CN103888047B - 一种自动跟踪太阳光伏发电装置及其控制方法 - Google Patents

一种自动跟踪太阳光伏发电装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动跟踪太阳光伏发电装置，包括液压传动装置、太阳跟踪装置和定时控制器，所述定时控制器控制所述液压传动装置输出动力从而控制太阳跟踪装置对太阳光进行跟踪。本发明采用液压传动方式，巧妙地将高减速比与低成本结合起来，与现有的双轴跟踪装置相比，既减少了价格昂贵的减速机，又具有低功耗、低成本、易维护的特点，而且稳定性好，具有抗风能力。

Description

一种自动跟踪太阳光伏发电装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，特别是一种自动跟踪太阳光伏发电装置及其控制方法。
背景技术
由于自动跟踪太阳后能显著提高太阳能电池板单位面积的发电量，当前我国关于自动跟踪太阳的光伏发电装置专利有很多，但现有专利设计的装置要么采用复杂的减速机构，要么稳定性不够，防风能力差，要么自身驱动能耗高。总之，现有专利涉及的跟踪装置性价比不高，以至于还没能普遍采用。
现有专利提供了一种太阳能自动跟踪装置（专利号：201220042671.0），该太阳能自动跟踪装置通过水箱中浮球液位的高低变化来驱动太阳能电池板的倾角变化，节省了大量的测量和跟踪的电子电气元件器件，其结构简单、建设和使用成本低廉。但是该专利的太阳光跟踪性能比较差，不能很准确地对太阳光进行跟踪，虽然低成本，却性能低，性价比差，还有该装置的抗风能力明显比较低，不能保证长期的作业。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种稳定性强、防风能力强、耗能低和性价比高的自动跟踪太阳光伏发电装置及其控制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种自动跟踪太阳光伏发电装置，包括液压传动装置、太阳跟踪装置和定时控制器，所述定时控制器控制所述液压传动装置输出动力，从而所述液压传动装置控制太阳跟踪装置对太阳光进行跟踪。
上述技术方案中，所述液压传动装置包括上容器和下容器，上容器的液位比下容器的液位高，上容器与下容器之间至少有两个连通的管道，第一管道设有第一阀门和水泵，第二管道设有第二阀门；所述上容器中设有上浮块，所述下容器中设有下浮块，该上浮块和下浮块通过传动组件与所述太阳跟踪装置传动连接。
上述技术方案中，所述传动组件包括齿条和齿轮，或者包括链条和链轮，或者包括皮带和皮带轮，或者包括钢丝绳和槽轮；所述齿条、链条、皮带或钢丝绳分别与上浮块和下浮块连接，所述齿轮、链轮、皮带轮或槽轮与所述太阳跟踪装置传动连接。
上述技术方案中，所述第一阀门为调节阀、单向阀中的一种或两种；所述第二阀门为调节阀、电磁阀中的一种或两种。
上述技术方案中，所述太阳跟踪装置包括至少一个太阳方位角跟踪轴、至少一个太阳高度角跟踪轴和太阳能电池板；该太阳方位角跟踪轴的两端通过轴承安装在固定支架上，该太阳高度角跟踪轴通过轴承垂直设置于所述太阳方位角跟踪轴上；该太阳能电池板固定在所述太阳高度角跟踪轴上；该太阳方位角跟踪轴的一端与所述液压传动装置的输出端连接，另一端与减速机的输入端连接，该减速机的输出端控制所述太阳高度角跟踪轴自转。
上述技术方案中，所述减速机的输入端通过带有止逆装置的齿轮与固定在固定支架上的不完全齿轮或链条相连。
上述技术方案中，两个所述太阳高度角跟踪轴之间通过链轮和链条来实现同步传动；或两个所述太阳高度角跟踪轴之间通过摇臂和连杆来实现同步传动。
