CN114415739A - 一种定日聚光光伏发电机的跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种定日聚光光伏发电机的跟踪装置，包括：主控箱、第一套管、第一轴承、日轴、方盒、第二套管、季轴、第二轴承、定位杆和连杆；主控箱内设置有控制器、步进电机和减速器；方盒内部设有齿轮组；日轴平行于地轴，且季轴垂直于日轴，调整日轴和季轴，使得光伏组件时刻正对太阳；控制器根据地球同步卫星的时间信号，控制步进电机和减速器带动日轴转动，以实现转动支架以每24小时旋转360度的运动；同时日轴带动齿轮组转动，齿轮组通过连杆带动定位杆摆动，定位杆带动季轴来回转动，季轴带动转动支架摆动，以实现转动支架以365天为周期的往复运动规律跟踪太阳。本发明能够准确定位，有效解决光伏组件的定位问题。

Description

一种定日聚光光伏发电机的跟踪装置

本申请是名为《定日聚光光伏发电机及其定位方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2017年08月29日，申请号为201710757244.8。

技术领域

本发明涉及一种光伏发电技术，特别是涉及一种定日聚光光伏发电机的跟踪装置。

背景技术

当前以电子技术的光电传感器为主的光控跟踪装置，因没有全球性的统一规律，只能是随机性的跟踪，在云多、阴雨或风大的天气很难捕捉太阳的目标，而以太阳热发电为代表的时控跟踪系统，其要点是根据GPS获得经度、纬度与时间信息，再通过复杂的天文学公式计算出当地的太阳方位角与太阳高度角，然后用四个电机分别驱动以控制太阳方位角、太阳高度角、聚光器与集热器，使得全部聚光跟踪机构庞大而复杂，成本极高。

中国专利号200910002758.8公开了一种非对称聚光跟踪光伏系统，用日轴的电子控制器与电机来同时控制日轴与季轴的运动，并实现了24小时360度的跟踪。但是，其时控的时间信息来自于石英钟，精度低，时间积累误差大，而且不能修复，加上整机抗风能力差，故不能推广应用。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种定日聚光光伏发电机的跟踪装置，有效解决了光伏发电中聚光光伏组件的长期可靠准确跟踪太阳的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种定日聚光光伏发电机的跟踪装置，所述定日聚光光伏发电机包括光伏组件、反射镜和转动支架，所述光伏组件和所述反射镜固定在所述转动支架上；所述跟踪装置包括：主控箱、第一套管、第一轴承、日轴、方盒、第二套管、季轴、第二轴承、定位杆和连杆；所述主控箱内设置有控制器、步进电机和减速器；所述方盒内部设有齿轮组；所述日轴平行于地球自转轴，且所述季轴垂直于日轴，调整所述日轴和所述季轴，使得光伏组件时刻正对太阳；

所述第一套管，固定连接所述主控箱底板；所述日轴，一端通过第一轴承套设在所述第一套管内并与所述主控箱中的减速器连接，另一端与所述第二套管垂直连接；所述第二套管通过所述第二轴承套设所述季轴，所述季轴与所述转动支架固定连接；所述定位杆与所述转动支架滑动连接；所述连杆，一端滑接所述定位杆，另一端连接所述方盒内的齿轮组；

控制器根据地球同步卫星GPS的时间信号，控制所述步进电机和减速器带动所述日轴转动，并通过所述季轴实现转动支架以每24小时旋转360度的运动；同时，所述日轴带动方盒内所述齿轮组转动，所述齿轮组通过连杆带动所述定位杆摆动，所述定位杆带动所述季轴来回转动，所述季轴带动所述转动支架摆动，以实现转动支架以365天为周期的往复运动。

