CN103163901B - 太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置涉及太阳能机械技术领域。以双轴全方位主动跟踪技术，其底座的底面与底支撑而右侧与臂支撑、固支撑上端及摇支撑上端均与摇架底面、下支撑下端及触点开关均与摇架、上支撑上端与摆架底面、定支撑下端与摇架上面而上端与减速机、减速机与变速箱、变速箱与电机及角度仪、摆架轴与上支撑下端均固定连接，液压装置下端与底支撑而上端的伸缩端头与固支撑、臂支撑与摇支撑均通过轴销活连接，角度仪与垂直重锤活连接，电机输出轴与变速箱输入轴、变速箱输出轴与减速机输入轴、减速机输出轴与摆架轴一端均固定连接，摆架轴穿入下支撑轴孔且二者活连接。用于全地域全天候太阳光跟踪，且跟踪精度高。

Description

太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置

技术领域

本发明太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，涉及机械技术领域；特别涉及太阳能利用的机械技术领域；尤其涉及跟踪太阳光而充分利用太阳能的机械技术领域；具体涉及太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置技术领域。

背景技术

就太阳能利用而言，均采用太阳光跟踪装置，现有的跟踪装置多为单轴、被动式的跟踪装置。由于跟踪系统是安装在户外，光敏元件常被灰尘遮盖，这将使光敏元件感光能力减弱，导致系统动作迟钝，还会造成起始跟踪的偏差角度变大，或者当两个光敏元件被污染的程度不同时，它们的输出将形成一个固有的偏差，还将导致太阳电池板无法准确跟踪太阳位置，尤其在多云或大风的天气也会使跟踪系统无法准确捕捉到正确的太阳位置而反复抖动，导致跟踪精度不准确；同时，单轴被动式的跟踪装置只能跟踪方位角，不能对俯仰角进行跟踪。归纳起来，已有公知技术存在的不足、缺陷与弊端是：结构复杂且使用寿命短，跟踪精度低且无法俯仰跟踪，受天气影响大且易造成设备损坏，适用地区范围小而综合效益差。基于发明人的专业知识与丰富的工作经验及对事业的不懈追求，在认真而充分的调查、了解、分析、总结、研究已有公知技术及现状基础上，采取“双轴全方位主动跟踪”关键技术，研制成功了本发明。即：双轴主动式跟踪系统是根据使用地点的经纬度等信息，计算一年中每一天的不同时刻太阳所在的方位角和俯仰角，存储在相应的控制系统中；就是靠计算的角度对太阳光进行跟踪。与单轴被动跟踪装置相比，具有结构简单，跟踪精度准确，适用地区广泛等特点；能有效提高光伏组件的使用效率，对太阳能光伏组件的充分利用起到了更大的帮助作用；有效地解决了已有公知技术及现状存在的不足、缺陷与弊端。

发明内容

本发明采取“双轴全方位主动跟踪”关键技术，其底座的底面与底支撑而右侧与臂支撑、固支撑上端及摇支撑上端均与摇架底面、下支撑下端及触点开关均与摇架、上支撑上端与摆架底面、定支撑下端与摇架上面而上端与减速机、减速机与变速箱、变速箱与电机及角度仪、摆架轴与上支撑下端均固定连接，液压装置下端与底支撑而上端的伸缩端头与固支撑、臂支撑与摇支撑均通过轴销活连接，角度仪与垂直重锤活连接，电机输出轴与变速箱输入轴、变速箱输出轴与减速机输入轴、减速机输出轴与摆架轴一端均固定连接，摆架轴穿入下支撑轴孔且二者活连接。

通过本发明达到的目的是：①、采取“双轴全方位主动跟踪”关键技术，提供“太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置”的新装置。②、使本发明的构思独特实用、设计科学合理、结构简单巧妙、效果显著可靠。③、解决已有公知技术及现状的不足、缺陷与弊端。④、全地域、全天候、全方位的跟踪精度高，充分利用太阳能的天然能源。⑤、使本发明便于制作且使用寿命长而成本低且综合效益高、方便使用而利于广泛推广应用。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，由底座、底支撑、臂支撑、固支撑、摇支撑、摇架、下支撑、上支撑、定支撑、变速箱、电机、角度仪、垂直重锤、减速机、摆架轴、摆架、液压装置、触点开关构成；