上述技术方案中，所述减速机上设置有刻度指示盘，该刻度指示盘上标明二十四节气的位置。
一种自动跟踪太阳光伏发电装置的控制方法，该自动跟踪太阳光伏发电装置包括液压传动装置、太阳跟踪装置和定时控制器；其中，液压传动装置包括处于高位的上容器和处于低位的下容器，上容器中设有上浮块，下容器中设有下浮块，上浮块和下浮块通过传动件与太阳跟踪装置的输入端连接；太阳跟踪装置包括太阳方位角跟踪轴、太阳高度角跟踪轴、太阳能电池板和减速机，太阳方位角跟踪轴与太阳高度角跟踪轴垂直设置并可自转，太阳能电池板设置在太阳高度角跟踪轴上；其步骤包括：
1）太阳方位角跟踪轴的两端分别指向南向和北向；
2）定时控制器在早上定时开启，将下容器中的液体抽到上容器中，使上浮块上移和下浮块下移，上浮块和下浮块通过传动件向太阳跟踪装置输出动力；
3）太阳跟踪装置跟踪太阳光，太阳方位角跟踪轴自转，太阳方位角跟踪轴通过减速机按照方案一或方案二控制太阳高度角跟踪轴转动；
4）定时控制器在晚上定时关闭，上容器中的液体回流到下容器中，使下浮块上移和上浮块下移，上浮块和下浮块通过传动件向太阳跟踪装置输出动力；
5）太阳跟踪装置回转复位，太阳方位角跟踪轴反向自转，太阳方位角跟踪轴通过减速机按照方案一或方案二控制太阳高度角跟踪轴转动。
上述技术方案中，所述方案一为：早上太阳方位角跟踪轴每天从东转到西，减速机的输出轴自转1/365.24度，晚上太阳方位角跟踪轴回转时，减速机的输出轴停止自转；所述方案二为：早上太阳方位角跟踪轴每天从东转到西，减速机的输出轴停止自转，晚上太阳方位角跟踪轴回转时，减速机的输出轴自转1/365.24度。
本发明的有益效果是：本发明使用定时控制器控制泵给容器加水或油等液体，通过容器内浮子或活塞的移动来带动支架旋转，达到跟踪太阳的目的。该装置采用液压传动方式，巧妙地将高减速比与低成本结合起来，与现有的双轴跟踪装置相比，既减少了价格昂贵的减速机，又具有低功耗、低成本、易维护的特点，而且稳定性好，具有抗风能力。该装置只用一个小功率的泵驱动。该装置采用一个定时控制器来控制整个装置的运动，市面上单个成本50元以内的定时控制器，每天的走时误差已可轻松控制在0.5秒以内，控制精度非常高，时间累积误差可以忽略不计。其他机械运动的执行误差，每天晚上随着装置的复位自动清零，不会累积。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明液压传动装置的结构示意图；
图3是本发明的太阳跟踪装置的局部结构示意图。
图中：1、液压传动装置；101、上容器；102、下容器；103、上浮块；104、下浮块；105、上齿条；106、下齿条；107、齿轮；108、调节阀；109、单向阀；110、电磁阀；111、水泵；112、第一管道；113、第二管道；114、加水管道；2、太阳跟踪装置；201、固定支架；202、太阳方位角跟踪轴；203、太阳高度角跟踪轴；204、太阳能电池板；205、减速机；206、不完全齿轮；207、止逆齿轮；208、滑轮；209、滑槽；210、链轮；211、链条。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1、2、3所示，一种自动跟踪太阳光伏发电装置，包括液压传动装置1、太阳跟踪装置2和定时控制器，定时控制器通过控制液压传动装置1输出动力，控制太阳跟踪装置2对太阳光进行跟踪。
