CN107544559A - 一种两轴跟踪支架装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两轴跟踪支架装置，包括：支架、X轴旋转架、Y轴旋转架、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、X轴传动机构和Y轴传动机构；支架的数目为多个，且沿X轴等距设置于地面上，每两个支架之间同轴设置若干X轴旋转架，每个X轴旋转架内并排设置若干Y轴旋转架；X轴旋转架可绕X轴转动地设置于支架上，Y轴旋转架可绕Y轴转动地设置于X轴旋转架内；X轴驱动装置安装于支架上，并通过X轴传动机构驱动X轴旋转架同步摆动；Y轴驱动装置安装于X轴旋转架上，并通过Y轴传动机构驱动一个X轴旋转架内的Y轴旋转架同步摆动；X轴平行于地面，Y轴垂直于X轴。本发明具有的有益效果：能够高精度地实现两轴姿态调节，提高光伏板的发电量。

Description

一种两轴跟踪支架装置

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，具体涉及一种两轴跟踪支架装置。

背景技术

太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦时，假如把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转变率5%，每年发电量可达5.6×1012千瓦小时，相当于世界上能耗的40倍。正是由于太阳能的这些独特优势，9世纪80年代后，太阳能电池的种类不断增多、应用范围日益广阔、市场规模也逐步扩大。

9世纪90年代后，光伏发电快速发展，到906年，世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。897年又提出“百万屋顶”计划。日本892年启动了新阳光计划，到903年日本光伏组件生产占世界的50%，世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国，也纷纷制定光伏发展计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。

我国人口众多、幅员辽阔、能源紧张，因此太阳能发电技术尤其适合我国的国情从而成为当前最重要的新能源。为了提高发电量，光伏板通过支架被大密度、大面积的布置在条件合适的地区。由于一天之中，太阳的位置会随着时间的变化而变化，因此直射到光伏板上的太阳光线的角度也不同，这就导致不同照射角度下光伏板的发电量也不同，因此为了能够提高发电率，目前的光伏板支架均能够跟踪太阳的运动轨迹，时刻变化自己的姿态从而能够使阳光以更适合的角度照射到板面上。然而目前的光伏板支架仅能实现单轴追踪，忽略了不同季节太阳照射的角度的差异，因此导致发电率仍然不够理想。除此之外，现有的跟踪支架还存在传动效率低的缺陷，长期使用还会出现姿态调节精度下降等问题，从而影响发电量。除此之外，现有的跟踪支架实现姿态调节的方式主要有：通过获取气象部门的外部气象信息，然后计算出一天之中太阳的位置轨迹从而进行姿态调节，或者根据日照时间的长短均匀设置电机等驱动装置的运行速度从而实现姿态调节。这种方式的精确度很差，导致光伏板的姿态与实际日光照射角度存在很大的偏差，导致角度不够理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种两轴跟踪支架装置，能够高精度地实现两轴姿态调节，提高光伏板的发电量，还能够通过姿态检测装置实现姿态角度的自我判断从而实现较为精确的姿态调节。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种两轴跟踪支架装置，包括：支架、X轴旋转架、Y轴旋转架、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、X轴传动机构和Y轴传动机构；

支架的数目为多个，且沿X轴等距设置于地面上，每两个支架之间同轴设置若干X轴旋转架，每个X轴旋转架内并排设置若干Y轴旋转架；X轴旋转架可绕X轴转动地设置于支架上，Y轴旋转架可绕Y轴转动地设置于X轴旋转架内；X轴驱动装置安装于支架上，并通过X轴传动机构驱动X轴旋转架同步摆动；Y轴驱动装置安装于X轴旋转架上，并通过Y轴传动机构驱动一个X轴旋转架内的Y轴旋转架同步摆动；姿态检测装置包括暗盒、弧形导热板和温度传感器；弧形导热板设置于暗盒中，暗盒顶部设置有光线进入暗盒内的入射口，入射口的中心与弧形导热板对应的圆心重合，温度传感器设置于弧形导热板的最低位置处；

