CN206117574U - 一种全方位跟随太阳照射方向转动的光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全方位跟随太阳照射方向转动的光伏发电系统，包括控制装置、驱动装置、用于采集太阳光的采集装置、用于跟踪太阳光的感应装置、用于带动采集装置在东西方向上转动的第一传动机构及用于带动采集装置在南北方向上移动的第二传动机构；所述第一传动机构、第二传动机构及感应装置分别与控制装置电连。本实用新型的采集装置不仅在东西方向上可以跟随太阳的直射方向发生偏转，而且可以在南北方向上跟随太阳的直射方向发生偏转，偏转的角度范围更广，偏转角度控制精准，吸收的太阳能更多，结构简单，操作方便。

Description

一种全方位跟随太阳照射方向转动的光伏发电系统

技术领域

本实用新型属于太阳能光伏发电领域，尤其是涉及一种全方位跟随太阳照射方向转动的光伏发电系统。

背景技术

现有的光伏发电系统一般仅仅在东西方向上跟随太阳照射方向转动，其在南北方向上为固定设置，但是实际上由于季节时令的更替、各地区所处地势的不同、气候的变化等因素，太阳的直射点不仅仅在东西方向上发生改变，从而现有的光伏发电系统不能充分、有效地利用太阳能。

针对上述问题，也有光伏发电系统在南北方向上转动以吸收更多的太阳能，如中国专利CN 205049977公开了一种推杆式双轴光伏跟踪系统，其马达运转通过传动机构带动梁杭架在东西方向上翻转；推动第二推杆实现太阳能面板在南北方向上的翻转。但是其在东西方向上的翻转和在南北方向上的翻转为独立进行，东西方向上的光伏跟踪和南北方向上的光伏跟踪也为独立进行，不能精确地跟踪太阳直射的方向和角度，翻转的角度范围也较小，从而无法尽可能多地吸收太阳能，结构复杂的同时还降低了太阳能光伏发电的效率。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种能在南北方向上精准地跟踪太阳的直射方向、太阳能吸收效率高、发电效率高的全方位跟随太阳照射方向转动的光伏发电系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全方位跟随太阳照射方向转动的光伏发电系统，包括控制装置、驱动装置、用于采集太阳光的采集装置、用于跟踪太阳光的感应装置、用于带动采集装置在东西方向上转动的第一传动机构及用于带动采集装置在南北方向上移动的第二传动机构；所述第一传动机构、第二传动机构及感应装置分别与控制装置电连。感应装置的设置使得采集装置有效跟踪到太阳的直射方向，便于尽可能多地收集太阳能，随着太阳直射方向在东西方向上的变化，第一传动机构带动和控制采集装置在东西方向上绕轴线大幅度转动，由于季节的交替变化、光伏发电系统所处区域纬度的不同，太阳直射方向在南北方向上也有小幅度的变化，因此第二传动机构在南北方向上也会同时移动进行微调，增加了采集装置的角度变化范围，第一传动机构和第二传动机构由不同的驱动装置驱动控制，但又通过同一个控制装置实现相互联动，能更加精确地跟随太阳照射方向转动，进而最大限度地吸收太阳能。

进一步的，所述第一传动机构包括与采集装置活动连接的主轴和用于驱动主轴转动的第一驱动装置，所述第二传动机构与该主轴固连。主轴转动的同时，连接在主轴上的第二传动机构也发生东西方向上的转动，从而实现南北方向、东西方向上的同时转动。

进一步的，所述第二传动机构包括与采集装置活动连接的推杆、用于驱动推杆在水平方向上移动的第二驱动装置及设于推杆和第二驱动装置之间的传动组件。

进一步的，所述采集装置通过一限位结构与主轴实现活动连接，限位结构的一端与主轴固连，限位结构的另一端与采集装置活动连接。限位结构在保证采集装置跟着主轴稳固转动的同时，避免推杆由于长度较长而发生弯曲，能保证推杆的水平位置。

