CN114815911A - 压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其包括：光伏板、转轴、转轮、传动部件、第一平衡重、第二平衡重、波纹管以及充气机构，所述光伏板固定于所述转轴，所述转轮固定设置在所述转轴，该转轮上设置有传动部件，该传动部件的两端各连接有所述第一平衡重和第二平衡重，该第一平衡重与所述波纹管端面连接，所述波纹管与所述充气机构连接，通过所述充气机构对所述波纹管进行充气量的调节，使该波纹管伸缩，进而使与波纹管端面连接的所述第一平衡重在竖直方向移动，从而带动所述转轮旋转，实现所述光伏板对太阳光的自动跟踪。

Description

压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术应用领域，特别涉及一种压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置。

背景技术

面对能源安全、环境污染和气候变化，大力发展太阳能光伏发电技术，是构建我国清洁低碳、安全高效能源系统的重要路径。随着光伏发电技术的不断发展和推广应用，需进一步提高光伏发电的转换效率，一方面要开发新型光电转换技术，另一方面要增加光照利用率，实时调整光伏板发电组件的受光角度，尽可能的跟踪太阳光的移动，可以提高发电能力。

针对太阳能光伏板实时追踪装置，已经开发出光敏性、热敏性驱动及机械控制等装置。目前已有的光伏板跟踪装置，一般包括转轴、光伏板、驱动电机、减速机构。所述光伏板设置于转轴，驱动电机通过减速机构驱动转轴旋转，进而带动所述光伏板旋转，实现对太阳光的自动跟踪。该光伏板跟踪装置由于光伏板一个白天只需要旋转80度到120度，旋转的角速度很小，所以减速机构需要具有比较大的减速比；由于实现超低匀速旋转比较困难，所以一般对光伏板进行间歇控制，隔一段时间使光伏板调整一个角度，如此，光能利用率较低；由于是间歇控制，所以需要频繁启动驱动电机，瞬间启动时驱动电机的工作电流较大，瞬时输入功率和对电机冲击都较大，影响电机的工作寿命，同时驱动系统的硬件资源也很浪费；电机—减速机构长期在风吹雨淋沙尘环境运行，故障率较高。这些都限制了光伏板自动跟踪装置的商业推广使用。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种光伏板能够匀速旋转且驱动功率较低的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置。

一种压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其包括：光伏板、转轴、转轮、传动部件、第一平衡重、第二平衡重、波纹管以及充气机构，所述光伏板固定于所述转轴，所述转轮固定设置在所述转轴，该转轮上设置有传动部件，该传动部件的两端各连接有所述第一平衡重和第二平衡重，该第一平衡重与所述波纹管端面连接，所述波纹管与所述充气机构连接，通过所述充气机构对所述波纹管进行充气量的调节，使该波纹管伸缩，进而使与波纹管端面连接的所述第一平衡重在竖直方向移动，从而带动所述转轮旋转，实现所述光伏板对太阳光的自动跟踪。

相较于现有技术，本发明的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，通过应用波纹管内气体的充放作用，可以控制光伏板不间歇地匀速旋转，实现光伏板对太阳光的自动跟踪，所以，光能利用率较高，且本装置结构简单，所需的双向充气泵功耗极低，所以双向充气泵的驱动功率很低。

附图说明

图1为本发明实施例提供的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置的主视结构的示意图。

图2为本发明实施例提供的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置的左视结构的示意图。

图3为本发明实施例提供的具有防颤机构的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的具有防颤机构的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置另一种结构的示意图。

主要元件符号说明

光伏板 1

第一平衡重 2

波纹管 3

气路导管 4

双向充气泵 5

第二平衡重 6

传动部件 7

转轮 8

转轴 9

轴承 10

支架 11

储气罐 12

气泵驱动控制器 13

运动铰链 14

金属杆 15

液压缸 16

缸筒 161

活塞 162

活塞杆 163

阻尼孔 1621

固定铰链 17

防颤钢丝 24

定滑轮 25

锁紧机构 26

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。

请一并参阅图1和图2，本发明提供一种压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置。所述压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置包括光伏板1、第一平衡重2、波纹管3、第二平衡重6、传动部件7、转轮8、转轴9、轴承10、支架11以及充气机构。该充气机构包括气路导管4、双向充气泵5、储气罐12、气泵驱动控制器13。