所述太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，其底座的底面与底支撑而右侧与臂支撑、固支撑的上端及摇支撑的上端均与摇架的底面、下支撑的下端及触点开关均与摇架、上支撑的上端与摆架的底面、定支撑的下端与摇架的上面而上端与减速机、减速机与变速箱、变速箱与电机及角度仪、摆架轴与上支撑的下端均固定连接，其液压装置的下端与底支撑而上端的伸缩端头与固支撑、臂支撑与摇支撑均通过轴销活连接，其角度仪与垂直重锤活连接，其电机的输出轴与变速箱的输入轴、变速箱的输出轴与减速机的输入轴、减速机的输出轴与摆架轴的一端均固定连接，其摆架轴穿入下支撑上端的轴孔且二者活连接。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述底座为U形架状结构，所述底支撑、臂支撑、固支撑、摇支撑均为设置有轴销孔的支撑，所述摇架、摆架均为架体状结构，所述下支撑、上支撑均为设置有轴孔的支撑，所述定支撑为长方柱体状结构，所述变速箱、减速机均为减速箱状结构，所述电机为无级变速电机，所述角度仪为测量角度的装置，所述垂直重锤为底端呈锥形的圆柱体状结构，所述摆架轴为轴状结构，所述液压装置为液压伸缩装置，所述触点开关为接触式的触点开关。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述下支撑、上支撑均各为两个。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述摆架与太阳能电池板及太阳光跟踪器均固定连接。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述变速箱与角度仪固定连接替代为摆架轴另一端的端头与角度仪固定连接。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述电机、角度仪、液压装置、触点开关、太阳光跟踪器均与计算机控制装置电连接。

本发明的工作原理与工作过程是：

如说明书附图所示，本发明所述跟踪系统的使用途径为光伏组件的测量，根据光伏组件的重量，需要计算设备设计力矩，本发明所述设备力矩设定方案为：设备的重量30KG，每小时转动约15度，即每分钟转速为1/1440RPM；设静摩擦系数为0.2，需要克服的摩擦力约为30*0.2*9.8＝58.8N；设转动半径为100mm，则能使设备转起来的力矩约为58.8*0.1＝5.88NM；直流电机的选择，选择力矩电机配PWM高精度转速控制系统，稳定控制速度为1RPM，配减速比为1440的减速器，转速可以精确控制在1/1440RPM，减速为3*4*4*5*6五级传动，设每级传动效率为0.85，整体效0.85*0.85*0.85*0.85*0.85＝0.444。

①、本发明在计算机控制装置的控制之下进行工作(即：程序控制系统用PLC进行控制，程序存储在控制器中，能同时对方位角控制结构和俯仰角控制结构进行控制，以调节跟踪系统的角度)；

②、在液压装置的作用下，可进行俯仰跟踪，该俯仰机构可实现-15度至75度的角度变换；其中25度至75度角度可以通过力矩电动推杆来实现，-15度至25度可调节支撑的处置高度来实现；

③、在电机、变速箱、减速机、摆架轴、摆架的作用下，可进行各种角度的跟踪；

④、通过②、③所述，实现全方位高精度的跟踪；

⑤、通过触点开关，可将摆架向两边摆动的幅度控制在150度之内(即以地面垂直方向为0度的-150度至150度旋转)，如遇大风等恶劣天气，起到了对本发明的有效保护作用；

⑥、还设置有手动控制系统，其水平速度可调，跟踪速度可实现每小时15度的精确定位跟踪，跟踪精度可达0.001度，也可以实现每分钟约30-50度的快速跟踪、复位转动，极大限度的提高了本发明使用的灵活性；

