CN109660196B - 一种旋转叠合式太阳能发电装置 - Google Patents

一种旋转叠合式太阳能发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种旋转叠合式太阳能发电装置，属于太阳能发电技术领域。包括底座、支杆、定位装置和若干个光伏板单元；支杆下端与底座固定连接，支杆上端与光伏板单元转动连接，光伏板单元包括第一光伏板和第二光伏板，第一光伏板和第二光伏板滑动连接，以改变第二光伏板与支杆的间距。本发明一方面在围绕支杆的周向通过旋转实现不同的光伏板单元叠合，另一方面通过径向的相对滑动实现第一光伏板和第二光伏板的相互叠合，将周向和径向两个自由度运动相结合，实现了光伏板的快速叠合，而且最大程度的减小了光伏板表面积，不但减小了占地面积，而且方便拆装和搬运，同时减小了光伏板受风压破坏的风险。

Description

一种旋转叠合式太阳能发电装置
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，特别是涉及一种旋转叠合式太阳能发电装置。
背景技术
太阳能发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式，发电过程简单，没有机械转动部件，不消耗燃料，不排放包括温室气体在内的任何物质，无噪声、无污染；太阳能资源分布广泛且取之不尽、用之不竭。因此，与风力发电、生物质能发电和核电等新型发电技术相比，太阳能发电是一种最具可持续发展理想特征的可再生能源发电技术。
在内蒙古和新疆一些地区，由于幅员辽阔，一些依靠放牧为生的牧民，他们在放牧时经常需要转场，在生活用电上存在着极大的不便；于是牧民为解决用电难的问题，采用太阳能发电装置满足生活用电；但是现有的太阳能发电装置光伏板体积大，形状固定，不仅安装、运输不便，而且遇大风天气时承受风压面过大，极易造成损坏甚至掀飞，无法满足草原牧民的生活和生产需求。
因此，市场亟需一种方便收起，占地面积小，方便安装和运输的太阳能发电装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种旋转叠合式太阳能发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，使太阳能发电装置方便收起，占地面积小，方便安装和运输，防止风压破坏。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种旋转叠合式太阳能发电装置，包括底座、支杆、定位装置和若干个光伏板单元；每个所述光伏板单元处于不同平面；所述支杆下端与所述底座固定连接，所述支杆上端与所述光伏板单元转动连接，所述定位装置用于对各所述光伏板单元在所述支杆上端的周向位置进行定位，所述光伏板单元包括第一光伏板和第二光伏板，所述第一光伏板和所述第二光伏板不处于同一平面，且所述第一光伏板和第二光伏板滑动连接，以改变所述第二光伏板与所述支杆的间距。
可选地，所述第一光伏板为扇形，所述扇形的顶点与所述支杆上端转动连接。
可选地，所述第二光伏板为扇环形，且所述扇环形的圆弧角与所述第一光伏板的圆弧角角度一致。
可选地，所述支杆靠近顶端位置设置有一水平的旋转轴，将所述支杆分成了主体杆和转动杆，所述旋转轴设置在所述主体杆的顶部，所述转动杆可绕所述旋转轴转动，用以调节所述主体杆和所述转动杆之间的角度，所述转动杆远离所述旋转轴的一端与所述定位装置连接。
可选地，所述支杆顶端设置有周向驱动装置，所述周向驱动装置与一转动轴连接，所述周向驱动装置用于驱动所述转动轴转动；所述转动轴上沿轴向设置有与所述光伏板单元数量一致的传动单元；所述传动单元包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；所述第一齿轮和所述第二齿轮设置于所述第三齿轮内部，所述第一齿轮、所述第三齿轮同心设置且所述第一齿轮与所述转动轴固定连接，所述第二齿轮两侧分别与所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合；所述第三齿轮外部固定设置有限位环，所述限位环外部与所述光伏板单元固定连接；所述支杆顶端还固定设置有中心支轴，所述中心支轴中部设置有轴孔，所述转动轴穿过所述轴孔并与所述轴孔滑动配合；所述中心支轴为变截面结构，包括交错连接的圆形截面部分和月牙形截面部分，圆形截面部分设置于相邻所述传动单元之间，并与两侧的所述传动单元相接触，月牙形截面部分穿过所述第三齿轮内部；调整不同所述传动单元的所述第一齿轮和第二齿轮的大小，使不同所述第三齿轮的转动角度不同，实现所有所述光伏板单元在转动轴的驱动下能完全展开。