可选地，所述季轴按照季节调整光伏组件的俯仰角，所述俯仰角的最大摆幅为23.5度。

可选地，所述跟踪装置还包括：支撑组件；所述支撑组件包括：水泥墩、固定螺杆、底板、立柱、斜撑杆、加强筋和两个水平柱；

所述水泥墩内设置有固定螺杆，所述底板连接在所述固定螺杆上部，所述水平柱一端连接在所述底板上，另一端连接在外侧的水泥墩上；所述立柱的底部连接在所述底板上，所述立柱的顶部连接所述第一套管；所述立柱与所述第一套管通过固定螺栓连接；所述立柱和所述底板之间连接有所述斜撑杆和所述加强筋。

可选地，所述两个水平柱之间的夹角为60°，以使所述两个水平柱与所述水泥墩形成正三角形架设结构。

可选地，所述立柱位于所述转动支架的侧面。

与现有技术相比，本发明技术效果包括：

1、本发明中所指的定日是指，本发明在其25年的工作寿命内，能够可靠并且基本免维护(每年加次润滑油)地准确跟踪太阳。本发明比现在固定架设的光伏系统提高37％的年发电量。

2、本发明中所指聚光光伏是指，在可靠跟踪的前提下，在光伏组件旁边以倾斜角安装简单实用的反射镜。该装置投资小，仅仅数百元的投入就会增加数千元的发电能力，且能大大减小正面强风的冲击力。

3、本发明可主动全天侯跟踪太阳，像机器一样连续运转。不像现在的所有跟踪装置，都只能转小半圈就得自动返回。经几年来样机的运行与测试：1.5倍聚光与2.1倍聚光平均能提高年发电量67％-103％，使光伏成本比固定式再降低20％以上。且光伏组件的光电转换效率也有提高，这是一种可与固定光伏系统并驾齐驱的新光伏产品。

4、本发明所包含的物理主动精确跟踪的原理与实际发明可广泛用于中倍、高倍的聚光光伏系统以及太阳热发电系统，还能把阳光大规模引入室内、地下、水下的多种装置，应用极为广泛。

5、本发明仅通过GPS时控来驱动一个步进电机和一个减速器，同时驱动日轴和季轴分别按照自身的规律进行运动，大大简化了装置的复杂性，降低了成本，成为高可靠、免维护的全自动跟踪系统。

6、本发明具备从停电到来电期间，无需电源而快速恢复到新的正对太阳的位置，再继续准确跟踪太阳的特点。

附图说明

图1是本发明中定日聚光光伏发电机的整体结构示意图；

图2为本发明定日聚光光伏发电机的跟踪装置的局部结构示意图；

图3是本发明中优选实施例1的结构示意图。

符号说明：

光伏组件-1，转动支架-8，反射镜-2，主控箱-10，第一套管-7，日轴-3，方盒-6，季轴-4，连杆-5，水泥墩-16，固定螺杆-15，底板-14，立柱-11，斜撑杆-12，加强筋-13，水平柱-17，定位杆-18。

具体实施方式

下面参考示例实施方式对本发明技术方案作详细说明。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

本发明综合了用高等数学确认的物理天文轨道精确主动跟踪的理论、同步地球卫星的精确控制、机电一体化技术的最新改进等多种高新技术成果。

如图1和图2所示，所述定日聚光光伏发电机包括光伏组件1、反射镜2和转动支架8，所述光伏组件1和所述反射镜2固定在所述转动支架8上。本发明一种定日聚光光伏发电机的跟踪装置包括：主控箱10、第一套管7、第一轴承、日轴3、方盒6、第二套管、季轴4、第二轴承、定位杆18和连杆5；所述主控箱10内设置有控制器、步进电机和减速器；所述方盒6内部设有齿轮组；所述日轴3平行于地球自转轴，且所述季轴4垂直于日轴3，调整所述日轴3和所述季轴4，使得光伏组件1时刻正对太阳。

所述第一套管7，固定连接所述主控箱10底板；所述日轴3，一端通过第一轴承套设在所述第一套管7内并与所述主控箱10中的减速器连接，另一端与所述第二套管垂直连接并带动所述方盒6运动；且第二套管通过所述第二轴承套设所述季轴4，所述季轴4与所述转动支架8固定连接；所述定位杆18与所述转动支架8滑动连接；所述连杆5，一端滑接所述定位杆18，另一端连接所述方盒6内的齿轮组。所述第一套管与所述第二套管的大小不同。

