CN107816420A - 一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,包括平板光伏组件、二维追日装置、控制器、直流电机、水泵;追日装置由接收太阳光线的光电传感器和驱动平板光伏组件转动的跟踪机构和处理电路组成。跟踪机构包括左侧高度角跟踪机构、右侧高度角跟踪机构、两端安装在上述两个高度角跟踪机构上的倾斜轴太阳方位角跟踪机构,光伏组件安装在倾斜轴太阳方位角跟踪机构上,上述两个高度角跟踪机构通过联动装置联动,以提升追日装置的工作效率。直流电机输出轴与水泵连接,平板光伏组件所发的电由导线经过控制器驱动直流电机转动,直流电机再驱动水泵抽水。

Description

一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵
技术领域
本发明涉及太阳能光伏技术领域,具体涉及太阳能光伏设备。
背景技术
太阳能储量很大,分布广泛,清洁安全。光伏水泵技术正是这样的一个可以充分利用太阳能并且不消耗燃料和其他有机能源的技术,无污染有利于环境保护和节约能源,并且太阳能光伏电池寿命长、维修费用低,这一技术在生活供水和干旱地区灌溉方面有广阔的应用前景。光伏水泵具有无噪声、全自动、高可靠性、供水量与蒸发量适配性好等许多优点。各种形式水泵都是耗能产品,世界上泵产品所消耗的电能约占总发电量的20%,要想节约能源,大力推广光伏水泵系统是可持续发展、节能降耗的需要和重要途径。
国内各类热水循环泵、家用系列水泵、高楼供水泵、深井泵和震动泵等虽然科技含量较高,但生产企业已经较多,同质化竞争造成的最直接后果就是相互压价,利润空间被不断挤压。太阳能光伏水泵,近年来它日渐得到人们的认可和青睐,是当今世界上阳光丰富地区,尤其是缺电无电的边远地区最具吸引力的供水手段,利用随处可取、取之不竭的太阳能实现高经济性和高可靠性的供水。水泵全自动地日出而作,日落而歇,无需人员看管,维护工作量可降至最低,是理想的集经济性、可靠性和环保效益为一体的绿色能源高技术产品。
目前,市场上的太阳能光伏水泵一般采用蓄电和逆变技术,把太阳能电池板发的电储存在蓄电池内,再通过逆变器把直流电转变成交流电,带动水泵工作。该款产品蓄电成本高,而且太阳能利用效率低。
市场上虽也有免蓄电的直流光伏水泵,但由于太阳光斜照,光伏电池组件发电量不稳定,使得水泵的供水压力波动大,影响免蓄电的直流光伏水泵的出水量。
为解决上述技术问题,申请号为201220239614.1的实用新型专利公开了一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,它包括平板光伏组件、二维追日装置、控制器、直流电机、水泵。所述的二维追日装置中的跟踪机构包括摆动式高度角跟踪机构、第一铰支、倾斜轴太阳方位角跟踪机构、第二铰支、垂直固定式高度角跟踪机构,倾斜轴太阳方位角跟踪机构包括倾斜轴和驱动装置;驱动装置安装在垂直固定式高度角跟踪机构的顶端且与倾斜轴连接,倾斜轴两端分别通过第一铰支和第二铰支与摆动式高度角跟踪机构和垂直固定式高度角跟踪机构的顶端相连接。
发明内容