进一步的，所述限位结构包括上部体和与主轴固连的下部体，所述上部体内形成供推杆穿过的空腔，该空腔内活动连接有与推杆顶面配合的上滚轮和与推杆底面配合的下滚轮。上滚轮和下滚轮的设置能有效减小推杆水平移动的摩擦力。

进一步的，所述传动组件包括与推杆相连的传动杆、固定架及与传动杆螺纹配合的内套，所述内套与第二驱动装置传动连接，所述固定架固设于主轴上。固定架实现了第一传动机构和第二传动机构之间的连接，传动杆与内套之间为丝杆传动，传动平稳有效。

进一步的，还包括与所述第二传动机构配合的限位开关。限位开关可以避免太阳能光伏面板在南北方向过度偏转，限定了推杆水平移动的行程。

进一步的，所述第一驱动装置上设有传动轴，该传动轴上设有至少两个可同步转动的连接端。一个第一驱动装置可以同时驱动至少两根主轴转动，节约了能源，而且保证主轴的同步转动。

进一步的，所述连接端上设有防拉脱结构，所述主轴可活动地连接于该防拉脱结构上。当主轴与连接端之间存在间距无法连接时，防拉脱结构在主轴的长度方向上弥补了主轴和第一驱动装置之间的距离，装配的适应性更高。

进一步的，所述防拉脱结构包括可与连接端相连的第一连接体和可与主轴相连的第二连接体，所述主轴的一端与第二连接体活动配合，所述主轴可在预设范围内沿第二连接体来回移动。当连接端与主轴所在的地基位置相对固定，而两者的连接面之间又存在一定的距离时，防拉脱结构的设置可以弥补连接端与主轴之间的距离。

初始状态时，将所有采集装置上的太阳能光伏板调整到朝向同一个角度，白天有日照时，感应装置跟踪到太阳直射方向发生改变，将信号发送至控制装置，控制装置再将信号传送至第一传动机构和第二传动机构，实现对第一驱动装置和第二驱动装置的传动控制；第一传动机构在第一驱动装置的驱动下自东向西转动，带动采集装置跟随太阳的直射方向在东西方向上发生偏转，由于时令的变化和所处区域的不同，太阳不是自正东方向朝正西方向转动，从而与第一传动机构相连的第二传动机构跟着自东向西转动，同时第二传动机构在第二驱动装置的驱动下，根据太阳照射角度的变化在南北方向上水平移动，带动采集装置在东西方向上发生偏转的同时在南北方向上也发生偏转，全方位接收太阳的直射，进而尽可能多地吸收太阳能。

本实用新型的有益效果是：采集装置不仅在东西方向上可以跟随太阳的直射方向发生偏转，而且可以在南北方向上跟随太阳的直射方向发生偏转，偏转的角度范围更广，偏转角度控制精准，吸收的太阳能更多，结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为第一传动机构的结构示意图。