其中，液压传动装置1包括上容器101和下容器102，上容器101位于高位，下容器102位于低位，上容器101液位高于下容器102液位，该上容器101和下容器102可以是各自单独的容器，也可以是一个大容器再利用隔板分隔开两部分；该上容器101与下容器102之间连通有两管道，分别为第一管道112和第二管道113，该第一管道112上设置有单向阀109、调节阀108和水泵111，该第二管道113上设置有电磁阀110或调节阀108，第一管道112用于将下容器102中的液体抽到上容器101中，第二管道113用于将上容器101中的液体回流到下容器102中；第一管道112中的单向阀109与调节阀108之间的管道还连通有加水管道114，加水管道114上设置有调节阀108。单向阀109用于防止液体倒流，调节阀108用于调节液体流速。上容器101中设有上浮块103，下容器102中设有下浮块104，该上浮块103和下浮块104可以是活塞或浮子。该上浮块103顶部连接有上齿条105，下浮块104连接有下齿条106，该两齿条的齿牙相对设置，上齿条105和下齿条106之间设置有齿轮107，上齿条105的齿牙和下齿条106的齿牙与齿轮107的齿牙相啮合，该齿轮107作为液压传动装置1的输出端与太阳跟踪装置2传动连接。上齿条105、下齿条106和齿轮107作为传动组件，该传动组件还可以包括链条和链轮，或者包括皮带和皮带轮，或者包括钢丝绳和槽轮。
安装调试时通过加水管道114向上容器101和下容器102内加液体，通过调整调节阀108的阀门开度，可以控制太阳方位角跟踪轴202的自转角度来跟太阳同步。通过调整第二管道113中电磁阀110的开度可以控制太阳能电池板204晚上从西面返回东面的速度。
其中，太阳跟踪装置2包括太阳方位角跟踪轴202、太阳高度角跟踪轴203、太阳能电池板204和减速机205，太阳方位角跟踪轴202的两端通过轴承安装在固定支架201上，两太阳高度角跟踪轴203可自转地安装在太阳方位角跟踪轴202上，与太阳方位角跟踪轴202垂直，太阳方位角跟踪轴202上有以太阳方位角跟踪轴202中心点对称设置支架，支架上设有轴承，太阳高度角跟踪轴203在轴承中可进行自转，太阳高度角跟踪轴203的中心点落于该支架上，使太阳方位角跟踪轴202和太阳高度角跟踪轴203整体对称和重心稳定；太阳高度角跟踪轴203两端都固定有太阳能电池板204；太阳方位跟踪轴的一端与液压传动装置1的齿轮107联接，太阳方位跟踪轴的另一端设置有减速机205，该减速机205的输入轴设有带有止逆装置的止逆齿轮207；该止逆齿轮207与不完全齿轮206啮合传动，该不完全齿轮206固定安装在固定支架201上，该减速机205的输出轴连接有可转动的滑轮208，该滑轮208安装在太阳能电池板204上设置的滑槽209中；液压传动装置1通过输出动力带动太阳方位角跟踪轴202自转，太阳方位角跟踪轴202带动固定在它上面的涡轮蜗杆减速机205转动，于是减速机205输入轴上的止逆齿轮207绕不完全齿轮206转动，减速机205输出轴输出动力带动滑轮208转动，滑轮208在滑槽209中移动，并带动太阳能电池板204连同太阳高度角跟踪轴203自转；该止逆装置为该齿轮上设置的单向棘齿，通过该单向棘齿，太阳方位角跟踪轴202晚上回转时，减速机205的输出轴可以不自转。通过减速机205输出轴及太阳高度角跟踪轴203的共同支撑，使太阳能电池板204保持稳定，具备很好的抗风能力，保证工作的稳定性。
优选的，两太阳高度角跟踪轴203的同侧套设有链轮210，该两链轮210套设有链条211，当其中之一太阳高度角跟踪轴203自转时就会带动另外的太阳高度角跟踪轴203也进行同步自转，能够实现单个减速机205就能驱动多个太阳能电池板204进行对太阳光的跟踪，减少成本和设计安装的难度。或者两太阳高度角跟踪轴203之间用摇臂和连杆实现传动连接。