可选地，所述第一光伏板上固定设置有滑块，所述第二光伏板上沿径向设置有滑槽，所述滑块嵌入所述滑槽中，使所述第二光伏板能够与第一光伏板在径向发生相对滑动；所述第一光伏板上设置有径向驱动装置，用于驱动所述第二光伏板与所述第一光伏板发生相对滑动。
可选地，所述径向驱动装置为滚动丝杠，包括电机、丝杠和丝母；所述电机固定于所述第一光伏板上，所述丝杠一端与所述电机的输出轴固定连接，另一端穿过所述丝母并与所述丝母螺纹配合，所述丝母与所述第二光伏板远离所述支杆的一端固定连接。
可选地，所述径向驱动装置为气缸，所述气缸的缸体与所述第一光伏板固定连接，所述气缸的活塞杆与所述第二光伏板远离所述支杆的一端固定连接。
可选地，所述第一光伏板和所述第二光伏板均设置6片，且所述第一光伏板与所述第二光伏板的角度均为60°。
可选地，所述第二光伏板的外弧形边为波浪形状。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明一方面在围绕支杆的周向通过旋转实现不同的光伏板单元叠合，另一方面通过径向的相对滑动实现第一光伏板和第二光伏板的相互叠合，将周向和径向两个自由度运动相结合，实现了光伏板的快速叠合，而且最大程度的减小了光伏板表面积，不但减小了占地面积，而且方便拆装和搬运，同时减小了光伏板受风压破坏的风险。
进一步地，通过调节主体杆和转动杆之间的角度，可调整光伏板板面方向至其垂直于光线方向，从而有效提高光电转化效率。
进一步地，给周向和径向运动设置驱动机构，使用者可以更加省力、快捷的完成太阳能发电装置的展开和收起操作。
进一步地，第二光伏板的外弧形边为波浪形状，增加了太阳能发电装置的美感。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的旋转叠合式太阳能发电装置工作状态的结构图；
图2为本发明提供的旋转叠合式太阳能发电装置非工作状态的结构图；
图3为本发明提供的旋转叠合式太阳能发电装置中第一光伏板和第二光伏板的连接关系图；
图4为本发明提供的旋转叠合式太阳能发电装置中部分传动单元的结构图；
图5为图4中A-A截面的剖视图。
图中：1-底座；2-支杆；3-光伏板单元；4-第一光伏板；5-第二光伏板；6-径向驱动装置；7-转动轴；8-传动单元；81-第一齿轮；82-第二齿轮；83-第三齿轮；9-限位环；10-中心支轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种旋转叠合式太阳能发电装置，以解决现有技术存在的问题，使太阳能发电装置方便收起，占地面积小，方便安装和运输，防止风压破坏。
本发明提供一种旋转叠合式太阳能发电装置，包括底座、支杆、定位装置和若干个光伏板单元；每个光伏板单元处于不同平面；支杆下端与底座固定连接，支杆上端与光伏板单元转动连接，定位装置用于对各光伏板单元在支杆上端的周向位置进行定位，光伏板单元包括第一光伏板和第二光伏板，第一光伏板和第二光伏板不处于同一平面，且第一光伏板和第二光伏板滑动连接，以改变第二光伏板与支杆的间距。
本发明一方面在围绕支杆的周向通过旋转实现不同的光伏板单元叠合，另一方面通过径向的相对滑动实现第一光伏板和第二光伏板的相互叠合，将周向和径向两个自由度运动相结合，实现了光伏板的快速叠合，而且最大程度的减小了光伏板表面积，不但减小了占地面积，而且方便拆装和搬运，同时减小了光伏板受风压破坏的风险。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3所示，本发明提供的旋转叠合式太阳能发电装置，包括底座1、支杆2、定位装置和若干个光伏板单元3；每个光伏板单元3处于不同平面；支杆2下端与底座1固定连接，支杆2上端与光伏板单元3转动连接，定位装置用于对各光伏板单元3在支杆2上端的周向位置进行定位，光伏板单元3包括第一光伏板4和第二光伏板5，第一光伏板4和第二光伏板5不处于同一平面，且第一光伏板4和第二光伏板5滑动连接，以改变第二光伏板5与支杆2的间距。
