CN103207623A - 双轴跟踪光伏发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴跟踪光伏发电装置，包括太阳能电池组件、电池组件安装框架、前支柱以及后支柱，电池组件安装框架支承于所述前支柱和后支柱上，所述前支柱的数量为一根，该前支柱通过球形铰链连接于所述电池组件安装框架上，该前支柱为长度固定的杆式结构；所述后支柱数量为两根，该两后支柱的上端通过球形铰链连接于所述电池组件安装框架上，该两后支柱的下端分别通过球形铰链支承在底座上，该两后支柱为可调节长度的杆式结构。采用本发明的双轴跟踪光伏发电装置，不仅能比固定安装型光伏发电装置具有更高的发电效率，还能够在结构上比具有太阳跟踪自动控制系统的光伏发电装置更为简洁，成本更低，同时还具有较高的使用可靠性。

Description

双轴跟踪光伏发电装置

技术领域

本发明涉及一种光伏发电装置，尤其涉及具有跟踪功能的光伏发电装置。

背景技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。由一定数量的太阳能电池经连接封装后形成太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

为了使光伏发电装置得到最大功率输出，必须结合建设地点的地理、气候及太阳能资源条件，将太阳能电池组件以一定的朝向进行安装，以保证太阳能电池获取最多的光照资源。理论上讲，如果太阳能电池能够时刻正对太阳，则其发电效率就会达到最佳状态。

太阳能电池组件是安装在光伏发电装置的支架上的，那么，太阳能电池所需要的安装朝向也就是由光伏发电装置的支架来保证的。大部分的光伏发电装置的支架结构型式为固定安装型式，即以这种型式的支架安装后，光伏电池组件的安装朝向也就确定下来了，在使用过程中也是固定不变的，当然，其安装朝向是根据光伏发电装置安装地的经纬度经计算后确定的，可以保证光伏发电装置具有相对较高的效率。这样的支架结构简单，安装维护方便，但显然其发电效率是不会很高的。

为了提高光伏发电装置的发电效率，人们开发出了具有太阳跟踪自动控制系统的光伏发电装置，这类太阳跟踪控制系统大体上有两种型式，一种是双轴跟踪系统，它不仅能够跟踪太阳的方位角，还能够同时跟踪太阳的高度角，理论上能够完全跟踪太阳的运行轨迹，从而使太阳能电池能时刻正对太阳，达到最佳的发电效果；另一种是单轴跟踪系统，它可以跟踪太阳的方位角，或者跟踪太阳的高度角，使太阳能电池在某一方向上能正对太阳，从而提高了太阳能发电装置的发电效率。这类的太阳跟踪自动控制系统一般是由伺服电机通过蜗轮蜗杆等机构来驱动，使太阳能电池组件及其安装框架绕相应的轴转动从而实现跟踪的功能。

采用具有太阳跟踪自动控制系统的光伏发电装置，太阳能电池的效率是提高了，但整个装置的成本提高了不少，初期投入大了，使用维护成本及工作量也相应增加。还有进一步的问题，由于跟踪的需要，需要太阳能电池组件根据太阳的位置来改变其角度姿态，整个太阳能电池组件及其安装架是处于活动状态，运动部件与固定部件连接处必然存在一定的间隙，这样的话，整个装置的结构刚性就较差，并且整个装置只能是靠蜗轮蜗杆的自锁功能来保持位置；通常光伏发电装置总是安装在阳光充足的荒郊野外，如荒山、戈壁、海边滩涂等地，这些地方正常风力都很强，往往还伴有沙尘，在强风的作用下，大面积的太阳能电池组件会收到较大的作用力，对本身结构刚性就较差的具有太阳跟踪控制系统的光伏发电装置造成损坏，并且传动机构在沙尘的作用下也会极易损坏，导致蜗轮蜗杆等传动装置无法正常工作，自锁性能减弱，跟踪调节功能也就无法实现，这时太阳能电池组件的朝向会在风力的作用下偏向某一极限位置，而且会卡死在这一位置，显然这一位置不会是一个较为理想的太阳能电池的工作位置，出现这样的情况，反而影响了光伏发电装置的发电效率。

