CN202406063U - 一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置 - Google Patents

Abstract

一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置，包括太阳能电池、电池托架、跟踪复位控制器、传动机构、支架和连接架。支架包括底座与支架柱，支架柱安装于底座；连接架通过横向轴与电池托架连接，连接架下部活套于纵向轴，纵向轴固设在支架柱顶端；传动机构包括控制高度角的电动推杆和控制时角的直流涡轮电机；电动推杆下端通过下轴承连接于支架柱，电动推杆上端通过滑块和滑杆连接于电池托架，并控制电池托架绕横向轴转动；时角涡轮电机由固定螺栓倒置固定于连接架上，涡轮电机轴由轴-轴连接件与固设在支架柱顶端的纵向轴连接，时角涡轮电机转动通过带动连接架转动控制电池托架绕纵向轴转动；太阳能电池置于电池托架上；跟踪复位控制器固定在电池托架上并与太阳能电池同平面，跟踪复位控制器由遮光板、十字挡光板、6个光敏传感器和检测控制电路组成。本实用新型结构简单，跟踪复位采用间歇式检测跟踪方式，控制传动机构功耗低，时角跟踪幅度≥±90°，高度角跟踪幅度≥±35°，大幅度提高了太阳能电池板的发电效率。

Description

一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置

技术领域

本实用新型属于太阳能应用技术领域，涉及一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置，具体说是一种由一个电动推杆和一个涡轮电机控制的双轴自动跟踪太阳的光伏发电装置。

背景技术

太阳能光伏发电为人类提供可持续能源，并保护赖以生存的环境，但其发电效率低、发电成本相对较高仍是制约其大规模应用的重要因素。在没有出现高效的光伏电池材料之前，研制有实用价值的太阳能光伏发电自动跟踪系统，则是提高太阳能光伏发电效率、促进太阳能应用的主要途径之一。

本发明人的专利ZL201120174363.9一种由电动推杆控制的双轴自动跟踪太阳的光伏发电装置由高度角电动推杆用来控制太阳能电池板绕横向轴转动跟踪太阳高度角，时角电动推杆用来控制太阳能电池板绕纵向轴转动跟踪太阳时角，但受其结构影响，时角跟踪角度达不到180°，在一定程度上影响了其跟踪范围。  

发明内容

本实用新型要解决的技术问题就是提供一种由直流电动推杆和直流涡轮电机组合控制的双轴自动跟踪太阳的光伏发电装置，在正常跟踪太阳高度角的同时，可使时角跟踪角度达到180°，特殊情况可以360°跟踪。该光伏发电装置是ZL201120174363.9专利的改进型，结构简单、成本低廉、系统稳定、跟踪效果好、功低耗，能可靠实现提高太阳能电池板发电效率的目的。

本实用新型解决上述技术问题采取的技术方案如下：

一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置，包括太阳能电池板、传动机构、支架、连接架、横向轴与纵向轴；支架包括底座与支架柱，支架柱安装于底座，连接架通过横向轴与太阳能电池板连接，连接架下部活套于纵向轴，纵向轴固设在支架柱顶端；传动机构包括高度角电动推杆和时角直流涡轮电机；支架柱下端安装下轴承，高度角电动推杆下端固定连接于下轴承，高度角电动推杆上部固装于上轴承，电动推杆伸缩杆上端通过滑块和滑杆连接于太阳能电池板，时角直流涡轮电机倒置由固定螺栓固定于连接架上，直流涡轮电机轴由轴-轴连接件与固设在支架柱顶端的纵向轴连接，时角涡轮电机转动通过带动连接架转动控制太阳能电池板绕纵向轴转动。

本实用新型太阳能电池板既可围绕横向轴上下转动，又可围绕纵向轴左右转动；高度角电动推杆用来控制太阳能电池板绕横向轴转动，跟踪太阳高度角，时角涡轮电机用来控制太阳能电池板绕纵向轴转动，跟踪太阳时角。

高度角电动伸缩推杆通过其直流电机推动，太阳能电池板充电的蓄电池为电动推杆的直流电机和直流涡轮电机提供直流12V电源，无需外接电源；电动推杆和涡轮电机均由跟踪复位控制器控制，跟踪复位控制器分别给电动推杆直流电机和直流涡轮电机提供正、反向开关信号驱动电动推杆伸缩和直流涡轮电机正、反向转动，从而控制太阳能电池板同时跟踪太阳时角和太阳高度角，使太阳能电池板始终正对太阳，提高太阳能电池板的发电效率。