所述转轴9的两端通过轴承10支撑设置于支架11，通过该支架11支撑。所述光伏板1固定于所述转轴9，该光伏板1的重心相对于所述转轴9的轴心的偏心距越小越好。本实施例中，该光伏板1的重心设置于所述转轴9的轴心。所述转轮8固定于所述转轴9，所述转轴9随着所述转轮8的旋转而旋转。所述转轮上设置有传动部件7，该传动部件7的两端各连接一块平衡重，即第一平衡重2和第二平衡重6，该第一平衡重2与所述波纹管3端面连接，该连接可以是直接连接或间接连接。所述波纹管3通过气路导管4与双向充气泵5连接，该双向充气泵5与气泵驱动控制器13连接，该双向充气泵5还与储气罐12连接，该储气罐12用于储存气体，给双向充气泵5充气或者双向充气泵5放出的气体储存在该储气罐12。当然，也可以不设置该储气罐12。所述波纹管3通过所述充气机构的充气和放气，使该波纹管3伸缩，进而带动所述第一平衡重2在竖直方向上移动。能够实现该功能的所述波纹管3与所述第一平衡重2的连接方式有多种，可以是通过波纹管3伸长将所述第一平衡重2推起，也可以是通过波纹管3伸长将所述第一平衡重2拉起等，在此不一一累述。

所述光伏板1主要是指应用于大规模光伏电站的各类光伏发电组件，但不限于此。

所述第一平衡重2和第二平衡重6设置于所述转轮8的两侧进行平衡，其相对位置可以通过所述波纹管3的伸缩来控制，进而带动所述转轴9在所述轴承10的支撑下旋转，以此实现所述光伏板1沿着所述转轴9的转动。所述第一平衡重2和第二平衡重6的材料和尺寸不受限制，可以根据光伏板1的重量进行设计，第一平衡重2和第二平衡重6的质量差所产生驱动力矩要略大于转动系统的摩擦阻力矩，使得光伏板1可以时刻保持稳定和平衡。具体的，所述第一平衡重2和第二平衡重6可以为金属块或水泥块等。本实施例中，所述第一平衡重2和第二平衡重6为金属块。

所述波纹管3的材料可以为金属材料，也可以为聚四氟乙烯、硅橡胶等的非金属材料，但不限于此。波纹管3具有良好的密封性和伸缩性，波纹管3的直径和高度由实际控制光伏板1的选择角度确定，工作压力可以为常压或微正压。在本实施例中，该波纹管3的材料为硅橡胶。该波纹管3的材料要具有一定的耐温、耐热、抗腐蚀等性质，该波纹管3可以随内部气体充放而沿轴向伸缩。所述波纹管3通过所述双向充气泵5的充气和放气，能够实现伸长和缩短，产生竖直方向的位移，从而带动所述第一平衡重2上下移动，进而带动所述转轮8旋转。

所述气路导管4的材料不限，可以承受一定的压力起到气体传输的作用即可，所述气路导管4可以为金属管或非金属管。在本实施例中，所述气路导管4为硅橡胶管。所述气路导管4的长度和直径可基于实际的控制需要进行设计，一般来讲，所述气路导管4的直径不低于1毫米，即大于等于1毫米，避免充放气体阻力太大，不利于气体流动。所述气路导管4可以根据实际控制的光伏板1的数量，进行串并联优化设计。

所述传动部件7可以承受一定的拉力，与所述转轮8之间紧密连接，可以带动所述转轮8转动。所述转轮8转动进而带动转轴9转动，由于光伏板1固定于该转轴9，所以，光伏板1随着转轴9一起转动，实现光伏板1对太阳光的自动跟踪。

所述传动部件7的长度根据实际支架11的高度进行设计。所述传动部件7可以为牵引钢丝、链条、皮带等可起到传动作用的柔性部件即可。在本实施例中，所述传动部件7为牵引钢丝。

所述储气罐12主要起到工作气体储存的作用，与双向充气泵5紧密连接。所述储气罐内的工作气体可为干燥空气、氮气或惰性气体等安全稳定的气体，可以依据具体的应用环境进行选择和使用。

所述双向充气泵5没有具体的类型，可以依据具体应用环境进行选型和使用。所述双向充气泵5在光伏板1发电时，将储气罐12中气体通过气路导管4压入波纹管3；光伏板1未发电时，双向充气泵5将波纹管3及气路导管4的气体送回储气罐12，实现工作气体的封闭循环。

所述气泵驱动控制器13对双向充气泵5进行充气量的控制调节，可根据太阳照射角度的改变来控制波纹管3的充气流量，也可根据时序控制的方式，实时控制和维持光伏板1的受光角。

所述光伏板1置于由支架11支撑的转轴9，转轴9通过轴承10与支架11连接，光伏板1可以在牵引钢丝牵引的转轮8的带动下旋转。第一平衡重2和第二平衡重6通过牵引钢丝置于转轮8的两侧，第一平衡重2与所述波纹管3接触设置。通过双向充气泵5改变波纹管内的气体压力，使得第一平衡重2受到来自波纹管3的作用力而在竖直方向发生移动，进而调整第一平衡重2和第二平衡重6之间的相对位置，从而带动牵引钢丝移动，牵引钢丝移动带动转轮8旋转，进而带动光伏板1匀速转动，实现光伏板对太阳光的实时自动跟踪。