优选的，减速机205上设置有刻度指示盘，该刻度指示盘上标明二十四节气的位置，方便安装或校准时调节太阳能电池板204的俯仰角。
由于太阳跟踪装置2整体采用对称设计，整个太阳跟踪装置2的传动机构加上其搭载部件的重心都落于太阳方位角跟踪轴202上，且介于两个固定支架201之间，每个太阳高度角跟踪轴203加上其搭载的部件的重心都落于各自轴线上与太阳方位角跟踪轴202十字交叉处，即太阳方位角跟踪轴202上安装太阳高度角跟踪轴203的地方。这样的设计既可以减少驱动功率，又可以增加该装置整体的抗风能力。
一种自动跟踪太阳光伏发电装置的控制方法，包括上述的液压传动装置1、太阳跟踪装置2和定时控制器，其步骤包括：
1）太阳方位角跟踪轴202的两端分别指向南向和北向；
2）定时控制器在早上定时（太阳升起的时候）开启，水泵111和常开电磁阀110同时通电工作，电磁阀110将第二管道113关闭不让液体流通，水泵111工作将下容器102中的液体通过调节阀108和/或单向阀109抽送到上容器101中，由于液位的变化，上容器101中的液位不断上升带动上浮块103上升，下容器102中的液位不断下降带动下浮块104下降，上浮块103上升带动上齿条105上升，下浮块104下降带动下齿条106下降，上齿条105和下齿条106配合带动齿轮107进行旋转；
3）太阳跟踪装置2跟踪太阳光，齿轮107带动太阳方位角跟踪轴202自转，太阳方位角跟踪轴202带动不完全齿轮206和减速机205输入轴上的止逆齿轮207来控制减速机205按照方案一或方案二并通过滑轮208和滑槽209来控制太阳能电池板204和太阳高度角跟踪轴203转动；
4）定时控制器在晚上定时（太阳落山的时候）关闭，水泵111停止工作，常开电磁阀110断电将第二管道113打开让液体流通，上容器101中的液体由于高低液位的关系自动回流到下容器102中，由于液位的变化，上容器101中的液位不断下降带动上浮块103下降，下容器102中的液位不断上升带动下浮块104上升，上浮块103下降带动上齿条105下降，下浮块104上升带动下齿条106上升，上齿条105和下齿条106配合带动齿轮107进行旋转；
5）太阳跟踪装置2回转复位，齿轮107带动太阳方位角跟踪轴202自转，太阳方位角跟踪轴202带动不完全齿轮206和减速机205输入轴上的止逆齿轮207来控制减速机205按照方案一或方案二并通过滑轮208和滑槽209来控制太阳能电池板204和太阳高度角跟踪轴203转动；
其中，方案一：早上太阳方位角跟踪轴202每天从东转到西，减速机205的输出轴自转1/365.24度，晚上太阳方位角跟踪轴202回转时，减速机205的输出轴停止自转。方案二为：早上太阳方位角跟踪轴202每天从东转到西，减速机205的输出轴停止自转，晚上太阳方位角跟踪轴202回转时，减速机205的输出轴自转1/365.24度。
优选的，减速机205输出轴自传一周，太阳能电池板204的俯仰角在±23°27′（±23度27分）之间变化一次，通过调节太阳高度角跟踪轴203上滑槽209与太阳能电池板204的夹角，可以满足在不同纬度地区安装的时候，依然能对准太阳。