控制器根据地球同步卫星GPS的时间信号，控制所述步进电机和减速器带动所述日轴3转动，并通过所述季轴4实现转动支架8以每24小时旋转360度的运动；同时，所述步日轴3带动方盒6内所述齿轮组转动，所述齿轮组通过连杆5带动所述定位杆18摆动，所述定位杆18带动所述季轴4来回转动，所述季轴4带动所述转动支架8摆动，以实现转动支架8以365天为周期的往复运动。以上两个分运动的合成形成聚光光伏转动支架永远正对太阳的合运动。进一步地，转动支架8已经实现了精确到以365.25天为周期的往复运动。

主控箱10内的减速器由步进电机驱动，减速器使日轴3每24小时准确转过一周。

具体地，所述季轴4按照季节调整光伏组件1的俯仰角，所述俯仰角的最大摆幅为23.5度。进一步地，目前已实现俯仰角的最大摆幅为23.45度。

进一步地，所述跟踪装置还包括：支撑组件；所述支撑组件包括：水泥墩16、固定螺杆15、底板14、立柱11、斜撑杆12、加强筋13和两个水平柱17。

所述水泥墩16内设置有固定螺杆15，所述底板14连接在所述固定螺杆15上部，所述水平柱17一端连接在所述底板14上，另一端连接在外侧的水泥墩16上；所述立柱11的底部连接在所述底板14上，所述立柱11的顶部连接所述第一套管7；所述立柱11与所述第一套管7通过固定螺栓连接；所述立柱11和所述底板14之间连接有所述斜撑杆12和所述加强筋13。立柱11用6片加强筋13及两根斜撑杆12与底板14焊在一起。

优选地，所述两个水平柱17之间的夹角为60°，以使所述两个水平柱17与所述水泥墩16形成正三角形架设结构，整个装置的重心位于三角形的重心上，抗风能力达十级。

优选地，所述立柱11位于聚光光伏转动支架8的侧面，避免阻挡转动支架8带动光伏组件1、反射镜2的转动。

光伏组件1在反射镜2帮助下发的直流电经主控箱10下的电缆引入室内，与并网逆变器相连接，再经电度表与室内电网并网。

本发明还提供了一种定日聚光光伏发电机的定位方法，具体如下：

步骤1：将定日聚光光伏发电机中的日轴3平行于地球自转轴，季轴4垂直于日轴，调整日轴3、季轴4，使得光伏组件1正对太阳。

本发明选取地球自转轴(简称为地轴)为对象，结合本发明日轴3与季轴4各自应遵循的运动规律，使得地面任何一处架设的定日聚光光伏发电机的日轴3平行于地轴，季轴4垂直于日轴3，这样就使得地面任何一点，光伏组件1能够准确对准太阳。

主控箱10中控制器通过与地球同步卫星的通信，保持时间与地球同步卫星的时间同步。首次对正太阳后，控制器将首次对正太阳的时刻作为调整日轴3、季轴4转动的起始时间，使得日轴3、季轴4在后续的转动过程始终与太阳同步，使得光伏组件1始终正对太阳，从而实现了免维护。所述定日聚光光伏发电机每天24小时进行360度持续运动，可主动全天侯跟踪太阳，像机器一样连续运转，不像现在的跟踪装置，都只能转小半圈就得自动返回，本发明所述的定日聚光光伏发电机无需返回，并且在阴天、夜间均能对准太阳，不需要再每天单独进行一次校正。

定日聚光光伏发电机只需要在同步卫星的摇控下，只控制一个时间要素就可在地面任何一处位置实现可靠免维护的主动对日轨道式跟踪，即双轴跟踪过程只需要地球同步卫星获得的时间信号作为单一控制的自变量，无需获取太阳高度角和太阳方位角，极大地简化了装置的复杂度。上述装置中季轴的跟踪精度在0.1度左右，且跟踪成本很低，耗电只有本机发电量的千分之六左右。

