CN111007883B - 一种太阳能追踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能追踪装置，包括固定的弧形管、悬浮设置于该弧形管内的弧形轴、驱动弧形轴偏转的驱动机构、用于对发生偏转后的弧形轴进行锁定的锁止机构和用于将弧形轴复位的复位机构。本发明太阳能追踪装置中，弧形轴悬浮设置于弧形管内，每隔一段时间可通过驱动机构推动弧形轴偏转一定角度，然后利用锁止机构进行锁定,这样即可实现电池板对太阳的追踪。通过复位机构使得追踪完毕后能够实现自动复位，而不需要人工干预，并且该复位机构设计巧妙，以最小的代价实现了复位功能。

Description

一种太阳能追踪装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能追踪装置，特别涉及太阳能支架的调节机构，借助该调节机构配合电控装置可实现太阳能电池的自追踪。

背景技术

太阳能电池是一种将太阳的光能转化为电能的电子元件。通常人们将若干片太阳能电池封装在一起做成平板状的太阳能电池组件，将多个组件以串、并联的方式组合后，与逆变器一起构成了太阳能电站。根据余弦定理，太阳能组件与太阳之间的角度决定了太阳能电站的转化效率。当阳光直射在太阳能电池上时，太阳能电池的光电转化效率最高。但是，在一天中随着地球的转动太阳光的直射角度不断的变化，使得太阳能电池吸收的太阳光能也不断变化，为了获得对太阳能电池最大光能的吸收，人们提出了自动追踪太阳能电站的概念，即太阳能电池随着地球的转动而转动，使得阳光基本直射在太阳能电池上。

传统的太阳能支撑结构都是通过金属支撑架对太阳能电池板进行固定支撑，安装完成后太阳能电池板无法转动。目前可追踪的太阳能电池组件都是将电机安装在支架中，通过电机驱动太阳能板转动。但该种安装有电机驱动机构的太阳能支架占据空间大，且质量大，控制太阳能组件转动的方式复杂，运行能耗高，使用维护成本高，难以大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术的缺陷，提供一种太阳能追踪装置，其成本低，易维护，具有较好的实用性，可进行大规模推广和应用。

为了实现本发明目的，本发明提供的太阳能追踪装置，包括固定的弧形管、悬浮设置于该弧形管内的弧形轴、驱动所述弧形轴偏转的驱动机构、用于对发生偏转后的弧形轴进行锁定的锁止机构和用于将弧形轴复位的复位机构。

本发明太阳能追踪装置中，弧形轴悬浮设置于弧形管内，每隔一段时间可通过驱动机构推动弧形轴偏转一定角度，然后利用锁止机构进行锁定,这样即可实现电池板对太阳的追踪。通过复位机构使得追踪完毕后能够实现自动复位，而不需要人工干预，并且该复位机构设计巧妙，以最小的代价实现了复位功能。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明；

图1是本发明太阳能追踪装置应用实例示意图。

图2是本发明太阳能追踪装置的结构示意图。

图3是本发明太阳能追踪装置的弹性卡和凹槽的配合示意图。

图4是本发明太阳能追踪装置的凹槽和纵向滑道的俯视示意图。

图5是本发明太阳能追踪装置的弹性卡部分结构示意图。

图6是本发明太阳能追踪装置的弹性卡的连接示意图示意图。

图7是本发明太阳能追踪装置中驱动机构的线圈供电电路。

图中标号示意如下：

1-屋顶，2-支撑杆，3-弧形管，4-弧形轴，5-太阳能电池板，6-第一磁铁阵列，7-第二磁铁阵列，8-线圈，9-配重块，10-凹槽，101-止挡面，102-引导面，11-弹性卡，111-开口，112-销轴，113-转臂，12-太阳能追踪装置，13-磁悬浮转轴，14-尖部，15-纵向滑道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