高度角电动推杆内装有伸缩行程限位开关，当电动推杆伸出或缩回以限定位置时，限位开关断开，电动推杆的直流电机停止工作，保证系统安全、稳定、节能。

本实用新型已经制作出样机，样机试验证明，时角跟踪幅度≥±90°，高度角跟踪幅度≥±35°；每天控制跟踪太阳时角的涡轮电机累计工作时间不到10分钟左右，控制高度角的电动推杆工作时间更少，所以整个跟踪装置功耗极低。本实用新型能始终使太阳直射太阳能电池板，最大幅度的利用太阳能量，从而大幅度提高了太阳能电池板的发电效率。本实用新型采用小功耗大推力的电动推杆和涡轮电机组合控制太阳能光伏发电板双轴跟踪太阳，结构简单、成本低廉、系统稳定、跟踪效果好。

附图说明    

图1是本实用新型的一种实施方式， 

图2是太阳自动跟踪复位器光敏传感器及遮光板、档光板布置图，

图3是连接架与支架柱和太阳能电池板的立体结构关系示意图，

图4是连接架与支架柱和太阳能电池板的剖切示意图，

图5是本实用新型电气原理框图。

图中：1—高度角电动推杆，2—时角直流涡轮电机，3—上轴承，4—下轴承，5—支架柱，6—滑块，7—滑杆，8—太阳能电池板，801—太阳能电池，802—电池托架，803—固定架，9—涡轮电机轴，10—轴-轴连接件，11—涡轮电机固定螺栓，12—太阳能电池板横中线，13—横向轴，1301—横向轴的中轴线，14—纵向轴，1401—纵向轴的中轴线，15—左斜支架，16—右斜支架，17—左转轴，18—右转轴，19—遮光板，20—十字挡光板，21—遮光板支架，2201—第1光敏传感器，2202—第2光敏传感器，2203—第3光敏传感器，2204—第4光敏传感器，2205—第5光敏传感器，2206—第6光敏传感器，23—跟踪复位控制器，24—充电控制器，25—蓄电池，26—高度角推杆直流电机，2601—高度角推杆直流电机的伸出转动开关，2602—高度角推杆直流电机的收缩转动开关，2701—时角直流涡轮电机的正向转动开关，2702—时角直流涡轮电机的反向转动开关，28—支架，29—连接架，30—底座，31—负载。

具体实施方式    实施实例  

如图1所示：一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置，包括太阳能电池板8，用于控制太阳能电池板转动的传动机构，它还包括支架28、连接架29、横向轴13与纵向轴14；支架28包括底座30与支架柱5，支架柱5安装于底座30，连接架29通过横向轴13与太阳能电池板8连接，连接架29下部活套于纵向轴14，纵向轴14固设在支架柱5顶端；传动机构包括高度角电动伸缩推杆1和时角直流涡轮电机2；支架柱5下端安装下轴承4，高度角电动伸缩推杆1下端固定连接于下轴承4，高度角电动伸缩推杆1上部固定连接于上轴承3，电动推杆1的伸缩杆上端通过滑块6和滑杆7连接于太阳能电池托架802；时角直流涡轮电机2倒置由涡轮电机固定螺栓11固定于连接架29上，涡轮电机轴9由轴-轴连接件10与固设在支架柱5顶端的纵向轴14连接，时角直流涡轮电机2转动带动连接架29转动从而控制太阳能电池板8绕纵向轴14转动。

参见图1、图3与图4：太阳能电池板8包括太阳能电池801与电池托架802，太阳能电池801放置在电池托架802上，电池托架802设有固定架803，横向轴13活动套装于固定架803，连接架29上部活动套装于横向轴13；支架柱5安装有上轴承3，高度角电动伸缩推杆1上部固定连接于上轴承3，从而使高度角电动伸缩推杆1整体可绕固设在支架柱5顶端的纵向轴14转动；滑杆7固定安装在电池托架802，高度角电动伸缩推杆1的伸缩杆上端安装滑块6，滑块6与滑杆7活动式连接，通过高度角电动伸缩推杆1的上下伸缩带动滑块6沿滑杆7上下滑动，从而调整太阳能电池板8围绕横向轴13转动，以便正对太阳高度角。