图3为第二传动机构的结构示意图。

图4为限位结构的侧视结构示意图。

图5为限位结构的主视结构示意图。

图6为联轴机构的结构示意图。

图7为联轴机构的部分配合结构示意图。

图8为采集装置的部分结构示意图。

图9为第一传动机构和采集装置配合的侧视结构示意图。

图10为采集装置的排布结构示意图。

图11为防拉脱结构的俯视结构示意图。

图12为防拉脱结构的俯视结构示意图。

图13为第一连接体和第二连接体的配合结构示意图。

图14为相邻主轴之间的连接结构示意图。

图15为图14中的AA剖视结构示意图。

图16为主轴端部的连接结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

参照图1-16所示，一种全方位跟随太阳照射方向转动的光伏发电系统，包括用于采集太阳光的采集装置1、用于带动采集装置1在东西方向上转动的第一传动机构、用于带动采集装置在南北方向上移动的第二传动机构、感应装置11、驱动装置及控制装置。驱动装置包括用于驱动第一传动机构转动的第一驱动装置22和用于驱动第二传动机构移动的第二驱动装置32。感应装置11的数量为至少一个，其连接在采集装置1上，用于追踪太阳光直射的方向。控制装置分别与感应装置11、第一驱动装置22及第二驱动装置32电连，即当太阳光直射方向与采集装置1所正对的方向不相同时，感应装置11感应到太阳直射角度的变化后，上述功能为现有技术可以实现不再赘述，感应装置11向控制装置发送信号，控制装置分别向第一驱动装置22及第二驱动装置32发送信号，调节第一驱动装置22的转动速度和转动角度，实现第一驱动装置22和第二驱动装置32的联动，调节第二驱动装置32的移动速度和移动距离，直到采集装置1的吸收面正对太阳光直射方向。

还包括复位装置，复位模块包括传动机构和动力源，动力源与控制装置相电连。当太阳落山后，采集装置1的朝向停留在正对太阳落山时太阳的直射方向上，通过复位装置将采集装置1恢复至初始太阳刚升起时的朝向，当太阳升起时，重复继续下一天的太阳能吸收。上述功能为现有技术可以实现不再赘述。

采集装置1包括多组呈阵列排布的太阳能光伏面板，从而呈阵列排布的太阳能光伏面板连接在多根主轴上，第一驱动装置上两侧分别连接一主轴，该主轴通过连轴连接又一主轴。每组太阳能光伏面板包括多块固定连接的太阳能光伏面板111，于本实施例中为三块太阳能光伏面板111横向并列连接。每块太阳能光伏面板111的背面转动连接有第一支撑杆112，太阳能光伏面板111的背面还固定连接有第二支撑杆113。感应装置11只需要安装在其中一块太阳能光伏面板上即可。为了收集到更多的太阳能，采集装置被安装在支架6上，支架6位于高空中，即支架6距离地面至少5m。

第一传动机构包括主轴21、第一驱动装置22及限位结构，主轴21南北朝向地水平架设在高空中，主轴21的纵截面呈中空方形结构，减轻了主轴21的重量，也便于主轴21绕着其中心轴在东西方向上的翻转。

第二传动机构包括推杆31、第二驱动装置32及传动组件。推杆31与主轴21平行设置，传动组件包括传动杆331、内套332及固定架333，于本实施例中第二驱动装置32为固定连接在固定架333端部的电机，传动杆331平行地固定在推杆31和主轴21之间位置，固定架333内电机上连接有内套332，内套332上设有内螺纹，该内螺纹与传动杆331上的外螺纹适配，即传动杆331为丝杆结构，当电机转动带动内套332转动时，内套332上的内螺纹驱动传动杆331向左或向右运动，带动推杆31在南北水平方向上的移动。固定架333固定连接在主轴21上，具体的，主轴21的外围套设有四个U型连接件71，U型连接件71的开口朝上设置，U型连接件71将主轴21包覆在内部，且U型连接件71的内壁与主轴21的外壁贴合，两个U型连接件71的上部开口之间固定连接有连接板72，连接板72上固定连接有对称设置的连接片73，两个连接片73之间卡设有限位轴74，固定架333卡设在限位轴74、连接片73及连接72板之间形成的空间内，不会产生移动。

主轴21上设置有两个限位开关211，当推杆31被推动至触发左侧的限位开关时，左侧的限位开关向控制装置发送信号，控制装置将信号传输至第二驱动装置32，强制控制第二驱动装置32停止驱动推杆31继续向左移动；当推杆31被推动至触发右侧的限位开关时，右侧的限位开关向控制装置发送信号，控制装置将信号传输至第二驱动装置32，强制控制第二驱动装置32停止驱动推杆31继续向右移动，即两个限位开关211限定了推杆31在水平方向上的移动距离，进而限定了太阳能光伏面板在南北方向上的移动角度范围，也在人为推动推杆时，起到了保护的作用，界定了推杆左右移动的极限位置，避免过度推动推杆，有效保护太阳能光伏面板不被过度拉动而损坏。

