CN202533804U - 光伏组件跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种跟踪系统，尤其是一种在太阳能发电中使用的光伏组件跟踪系统。本实用新型提供了一种能够同时跟踪太阳和变动倾角的光伏组件跟踪系统，包括光伏组件、固定柱、伸缩柱以及转动伸缩柱，所述固定柱和所述伸缩柱固定安装在地面，所述转动伸缩柱通过球铰安装在地面，所述伸缩柱和所述转动伸缩柱均可沿轴向伸缩，所述光伏组件通过球铰安装在所述固定柱与所述转动伸缩柱上，所述光伏组件上设置有包括滑槽和滑块的滑槽机构，所述滑块与所述伸缩柱通过球铰相互连接，所述滑槽机构的运动轨迹以及固定柱与光伏组件的连接点均在跟踪太阳旋转轴线上，所述转动伸缩柱与所述光伏组件的连接点相距跟踪太阳旋转轴线一定距离。

Description

光伏组件跟踪系统

技术领域

本实用新型涉及一种跟踪系统，尤其是一种在太阳能发电中使用的光伏组件跟踪系统。 

背景技术

对光伏组件光生电伏效应影响最基本的因素为光伏组件接收到的太阳辐射能，而在既定天气条件下对辐射能影响最大的因素为光伏组件的方向角，光伏组件的倾角，及其对太阳的跟踪。 

光伏组件方阵的方向角是方阵的垂直面与正南方向的夹角，向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度。一般在北半球，太阳电池组件朝向正南，即方阵垂直面与正南的夹角为0°时，太阳电池组件的发电量是最大的。 

太阳电池组件的倾角是太阳电池组件平面与水平地面的夹角。倾角不同，各个月份方阵面接收到的太阳辐射量差别很大。目前就倾角大小有如下几种观点：1、方阵倾角等于当地纬度为最佳。这样做的结果，夏天太阳电池组件发电量往往过盈而造成浪费，冬天时发电量又往往不足而使蓄电池处于欠充电状态，所以这不一定是最好的选择。2、方阵倾角应使全年辐射量最弱的月份能得到最大的太阳辐射量为好，推荐方阵倾角在当地纬度的基础上再增加15度到20度。国外有的设计手册也提出，设计月份应以辐射量最小的12月(在北半球)或6月(在南半球)作为依据。其实，这种观点也不一定妥当，这样往往会使夏季获得的辐射量过少，从而导致方阵全年得到的太阳辐射量偏小。 

基于上述分析可以看出，要想保持最大的发电效率，方向角可以保持不变，倾角需根据实际进行适当调整，并且光伏组件可进行旋转从而跟踪天阳的变化。目前常采用下列三种跟踪系统：1、水平单轴跟踪系统，其方向角固定，倾斜角固定并与水平面平行，一定范围可跟踪太阳。2、倾斜单轴跟踪系统，该系统方向角固定，倾斜角固定并与水平面有一定角度，一定范围可跟踪太阳。3、双轴跟踪系统，其采用一根支撑柱支撑，光伏组件可在支撑柱上可旋转；该系统水平面内旋转，可调节系统的方向角；改变阵列与水平面的夹角，可调节倾角；对于该系统，既能调节方向角、也能调节倾角和跟踪太阳，但不能同时调节倾角和跟踪太阳。 

从上述三种系统可以看出，水平单轴跟踪系统与倾斜单轴跟踪系统的倾角均不可调，不能适应季节性变化时对倾角角度调整的要求。双轴跟踪系统比平单轴跟踪系统和倾斜单轴跟踪系统有所改善，但该双轴系统不能同时调倾角和跟踪太阳，成本较前者大，但功能改进不多。 

现有跟踪系统的特点如下：1、从机构形式上讲，现有的双轴跟踪系统基于串联机构设计。 2、从自由度上讲，现有双轴跟踪系统只有两个旋转自由度，只能同时变动方向角与倾角，而跟踪太阳只是附带的。如果要以跟踪太阳为主，则方向角不可调。3、从力学上讲，组件阵列本身及其它载荷全部由一根空心圆柱承担，其受力情况复杂且存在比较大的不足，由一根立柱承受全部负荷，由于阵列的重心可能不在立柱中心，甚至超出立柱外圆，始终有偏心载荷存在，而且在自然力(如风)等的多重作用下，极大地恶化立柱的受力状况，造成事故。在此立柱的设计中，有两个重要的参数须设计和校核，即压应力和失稳。4、由于立柱比较粗大，运输装卸不方便，安装不方便，上下车、转运、安装均需要吊车，对于施工进度、成本都有很大的不利影响。5、独立基础庞大，基坑深，成本高、施工难度大。特别是对于在地质条件差的地方更是如此。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够同时跟踪太阳和变动倾角的光伏组件跟踪系统。 