本发明所解决的技术问题:现有技术中的向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,如何提高其跟踪机构驱动平板光伏组件转动的效率。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,包括平板光伏组件、二维追日装置、控制器、直流电机、水泵;所述的二维追日装置由接收太阳光线的光电传感器和驱动平板光伏组件转动的跟踪机构和处理电路组成;所述跟踪机构包括左侧高度角跟踪机构、倾斜轴太阳方位角跟踪机构、右侧高度角跟踪机构;左侧高度角跟踪机构设有第一套升降丝杆螺母机构,右侧高度角跟踪机构设有第二套升降丝杆螺母机构,倾斜轴太阳方位角跟踪机构的左端安装在第一套升降丝杆螺母机构上,倾斜轴太阳方位角跟踪机构的右端安装在第二套升降丝杆螺母机构上,平板光伏组件安装在所述倾斜轴太阳方位角跟踪机构上;所述跟踪机构还包括联动装置,所述联动装置包括盘形基座、枢接在盘形基座上的旋转筒、枢接在盘形基座上且位于旋转筒内的旋转轴;所述旋转轴上套设有上下滑筒,旋转轴与上下滑筒之间设有周向联动结构;上下滑筒的外侧壁上开设滑槽;旋转筒的内侧壁上设有与所述滑槽配合的伸缩杆,旋转轴的轴心线偏离旋转筒的中心线;所述旋转轴与所述第一套升降丝杆螺母机构连接,所述旋转筒与所述第二套升降丝杆螺母机构连接。
上述技术方案中,由于联动装置的存在,第一套升降丝杆螺母机构与第二套升降丝杆螺母机构联动,第一套升降丝杆螺母机构驱动倾斜轴太阳方位角跟踪机构的左端上升,则第二套升降丝杆螺母机构驱动倾斜轴太阳方位角跟踪机构的右端下升,或者,第一套升降丝杆螺母机构驱动倾斜轴太阳方位角跟踪机构的左端下降,则第二套升降丝杆螺母机构驱动倾斜轴太阳方位角跟踪机构的右端上升,使倾斜轴太阳方位角跟踪机构倾斜预定角度,进而,使其上的平板光伏组件倾斜预定角度。上述倾斜轴太阳方位角跟踪机构的左右两端上下联动,倾斜所述平板光伏组件的效率得到提升。
上述技术方案中,所述联动装置的工作原理如下:由于旋转轴的轴心线偏离旋转筒的中心线,因此,套设在旋转轴上的上下滑筒的外侧壁与旋转筒内侧壁之间的距离是不均匀的,上下滑筒外侧壁与旋转筒内侧壁之间具有一个最大距离和一个最小距离。初始,伸缩杆与上下滑筒无接触,旋转筒旋转,伸缩杆所在的旋转筒内侧壁与上下滑筒外侧壁之间的距离变小,伸缩杆与上下滑筒外侧壁接触,且伸缩杆顶端伸入滑槽,伸缩杆抵压在滑槽的侧壁上,并驱动上下滑筒旋转。上下滑筒通过周向联动结构带动旋转轴同步旋转。旋转轴旋转预定角度后,上下滑筒外侧壁与旋转筒内侧壁之间的距离变大,伸缩杆脱离与滑槽的接触。
通过上述设计,旋转筒的旋转,可驱动旋转轴每次旋转预定或固定的角度,具体而言,旋转筒旋转一周,旋转轴旋转的角度小于一周,但旋转轴的旋转角度是固定的,或者说是预定的。如此,粗略旋转所述旋转筒一定的角度,可得到旋转轴精确的旋转角度。
通过上述设计,外部电机驱动所述旋转筒,外部电机的旋转误差能够传递给旋转筒,但不会传递给旋转轴,如此,可提高第一套升降丝杆螺母机构的动作精度,进而,倾斜轴太阳方位角跟踪机构的倾斜误差能够得到减小,即,倾斜轴太阳方位角跟踪机构实际倾斜角度与理想倾斜角度之间的差值得到减小。
所述伸缩杆包括筒状件、伸缩件、伸缩杆弹簧,伸缩杆弹簧设置在筒状件中,伸缩件插设在筒状件中且抵压在伸缩杆弹簧上,伸缩件向前突出筒状件的前端;筒状件的尾端设有传感器件,筒状件的尾部开设通孔,伸缩件的尾端设有小径部,小径部配合在所述通孔内,小径部能够与传感器件接触;所述传感器件与一警示装置连接。按上述说明,伸缩件的前端伸入滑槽中时,伸缩件向前突出筒状件的前端,此时,伸缩件尾端的小径部与传感器件无接触,传感器件不被触发。伸缩件的前端从滑槽中出来且与上下滑筒的外侧壁相抵时,伸缩件缩进筒状件中,所述小径部的尾端抵压在传感器件上,传感器件驱动警示装置,如警报器,警示装置告知操作者,伸缩件已脱离滑槽。如此设计,联动装置中旋转筒上的伸缩杆驱动旋转轴旋转一次,操作者即可通过警示装置知晓,操作者可停止外部电机对旋转筒的驱动,或者,操作者按警示装置的警示次数,判断旋转轴旋转的次数,以准确控制第一套升降丝杆螺母机构中螺母的旋转角度,进而,准确地控制倾斜轴太阳方位角跟踪机构左端的升降量,进而,准确地控制倾斜轴太阳方位角跟踪机构及其上平板光伏组件的倾斜角度。