第一传动机构的限位结构包括上部体231和下部体232，下部体232包括套设在主轴21外围的两个U型连接件，U型连接件的开口朝上设置，U型连接件将主轴21包覆在内部，且U型连接件的内壁与主轴21的外壁贴合，U型连接件的上部开口处固定连接有连接板，该连接板的上方固定连接有上部体231，上部体231内形成一空腔，空腔内活动连接有上滚轮233和下滚轮234，上滚轮233和下滚轮234之间供推杆31穿过，推杆31的纵截面也呈中空方形结构，上滚轮233通过第一滚动轴235连接在空腔的上部，下滚轮234通过第二滚动轴236连接在空腔的下部，上滚轮233可绕着第一滚动轴235滚动，下滚轮234可绕着第二滚动轴236滚动。从而推杆31水平移动时，推杆31贴合上滚轮233和下滚轮234移动，上滚轮233和下滚轮234可以减小其移动的摩擦力，而且上滚轮233和下滚轮234对推杆31起到一个限位和支撑的作用，避免推杆由于长度过长而发生轻微的弯曲。

第一支撑杆112的另一端活动连接在推杆31上，具体的，推杆31的外围套设有两个U型连接件，U型连接件的开口朝上设置，U型连接件将推杆31包覆在内部，且U型连接件的内壁与推杆31的外壁贴合，U型连接件的上部开口处固定连接有连接板，连接板上固定连接有对称设置的连接片，两个连接片之间卡设有支轴，第一支撑杆112转动连接在支轴上。第二支撑杆113的另一端转动连接在上部体231的侧壁上，其可以转动连接在第一滚动轴235或第二滚动轴236上。

第一驱动装置22包括动力源223和减速机构224，减速机构224上设有输入端和输出端，动力源223与输入端相连，输出端上设有传动轴221，传动轴221上设有至少两个可同步转动的连接端222，于本实施例中有同轴设置的两个连接端，两个连接端位于减速机构224的两侧，每个连接端上连接有主轴，从而一个第一驱动装置就可以同时驱动两个主轴同步转动，进而带动连接在主轴上的采集装置同步转动，减少了动力源的设置数量。动力源223和传动轴221之间通过蜗轮蜗杆减速器传动，减速机构224上还设有用于防止传动轴反向转动的自锁结构，上述功能为现有技术可以实现不再赘述，从而在高空中风较大时，可以有效避免大风吹动主轴逆向转动，提高采集装置的翻转精度，有利于采集更多的太阳能。

连接端和主轴之间通过防拉脱结构42相连，防拉脱结构42包括连接件、第一连接体421及第二连接体422，第一连接体421固定连接在连接端上，可以是焊接或螺接，第二连接体422与主轴21活动配合。第二连接体422上开设有滑槽423，第一连接体421和第二连接体422可以是一体成型的垂直板体结构，制造工艺简单。于本实施例中，连接件包括螺栓411和螺母412，滑槽423的宽度小于螺母412的外径，主轴端部对称开设有安装孔，螺栓411穿出安装孔后穿过滑槽423与螺母412螺纹连接，从而主轴21可以随着螺栓411在滑槽423内来回移动，滑槽423即界定了主轴21预设的活动范围。滑槽423的宽度小于螺母412的外径，从而主轴21可以沿着滑槽423在主轴的长度方向上滑动不会脱离连接端。当然连接件还可以是呈T字型结构的螺栓，其一段设有外螺纹，连接件从滑槽423底下一侧穿过滑槽423后与主轴21的侧壁螺纹连接，其无需穿过整个主轴21。