发明内容

针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种双轴跟踪光伏发电装置，它不仅能比固定安装型光伏发电装置具有更高的发电效率，还能够在结构上比具有太阳跟踪自动控制系统的光伏发电装置更为简洁，成本更低，同时还具有较高的使用可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明的双轴跟踪光伏发电装置，包括太阳能电池组件、电池组件安装框架、前支柱以及后支柱，所述太阳能电池组件固定连接在电池组件安装框架上，该电池组件安装框架支承于所述前支柱和后支柱上，所述前支柱的数量为一根，该前支柱通过球形铰链连接于所述电池组件安装框架上，该前支柱为长度固定的杆式结构；所述后支柱数量为两根，该两后支柱的上端通过球形铰链连接于所述电池组件安装框架上，该两后支柱的下端分别通过球形铰链支承在底座上，该两后支柱为可调节长度的杆式结构。

在上述结构中，由于采用单根前支柱，且其通过球形铰链与所述电池组件安装框架相连，其在为太阳能电池组件与电池组件安装框架提供承重支撑的同时，球形铰链作为一个支点，电池组件安装框架可以在球形铰链上较大范围内任意调节方向位置；同时所述前支柱为长度固定的杆式结构，可以保证其具有较高的结构刚性。

又由于所述后支柱数量为两根，与前述的单根前支柱配合起来，形成三足鼎立的结构，为太阳能电池组件与电池组件安装框架提供了稳定的支撑结构；而两后支柱上端与通过球形铰链与所述电池组件安装框架相连，电池组件安装框架与每一后立柱之间的方向位置就可以在较大范围内任意调节；同样，两后支柱的下端分别通过球形铰链支承在底座上，则后支柱与底座之间的方向位置也可以在较大范围内任意调节。

以上结构为本光伏发电装置的双向跟踪消除了结构上的限制，而两后支柱为可调节长度的杆式结构，则为本光伏发电装置的跟踪调节提供了操作的可能性。

当两后支柱同时调节相同的长度时，太阳能电池组件与电池组件安装框架会绕前支柱的球形铰链转动，即太阳能电池组件与电池组件安装框架的俯仰角度得到改变，这样就可以跟踪太阳的高度；而当两后支柱中的某一根支柱单独调节长度时，太阳能电池组件与电池组件安装框架会绕前支柱的球形铰链与另一后支柱的球形铰链的中心连线转动；因此，适当调节两后支柱的长度，一方面可以在太阳能电池组件与电池组件安装框架的俯仰角度不变的情况下改变其左右方向的角度，也就是可以跟踪太阳的方位角，另一方面可以既改变太阳能电池组件与电池组件安装框架的俯仰角度，同时也改变太阳能电池组件与电池组件安装框架的方位角，即既跟踪太阳的高度角，也跟踪了太阳的方位角，从而实现了双轴跟踪的目的。

与固定安装型光伏发电装置相比，本发明可实现对太阳的双轴跟踪，可以每隔一段时间进行一次人工跟踪调节，使得太阳能电池组件能较好的正对太阳，以获取更多的光照资源，从而具有更高的发电效率；而与具有太阳跟踪自动控制系统的光伏发电装置相比，本发明没有采用伺服电机及其自动控制系统，结构上进行了简化，降低了成本，而实际发电效率相差并不大，同时本发明结构刚性相对较好，既不存在具有太阳跟踪自动控制系统的光伏发电装置中运动部件与固定部件连接处必然存在的间隙，也不需要靠传动部件的自锁来保证结构刚性，每次跟踪调节之后是对可调部件之间进行锁定的，从而保证了结构刚性，整个装置具有较高的使用可靠性。

本发明的一个优选实施方案，所述后支柱包括上部支柱和下部支柱，上部支柱和下部支柱可滑动地套接连接，在上部支柱和下部支柱之间设置有长度调节机构，上部支柱和下部支柱通过螺钉或销钉锁定。采用该实施方式，在上部支柱和下部支柱之间设置有长度调节机构，可以使得长度调节过程操作方便；上部支柱和下部支柱可滑动地套接连接，可以便于后支柱长度的调节，且因采用套接结构，连接刚性较高；而上部支柱和下部支柱通过螺钉或销钉锁定，则可消除上部支柱和下部支柱两部分之间调节所需的间隙，保证结构刚性。