本实用新型解决其技术问题所采用的光伏组件跟踪系统，包括光伏组件、固定柱、伸缩柱以及转动伸缩柱，所述固定柱和所述伸缩柱固定安装在地面，所述转动伸缩柱通过球铰安装在地面，所述伸缩柱和所述转动伸缩柱均可沿轴向伸缩，所述光伏组件通过球铰安装在所述固定柱与所述转动伸缩柱上，所述光伏组件上设置有包括滑槽和滑块的滑槽机构，所述滑块与所述伸缩柱通过球铰相互连接，所述滑槽机构的运动轨迹以及固定柱与光伏组件的连接点均在跟踪太阳旋转轴线上，所述转动伸缩柱与所述光伏组件的连接点相距跟踪太阳旋转轴线一定距离。 

进一步的是，所述固定柱、伸缩柱以及转动伸缩柱自由度为0的部位采用丁字形的钢结构相互连接固定。 

进一步的是，所述伸缩柱和转动伸缩柱均通过电机齿轮齿条结构实现伸缩。 

进一步的是，所述电机齿轮齿条结构包括电机、与所述电机连接的齿轮传动结构以及与所述齿轮传动结构连接的齿条。 

进一步的是，所述齿轮传动结构包括主动齿轮、换向轮以及相互对称的左齿轮和右齿轮，所述电机与所述主动齿轮相连，所述主动齿轮与换向轮和左齿轮啮合，所述换向轮与所述右齿轮啮合，所述左齿轮和右齿轮分别与齿条的左右齿啮合。 

进一步的是，所述左齿轮与所述齿条之间、所述右齿轮与所述齿条之间均设置有减速齿轮过渡。 

进一步的是，所述跟踪太阳旋转轴线为正南北朝向。 

本实用新型的有益效果是：在采用本系统后，同时伸长或者缩短伸缩柱和转动伸缩柱时， 即可既使光伏组件绕太阳旋转轴线运动，也可是光伏组件的倾角改变，这样就能实现同时改变倾角和追踪太阳。光伏组件同时受到固定柱、伸缩柱以及转动伸缩柱三点的支撑，其稳定性极大的提高，并且载荷分散到三个支撑柱上，提高了系统的受力强度。所述固定柱、伸缩柱以及转动伸缩柱自由度为0的部位可以相互连接固定，从而增加了三者之间的稳定性。伸缩柱以及转动伸缩柱可以采用电机齿轮齿条结构实现伸缩。 

附图说明

图1是本实用新型的原理图； 

图中零部件、部位及编号：光伏组件1、固定柱2、转动伸缩柱3、伸缩柱4、滑槽机构5、电机齿轮齿条结构6、齿条61、右齿轮62、左齿轮63、换向轮64、主动齿轮65、球铰7。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。 

如图1所示，本实用新型包括光伏组件1、固定柱2、伸缩柱4以及转动伸缩柱3，所述固定柱2和所述伸缩柱4固定安装在地面，所述转动伸缩柱3通过球铰7安装在地面，所述伸缩柱4和所述转动伸缩柱3均可沿轴向伸缩，所述光伏组件1通过球铰7安装在所述固定柱2与所述转动伸缩柱3上，所述光伏组件1上设置有包括滑槽和滑块的滑槽机构5，所述滑块与所述伸缩柱4通过球铰7相互连接，所述滑槽机构5的运动轨迹以及固定柱2与光伏组件1的连接点均在跟踪太阳旋转轴线上，所述转动伸缩柱3与所述光伏组件1的连接点相距跟踪太阳旋转轴线一定距离。一定距离表示连接点不在跟踪太阳旋转轴线上。上述结构在安装完毕后方向角即固定不变，通常情况下方向角与正南的夹角为0即可。跟踪太阳旋转轴线即光伏组件1东西方向旋转的轴向，光伏组件1沿跟踪太阳旋转轴线转动即可时刻正对太阳，达到最大的发电效率。倾角即光伏组件1平面与水平地面的夹角。伸缩柱4和转动伸缩柱3可以采用液压缸、电机和气缸等动力机构来实现伸缩。在安装时逐渐搭建上述组件即可。本系统通过下列方式来调节倾角和跟踪太阳： 

1、单独伸缩转动伸缩柱3，由于转动伸缩柱3不在跟踪太阳旋转轴线上，而固定柱2和伸缩柱4位于跟踪太阳旋转轴线上，转动伸缩柱3必然会对光伏组件1产生一个转动力矩，而固定柱2与伸缩柱4与光伏组件1连接的球铰7就会形成转轴，这样光伏组件1就可以以跟踪太阳旋转轴线为轴进行转动，由此便可以跟踪太阳，获得最大的阳光辐射。 

2、使伸缩柱4伸缩，此时滑块也作相应的直线移动，同时转动伸缩杆3也作相应比例的长度调节，转动伸缩杆3到转轴的距离与伸缩杆4到转轴的距离比即为相应的比例，就可使光伏组件1以固定柱2为轴转动，从而达到调节倾角的目的。 

