CN202205100U - 一种太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架，属于太阳能光伏技术领域。该单轴自动跟踪支架包括太阳能电池板、龙骨及肋骨，肋骨对称固定在龙骨上构成支架平面，太阳能电池板安装在支架平面内，龙骨倾斜设置且龙骨与地平面所成夹角等于安装地域的太阳平均高度角的余角；龙骨的高端通过轴承座支撑在人字撑上，龙骨的低端与蜗轮蜗杆旋转装置的输出轴固定连接并通过蜗轮蜗杆旋转装置支撑在立柱上。轴承座上方安装有风速传感器，支架平面内位于龙骨及最上端肋骨的交点处安装有光电传感器，风速传感器及光电传感器的信号线均接入控制箱。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架，属于太阳能光伏技术领域。
背景技术
随着社会经济的高速发展，能源和资源的消耗量越来越大。节约能源，保护环境已经成为人类可持续发展的必要条件。人们加强对可再生能源的开发和利用，太阳能光伏发电已经成为目前全球最热门的技术之一。
众所周知，由于太阳能电池板对太阳光的利用具有余弦效应，即太阳能电池板接收到的有效光通量等于光照度乘以电池板面积再乘以太阳光与电池板法线夹角的余弦值。电池板只有正对太阳，即余弦值等于1，才能接收到最大的光通量。因此，具有有自动跟踪太阳能力的太阳能发电装置能够显著提高发电效率。
目前，人们提出了各种各样的太阳跟踪技术，主要可以分为单轴跟踪和双轴跟踪两类。太阳相对地平面的运动轨迹主要可以分为高度角和方位角两个参量，单轴跟踪技术仅能够跟踪其中一个参量，双轴跟踪技术两个参量都能跟踪。目前，从技术的成熟度、可靠性、成本的角度出发，单轴跟踪技术相对双轴跟踪技术还具有明显的优势。
某一地区太阳在某一时刻的高度角h和方位角l可以由如下方式计算得到，
太阳的高度角h满足： 
；
太阳的方位角l满足：
；
其中：（1）
为当地纬度；（2）为赤尾角（单位：度）计算近似公式为：
因此，可以计算出当地任一时刻的太阳高度角和方位角，在此基础上，可以进一步计算出当地全年的太阳平均高度角。
中国专利（CN201590780U）公开了一种单轴自动跟踪支架，该支架围绕一根水平放置的轴旋转，跟踪太阳的高度角或者方位角。但是，这种技术中的旋转轴采用的是水平放置方式，无论是跟踪太阳的高度角还是方位角，另一个参量引起的余弦效应都无法忽略。因此，在不同地域或者不同时间使用，太阳能发电装置的发电效率差异很大。
中国专利（CN201608673U）公开了一种单轴跟踪支架，该支架能够跟踪太阳的高度角。同样，这种技术中的旋转轴采用的也是水平放置方式，不能忽略太阳方位角引起的余弦效应。因此，在不同时间使用，太阳能发电装置的发电效率差异很大。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架，可以提高太阳能发电装置的发电效率，增强地域的适应性，并且更加安全可靠。
为解决以上技术问题，本实用新型所提供的一种太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架，包括太阳能电池板、龙骨及肋骨，所述肋骨对称固定在龙骨上构成支架平面，所述太阳能电池板安装在所述支架平面内，所述龙骨倾斜设置且龙骨与地平面所成夹角等于安装地域的太阳平均高度角的余角；所述龙骨的高端通过轴承座支撑在人字撑上，所述龙骨的低端与蜗轮蜗杆旋转装置的输出轴固定连接并通过蜗轮蜗杆旋转装置支撑在立柱上。
相对于现有技术，本实用新型取得了以下有益效果：龙骨倾斜设置且龙骨与地平面所成夹角等于安装地域的太阳平均高度角的余角，相对于龙骨水平设置，能够使太阳能电池板更加正对太阳；控制箱控制驱动电机运转，驱动电机驱动蜗轮蜗杆旋转装置带动龙骨旋转，进而带动支架平面绕着龙骨旋转，使太阳能电池板更好地跟踪太阳的方位角，从而提高太阳能发电装置的发电效率。当支架满载太阳能电池板后，整体质心在龙骨上，并且偏向人字撑，因此具有很好的稳定性和抗风能力。
作为本实用新型的优选方案，所述轴承座上方安装有风速传感器，所述风速传感器的信号线接入控制箱。风速传感器输出脉冲信号给控制箱，当风速超过一定阈值时，控制箱立即控制驱动电机将支架平面转动至垂直于竖直平面，可以提高支架的抗风能力，保护系统的安全运行。
作为本实用新型的另一项优选方案，所述支架平面内位于龙骨及最上端肋骨的交点处安装有光电传感器，所述光电传感器的信号线接入控制箱。光电传感器可以向控制箱提供实时的太阳方位角信号，以便控制箱准确控制支架平面跟踪阳光的偏移。
作为本实用新型进一步的优选方案，所述光电传感器具有一个圆台底座，在所述圆台底座的侧面对称安装有一对硅光电池，两所述硅光电池的电压信号分别接入位于所述圆台底座内部的信号处理电路，所述信号处理电路的所述信号线接入所述控制箱。当太阳正对支架平面时，两个硅光电池输出相同幅度的信号；当太阳偏移支架平面时，两个硅光电池输出的信号有偏差，控制箱根据信号的偏差值，控制驱动电机使支架旋转，使得偏差值减小至零，即实现了对太阳的跟踪。
附图说明
图1为本实用新型太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架的结构示意图。
图2为光电传感器的结构示意图。