本发明进一步的实施方案，所述长度调节机构为螺杆螺母机构，螺杆螺母机构的螺母固连在上部支柱上，螺杆螺母机构的螺杆转动安装在下部支柱上。采用该实施方式，长度调节机构的结构简单，转动螺杆，就可以使螺母在螺杆上移动，从而带动上部支柱与下部支柱之间产生位移，起到长度调节效果。

本发明又一进一步的实施方案，所述长度调节机构为齿轮齿条机构，齿轮齿条机构的齿条设置在上部支柱上，齿轮齿条机构的齿轮通过齿轮轴转动支承在下部支柱的上端。采用该实施方式，通过转动齿轮轴使齿轮转动，带动设置有齿条的上部支柱上下移动，达到长度调节效果。

本发明另一进一步的实施方案，所述长度调节机构为螺杆螺母机构加蜗轮蜗杆机构，螺杆螺母机构的螺母固连在上部支柱上，螺杆螺母机构的螺杆转动安装在下部支柱上，蜗轮蜗杆机构的蜗轮固连在所述螺杆上，蜗轮蜗杆机构的蜗杆转动安装在下部支柱的相应位置上。本实施方案在上述螺杆螺母机构的基础上增加了一套蜗轮蜗杆机构，通过转动蜗杆使蜗轮带动螺杆螺母机构的螺杆转动，与上述螺杆螺母机构相比，长度调节更为方便。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明双轴跟踪光伏发电装置作进一步详细说明。

图1是本发明双轴跟踪光伏发电装置一种实施方式的结构示意图。

图2是图1所示结构的右侧示图。

图3是本发明双轴跟踪光伏发电装置中后支柱的一种结构示意图。

图4是本发明双轴跟踪光伏发电装置中后支柱的另一种结构示意图。

图5是本发明双轴跟踪光伏发电装置中后支柱的又一种结构示意图。

图中：1－太阳能电池组件、2－电池组件安装框架、3－前支柱、4－后支柱、5－底座、6－上部支柱、7－下部支柱、8－螺杆、9－蜗轮、10－蜗杆、11－齿条、12－齿轮。

具体实施方式

在图1、图2所示的双轴跟踪光伏发电装置中，太阳能电池组件1固定安装在电池组件安装框架2上，该电池组件安装框架2支承在前支柱3和后支柱4上；所述前支柱3的数量为一根，其结构形式为长度固定的方管杆式结构，其下端固定支承在地基上；所述后支柱4数量为两根，该两后支柱4的下端分别通过球形铰链支承在底座5上，当然，将底座5延伸至前支柱3的位置，所述前支柱3的下端也可以支承在该底座5上；所述电池组件安装框架2与所述的一根前支柱3和两根后支柱4均通过球形铰链相连接，前支柱3的球形铰链位置处于电池组件安装框架2的前边框的中部，两根后支柱4的球形铰链位置分别处于电池组件安装框架2的后边框的左右侧；所述两后支柱4为可调节长度的杆式结构。

图3示出了后支柱4的一种结构形式，后支柱4由上部支柱6与下部支柱7两部分构成，其上部支柱6的上端面与下部支柱7的下端面均为球形铰链的安装面，上部支柱6主体为方管形杆件，下部支柱7主体为槽钢形杆件，下部支柱7套接于上部支柱6的外面，下部支柱7的两侧面上设置有数个螺孔用以安装紧定螺钉，在每次调节完成后利用此紧定螺钉将上部支柱6和下部支柱7锁定位置，形成一刚性构件。

在上部支柱6与下部支柱7之间设置有螺杆螺母机构作为后支柱4的长度调节机构，在上部支柱6的下端面上设置有螺孔，该螺孔作为螺杆螺母机构的螺母，螺杆8的螺纹端旋接于此螺孔内，螺杆8的另一端安装在下部支柱7上位于中下部设置的安装座孔内，在螺杆8该端的末端设置有方榫，用扳手可以通过方榫来转动螺杆8，从而调节后支柱4的长度。