3、同时式伸缩柱4和转动伸缩柱3伸缩，并且两者的伸缩量不成比例，则参加第一种和 第二种方式，光伏组件就可以同时调节倾角和追踪太阳。 

本系统分散了载荷，提高了平稳性，因此在材料上有所节约，无需像双轴跟踪系统需要较大的支撑柱，特别在安装基础制作、部件运输、安装上大为简捷，为施工提供了方便。该系统能满足并网发电系统的基于较大发电量的要求，也能满足独立发电系统基于季节性、发电量平衡等综合性要求。 

为了增加稳定性，如图1所示，所述固定柱2、伸缩柱4以及转动伸缩柱3自由度为0的部位采用丁字形的钢结构相互连接固定。自由度为0的部位即与地面固定连接的一段，利用丁字形的钢结构，例如钢管将三者连接固定，即可增加三者的稳定性。 

具体的，参见图1，所述伸缩柱4和转动伸缩柱3均通过电机齿轮齿条结构6实现伸缩。所述电机齿轮齿条结构6包括电机、与所述电机连接的齿轮传动结构以及与所述齿轮传动结构连接的齿条61。利用齿轮齿条将电机的转动转化为平动，从而实现伸缩。 

为了增加传动的稳定性，如图1所示，所述齿轮传动结构包括主动齿轮65、换向轮64以及相互对称的左齿轮63和右齿轮62，所述电机与所述主动齿轮65相连，所述主动齿轮65与换向轮64和左齿轮63啮合，所述换向轮64与所述右齿轮62啮合，所述左齿轮63和右齿轮62分别与齿条61的左右齿啮合。左齿轮63、右齿轮62以及换向轮64的齿数均相同，通过换向轮64的环向，右齿轮62与左齿轮63的旋转方向是相向的，这样正好可以对称的驱动齿条61上下运动，而齿条61安装在转动伸缩柱3和伸缩柱4的上部，从而使得转动伸缩柱3和伸缩柱4伸缩。对称的驱动使得传动更加平稳，保证了光伏组件1角度的可靠性。 

为了实现减速的目的，所述左齿轮63与所述齿条61之间、所述右齿轮62与所述齿条61之间均设置有减速齿轮过渡。减速齿轮的齿数多于左齿轮63和右齿轮62，这样就可以起到减速的目的。 

Claims (7)

1.光伏组件跟踪系统，其特征在于：包括光伏组件(1)、固定柱(2)、伸缩柱(4)以及转动伸缩柱(3)，所述固定柱(2)和所述伸缩柱(4)固定安装在地面，所述转动伸缩柱(3)通过球铰(7)安装在地面，所述伸缩柱(4)和所述转动伸缩柱(3)均可沿轴向伸缩，所述光伏组件(1)通过球铰(7)安装在所述固定柱(2)与所述转动伸缩柱(3)上，所述光伏组件(1)上设置有包括滑槽和滑块的滑槽机构(5)，所述滑块与所述伸缩柱(4)通过球铰(7)相互连接，所述滑槽机构(5)的运动轨迹以及固定柱(2)与光伏组件(1)的连接点均在跟踪太阳旋转轴线上，所述转动伸缩柱(3)与所述光伏组件(1)的连接点相距跟踪太阳旋转轴线一定距离。

2.如权利要求1所述的光伏组件跟踪系统，其特征在于：所述固定柱(2)、伸缩柱(4)以及转动伸缩柱(3)自由度为0的部位采用丁字形的钢结构相互连接固定。

3.如权利要求1所述的光伏组件跟踪系统，其特征在于：所述伸缩柱(4)和转动伸缩柱(3)均通过电机齿轮齿条结构(6)实现伸缩。

4.如权利要求3所述的光伏组件跟踪系统，其特征在于：所述电机齿轮齿条结构(6)包括电机、与所述电机连接的齿轮传动结构以及与所述齿轮传动结构连接的齿条(61)。

5.如权利要求4所述的光伏组件跟踪系统，其特征在于：所述齿轮传动结构包括主动齿轮(65)、换向轮(64)以及相互对称的左齿轮(63)和右齿轮(62)，所述电机与所述主动齿轮(65)相连，所述主动齿轮(65)与换向轮(64)和左齿轮(63)啮合，所述换向轮(64)与所述右齿轮(62)啮合，所述左齿轮(63)和右齿轮(62)分别与齿条(61)的左右齿啮合。

6.如权利要求5所述的光伏组件跟踪系统，其特征在于：所述左齿轮(63)与所述齿条(61)之间、所述右齿轮(62)与所述齿条(61)之间均设置有减速齿轮过渡。

7.如权利要求1至6任一权利要求所述的光伏组件跟踪系统，其特征在于：所述跟踪太阳旋转轴线为正南北朝向。

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