X轴平行于地面，Y轴垂直于X轴。

作为优选方案，X轴传动机构包括：圆弧架、第一导向链轮、驱动链轮和链条；

圆弧架安装于X轴旋转架上，其圆心与X轴旋转架的转动中心共线；圆弧架的外圆面上周向设置有链轮牙，第一导向链轮的数目为两个，且对称设置于圆弧架的两侧，驱动链轮安装于X轴驱动装置的输出轴上；链条绕过驱动链轮和第一导向链轮后与圆弧架上的链轮牙配合。

作为优选方案，X轴传动机构包括：第二导向链轮；

第二导向链轮的数目为两个，且分别位于第一导向链轮的正下方，第二导向链轮与链条相配合。

作为优选方案，Y轴传动机构包括：主动齿轮、从动齿轮和齿条；

主动齿轮安装于Y轴驱动装置的输出轴上，从动齿轮安装于Y轴旋转架的转动轴上，齿条可沿X轴方向滑动地设置于X轴旋转架上，并与主动齿轮和从动齿轮啮合。

作为优选方案，支架包括：斜撑和地脚座；地脚座和斜撑的数目均为两个，地脚座设置于地面上，斜撑的底部分别与地脚座铰接，其顶部与X轴旋转架的转动轴铰接。

作为优选方案，X轴驱动装置为步进电机，Y轴驱动装置为步进电机。

作为优选方案，还包括姿态姿态检测装置，姿态姿态检测装置具有若干个照度传感器，照度传感器等距设置于Y轴旋转架的周侧。

作为优选方案，支架为不锈钢架，X轴旋转架为铝合金架。

作为优选方案，支架通过地脚螺栓设置于地面上。

作为优选方案，X轴旋转架为长方形框架。

本发明具有的有益效果：能够高精度地实现两轴姿态调节，提高光伏板的发电量，还能够通过姿态检测装置实现姿态角度的自我判断从而实现较为精确的姿态调节。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例结构侧视图；

图2为图1所示实施例的结构俯视图；

图3为图1所示实施例中姿态检测装置的结构示意图；

图4为图1所示实施例中姿态检测装置的原理示意图。

附图标记：

1支架；1.1斜撑；1.2地脚座；2X轴旋转架；3Y轴旋转架；4X轴驱动装置；5Y轴驱动装置；6X轴传动机构；6.1圆弧架；6.2第一导向链轮；6.3驱动链轮；6.4链条；6.5第二导向链轮；7Y轴传动机构；7.1主动齿轮；7.2从动齿轮；7.3齿条；8暗盒；8.1入射口；9弧形导热板；10温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至4所示，一种两轴跟踪支架装置1，包括：支架1、X轴旋转架2、Y轴旋转架3、X轴驱动装置4、Y轴驱动装置5、X轴传动机构6和Y轴传动机构7；

支架1的数目为多个，且沿X轴等距设置于地面上，每两个支架1之间同轴设置若干X轴旋转架2，每个X轴旋转架2内并排设置若干Y轴旋转架3；X轴旋转架2可绕X轴转动地设置于支架1上，Y轴旋转架3可绕Y轴转动地设置于X轴旋转架2内；X轴驱动装置4安装于支架1上，并通过X轴传动机构6驱动X轴旋转架2同步摆动；Y轴驱动装置5安装于X轴旋转架2上，并通过Y轴传动机构7驱动一个X轴旋转架2内的Y轴旋转架3同步摆动；姿态检测装置包括暗盒8、弧形导热板9和温度传感器10；弧形导热板9设置于暗盒8中，暗盒8顶部设置有光线进入暗盒8内的入射口8.1，入射口8.1的中心与弧形导热板9对应的圆心重合，温度传感器10设置于弧形导热板9的最低位置处。