进行展开操作时，先使各光伏板单元3绕支杆2上端转动至所有光伏板单元3两两在支杆2轴向完全不重合，通过定位装置对各光伏板单元3在支杆2上端的周向位置进行定位，再使第二光伏板5沿第一光伏板4向远离支杆2的方向滑动，直至第一光伏板4与第二光伏板5在支杆2轴向完全不重合，至此，旋转叠合式太阳能发电装置完成展开。
进行收起操作时，先使第二光伏板5沿第一光伏板4向靠近支杆2的方向滑动，直至第一光伏板4与第二光伏板5在支杆2轴向完全重合，再使各光伏板单元3绕支杆2上端转动至所有光伏板单元3两两在支杆2轴向完全重合，通过定位装置对各光伏板单元3在支杆2上端的周向位置进行定位，至此，旋转叠合式太阳能发电装置完成收起。
进一步地，第一光伏板4为扇形，扇形的顶点与支杆2上端转动连接。
进一步地，第二光伏板5为扇环形，且扇环形的圆弧角与第一光伏板4的圆弧角角度一致。
进一步地，支杆2靠近顶端位置设置有一水平的旋转轴，将支杆2分成了主体杆和转动杆，旋转轴设置在主体杆的顶部，转动杆可绕旋转轴转动，用以调节主体杆和转动杆之间的角度，转动杆远离旋转轴的一端与定位装置连接。
由于不同季节阳光直射角度不同，通过调节主体杆和转动杆之间的角度，可调整光伏板板面方向至其垂直于光线方向，从而有效提高光电转化效率。
进一步地，如图4-5所示，支杆2顶端设置有周向驱动装置，周向驱动装置与一转动轴7连接，周向驱动装置用于驱动转动轴7转动；转动轴上沿轴向设置有与光伏板单元数量一致的传动单元8；传动单元8包括第一齿轮81、第二齿轮82和第三齿轮83；第一齿轮81和第二齿轮82设置于第三齿轮83内部，第一齿轮81、第三齿轮83同心设置且第一齿轮81与转动轴7固定连接，第二齿轮82两侧分别与第一齿轮和第二齿轮82啮合；第三齿轮83外部固定设置有限位环9，限位环9外部与光伏板单元固定连接；支杆2顶端还固定设置有中心支轴10，中心支轴10中部设置有轴孔，转动轴7穿过轴孔并与轴孔滑动配合；中心支轴10为变截面结构，包括交错连接的圆形截面部分和月牙形截面部分，圆形截面部分设置于相邻传动单元8之间，并与两侧的传动单元8相接触，月牙形截面部分穿过第三齿轮83内部；调整不同传动单元8的第一齿轮81和第二齿轮82的大小，使不同第三齿轮83的转动角度不同，实现所有光伏板单元在转动轴7的驱动下能完全展开。
假设光伏板单元的角度为θ，相邻上层的传动单元8的第一齿轮81半径为r1，相邻下层的传动单元8的第一齿轮81半径为r2，根据几何关系得出，最上层和第二层的第三齿轮83的旋转角度之比为r1/r2，使得r1/r2＝360°/(360°-θ)，即可得到所有传动单元8的齿轮的尺寸；使用时，启动周向驱动装置正转，驱动装置带动转动轴7转动，进一步带动第一齿轮81转动，不同内径的第三齿轮83以不同的角度带动光伏板单元转动至特定位置，直至所有光伏板单元完全展开，启动周向驱动装置反转即可完成光伏板单元的收起操作。
进一步地，第一光伏板4上固定设置有滑块，第二光伏板5上沿径向设置有滑槽，滑块嵌入滑槽中，使第二光伏板5能够与第一光伏板4在径向发生相对滑动；第一光伏板4上设置有径向驱动装置6，用于驱动第二光伏板5与第一光伏板4发生相对滑动。
滑块嵌入滑槽中，可使第二光伏板5始终沿滑槽的方向运动，有效防止第二光伏板5与第一光伏板4之间在滑动过程中发生偏移，提高了运动的稳定性。
进一步地，径向驱动装置6为滚动丝杠，包括电机、丝杠和丝母；电机固定于第一光伏板4上，丝杠一端与电机的输出轴固定连接，另一端穿过丝母并与丝母螺纹配合，丝母与第二光伏板5远离支杆2的一端固定连接。
启动电机使电机的输出轴正转或者反转，可带动丝杠正转或者反转，丝母随之带动第二光伏板5在径向做靠近或远离电机的输出轴方向的运动，进而实现第一光伏板4和第二光伏板5在径向的叠合和展开。