为了提高连接的稳固性，在第二连接体422沿滑槽423长度方向上的两侧对称开设有安装孔424，一组安装孔424上安装有呈U字型的限位件43，限位件43的开口自由端从安装孔424中穿出用螺帽固定，从而限位件43将主轴包覆在内部，且限位件43的内壁与主轴的外壁可以贴合，两个限位件43分别设置在连接件的两侧，从而限位件限定了第二载体向上或向下翘起倾翻的角度，避免其发生大幅度倾翻，主轴与连接端之间的连接更加稳固。由于地基位置固定，当主轴的端面与连接端的端面不能完全贴合时，通过主轴在防拉脱结构的滑槽423内滑动可以解决主轴和连接端之间的距离误差问题，在调整各主轴之间的连接时不会产生间断，连接更加紧密稳固。

在与第一驱动装置22的连接端222相连的主轴的另一端还会连接有另一第二主轴，主轴与第二主轴的连接处通常用呈柱形的连轴5来实现同步传动，连轴5和主轴之间通过上述防拉脱结构42连接，连轴5和第二主轴之间也通过上述防拉脱结构连接，连轴5直接放置在位于高空中的支架6上，在连轴5和支架6之间设置连接座51，该连接座51与连轴5之间安装有轴承52和轴瓦53，具体为无油轴瓦，从而大大减小了连轴5与支架6之间的摩擦力，主轴与第二主轴之间的传动更加顺畅、稳定，减少了主轴之间的传动损耗，进而增加了传动效率。当然上述连接座51还可以设置在主轴的最端部上，连轴5与连接座51之间安装有轴承52和无油轴瓦52，减少连轴5转动的摩擦力，连轴5通过上述防拉脱结构与主轴端部相连，即连轴5与第一连接体固定连接，第二连接体与主轴活动连接。

参照图6、7所示，太阳能光伏发电系统通常安装在地势高地不平的空旷区域，从而连接安装主轴时往往会出现相邻主轴之间不处于同一水平线的问题。为此在主轴21的一端固定连接万向接头241，于本实施例中万向接头241为万向节，在万向接头241上通过法兰244固定连接第一连接件242，在第二主轴上连接第二连接件243，第一连接件242的外壁上对称设置有限位凸部245，第二连接件243靠近第一连接件242一侧的端部为中空结构，即形成供连接件242移动的腔体，第二连接件243腔体的侧壁上开设有卡槽246，该腔体的截面积大于连接件242的截面积，即第二连接件243的内径大于连接件242的外径，即连接件242插入第二连接件243的中空部分时，连接件242的外壁和第二连接件243的内壁之间存在较大的空隙，而限位凸部245的高度较高，当连接件242的局部外壁与第二连接件243的内壁相接触时，其中一个限位凸部仍然可以卡设在卡槽246内，即限位凸部不会完全脱离卡槽246。从而当主轴和相邻的第二主轴高度悬殊较大时，万向接头转动带动连接件242转动至与第二连接件243处于同一高度，限位凸部245卡设入卡槽246内，限位凸部245可以沿着卡槽246移动，卡槽246的长度即决定了主轴和第二主轴之间的最大距离。在第二连接件243的另一端也可以连接另一个万向接头，从而连接件242和第二连接件243之间的调节范围更大。还可以在连接件242和第二连接件243的配合连接处外围安装一个连接套，该连接套不仅可以使得连接件242和第二连接件243的连接更加稳固，避免卡槽246被堵塞，而且增加了美观度。

参照图12所示，由于地基位置固定，相邻的推杆31之间也可能存在距离误差，因此在相邻推杆之间设置间距可调的联轴机构，包括第一连接体341、第二连接体342、锁紧螺母343及套筒344。推杆的一端通过法兰346固定连接第一连接体341，第一连接体341的部分设有外螺纹，该设有外螺纹部分的第一连接体341上连接有锁紧螺母343。

套筒344为中空柱形结构，其中空部分形成内螺纹，第一连接体341的外螺纹与该内螺纹适配，套筒344的其中一端设有连接端345，该连接端345的外壁可以呈六角型等适合扳手转动的形状。