参见图1：电池托架802左右两侧设有左右耳板，左斜支架15通过左转轴17安装于左耳板，右斜支架16通过右转轴18安装于右耳板，左斜支架15与右斜支架16的另一端固定于下轴承4；时角涡轮电机2倒置由涡轮电机固定螺栓11固定于连接架29上，涡轮电机轴9由轴-轴连接件10与固设在支架柱5顶端的纵向轴14连接，时角直流涡轮电机2转动带动连接架29转动从而控制太阳能电池板8绕纵向轴14转动，达到跟踪太阳时角的目的。

横向轴13、左转轴17和右转轴18必须在一条直线上即横向轴的中轴线1301上，并与太阳能电池板横中线12平行，否则，太阳能电池板不能上下正常转动。

参见图5与图1：本实用新型还包括电气设施，电气设施包括安装于太阳能电池板8上的跟踪复位控制器23，蓄电池25，充电控制器24，高度角推杆直流电机26，时角直流涡轮电机2；太阳能电池801与充电控制器24输入端连接，充电控制器24输出端与蓄电池25及负载31连接，跟踪复位控制器23与高度角推杆直流电机的伸出转动开关2601、高度角推杆直流电机的收缩转动开关2602、时角直流涡轮电机的正向转动开关2701和时角直流涡轮电机的反向转动开关2702相连接；蓄电池25分别给高度角推杆直流电机26和时角直流涡轮电机2供电，跟踪复位控制器23的控制电路分别通过高度角推杆直流电机的伸出转动开关2601、高度角推杆直流电机的收缩转动开关2602、时角直流涡轮电机的正向转动开关2701和时角直流涡轮电机的反向转动开关2702控制高度角推杆直流电机26和时角直流涡轮电机2的工作状态。高度角推杆直流电机26和时角直流涡轮电机2分别控制高度角电动伸缩推杆伸缩和时角涡轮电机正反向转动，蓄电池为电动推杆的直流电机1和直流涡轮电机2提供直流12V电源，跟踪复位控制器分别给电动推杆1和涡轮电机2提供正、反向开关信号驱动电动推杆1伸缩和涡轮电机2正反向转动，从而控制太阳能电池板8同时跟踪太阳时角和太阳高度角，使太阳能电池板8始终正对太阳，提高太阳能电池板8的发电效率。

高度角电动推杆1内装有伸缩行程限位开关（图中未标示），当电动推杆伸出或缩回到限定位置时，限位开关断开，电动推杆的直流电机停止工作，从而保证系统安全、稳定、节能。

本实用新型的工作过程大致如下：假设跟踪复位控制器23与太阳能电池板8起始方向正对东方，上午当太阳从东方升起，跟踪复位控制器23的第1光敏传感器2201上方的遮光板19斜对太阳时，太阳光照射到位于上方的第1光敏传感器2201上，第1光敏传感器2201受光照阻值发生变化，通过控制电路产生电流、电压信号且强度达到一定阈值，经控制电路与第2光敏传感器2202（此时第2光敏传感器2202被遮光板19的阴影所遮住）受光强度比较，获得指令闭合控制太阳高度角电动推杆直流电机26的收缩转动开关2602，电动推杆1收缩通过滑块6和滑杆7带动太阳能电池板8仰角增大；当太阳能电池板8转至正对太阳时，与太阳能电池板8同平面的跟踪复位控制器23的遮光板19同时正对太阳，此时第1光敏传感器2201的采光面被其正上方的遮光板19的阴影所遮住，其阻值恢复，控制电路不再发出电流、电压信号，电动推杆直流电机26的收缩转动开关2602开关断开，控制太阳高度角的电动推杆直流电机26停止转动。