步骤2：随着地球的自传，减速器和步进电机带动日轴3旋转，日轴3带动光伏组件1(和反射镜2)旋转，每24小时旋转一周。

控制器下发指令给步进电机，步进电机和减速器带动日轴3转动。

步骤3：随着地球的公转，地球相对太阳的相对位置发生变化，日轴3通过齿轮组带动季轴4旋转，日轴3和季轴4分别按照自身应遵循的规律做相应转动，从而使得光伏组件1时刻垂直对准阳光。

同时，使得反射镜2所反射的阳光时刻都能全部均匀的覆盖光伏组件1，大大提高光伏组件的发电量。

季轴4按照季节调整光伏组件1和反射镜2的俯仰角，位置每年摆动一个周期，最大摆幅为23.45度。季轴4的转动方向与地球自传方向相反。

如图3所示，是本发明中优选实施例1的结构示意图。

定日聚光光伏发电机包括两套相同尺寸和功率的光伏组件1，分别位于立柱11两侧。

本发明所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种定日聚光光伏发电机的跟踪装置，所述定日聚光光伏发电机包括光伏组件、反射镜和转动支架，所述光伏组件和所述反射镜固定在所述转动支架上；其特征在于，所述跟踪装置包括：主控箱、第一套管、第一轴承、日轴、方盒、第二套管、季轴、第二轴承、定位杆和连杆；所述主控箱内设置有控制器、步进电机和减速器；所述方盒内部设有齿轮组；所述日轴平行于地球自转轴，且所述季轴垂直于日轴，调整所述日轴和所述季轴，使得光伏组件时刻正对太阳；

所述第一套管，固定连接所述主控箱底板；所述日轴，一端通过第一轴承套设在所述第一套管内并与所述主控箱中的减速器连接，另一端与所述第二套管垂直连接；所述第二套管通过所述第二轴承套设所述季轴，所述季轴与所述转动支架固定连接；所述定位杆与所述转动支架滑动连接；所述连杆，一端滑接所述定位杆，另一端连接所述方盒内的齿轮组；

控制器根据地球同步卫星GPS的时间信号，控制所述步进电机和减速器带动所述日轴转动，并通过所述季轴实现转动支架以每24小时旋转360度的运动；同时，所述日轴带动方盒内所述齿轮组转动，所述齿轮组通过连杆带动所述定位杆摆动，所述定位杆带动所述季轴来回转动，所述季轴带动所述转动支架摆动，以实现转动支架以365天为周期的往复运动。

2.根据权利要求1所述的定日聚光光伏发电机的跟踪装置，其特征在于，所述季轴按照季节调整光伏组件的俯仰角，所述俯仰角的最大摆幅为23.5度。

3.根据权利要求1所述的定日聚光光伏发电机的跟踪装置，其特征在于，所述跟踪装置还包括：支撑组件；所述支撑组件包括：水泥墩、固定螺杆、底板、立柱、斜撑杆、加强筋和两个水平柱；

所述水泥墩内设置有固定螺杆，所述底板连接在所述固定螺杆上部，所述水平柱一端连接在所述底板上，另一端连接在外侧的水泥墩上；所述立柱的底部连接在所述底板上，所述立柱的顶部连接所述第一套管；所述立柱与所述第一套管通过固定螺栓连接；所述立柱和所述底板之间连接有所述斜撑杆和所述加强筋。

4.根据权利要求3所述的定日聚光光伏发电机的跟踪装置，其特征在于，所述两个水平柱之间的夹角为60°，以使所述两个水平柱与所述水泥墩形成正三角形架设结构。

5.根据权利要求3所述的定日聚光光伏发电机的跟踪装置，其特征在于，所述立柱位于所述转动支架的侧面。

Images