以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种自动跟踪太阳光伏发电装置，其特征在于：包括液压传动装置、太阳跟踪装置和定时控制器，所述定时控制器控制所述液压传动装置输出动力,从而所述液压传动装置控制太阳跟踪装置对太阳光进行跟踪；所述液压传动装置包括上容器和下容器，上容器的液位比下容器的液位高，上容器与下容器之间至少有两个连通的管道，第一管道设有第一阀门和水泵，第二管道设有第二阀门；所述上容器中设有上浮块，所述下容器中设有下浮块，该上浮块和下浮块通过传动组件与所述太阳跟踪装置传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动跟踪太阳光伏发电装置，其特征在于：所述传动组件包括齿条和齿轮，或者包括链条和链轮，或者包括皮带和皮带轮，或者包括钢丝绳和槽轮；所述齿条、链条、皮带或钢丝绳分别与上浮块和下浮块连接，所述齿轮、链轮、皮带轮或槽轮与所述太阳跟踪装置传动连接。
3.根据权利要求1所述的一种自动跟踪太阳光伏发电装置，其特征在于：所述第一阀门为调节阀、单向阀中的一种或两种；所述第二阀门为调节阀、电磁阀中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种自动跟踪太阳光伏发电装置，其特征在于：所述太阳跟踪装置包括至少一个太阳方位角跟踪轴、至少一个太阳高度角跟踪轴和太阳能电池板；该太阳方位角跟踪轴的两端通过轴承安装在固定支架上，该太阳高度角跟踪轴通过轴承垂直设置于所述太阳方位角跟踪轴上；该太阳能电池板固定在所述太阳高度角跟踪轴上；该太阳方位角跟踪轴的一端与所述液压传动装置的输出端连接，另一端与减速机的输入端连接，该减速机的输出端控制所述太阳高度角跟踪轴自转。
5.根据权利要求4所述的一种自动跟踪太阳光伏发电装置，其特征在于：所述减速机的输入端通过带有止逆装置的齿轮与固定在固定支架上的不完全齿轮或链条相连。
6.根据权利要求4所述的一种自动跟踪太阳光伏发电装置，其特征在于：两个所述太阳高度角跟踪轴之间通过链轮和链条来实现同步传动；或两个所述太阳高度角跟踪轴之间通过摇臂和连杆来实现同步传动。
7.根据权利要求4所述的一种自动跟踪太阳光伏发电装置，其特征在于：所述减速机上设置有刻度指示盘，该刻度指示盘上标明二十四节气的位置。
8.一种自动跟踪太阳光伏发电装置的控制方法，其特征在于：该自动跟踪太阳光伏发电装置包括液压传动装置、太阳跟踪装置和定时控制器；其中，液压传动装置包括处于高位的上容器和处于低位的下容器，上容器中设有上浮块，下容器中设有下浮块，上浮块和下浮块通过传动件与太阳跟踪装置的输入端连接；太阳跟踪装置包括太阳方位角跟踪轴、太阳高度角跟踪轴、太阳能电池板和减速机，太阳方位角跟踪轴与太阳高度角跟踪轴垂直设置并可自转，太阳能电池板设置在太阳高度角跟踪轴上；其步骤包括：
1）太阳方位角跟踪轴的两端分别指向南向和北向；
2）定时控制器在早上定时开启，将下容器中的液体抽到上容器中，使上浮块上移和下浮块下移，上浮块和下浮块通过传动件向太阳跟踪装置输出动力；
3）太阳跟踪装置跟踪太阳光，太阳方位角跟踪轴自转，太阳方位角跟踪轴通过减速机按照方案一或方案二控制太阳高度角跟踪轴转动；
4）定时控制器在晚上定时关闭，上容器中的液体回流到下容器中，使下浮块上移和上浮块下移，上浮块和下浮块通过传动件向太阳跟踪装置输出动力；
5）太阳跟踪装置回转复位，太阳方位角跟踪轴反向自转，太阳方位角跟踪轴通过减速机按照方案一或方案二控制太阳高度角跟踪轴转动；
其中，所述方案一为：早上太阳方位角跟踪轴每天从东转到西，减速机的输出轴自转1/365.24度，晚上太阳方位角跟踪轴反向自转时，减速机的输出轴停止自转；所述方案二为：早上太阳方位角跟踪轴每天从东转到西，减速机的输出轴停止自转，晚上太阳方位角跟踪轴反向自转时，减速机的输出轴自转1/365.24度。
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