随着太阳的运动，太阳光再次斜射到第1光敏传感器2201上经控制电路逻辑判断再次启动电动推杆直流电机26通过电动推杆1收缩带动太阳能电池板8转动，当跟踪复位控制器23和太阳能电池板8正对太阳时又停止转动。正午时，太阳能电池板8转至当天仰角最大位置。每年夏至正午，是太阳能电池板8全年仰角最大位置。     上述过程中，位于跟踪复位控制器23下方的第2光敏传感器2202始终被遮光板19和挡光板20的阴影所遮住，第2光敏传感器2202感光强度始终低于第1光敏传感器2201，因此不能启动反向电路向电动推杆直流电机26供电，太阳能电池板8不可能反向转动。     下午，位于下方的第2光敏传感器2202接受到逐渐落下的太阳光线的照射，则控制太阳能电池板8向下转动，即下午随着太阳落下太阳光照射到位于跟踪复位控制器23下方的第2光敏传感器2202上，第2光敏传感器2202感光强度高于第1光敏传感器2201即通过控制电路启动控制太阳高度角的电动推杆直流电机26反向转动，电动推杆1伸缩杆伸出，通过滑块6和滑杆7带动太阳能电池板8仰角减小；当跟踪复位控制器23和太阳能电池板8同步转至正对太阳时，第2光敏传感器2202又被遮光板19的阴影所遮住，此时第2光敏传感器2202不能产生信号继续启动电动推杆直流电机26，太阳能电池板8停止转动；太阳再降低，高度角电动伸缩推杆1伸缩杆再伸出，通过滑块6和滑杆7带动太阳能电池板8仰角再减小，达到跟踪太阳高度角的目的。

夕阳西下时，太阳能电池板8转至仰角最小位置，此时高度角电动推杆1的伸出行程达到最大，高度角电动伸缩推杆1内的伸出限位开关断开，高度角推杆直流电机26停止转动，太阳能电池板8便停止在仰角最小位置。

上述过程中，同样第1光敏传感器2201始终被遮光板19的阴影所遮住，第1光敏传感器2201控制的电路不能向控制太阳高度角的电动推杆直流电机26供电。

同时，当太阳自东向西运动时，跟踪复位控制器23的第3光敏传感器2203检测到太阳时角变化，跟踪复位控制器23通过控制电路闭合时角涡轮电机2的反向转动开关2702，时角涡轮电机2反向转动带动连接架29转动同时带动太阳能电池板8向西转动，高度角电动推杆1带动上轴承3和下轴承4也整体围绕纵向轴14转动；当太阳能电池板8转至正对太阳时，跟踪复位控制器23的第3光敏传感器2203被正上方的遮光板19阴影所遮住，控制电路断开控制时角直流涡轮电机2开关2702，时角直流涡轮电机2停止转动，太阳能电池板8停止转动。太阳再向西，时角直流涡轮电机2再转动；夕阳西下时，当太阳能电池板8转至时角最大位置，此时时角直流涡轮电机2的转动行程达到最大，太阳能电池板8便停止在向西的时角最大位置。

太阳落山以后，4个光敏传感器2201、2202、2203、2204都接受不到阳光，电动推杆1和涡轮电机2都停止工作，跟踪装置处于静止状态，这时跟踪复位控制器23的遮光板19和4个光敏传感器2201、2202、2203、2204都面向西方，而位于跟踪复位控制器23后面的第5光敏传感器2205正好面向东方。

第二天，太阳升起，位于跟踪复位控制器23后面的第5光敏传感器2205正好通过控制电路启动复位开关，控制太阳时角的直流涡轮电机2则控制太阳能电池板8转向东方。

由于太阳时角变化每小时15°左右，考虑到传动机构省电等因素，本跟踪装置每30秒检测跟踪一次，即采用间歇式采样跟踪方式，每次工作时间仅为几秒钟，每天累计工作时间不超过10分钟，所以传动机构功耗特别低。遇到特殊情况时，如天气忽阴忽晴位于跟踪复位控制器23右侧面的第6光敏传感器2206正好起到接力复位的作用。即当太阳光既照不到跟踪复位控制器23正面的4个光敏传感器任何一个，也照不到跟踪复位控制器23背面的光敏传感器2205时，正好可以照到光敏传感器2206，光敏传感器2206感受到光照通过控制电路给涡轮电机2发出正转信号，直到太阳能电池板8转至正对太阳，完成复位。