X轴平行于地面，Y轴垂直于X轴。

当太阳照射角度发生改变时，该跟踪支架1会根据当地天文数据进行X轴和Y轴的姿态调节，从而使光伏板能够以最理想的角度接受光线照射从而提高发电量。此外，由于该跟踪装置结构巧妙，因此可以沿直线批量串联设置从而提高光伏电站内光伏板的数量，既提高了发电量，也降低了传动控制的复杂度。

当太阳直射时，入射光线穿过入射口8.1垂直射到弧形导热板9上，此时照射区域覆盖温度传感器10，弧形导热板9受热升温，温度传感器10记录此时弧形导热板9的最大温度，当太阳的位置发生改变时，入射光线不再垂直射入暗盒8中，而是以一倾斜角度射到弧形导热板9上，此时照射区域偏离，温度传感器10检测到的温度将有所下降，根据弧形导热板9的参数可以得出太阳位置改变角度，然后控制相应的驱动装置改变光伏板的姿态。通过这种方式可以实现自动检测和自动调节，不再依赖外部数据，也不再单纯的按照日照周期进行匀速调节，大大提高了调节精度。当日照强度不足而导致最大温度出现较大偏差时，可以读取前日或前几日的数据进行参考，由于短期内太阳的运行轨迹相差无几，因此不会妨碍计算结果。

作为优选方案，X轴传动机构6包括：圆弧架6.1、第一导向链轮6.2、驱动链轮6.3和链条6.4。

圆弧架6.1安装于X轴旋转架2上，其圆心与X轴旋转架2的转动中心共线；圆弧架6.1的外圆面上周向设置有链轮牙，第一导向链轮6.2的数目为两个，且对称设置于圆弧架6.1的两侧，驱动链轮6.3安装于X轴驱动装置4的输出轴上；链条6.4绕过驱动链轮6.3和第一导向链轮6.2后与圆弧架6.1上的链轮牙配合。通过链条6.4进行传动控制，一方面能够提高传动件的刚性从而适应长时间的传动要求，另一方面则能够便于多个跟踪支架1或多个同类部件的同步控制。

作为优选方案，X轴传动机构6包括：第二导向链轮6.5；

第二导向链轮6.5的数目为两个，且分别位于第一导向链轮6.2的正下方，第二导向链轮6.5与链条6.4相配合。

作为优选方案，Y轴传动机构7包括：主动齿轮7.1、从动齿轮7.2和齿条7.3；

主动齿轮7.1安装于Y轴驱动装置5的输出轴上，从动齿轮7.2安装于Y轴旋转架3的转动轴上，齿条7.3可沿X轴方向滑动地设置于X轴旋转架2上，并与主动齿轮7.1和从动齿轮7.2啮合。通过齿轮齿条7.3传动，大大降低了传动控制的复杂度，同时可采用步进电机实现低成本和高精度的姿态控制。

作为优选方案，支架1包括：斜撑1.1和地脚座1.2；地脚座1.2和斜撑1.1的数目均为两个，地脚座1.2设置于地面上，斜撑1.1的底部分别与地脚座1.2铰接，其顶部与X轴旋转架2的转动轴铰接。支架1可以根据实际要求调整安装高度，并且降低了安装复杂度。

作为优选方案，X轴驱动装置4为步进电机，Y轴驱动装置5为步进电机。

作为优选方案，还包括姿态姿态检测装置，姿态姿态检测装置具有若干个照度传感器，照度传感器等距设置于Y轴旋转架3的周侧。通过姿态姿态检测装置随时检测光伏板的姿态从而控制跟踪支架1及时调整姿态。

作为优选方案，支架1为不锈钢架，X轴旋转架2为铝合金架。不锈钢架具有较强的耐腐蚀性和机械强度，能够作为主支撑架使用。铝合金架质量较轻，可以在起到固定作用的同时减轻传动负载。

作为优选方案，支架1通过地脚螺栓设置于地面上。

作为优选方案，X轴旋转架2为长方形框架。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：包括：支架（1）、X轴旋转架（2）、Y轴旋转架（3）、X轴驱动装置（4）、Y轴驱动装置（5）、X轴传动机构（6）、Y轴传动机构（7）和姿态检测装置；