所述旋转轴设有径向凸缘,旋转轴上套设有摩擦环和弹性环;摩擦环的底部端面连接在盘形基座上,上下滑筒的底部端面与摩擦环的顶部端面摩擦接触,弹性环的底部端面抵压在上下滑筒的顶部端面上,弹性环的顶部端面抵压在所述径向凸缘上;所述滑槽倾斜设置。
按上述说明,初始状态,弹性环压迫在上下滑筒的顶部端面上,上下滑筒的底部端面与摩擦环的顶部端面摩擦接触。旋转筒旋转,伸缩杆随之旋转,在伸缩杆与滑槽配合之前,即使伸缩杆与上下滑筒之间有接触,由于摩擦环对上下滑筒的摩擦力,上下滑筒保持静止,相应地,旋转轴保持静止。在伸缩杆伸入所述滑槽后,由于滑槽倾斜设置,在滑槽中滑动的伸缩杆驱动上下滑筒沿旋转轴上升,上下滑筒与摩擦环脱离接触,弹性环发生弹性变形而积聚弹性势能。之后,伸缩杆抵压在滑槽的侧壁上并驱动上下滑筒旋转,上下滑筒驱动旋转轴同步旋转。当伸缩杆与滑槽脱离接触后,在弹性环的作用下,上下滑筒向下复位,其底部端面与摩擦环重新摩擦接触,上下滑筒被制动,如此,每次旋转轴的旋转角度是预定的、固定的,不会因惯性而使旋转轴的旋转角度得到扩大。
所述周向联动结构为开设在旋转轴外表面上的线性滑槽、设置在上下滑筒内侧壁上且与所述线性滑槽配合的滑块,所述线性滑槽沿旋转轴的轴向设置。按上述说明,所述周向联动结构允许上下滑筒相对旋转轴作轴向滑动,所述周向联动结构使所述上下滑筒带动所述旋转轴同步旋转。其中,线性滑槽沿旋转轴的轴向设置,即线性滑槽的长度方向平行于旋转轴的轴心线。
滑槽的数量为三个,三个滑槽沿上下滑筒的圆周向均匀分布。按上述说明,设,三个滑槽分别为第一滑槽、第二滑槽、第三滑槽,初始状态,第一滑槽处于B位置,第二滑槽处于C位置,第三滑槽处于D位置。随旋转筒旋转的伸缩杆伸入第一滑槽,驱动上下滑筒旋转一百二十度后,伸缩杆脱离第一滑槽,此时,第一滑槽处于C位置,第二滑槽处于D位置,第三滑槽处于B位置。之后,随旋转筒旋转的伸缩杆由于长度不够而越过第二滑槽。之后,随旋转筒旋转的伸缩杆伸入第三滑槽,驱动上下滑槽旋转一百二十度后,伸缩杆脱离第三滑槽,此时,第一滑槽处于D位置,第二滑槽处于B位置,第三滑槽处于C位置。如此反复,旋转筒连续旋转,而上下滑筒间隔相同的时间旋转一次,每次旋转的角度相同。具体地,旋转筒旋转一周,上下滑筒旋转三分之一周。
所述倾斜轴太阳方位角跟踪机构包括倾斜轴和驱动装置,倾斜轴的左端枢接在左侧轴承座上,左侧轴承座安装在左侧轴承座板上,左侧轴承座板与第一套升降丝杆螺母机构的丝杆活动连接;倾斜轴的右端枢接在右侧轴承座上,右侧轴承座铰接在第二套升降丝杆螺母机构的丝杆上;所述驱动装置安装在第二套升降丝杆螺母机构的丝杆上。所述平板光伏组件安装在倾斜轴上,所述驱动装置包括电机,电机驱动倾斜轴旋转,倾斜轴带动平板光伏组件旋转。
左侧高度角跟踪机构包括左侧立柱,第一套升降丝杆螺母机构的螺母枢接在左侧立柱上;右侧高度角跟踪机构包括右侧立柱,第二套升降丝杆螺母机构的螺母枢接在右侧立柱上;第一套升降丝杆螺母机构的螺母上设有第一带轮,所述旋转轴上设有第二带轮,第一带轮和第二带轮通过第一传动带连接;第二套升降丝杆螺母机构的螺母上设有第三带轮,所述旋转筒上设有第四带轮,第三带轮和第四带轮通过第二传动带连接。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明:
图1为一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵的示意图;
图2为图1中A处放大图;
图3为联动装置的结构示意图;
图4为图3中从上方观察所述传动装置所得的平面结构示意图;
图5为图3中传动装置隐藏旋转筒a20后的结构示意图;
图6为图5中摩擦环a50、弹性环a60隐藏后的结构示意图;
图7为图4中伸缩杆a21的结构示意图。
图中符号说明:
10、平板光伏组件;
20、二维追日装置;21、光电传感器;22、处理电路;23、左侧高度角跟踪机构;231、第一套升降丝杆螺母机构的丝杆;232、第一套升降丝杆螺母机构的螺母;233、左侧立柱;234、第一带轮;235、第一传动带;
24、倾斜轴太阳方位角跟踪机构;241、倾斜轴;242、驱动装置;243、左侧轴承座;244、左侧轴承座板;245、条形滑槽;246、滑块;
25、右侧高度角跟踪机构;251、第二套升降丝杆螺母机构的丝杆;252、第二套升降丝杆螺母机构的螺母;253、右侧立柱;254、第三带轮;255、第二传动带;
30、控制器;
40、直流电机;
50、水泵;
60、基板;61、外部电机;62、皮带;
a、联动装置;
a10、盘形基座;
a20、旋转筒;a21、伸缩杆;a211、筒状件;a212、伸缩件;a213、伸缩杆弹簧;a214、传感器件;a215、通孔;a216、小径部;
a30、旋转轴;a31、径向凸缘;a32、线性滑槽;
a40、上下滑筒;a41、滑槽;a410、滑槽的侧壁;a42、滑块;
a50、摩擦环;
a60、弹性环。
具体实施方式
以下内容参考图1至图7。
一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,包括平板光伏组件10、二维追日装置20、控制器30、直流电机40、水泵50。
所述的二维追日装置由接收太阳光线的光电传感器21和驱动平板光伏组件转动的跟踪机构和处理电路22组成。
所述跟踪机构包括左侧高度角跟踪机构23、倾斜轴太阳方位角跟踪机构24、右侧高度角跟踪机构25和括联动装置a。
左侧高度角跟踪机构设有第一套升降丝杆螺母机构,右侧高度角跟踪机构设有第二套升降丝杆螺母机构,倾斜轴太阳方位角跟踪机构的左端安装在第一套升降丝杆螺母机构上,倾斜轴太阳方位角跟踪机构的右端安装在第二套升降丝杆螺母机构上,平板光伏组件安装在所述倾斜轴太阳方位角跟踪机构上。
所述联动装置a包括盘形基座a10、枢接在盘形基座上的旋转筒a20、枢接在盘形基座上且位于旋转筒内的旋转轴a30;所述旋转轴上套设有上下滑筒a40,旋转轴与上下滑筒之间设有周向联动结构;上下滑筒的外侧壁上开设滑槽a41;旋转筒的内侧壁上设有与所述滑槽配合的伸缩杆a21,旋转轴的轴心线偏离旋转筒的中心线。所述旋转轴与所述第一套升降丝杆螺母机构连接,所述旋转筒与所述第二套升降丝杆螺母机构连接。
关于联动装置a,所述伸缩杆a21包括筒状件a211、伸缩件a212、伸缩杆弹簧a213,伸缩杆弹簧设置在筒状件中,伸缩件插设在筒状件中且抵压在伸缩杆弹簧上,伸缩件向前突出筒状件的前端;筒状件的尾端设有传感器件a214,筒状件的尾部开设通孔a215,伸缩件的尾端设有小径部a216,小径部配合在所述通孔内,小径部能够与传感器件接触;所述传感器件与一警示装置连接。
关于联动装置a,滑槽a41的数量为三个,三个滑槽沿上下滑筒a40的圆周向均匀分布。