图4示出了后支柱4的另一种结构形式，此结构形式在图3所示结构的基础上作了改进，不同之处在于在螺杆8的末端不是设置成方榫，而是固定安装有蜗轮蜗杆机构的蜗轮9，蜗轮蜗杆机构的蜗杆10转动安装在下部支柱7的相应位置上，蜗杆10的一端设置成方榫，用扳手可以通过方榫来转动蜗杆10使蜗轮9带动螺杆螺母机构的螺杆8转动，与上述图3所示结构相比，调节更为轻松方便。

图5示出了后支柱4的又一种结构形式，与图3、图4的结构相比，不同的是所述长度调节机构为齿轮齿条机构，齿轮齿条机构的齿条11设置在上部支柱6上，齿轮齿条机构的齿轮12通过齿轮轴转动支承在下部支柱7的上端，通过转动齿轮轴使齿轮12转动，带动设置有齿条11的上部支柱6上下移动，达到长度调节效果。

上述仅举出了本发明的一些优选实施方式，但本发明并不局限于此，在不违背本发明基本原理的情况下，还可以作许多的改进和变换。如：所述下部支柱7的两侧面上不一定要设置有数个螺孔用以安装紧定螺钉，而是可以在上部支柱6与下部支柱7相应的两侧面上加工出数个销钉孔，每次调节完成后，用销钉插入相应的销钉孔内，同样能起到锁定位置、使上部支柱6与下部支柱7形成一刚性构件的作用；在上部支柱6与下部支柱7之间所设置的长度调节机构也不一定仅限于所述的三种形式，也可以有其它更多形式的长度调节机构，只要能改变上部支柱6与下部支柱7之间的位置，使后支柱4改变长度即可。因此，只要是在本发明基本原理之上所作出的改进与变换，均应视为落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.双轴跟踪光伏发电装置，包括太阳能电池组件（1）、电池组件安装框架（2）、前支柱（3）以及后支柱（4），所述太阳能电池组件（1）固定连接在电池组件安装框架（2）上，该电池组件安装框架（2）支承于所述前支柱（3）和后支柱（4）上，其特征在于：所述前支柱（3）的数量为一根，该前支柱（3）通过球形铰链与所述电池组件安装框架（2）相连，该前支柱（3）为长度固定的杆式结构；所述后支柱（4）数量为两根，该两后支柱（4）的上端均通过球形铰链与所述电池组件安装框架（2）相连，该两后支柱（4）的下端分别通过球形铰链支承在底座（5）上，该两后支柱（4）为可调节长度的杆式结构。

2.根据权利要求1所述的双轴跟踪光伏发电装置，其特征在于：所述后支柱（4）包括上部支柱（6）和下部支柱（7），上部支柱（6）和下部支柱（7）可滑动地套接连接，在上部支柱（6）和下部支柱（7）之间设置有长度调节机构，上部支柱（6）和下部支柱（7）通过螺钉或销钉锁定。

3.根据权利要求2所述的双轴跟踪光伏发电装置，其特征在于：所述长度调节机构为螺杆螺母机构，螺杆螺母机构的螺母固连在上部支柱（6）上，螺杆螺母机构的螺杆（8）转动安装在下部支柱（7）上。

4.根据权利要求2所述的双轴跟踪光伏发电装置，其特征在于：所述长度调节机构为齿轮齿条机构，齿轮齿条机构的齿条（11）设置在上部支柱（6）上，齿轮齿条机构的齿轮（12）通过齿轮轴转动支承在下部支柱（7）的上端。

5.根据权利要求2所述的双轴跟踪光伏发电装置，其特征在于：所述长度调节机构为螺杆螺母机构加蜗轮蜗杆机构，螺杆螺母机构的螺母固连在上部支柱（6）上，螺杆螺母机构的螺杆转动安装在下部支柱（7）上，蜗轮蜗杆机构的蜗轮（9）固连在所述螺杆（8）上，蜗轮蜗杆机构的蜗杆（10）转动安装在下部支柱（7）的相应位置上。

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