本实施例以放置于屋顶的太阳能支架为例对本发明进行详细说明。如图1所示，太阳能电池板5的一端由磁悬浮转轴13支撑，另一端由本实施例的太阳能追踪装置12支撑。

如图2所示，本实施例太阳能追踪装置包括通过支撑杆2固定于屋顶1（基体）的弧形管3，悬浮设置于该弧形管3内的弧形轴4、驱动弧形轴4偏转的驱动机构、用于对发生偏转后的弧形轴4进行锁定的锁止机构和用于将弧形轴4复位的复位机构。弧形轴4适合于从背部对太阳能电池板5进行支撑。图2是图1的左视图，太阳从东侧（图2的左侧）升起。

本实施例中弧形轴4的外表面设有第一磁铁阵列6，弧形管3的内表面（也可以是外表面）设置有第二磁铁阵列7，第一磁铁阵列6中的磁铁与第二磁铁阵列7中的磁铁的磁极同性相对，利用磁极同性相斥的特点，从而使得弧形轴4悬浮于弧形管3内。本例中，弧形轴4和弧形管3的断面圆周上分布有4-6块磁铁，考虑到太阳能电池板5和弧形轴4的自重，布置于弧形管3和弧形轴4下部的磁铁具有更高的分布密度。驱动机构包括绕设于弧形轴4表面一段线圈8、线圈供电电路（见图7），通过供电电路对该线圈8通电，通电后的线圈8所产生的磁场与第二磁铁阵列7中磁铁的磁场产生推力，以驱动弧形轴4发生偏转。从图2中看，产生的驱动力向左，使弧形轴实现顺时针偏转一定角度，从而实现追踪。

如图7所示，为本实施例太阳能追踪装置中驱动机构的线圈供电电路。供电电路包括电容器C1、为该电容器C1充电的直流电源V1、串联后与该电容器C1并联的可控硅Q1和所述电磁线圈L1、控制可控硅Q1通断的控制回路以及设置于该控制回路中的定时开关电路，所述电磁线圈L1即为绕设于弧形轴4表面线圈8；所述控制回路包括电池B1和电阻R1，电池B1的负极连接可控硅Q1的控制极；所述定时开关电路包括定时器U1（选用555定时器）和串联在电源和地之间的电磁继电器T1和三极管Q2，所述电磁继电器T1具有接在所述控制回路中的常开触点T1＇，定时器U1的输出端口通过电阻R2接三极管Q2的基极。图7中，D1为二极管，并联一个二极管可以避免三极管Q2的集电极承受瞬间高压，S1为开关，当S1闭合时，直流电源V1给电容器C1充电。

当定时器U1的输出端口为高电平时，三极管Q2导通，电磁继电器T1得电，其常开触点T1＇闭合，可控硅Q1导通，电容器C1通过电磁线圈L1放电在电磁线圈L1（图2中的线圈8）中产生瞬间大电流，在磁场作用下使得弧形轴（图2中标号4指向的部件）发生偏转。当定时器U1的输出端口为低电平时，三极管Q2截止，电磁继电器T1失电，其常开触点T1＇断开，可控硅Q1截止，直流电源V1继续对电容器C1充电。定时器可以设置为每一个小时触发一次高电平，实现每一个小时驱动弧形轴偏转一次。定时器的触发时间可以根据弹性卡的分布密度来进行调整，以确保太阳能电池板对太阳的追踪。

电容器C1起着至关重要的作用，它将电源输送的高电压大电流电能储存在其中，再向工作负载提供瞬间高电压大电流以高效能向电磁线圈放电，产生强磁场，使其激发工作。当然，这与电压的大小，电容器电容量的大小，线圈的线径匝数都有关。另外，它起充电和放电的功率补偿作用。要想驱动机构的功率大效率高，可选耐压高电容量大一点电容器，如400v30uf等，不过电容器容量增大充电时间要稍长一点。