所述支架（1）的数目为多个，且沿X轴等距设置于地面上，每两个所述支架（1）之间同轴设置若干所述X轴旋转架（2），每个所述X轴旋转架（2）内并排设置若干Y轴旋转架（3）；所述X轴旋转架（2）可绕X轴转动地设置于所述支架（1）上，所述Y轴旋转架（3）可绕Y轴转动地设置于所述X轴旋转架（2）内；所述X轴驱动装置（4）安装于所述支架（1）上，并通过所述X轴传动机构（6）驱动所述X轴旋转架（2）同步摆动；所述Y轴驱动装置（5）安装于所述X轴旋转架（2）上，并通过所述Y轴传动机构（7）驱动一个所述X轴旋转架（2）内的所述Y轴旋转架（3）同步摆动；所述姿态检测装置包括暗盒（8）、弧形导热板（9）和温度传感器（10）；所述弧形导热板（9）设置于所述暗盒（8）中，所述暗盒（8）顶部设置有光线进入所述暗盒（8）内的入射口（8.1），所述入射口（8.1）的中心与所述弧形导热板（9）对应的圆心重合，所述温度传感器（10）设置于所述弧形导热板（9）的最低位置处；

所述X轴平行于地面，所述Y轴垂直于所述X轴。

2.根据权利要求1所述的一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：所述X轴传动机构（6）包括：圆弧架（6.1）、第一导向链轮（6.2）、驱动链轮（6.3）和链条（6.4）；

所述圆弧架（6.1）安装于所述X轴旋转架（2）上，其圆心与所述X轴旋转架（2）的转动中心共线；所述圆弧架（6.1）的外圆面上周向设置有链轮牙，所述第一导向链轮（6.2）的数目为两个，且对称设置于所述圆弧架（6.1）的两侧，所述驱动链轮（6.3）安装于所述X轴驱动装置（4）的输出轴上；所述链条（6.4）绕过所述驱动链轮（6.3）和所述第一导向链轮（6.2）后与所述圆弧架（6.1）上的链轮牙配合。

3.根据权利要求2所述的一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：所述X轴传动机构（6）包括：第二导向链轮（6.5）；

所述第二导向链轮（6.5）的数目为两个，且分别位于所述第一导向链轮（6.2）的正下方，所述第二导向链轮（6.5）与所述链条（6.4）相配合。

4.根据权利要求1所述的一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：所述Y轴传动机构（7）包括：主动齿轮（7.1）、从动齿轮（7.2）和齿条（7.3）；

所述主动齿轮（7.1）安装于所述Y轴驱动装置（5）的输出轴上，所述从动齿轮（7.2）安装于所述Y轴旋转架（3）的转动轴上，所述齿条（7.3）可沿所述X轴方向滑动地设置于所述X轴旋转架（2）上，并与所述主动齿轮（7.1）和所述从动齿轮（7.2）啮合。

5.根据权利要求1所述的一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：所述支架（1）包括：斜撑（1.1）和地脚座（1.2）；所述地脚座（1.2）和所述斜撑（1.1）的数目均为两个，所述地脚座（1.2）设置于地面上，所述斜撑（1.1）的底部分别与所述地脚座（1.2）铰接，其顶部与所述X轴旋转架（2）的转动轴铰接。

6.根据权利要求1所述的一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：所述X轴驱动装置（4）为步进电机，所述Y轴驱动装置（5）为步进电机。

7.根据权利要求1所述的一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：还包括姿态姿态检测装置，所述姿态姿态检测装置具有若干个照度传感器，所述照度传感器等距设置于所述Y轴旋转架（3）的周侧。

8.根据权利要求1所述的一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：所述支架（1）为不锈钢架，所述X轴旋转架（2）为铝合金架。

9.根据权利要求1所述的一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：所述支架（1）通过地脚螺栓设置于地面上。

10.根据权利要求1所述的一种两轴跟踪支架装置，其特征在于：所述X轴旋转架（2）为长方形框架。