⑦、在如上所述前提下，真正做到了全地域、全天候、全方位的高精度跟踪；

⑧、本发明的设计科学合理、结构简单巧妙、使用操作方便、效果稳定可靠、便于推广应用。

由于采用了本发明提供的技术方案；由于采用了“双轴全方位主动跟踪”关键技术；由于本发明的工作原理与工作过程所述；由于本发明其底座的底面与底支撑而右侧与臂支撑、固支撑上端及摇支撑上端均与摇架底面、下支撑下端及触点开关均与摇架、上支撑上端与摆架底面、定支撑下端与摇架上面而上端与减速机、减速机与变速箱、变速箱与电机及角度仪、摆架轴与上支撑下端均固定连接，液压装置下端与底支撑而上端的伸缩端头与固支撑、臂支撑与摇支撑均通过轴销活连接，角度仪与垂直重锤活连接，电机输出轴与变速箱输入轴、变速箱输出轴与减速机输入轴、减速机输出轴与摆架轴一端均固定连接，摆架轴穿入下支撑轴孔且二者活连接。使得本发明与已有公知技术及现状相比，获得的有益效果是：

1、本发明在采取“双轴全方位主动跟踪”关键技术基础上，提供了“太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置”的新装置。

2、本发明的构思独特实用、设计科学合理、结构简单巧妙、效果稳定可靠。

3、本发明解决了已有公知技术及现状的不足、缺陷与弊端。

4、本发明在计算机控制装置的控制之下进行工作，实现了科学化、程序化、自动化的工作过程。

5、本发明在液压装置的作用下，可进行俯仰跟踪。

6、本发明在电机、变速箱、减速机、摆架轴、摆架的作用下，可进行各种角度的跟踪。

7、本发明通过触点开关，可将摆架向两边摆动的幅度控制在150度之内，如遇大风等恶劣天气，起到了对本发明的有效保护作用。

8、本发明还设置有手动控制系统，其水平速度可调，跟踪速度可实现每小时15度的精确定位跟踪，跟踪精度可达0.001度，也可以实现每分钟约30-50度的快速跟踪、复位转动，极大限度的提高了本发明使用的灵活性.

9、本发明真正作到了全地域、全天候、全方位的高精度跟踪，能够充分利用太阳能的天然能源，符合环境保护的绿色能源要求，为低碳生产与低碳生活及可持续发展做出了应有贡献。

10、本发明的构思先进独特、设计科学合理、结构简单巧妙、使用操作方便、效果稳定可靠、易于制作成本低、方便使用寿命长、综合效益高、有效提高了本行业的技术水平，便于广泛推广应用。

附图说明

说明书附图为本发明太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置具体实施方式的示意图。

图中的标号：1、底座，2、底支撑，3、臂支撑，4、固支撑，5、摇支撑，6、摇架，7、下支撑，8、上支撑，9、定支撑，10、变速箱，11、电机，12、角度仪，13、垂直重锤，14、减速机，15、摆架轴，16、摆架，17、液压装置，18、触点开关。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作详细描述。正如说明书附图所示：

一种太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，由底座1、底支撑2、臂支撑3、固支撑4、摇支撑5、摇架6、下支撑7、上支撑8、定支撑9、变速箱10、电机11、角度仪12、垂直重锤13、减速机14、摆架轴15、摆架16、液压装置17、触点开关18构成；