所述压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置进一步包括防颤机构，请一并参阅图3，所述防颤机构包括两个运动铰链14、两个金属杆15、两个液压缸16以及两个固定铰链17。所述两个运动铰链14分别设置于所述光伏板1，且分别位于所述光伏板1的两个端部至所述转轴9之间的适当位置，本实施例中，所述两个运动铰链14分别位于所述光伏板1垂直于所述转轴9的两个端部。所述两个金属杆15的一端分别固定在所述两个运动铰链14，另一端分别固定在所述两个液压缸16，所述两个液压缸16的另一端分别与所述两个固定铰链17连接，该两个固定铰链17被固定在固定装置或土地等。所述液压缸16包括缸筒161，活塞162，活塞杆163，所述活塞162和所述活塞杆163刚性连接，所述活塞162设置有阻尼孔1621，所述活塞杆163固定在所述固定铰链16。具体的，所述金属杆15的另一端固定在所述液压缸16的缸筒161。所述缸筒161内装满流体，例如液压油等。所述活塞162的横截面积与所述阻尼孔1621的横截面积之比大于等于900且小于等于15000，优选地，所述活塞162的横截面积与所述阻尼孔1621的横截面积之比大于等于2000且小于等于3000，在本实施例中，所述活塞162的横截面积与所述阻尼孔1621的横截面积之比为2500。所述阻尼孔1621的大小可以根据所限制的颤动速度、流体的种类以及不妨碍所述光伏板匀速旋转等因素为前提进行计算设计。所述活塞162可以在所述缸筒161的内部低速轴向移动，所述阻尼孔1621可以阻止所述活塞162和活塞杆163的快速运动。所以，所述防颤机构可以防止光伏板1在风载或其它偶然外载下产生颤抖或共振，但并不会影响所述压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置的正常工作。当有雨雪等恶劣天气时，可以手动控制气泵驱动控制器13，使双向充气泵5充气或放气，进而使光伏板1停留在特定角度，以防光伏板1积雪或被风吹倒等。

请一并参阅图4，所述防颤机构的结构不限于上述实施例的描述，也可以为其他结构，只要能防止光伏板产生颤抖或共振即可。所述防颤机构也可以包括防颤钢丝24、至少两个定滑轮25、锁紧机构26。所述光伏板1垂直于所述转轴9的两端分别固定于防颤钢丝24的两端，该防颤钢丝24通过至少两个定滑轮25支撑，该至少两个定滑轮25之间的防颤钢丝24设置有锁紧机构26。所述锁紧机构26具有速度传感器，该速度传感器26可以检测所述防颤钢丝24的运动速度，当防颤钢丝24的运动速度超过设定值时，可以自动启动锁紧机构26将防颤钢丝24锁死。所以，所述防颤机构可以防止光伏板1在风载作用下产生颤抖或共振。当然，所述锁紧机构26设置位置不限，只要能将防颤钢丝24锁死即可。当有雨雪等恶劣天气时，可以手动控制气泵驱动控制器13，使双向充气泵5充气或放气，进而使光伏板1停留在特定角度，并利用锁紧机构26将防颤钢丝24锁死，那么光伏板1被固定在特定角度，以防光伏板1积雪或被风吹倒等。

本发明提供的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置的光伏板不限于一组，也可以为多组，该多组光伏板可以串联也可以并联。当多组光伏板串联时，每组光伏板设置有一个刚性转轴，各个刚性转轴之间通过联结器和柔性轴连接，仅其中一个转轴设置有转轮，通过控制该一台双向充气泵对所述波纹管进行充气量的调节，即可同时控制该多组光伏板对太阳光的自动跟踪。这种串联的方式虽然稍有滞后，但由于组数较少，成本可以大大降低且安装方便。

当多组光伏板并联时，每组光伏板设置于不同的转轴，即每组光伏板设置有一个转轴，且每个转轴均设置有转轮，每个转轮上设置有传动部件，该各个传动部件的两端分别连接第一平衡重和第二平衡重，各个第一平衡重均与一个波纹管接触设置，该多个波纹管通过不同的气路导管连接到同一个双向充气泵，也就是说，多组光伏板并联共用一台双向充气泵。通过控制该一台双向充气泵对所述多个波纹管进行充气量的调节，使所述多个第一平衡重在竖直方向移动，进而带动所述多个转轮旋转，实现所述多组光伏板对太阳光的自动跟踪。