关于联动装置a,所述旋转轴a30设有径向凸缘a31,旋转轴上套设有摩擦环a50和弹性环a60;摩擦环的底部端面连接在盘形基座a10上,上下滑筒a40的底部端面与摩擦环的顶部端面摩擦接触,弹性环的底部端面抵压在上下滑筒的顶部端面上,弹性环的顶部端面抵压在所述径向凸缘上;所述滑槽a41倾斜设置。
关于联动装置a,所述周向联动结构为开设在旋转轴a30外表面上的线性滑槽a32、设置在上下滑筒a40内侧壁上且与所述线性滑槽配合的滑块a42,所述线性滑槽沿旋转轴的轴向设置。
所述倾斜轴太阳方位角跟踪机构24包括倾斜轴241和驱动装置242,倾斜轴的左端枢接在左侧轴承座243上,左侧轴承座安装在左侧轴承座板244上,左侧轴承座板与第一套升降丝杆螺母机构的丝杆231活动连接;倾斜轴的右端枢接在右侧轴承座244上,右侧轴承座铰接在第二套升降丝杆螺母机构的丝杆251上;所述驱动装置安装在第二套升降丝杆螺母机构的丝杆251上。
关于倾斜轴太阳方位角跟踪机构24,左侧轴承座板244的底部开设条形滑槽245,第一套升降丝杆螺母机构的丝杆231顶部设有滑块246,滑块滑动配合在所述条形滑槽245中,实现左侧轴承座板与第一套升降丝杆螺母机构的丝杆231的活动连接。
左侧高度角跟踪机构23包括左侧立柱233,第一套升降丝杆螺母机构的螺母232枢接在左侧立柱上;右侧高度角跟踪机构包括右侧立柱253,第二套升降丝杆螺母机构的螺母252枢接在右侧立柱上;第一套升降丝杆螺母机构的螺母上设有第一带轮234,所述旋转轴a30上设有第二带轮,第一带轮和第二带轮通过第一传动带235连接;第二套升降丝杆螺母机构的螺母上设有第三带轮254,所述旋转筒a20上设有第四带轮,第三带轮和第四带轮通过第二传动带255连接。
实际操作中,联动装置a中的盘形基座a10安装在基板60上,基板上安装有外部电机61,外部电机通过皮带62驱动所述旋转筒a20旋转。
所述光电传感器21安装在倾斜轴241上,通过导线连接处理电路22,处理电路通过导线连接跟踪机构,具体地,连接所述驱动装置242和所述外部电机61。通过接收太阳光线的光电传感器感应太阳的位置,并通过处理电路带动跟踪机构跟踪太阳,具体地,外部电机61驱动左侧高度角跟踪机构23和右侧高度角跟踪机构25,左侧高度角跟踪机构23和右侧高度角跟踪机构25驱使倾斜轴太阳方位角跟踪机构24及其上的平板光伏组件10左右倾斜,倾斜轴太阳方位角跟踪机构24中的驱动装置242驱动平板光伏组件10前后旋转。
所述的直流电机40输出轴与水泵50连接,平板光伏组件10所发的电由导线经过控制器30驱动直流电机40转动,直流电机再驱动水泵50抽水。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,包括平板光伏组件(10)、二维追日装置(20)、控制器(30)、直流电机(40)、水泵(50);
所述的二维追日装置由接收太阳光线的光电传感器(21)和驱动平板光伏组件转动的跟踪机构和处理电路(22)组成;
所述跟踪机构包括左侧高度角跟踪机构(23)、倾斜轴太阳方位角跟踪机构(24)、右侧高度角跟踪机构(25);左侧高度角跟踪机构设有第一套升降丝杆螺母机构,右侧高度角跟踪机构设有第二套升降丝杆螺母机构,倾斜轴太阳方位角跟踪机构的左端安装在第一套升降丝杆螺母机构上,倾斜轴太阳方位角跟踪机构的右端安装在第二套升降丝杆螺母机构上,平板光伏组件安装在所述倾斜轴太阳方位角跟踪机构上;其特征在于:
所述跟踪机构还包括联动装置(a),所述联动装置包括盘形基座(a10)、枢接在盘形基座上的旋转筒(a20)、枢接在盘形基座上且位于旋转筒内的旋转轴(a30);所述旋转轴上套设有上下滑筒(a40),旋转轴与上下滑筒之间设有周向联动结构;上下滑筒的外侧壁上开设滑槽(a41);旋转筒的内侧壁上设有与所述滑槽配合的伸缩杆(a21),旋转轴的轴心线偏离旋转筒的中心线;
所述旋转轴与所述第一套升降丝杆螺母机构连接,所述旋转筒与所述第二套升降丝杆螺母机构连接。
2.如权利要求1所述的一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,其特征在于:所述伸缩杆(a21)包括筒状件(a211)、伸缩件(a212)、伸缩杆弹簧(a213),伸缩杆弹簧设置在筒状件中,伸缩件插设在筒状件中且抵压在伸缩杆弹簧上,伸缩件向前突出筒状件的前端;
筒状件的尾端设有传感器件(a214),筒状件的尾部开设通孔(a215),伸缩件的尾端设有小径部(a216),小径部配合在所述通孔内,小径部能够与传感器件接触;
所述传感器件与一警示装置连接。
3.如权利要求1所述的一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,其特征在于:滑槽(a41)的数量为三个,三个滑槽沿上下滑筒(a40)的圆周向均匀分布。
4.如权利要求1所述的一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,其特征在于:所述旋转轴(a30)设有径向凸缘(a31),旋转轴上套设有摩擦环(a50)和弹性环(a60);
摩擦环的底部端面连接在盘形基座(a10)上,上下滑筒(a40)的底部端面与摩擦环的顶部端面摩擦接触,弹性环的底部端面抵压在上下滑筒的顶部端面上,弹性环的顶部端面抵压在所述径向凸缘上;
所述滑槽(a41)倾斜设置。
5.如权利要求1所述的一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,其特征在于:所述周向联动结构为开设在旋转轴(a30)外表面上的线性滑槽(a32)、设置在上下滑筒(a40)内侧壁上且与所述线性滑槽配合的滑块(a42),所述线性滑槽沿旋转轴的轴向设置。
6.如权利要求1所述的一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,其特征在于:所述倾斜轴太阳方位角跟踪机构(24)包括倾斜轴(241)和驱动装置(242),倾斜轴的左端枢接在左侧轴承座(243)上,左侧轴承座安装在左侧轴承座板(244)上,左侧轴承座板与第一套升降丝杆螺母机构的丝杆(231)活动连接;
倾斜轴的右端枢接在右侧轴承座(244)上,右侧轴承座铰接在第二套升降丝杆螺母机构的丝杆(251)上;
所述驱动装置安装在第二套升降丝杆螺母机构的丝杆(251)上。
7.如权利要求1所述的一种向日葵式免蓄电太阳能光伏水泵,其特征在于:左侧高度角跟踪机构(23)包括左侧立柱(233),第一套升降丝杆螺母机构的螺母(232)枢接在左侧立柱上;
右侧高度角跟踪机构包括右侧立柱(253),第二套升降丝杆螺母机构的螺母(252)枢接在右侧立柱上;
第一套升降丝杆螺母机构的螺母上设有第一带轮(234),所述旋转轴(a30)上设有第二带轮,第一带轮和第二带轮通过第一传动带(235)连接;
第二套升降丝杆螺母机构的螺母上设有第三带轮(254),所述旋转筒(a20)上设有第四带轮,第三带轮和第四带轮通过第二传动带(255)连接。
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