同光敏传感器2205一样，光敏传感器2204也是在特殊情况下控制复位。

新的一天，如此往复，周而复始。

由于跟踪复位控制器23加装了十字挡光板20，因此在任何情况下，太阳只能照射到跟踪复位控制器23的6个光敏传感器其中一个上，从而保证了跟踪复位器不受干扰，使整个跟踪控制过程更加稳定。

由于电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置太阳能电池板能够始终跟踪正对太阳直射，从而大幅度提高了太阳能电池板的发电效率。

本装置采用模块化设计，可随时拆御异地组装，单套适合无电地区农牧民家庭使用。多套组阵排列同样适合大型光伏发电站组网发电。

利用本实用新型原理，可制成适用各种不同用途的太阳能高效利用装置。

Claims (5)

1.一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置，包括太阳能电池板（8），传动机构，其特征在于：它还包括支架（28）、连接架（29）、横向轴（13）与纵向轴（14）；支架（28）包括底座（30）与支架柱（5），支架柱（5）安装于底座（30），连接架（29）通过横向轴（13）与太阳能电池板（8）连接，连接架（29）下部活套于纵向轴（14），纵向轴（14）固设在支架柱（5）顶端；传动机构包括高度角电动推杆（1）和时角直流涡轮电机（2）；支架柱（5）下端安装下轴承（4），高度角电动推杆（1）下部固定连接于下轴承（4），支架柱（5）安装有上轴承（3），高度角电动推杆（1）上部固定连接于上轴承（3），从而使高度角电动伸缩推杆（1）整体可绕固设在支架柱（5）顶端的纵向轴（14）转动；高度角电动推杆（1）的伸缩推杆上端通过滑块（6）和滑杆（7）连接于太阳能电池托架（802），滑杆（7）固定安装在电池托架（802），滑块（6）与滑杆（7）活动式连接，太阳能电池板（8）包括太阳能电池（801）和电池托架（802），太阳能电池（801）放置在电池托架（802）上。

2.根据权利要求1所述的一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置，其特征在于：时角直流涡轮电机（2）倒置由涡轮电机固定螺栓（11）固定于连接架（29）上，涡轮直流电机轴（9）由轴-轴连接件（10）与固设在支架柱（5）顶端的纵向轴（14）连接，时角直流涡轮电机（2）转动通过带动连接架（29）转动控制太阳能电池托架（802）绕纵向轴（14）转动。

3.根据权利要求1所述的一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置，其特征在于：跟踪复位控制器（23）由6个光敏传感器（2201-2206）和遮光板（19）、十字挡光板（20）、遮光板支架（21）组成，其中4个光敏传感器（2201）、（2202）、（2203）、（2204）它们上下左右排列于遮光板（19）的正后方，由挡光板（20）十字隔开，光敏传感器（2205）置于跟踪复位控制器（23）的背后，光敏传感器（2206）置于跟踪复位控制器（23）的右侧面；跟踪复位控制器（23）固定在太阳能电池托架（802）上并与太阳能电池（801）同平面。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置，其特征在于：该装置还包括电气设施，电气设施包括太阳能电池（801），跟踪复位控制器（23），蓄电池（25），充电控制器（24），高度角推杆直流电机（26），时角直流涡轮电机（2）；太阳能电池（801）与充电控制器（24）输入端连接，充电控制器（24）输出端与蓄电池（25）及负载（31）连接，跟踪复位控制器（23）与高度角推杆直流电机（26）的伸出转动开关（2601）、高度角推杆直流电机（26）的收缩转动开关（2602）、时角直流涡轮电机（2）的正向转动开关（2701）和时角直流涡轮电机（2）的反向转动开关（2702）相连接；蓄电池（25）分别给高度角推杆直流电机（26）和时角直流涡轮电机（2）供电，跟踪复位控制器（23）分别通过高度角推杆直流电机（26）的伸出转动开关（2601）、高度角推杆直流电机（26）的收缩转动开关（2602）、时角直流涡轮电机（2）的正向转动开关（2701）和时角直流涡轮电机（2）的反向转动开关（2702）控制高度角推杆直流电机（26）和时角直流涡轮电机（2）的工作状态。

5.根据权利要求1所述的一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置，其特征在于：高度角电动伸缩推杆（1）内装有伸缩行程限位开关。

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