动齿轮（6）、位于主动齿轮（6）下方的大滑轮（4）、至少两个小滑轮（5）、安装在下支撑柱（11）上的第一转动轴（13-1）及第二转动轴（13-2）和绕过小滑轮（5）及大滑轮（4）的绳索（19）；所述小滑轮（5）安装在下支撑柱（11）上；所述从动齿轮（7）安装在第一转动轴（13-1）上，所述主动齿轮（6）和大滑轮（4）安装在第二转动轴（13-2）上，所述主动齿轮（6）与从动齿轮（7）咬合；所述绳索（19）的两端固定在两个液体箱（8）上；
所述控制系统包括安装在每个液体箱（8）内部的液体传感器（15）、接收液体传感器（15）输出信号的双向阀控制器（16）和接收双向阀控制器（16）输出信号的双向可控阀（14）；
两个所述液体箱（8）之间通过带有双向可控阀（14）的皮管（18）相连接。
2.根据权利要求1所述的用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，其特征在于，
所述平台支撑架（2）通过轴销（3）与上支撑柱（10）铰接。
3.根据权利要求1所述的用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，其特征在于，
所述第一转动轴（13-1）和第二转动轴（13-2）均通过多个转动轴承（12）安装在下支撑柱（11）上。
4.根据权利要求3所述的用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，其特征在于，
所述转动轴承（12）设有两个，分别为上转动轴承和下转动轴承。
5.根据权利要求4所述的用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，其特征在于，
所述上转动轴承的上方装有压片（17）。
6.根据权利要求1所述的用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，其特征在于，
所述下支撑柱（11）通过结构预埋件（9）安装在地面上。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，其特征在于，
所述主动齿轮（6）的齿轮数是从动齿轮（7）的齿轮数的两倍。
8.根据权利要求1至6任意一项所述的用于光伏发电的基于液位驱动的主动追日系统，其特征在于，
所述双向可控阀（14）具体采用的是水泵。
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