所述太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，其底座1的底面与底支撑2而右侧与臂支撑3、固支撑4的上端及摇支撑5的上端均与摇架6的底面、下支撑7的下端及触点开关18均与摇架6、上支撑8的上端与摆架16的底面、定支撑9的下端与摇架6的上面而上端与减速机14、减速机14与变速箱10、变速箱10与电机11及角度仪12、摆架轴15与上支撑8的下端均固定连接，其液压装置17的下端与底支撑2而上端的伸缩端头与固支撑4、臂支撑3与摇支撑5均通过轴销活连接，其角度仪12与垂直重锤13活连接，其电机11的输出轴与变速箱10的输入轴、变速箱10的输出轴与减速机14的输入轴、减速机14的输出轴与摆架轴15的一端均固定连接，其摆架轴15穿入下支撑7上端的轴孔且二者活连接。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述底座1为U形架状结构，所述底支撑2、臂支撑3、固支撑4、摇支撑5均为设置有轴销孔的支撑，所述摇架6、摆架16均为架体状结构，所述下支撑7、上支撑8均为设置有轴孔的支撑，所述定支撑9为长方柱体状结构，所述变速箱10、减速机14均为减速箱状结构，所述电机11为无级变速电机，所述角度仪12为测量角度的装置，所述垂直重锤13为底端呈锥形的圆柱体状结构，所述摆架轴15为轴状结构，所述液压装置17为液压伸缩装置，所述触点开关18为接触式的触点开关。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述下支撑7、上支撑8均各为两个。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述摆架16与太阳能电池板及太阳光跟踪器均固定连接。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述变速箱10与角度仪12固定连接替代为摆架轴15另一端的端头与角度仪12固定连接。

所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，所述电机11、角度仪12、液压装置17、触点开关18、太阳光跟踪器均与计算机控制装置电连接。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可顺畅实施，但在不脱离本发明技术方案作出演变的等同变化，均为本发明的等效实施例，均仍属于本发明的技术方案。

Claims (6)

1.一种太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，其特征在于：由底座(1)、底支撑(2)、臂支撑(3)、固支撑(4)、摇支撑(5)、摇架(6)、下支撑(7)、上支撑(8)、定支撑(9)、变速箱(10)、电机(11)、角度仪(12)、垂直重锤(13)、减速机(14)、摆架轴(15)、摆架(16)、液压装置(17)、触点开关(18)构成；

所述太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，其底座(1)的底面与底支撑(2)而右侧与臂支撑(3)、固支撑(4)的上端及摇支撑(5)的上端均与摇架(6)的底面、下支撑(7)的下端及触点开关(18)均与摇架(6)、上支撑(8)的上端与摆架(16)的底面、定支撑(9)的下端与摇架(6)的上面而上端与减速机(14)、减速机(14)与变速箱(10)、变速箱(10)与电机(11)及角度仪(12)、摆架轴(15)与上支撑(8)的下端均固定连接，其液压装置(17)的下端与底支撑(2)而上端的伸缩端头与固支撑(4)、臂支撑(3)与摇支撑(5)均通过轴销活连接，其角度仪(12)与垂直重锤(13)活连接，其电机(11)的输出轴与变速箱(10)的输入轴、变速箱(10)的输出轴与减速机(14)的输入轴、减速机(14)的输出轴与摆架轴(15)的一端均固定连接，其摆架轴(15)穿入下支撑(7)上端的轴孔且二者活连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，其特征在于：所述底座(1)为U形架状结构，所述底支撑(2)、臂支撑(3)、固支撑(4)、摇支撑(5)均为设置有轴销孔的支撑，所述摇架(6)、摆架(16)均为架体状结构，所述下支撑(7)、上支撑(8)均为设置有轴孔的支撑，所述定支撑(9)为长方柱体状结构，所述变速箱(10)、减速机(14)均为减速箱状结构，所述电机(11)为无级变速电机，所述角度仪(12)为测量角度的装置，所述垂直重锤(13)为底端呈锥形的圆柱体状结构，所述摆架轴(15)为轴状结构，所述液压装置(17)为液压伸缩装置，所述触点开关(18)为接触式的触点开关。

3.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，其特征在于：所述下支撑(7)、上支撑(8)均各为两个。

4.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，其特征在于：所述摆架(16)与太阳能电池板及太阳光跟踪器均固定连接。

5.根据权利要求1所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，其特征在于：所述变速箱(10)与角度仪(12)固定连接替代为摆架轴(15)另一端的端头与角度仪(12)固定连接。

6.根据权利要求4所述的太阳能光伏组件辐射角高精度双轴自动跟踪装置，其特征在于：所述电机(11)、角度仪(12)、液压装置(17)、触点开关(18)、太阳光跟踪器均与计算机控制装置电连接。