如图2、图3、图4、图6所示，本太阳能追踪装置的锁止机构包括：设置于弧形轴4的通过弹力或磁力合为一体的外凸于弧形轴4表面的且可被外力（该外力来自于弧形轴4被推动过程中，凹槽10的引导面102对弹性卡11的压迫）压入的一对弹性卡11，和设置于弧形管3内壁且沿轴向分布的多个与弹性卡11配合的凹槽10。本例中，弹性卡11的上端转设于一转臂113，转臂113通过销轴112与弧形管3转动连接，并通过卷簧使转臂113带动弹性卡11具备向外凸起趋势。凹槽10则具有用于支撑弹性卡11的止挡面101和用于在弧形管3转动过程中按压弹性卡11的引导面102，通过所述弹性卡11卡入凹槽内且被凹槽的止挡面101支撑从而实现弧形轴4转动角度的锁止。本例中，靠近弧形轴4的左端设置有配重块9，使太阳能追踪装置的初始位置具有一定的偏转角度，这样，太阳能电池板5可以在上午存在有效光照的时候对准太阳，提高太阳能利用率。太阳能追踪装置从该初始位置开始顺时针转动，从而实现对太阳的追踪。除了增设配重块的方式以外，也可以将弧形轴设置于太阳电池板中心线靠右的一侧（远离太阳升起方向一侧），利用太阳能电池板的重心实现太阳能追踪装置的初始位置。驱动机构每次将弧形轴推动的距离稍大于相邻凹槽之间的间距（不超过两倍凹槽之间的间距），这样使得每次推动弧形轴，使得弹性卡卡入下一个凹槽。

弧形轴被推动数次的过程，实现了对太阳的追踪。与此同时带来的问题是，当追踪结束后，如何实现弧形轴的复位，即如何将太阳能追踪装置从面朝西恢复到面朝东的初始状态。本实施例中，如图4所示，复位机构包括设置于凹槽10两侧的纵向滑道15，和设置于最后一个凹槽10引导面尽头的尖部14，尖部14用于分离该对弹性卡11使其分别进入纵向滑道15内，两纵向滑道15的底部与第一个凹槽相通，使得弹性卡11移动至纵向滑道底部时在弹力或磁力作用下进入第一个凹槽并合为一体，进而完成复位。如图5所示，两个弹性卡11之间具有被尖部14插入的开口111，以便两个弹性卡11被尖部14分离后在重力作用下进入纵向滑道15，并滑至槽底。本实施例中，弹性卡11的内侧面设置有极性相异的磁铁，通过磁铁吸合使得弹性卡11合为一体。作为替换方案，一个弹性卡11的内侧面设置磁铁，另一个弹性卡11的内侧面设置铁片，过磁铁与铁片的吸合使得弹性卡11合为一体。另一种替换方案是，弹性卡11与转臂113之间设置有卷簧，通过卷簧使带动弹性卡11具备向内夹紧的趋势。

可以通过布置合理数量的凹槽卡于弧形管上，可实现当追踪结束时，弹性卡11刚好卡在最后一个凹槽内。驱动机构再次推动弧形轴，使得位于最后一个凹槽引导面尽头的尖部将弹性卡分离，弧形轴在重力作用下逆时针转动，弹性卡11沿着纵向滑道滑至第一个凹槽的位置，进而实现弧形轴在重力作用下无阻碍的自复位。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种太阳能追踪装置，其特征在于：包括固定的弧形管（3）、悬浮设置于该弧形管（3）内的弧形轴（4）、驱动所述弧形轴（4）偏转的驱动机构、用于对发生偏转后的弧形轴（4）进行锁定的锁止机构和用于将弧形轴（4）复位的复位机构，所述弧形轴（4）适合于从背部对太阳能电池板（5）进行支撑；所述锁止机构包括：设置于弧形轴（4）的通过弹力或磁力合为一体的外凸于弧形轴（4）表面的且可被外力压入的一对弹性卡（11），和设置于弧形管（3）内壁且沿轴向分布的多个与所述弹性卡（11）配合的凹槽（10），所述凹槽（10）具有用于支撑弹性卡（11）的止挡面（101）和用于在弧形管（3）转动过程中按压弹性卡（11）的引导面（102），通过所述弹性卡（11）卡入凹槽内且被凹槽的止挡面（101）支撑从而实现弧形轴（4）转动角度的锁止；所述复位机构包括设置于凹槽（10）两侧的纵向滑道（15），和设置于最后一个凹槽（10）引导面尽头的尖部（14），所述尖部用于分离该对弹性卡（11）使其分别进入纵向滑道（15）内，所述两纵向滑道（15）的底部与第一个凹槽相通，使得弹性卡（11）移动至纵向滑道底部时在弹力或磁力作用下进入第一个凹槽并合为一体。