图3为人字撑的结构示意图。
图4为立柱的结构示意图。
图中：101.人字撑；102.立柱；103.龙骨；104.肋骨；105.蜗轮蜗杆旋转装置；106.驱动电机；107.轴承座；108.风速传感器；109.光电传感器；110.控制箱；111.太阳能电池板；21. 圆台底座；22.硅光电池；22’.硅光电池；23.信号处理电路；31.主支撑；32.加强筋；41.柱体；42.顶座；43.底座。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的一种太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架，包括太阳能电池板111、龙骨103及肋骨104，肋骨104对称固定在龙骨103上构成支架平面，太阳能电池板111安装在支架平面内，龙骨103倾斜设置且龙骨103与地平面所成夹角等于安装地域的太阳平均高度角的余角；龙骨103的高端通过轴承座107支撑在人字撑101上，龙骨103的低端与蜗轮蜗杆旋转装置105的输出轴固定连接并通过蜗轮蜗杆旋转装置105支撑在立柱102上，蜗轮蜗杆旋转装置105由驱动电机106驱动，驱动电机106由控制箱110控制。轴承座107上方安装有风速传感器108，支架平面内位于龙骨103及最上端肋骨104的交点处安装有光电传感器109，风速传感器108及光电传感器109的信号线接入控制箱110。
如图2所示，光电传感器109具有一个圆台底座21，在圆台底座21的侧面对称安装有一对硅光电池22、22’，两硅光电池的电压信号分别接入位于圆台底座内部的信号处理电路23，信号处理电路23的信号线接入控制箱110。
如图3所示，人字撑101包括两根主支撑31，两根主支撑31之间还设有加强筋32，以提高人字撑的强度及稳定性。
如图4所示，立柱102包括柱体41及连接在柱体41两端的顶座42和底座43，底座43通过螺栓固定在地基上，顶座42上固定安装蜗轮蜗杆旋转装置105。
工作中，当太阳正对支架平面时，两个硅光电池输出相同幅度的信号；当太阳偏移支架平面时，两个硅光电池输出的信号有偏差，控制箱110根据信号的偏差值，控制驱动电机106运转，驱动电机106驱动蜗轮蜗杆旋转装置带动龙骨103旋转，进而带动支架平面绕着龙骨103旋转，使得两个硅光电池输出信号的偏差值减小至零，即实现了对太阳的跟踪，从而提高太阳能发电装置的发电效率。风速传感器108输出脉冲信号给控制箱110，当风速超过一定阈值时，控制箱110立即控制驱动电机106将支架平面转动至垂直于竖直平面，可以提高支架的抗风能力，保护系统的安全运行。
除上述实施例外，本实用新型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，均落在本实用新型要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架，包括太阳能电池板、龙骨及肋骨，所述肋骨对称固定在龙骨上构成支架平面，所述太阳能电池板安装在所述支架平面内，其特征在于：所述龙骨倾斜设置且龙骨与地平面所成夹角等于安装地域的太阳平均高度角的余角；所述龙骨的高端通过轴承座支撑在人字撑上，所述龙骨的低端与蜗轮蜗杆旋转装置的输出轴固定连接并通过蜗轮蜗杆旋转装置支撑在立柱上。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架，其特征在于：所述轴承座上方安装有风速传感器，所述风速传感器的信号线接入控制箱。
3.根据权利要求1所述的太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架，其特征在于：所述支架平面内位于龙骨及最上端肋骨的交点处安装有光电传感器，所述光电传感器的信号线接入控制箱。
4.根据权利要求3所述的太阳能发电装置的单轴自动跟踪支架，其特征在于：所述光电传感器具有一个圆台底座，在所述圆台底座的侧面对称安装有一对硅光电池，两所述硅光电池的电压信号分别接入位于所述圆台底座内部的信号处理电路，所述信号处理电路的所述信号线接入所述控制箱。
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|---|---|---|---|---|
| CN102929292A (zh) * | 2012-10-26 | 2013-02-13 | 苏州爱康金属科技有限公司 | 斜单轴太阳能追踪系统 |
| CN104753454A (zh) * | 2015-03-12 | 2015-07-01 | 张涛 | 一种光伏单轴旋转追光装置 |
| CN107276202A (zh) * | 2017-06-16 | 2017-10-20 | 广州光使者科技应用有限公司 | 一种绿能建筑供电系统 |
| CN108508921A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-09-07 | 上海电机学院 | 一种交通工具的光伏跟踪装置及其使用方法 |
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