进一步地，径向驱动装置6为气缸，气缸的缸体与第一光伏板4固定连接，气缸的活塞杆与第二光伏板5远离支杆2的一端固定连接。
启动气缸使活塞杆伸缩，活塞杆随之带动第二光伏板5在径向做靠近或远离电机的输出轴方向的运动，进而实现第一光伏板4和第二光伏板5在径向的叠合和展开。
进一步地，第一光伏板4和第二光伏板5均设置6片，且第一光伏板4与第二光伏板5的角度均为60°。
进一步地，第二光伏板5的外弧形边为波浪形状，旋转叠合式太阳能发电装置完全展开后成莲花型，提高了美感。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种旋转叠合式太阳能发电装置，其特征在于：包括底座、支杆、定位装置和若干个光伏板单元；每个所述光伏板单元处于不同平面；所述支杆下端与所述底座固定连接，所述支杆上端与所述光伏板单元转动连接，所述定位装置用于对各所述光伏板单元在所述支杆上端的周向位置进行定位，所述光伏板单元包括第一光伏板和第二光伏板，所述第一光伏板和所述第二光伏板不处于同一平面，且所述第一光伏板和第二光伏板滑动连接，以改变所述第二光伏板与所述支杆的间距，所述第一光伏板为扇形，所述扇形的顶点与所述支杆上端转动连接，所述第二光伏板为扇环形，且所述扇环形的圆弧角与所述第一光伏板的圆弧角角度一致，所述支杆顶端设置有周向驱动装置，所述周向驱动装置与一转动轴连接，所述周向驱动装置用于驱动所述转动轴转动；所述转动轴上沿轴向设置有与所述光伏板单元数量一致的传动单元；所述传动单元包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮；所述第一齿轮和所述第二齿轮设置于所述第三齿轮内部，所述第一齿轮、所述第三齿轮同心设置且所述第一齿轮与所述转动轴固定连接，所述第二齿轮两侧分别与所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合；所述第三齿轮外部固定设置有限位环，所述限位环外部与所述光伏板单元固定连接；所述支杆顶端还固定设置有中心支轴，所述中心支轴中部设置有轴孔，所述转动轴穿过所述轴孔并与所述轴孔滑动配合；所述中心支轴为变截面结构，包括交错连接的圆形截面部分和月牙形截面部分，圆形截面部分设置于相邻所述传动单元之间，并与两侧的所述传动单元相接触，月牙形截面部分穿过所述第三齿轮内部；调整不同所述传动单元的所述第一齿轮和第二齿轮的大小，使不同所述第三齿轮的转动角度不同，实现所有所述光伏板单元在转动轴的驱动下能完全展开。
2.根据权利要求1所述的旋转叠合式太阳能发电装置，其特征在于：所述支杆靠近顶端位置设置有一水平的旋转轴，将所述支杆分成了主体杆和转动杆，所述旋转轴设置在所述主体杆的顶部，所述转动杆可绕所述旋转轴转动，用以调节所述主体杆和所述转动杆之间的角度，所述转动杆远离所述旋转轴的一端与所述定位装置连接。
3.根据权利要求1所述的旋转叠合式太阳能发电装置，其特征在于：所述第一光伏板上固定设置有滑块，所述第二光伏板上沿径向设置有滑槽，所述滑块嵌入所述滑槽中，使所述第二光伏板能够与第一光伏板在径向发生相对滑动；所述第一光伏板上设置有径向驱动装置，用于驱动所述第二光伏板与所述第一光伏板发生相对滑动。
4.根据权利要求3所述的旋转叠合式太阳能发电装置，其特征在于：所述径向驱动装置为滚动丝杠，包括电机、丝杠和丝母；所述电机固定于所述第一光伏板上，所述丝杠一端与所述电机的输出轴固定连接，另一端穿过所述丝母并与所述丝母螺纹配合，所述丝母与所述第二光伏板远离所述支杆的一端固定连接。
5.根据权利要求3所述的旋转叠合式太阳能发电装置，其特征在于：所述径向驱动装置为气缸，所述气缸的缸体与所述第一光伏板固定连接，所述气缸的活塞杆与所述第二光伏板远离所述支杆的一端固定连接。
6.根据权利要求1所述的旋转叠合式太阳能发电装置，其特征在于：所述第一光伏板和所述第二光伏板均设置6片，且所述第一光伏板与所述第二光伏板的角度均为60°。
7.根据权利要求1所述的旋转叠合式太阳能发电装置，其特征在于：所述第二光伏板的外弧形边为波浪形状。
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