本发明实施例提供的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，主要针对太阳能光伏板对太阳光的自动跟踪，主要是水平单轴跟踪，也可以是倾斜单轴跟踪，可以是东西方向跟踪，也可以是南北方向跟踪，适用于大规模太阳能光伏电站、分布式综合能源系统等领域。

本发明实施例提供的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，并没有采用现有技术中的减速机构和驱动电机带动光伏板旋转，而是通过应用波纹管内气体的充放作用，可以控制光伏板不间歇地匀速旋转，进而实现光伏板对太阳光的实时自动跟踪。由于光伏板匀速旋转对太阳光实时跟踪，所以，光能利用率较高，且本装置结构简单，所需的双向充气泵功耗极低，所以双向充气泵的驱动功率很小。本装置的波纹管材料使用寿命长、可耐高温、耐腐蚀、抗老化和抗疲劳，具有较好的弹性，使用温度范围较宽，可靠性较高。所以，本装置具有较好的稳定性，寿命较长。而且，本装置光伏板的重心刚好位于转轴的轴心，所以没有附加力矩，故驱动功率较小。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (12)

1.一种压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其包括：光伏板、转轴、转轮、传动部件、第一平衡重、第二平衡重、波纹管以及充气机构，所述光伏板固定于所述转轴，所述转轮固定设置在所述转轴，该转轮上设置有传动部件，该传动部件的两端各连接有所述第一平衡重和第二平衡重，该第一平衡重与所述波纹管端面连接，所述波纹管与所述充气机构连接，通过所述充气机构对所述波纹管进行充气量的调节，使该波纹管伸缩，进而使与波纹管端面连接的所述第一平衡重在竖直方向移动，从而带动所述转轮旋转，实现所述光伏板对太阳光的自动跟踪。

2.如权利要求1所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，所述充气机构包括气路导管、双向充气泵以及气泵驱动控制器，所述波纹管通过所述气路导管与所述双向充气泵连接，该双向充气泵与所述气泵驱动控制器连接，通过所述气泵驱动控制器对所述波纹管进行充气量的调节。

3.如权利要求2所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，通过所述双向充气泵改变所述波纹管内的气体压力，使得所述第一平衡重受到来自波纹管的作用力而在竖直方向发生移动，进而调整所述第一平衡重和所述第二平衡重之间的相对位置，从而带动所述传动部件移动，该传动部件移动带动所述转轮旋转，进而带动所述光伏板转动，实现该光伏板对太阳光的自动跟踪。

4.如权利要求2所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，所述气泵驱动控制器根据太阳照射角度的改变来控制所述波纹管的充气流量，实时控制和维持受光角。

5.如权利要求2所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，所述气泵驱动控制器根据时序控制的方式来控制所述波纹管的充气流量，实时控制和维持受光角。

6.如权利要求1所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，进一步包括防颤机构，该防颤机构用于防止所述光伏板产生颤抖或共振。

7.如权利要求6所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，所述防颤机构包括两个运动铰链、两个金属杆、两个液压缸和两个固定铰链，所述光伏板位于所述转轴两侧的位置分别通过所述运动铰链和所述金属杆与所述液压缸连接，所述液压缸通过所述固定铰链固定。

8.如权利要求7所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，所述液压缸由缸筒、活塞以及活塞杆组成，所述活塞和所述活塞杆刚性连接，所述活塞设置有阻尼孔，所述活塞杆固定在所述固定铰链，所述金属杆的一端固定在所述运动铰链，另一端固定在所述缸筒。

9.如权利要求6所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，所述防颤机构包括防颤钢丝、至少两个定滑轮、锁紧机构，所述光伏板垂直于所述转轴的两端分别固定在所述防颤钢丝的两端，该防颤钢丝由所述至少两个定滑轮支撑，该防颤钢丝上设置有所述锁紧机构。

10.如权利要求1所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，包括多组光伏板，每组光伏板设置有一个转轴，各个转轴之间机械连接，仅其中一个转轴设置有转轮，通过所述充气机构对所述波纹管进行充气量的调节，即可同时控制该多组光伏板对太阳光的自动跟踪。

11.如权利要求1所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，包括多组光伏板，每组光伏板设置有一个转轴，且每个转轴均设置有转轮，每个转轮上设置有传动部件，各个传动部件的两端分别连接有第一平衡重和第二平衡重，所述多个波纹管与一个充气机构连接，通过所述充气机构对所述多个波纹管进行充气量的调节，使该多个波纹管伸缩，进而使所述多个第一平衡重在竖直方向移动，从而带动所述多个转轮旋转，实现所述多组光伏板对太阳光的自动跟踪。

12.如权利要求1所述的压力驱动式太阳能光伏板自动跟踪装置，其特征在于，所述光伏板的重心设置于所述转轴的轴心。

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