2.根据权利要求1所述的太阳能追踪装置，其特征在于：所述弧形轴（4）设有第一磁铁阵列（6），弧形管（3）设置有第二磁铁阵列（7），所述第一磁铁阵列（6）中的磁铁与第二磁铁阵列（7）中的磁铁的磁极同性相对，从而使得弧形轴（4）悬浮于弧形管（3）内。

3.根据权利要求2所述的太阳能追踪装置，其特征在于：所述驱动机构包括绕设于所述弧形轴（4）表面一段线圈（8），对该线圈（8）通电所产生磁场与第二磁铁阵列（7）中磁铁的磁场产生推力，从而驱动弧形轴（4）发生偏转。

4.根据权利要求3所述的太阳能追踪装置，其特征在于：所述驱动机构包括为线圈供电的供电电路，所述供电电路包括电容器（C1）、为该电容器（C1）充电的直流电源（V1），可控硅（Q1）、电磁线圈（L1），控制可控硅（Q1）通断的控制回路以及设置于该控制回路中的定时开关电路，所述可控硅（Q1）和电磁线圈（L1）串联后与电容器（C1）并联，所述电磁线圈（L1）即为绕设于弧形轴（4）表面线圈（8）；所述控制回路包括电池（B1）和第一电阻（R1），所述电池（B1）的负极连接可控硅（ Q1） 的控制极；所述定时开关电路包括定时器（U1）和串联在电源和地之间的电磁继电器（T1）和三极管（Q2），所述电磁继电器（T1）具有接在所述控制回路中的常开触点（T1＇），定时器（U1）的输出端口通过第二电阻（R2）接三极管（Q2）的基极，当定时器（U1）的输出端口为高电平时，三极管（Q2）导通，电磁继电器（T1）得电，其常开触点（T1＇）闭合，可控硅（Q1）导通，电容器（ C1） 通过电磁线圈（L1）放电；当定时器（U1）的输出端口为低电平时，三极管（Q2）截止，电磁继电器（T1）失电，其常开触点（T1＇）断开，可控硅（Q1）截止，直流电源（V1）继续对电容器（C1）充电。

5.根据权利要求1所述的太阳能追踪装置，其特征在于：所述弧形管（3）通过支撑杆（2）固定于基体。

6.根据权利要求1所述的太阳能追踪装置，其特征在于：所述弹性卡（11）的上端转设于一转臂（113），转臂（113）通过销轴（112）与弧形管（3）转动连接，并通过卷簧使转臂（113）带动弹性卡（11）具备向外凸起趋势；两个弹性卡（11）之间具有被所述尖部（14）插入的开口（111），以便两个弹性卡（11）被尖部（14）分离后在重力作用下进入纵向滑道（15）。

7.根据权利要求6所述的太阳能追踪装置，其特征在于：所述弹性卡（11）的内侧面设置有极性相异的磁铁，或者一个弹性卡（11）的内侧面设置磁铁，另一个弹性卡（11）的内侧面设置铁片，通过磁铁吸合使得弹性卡（11）合为一体。

8.根据权利要求6所述的太阳能追踪装置，其特征在于：所述弹性卡（11）与转臂（113）之间设置有卷簧，通过卷簧使带动弹性卡（11）具备向内夹紧的趋势。

9.根据权利要求1所述的太阳能追踪装置，其特征在于：靠近所述弧形轴（4）的一端设置有配重块（9）。

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