相邻的第二推杆上可通过法兰连接有第二连接体342，第二连接体342靠近第一连接体341的一端形成外螺纹，该外螺纹与套筒344的内螺纹可螺接配合。当相邻的推杆之间距离较大时，转动套筒344，使得第一连接体34和第二连接体342上具有螺纹的部分同时向套筒344外旋转，减少套筒344与第一连接体34和第二连接体342的连接重叠部分，增加第一连接体341、套筒344及第二连接体342形成的总长度以适应推杆之间较大的间距范围，当调整完成时，转动锁紧螺母343，使得锁紧螺母343与连接端345相接触，从而锁紧螺母343对套筒344施加一个力，有效防止套筒344与第一连接体341和第二连接体342之间发生松动；当相邻的推杆之间距离较小时，转动套筒344，使得第一连接体34和第二连接体342上具有螺纹的部分同时向套筒344内旋转，双向进行调节，调节速度更快，调节更加方便，增加套筒344与第一连接体34和第二连接体342的连接重叠部分，减少第一连接体341、套筒344及第二连接体342形成的总长度以适应推杆之间较小的间距范围，当调整完成时，转动锁紧螺母343，使得锁紧螺母343与连接端345相接触，从而锁紧螺母343对套筒344施加一个力，有效防止套筒344与第一连接体341和第二连接体342之间发生松动。

当相邻的推杆之间不处于同一水平线上时，还可以在推杆和第一连接体341之间设置第一万向接头，在另一推杆和第二连接体342之间设置第二万向接头置，从而便于调节第一连接体341和第二连接体342至同一水平线上。

上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种全方位跟随太阳照射方向转动的光伏发电系统，其特征在于：包括控制装置、驱动装置、用于采集太阳光的采集装置（1）、用于跟踪太阳光的感应装置（11）、用于带动采集装置（1）在东西方向上转动的第一传动机构及用于带动采集装置（1）在南北方向上移动的第二传动机构；所述第一传动机构、第二传动机构及感应装置（11）分别与控制装置电连。

2.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于：所述第一传动机构包括与采集装置（1）活动连接的主轴（21）和用于驱动主轴（21）转动的第一驱动装置（22），所述第二传动机构与该主轴（21）固连。

3.根据权利要求2所述的光伏发电系统，其特征在于：所述第二传动机构包括与采集装置（1）活动连接的推杆（31）、用于驱动推杆（31）在水平方向上移动的第二驱动装置（32）及设于推杆（31）和第二驱动装置（32）之间的传动组件。

4.根据权利要求2所述的光伏发电系统，其特征在于：所述采集装置（1）通过一限位结构与主轴（21）实现活动连接，限位结构的一端与主轴（21）固连，限位结构的另一端与采集装置（1）活动连接。

5.根据权利要求4所述的光伏发电系统，其特征在于：所述限位结构包括上部体（231）和与主轴（21）固连的下部体（232），所述上部体（231）内形成供推杆（31）穿过的空腔，该空腔内活动连接有与推杆（31）顶面配合的上滚轮（233）和与推杆（31）底面配合的下滚轮（234）。

6.根据权利要求3所述的光伏发电系统，其特征在于：所述传动组件包括与推杆（31）相连的传动杆（331）、固定架（333）及与传动杆（331）螺纹配合的内套（332），所述内套（332）与第二驱动装置（32）传动连接，所述固定架（333）固设于主轴（21）上。

7.根据权利要求1所述的光伏发电系统，其特征在于：还包括与所述第二传动机构配合的限位开关（211）。

8.根据权利要求2所述的光伏发电系统，其特征在于：所述第一驱动装置（22）上设有传动轴（221），该传动轴（221）上设有至少两个可同步转动的连接端（222）。

9.根据权利要求8所述的光伏发电系统，其特征在于：所述连接端（222）上设有防拉脱结构，所述主轴（21）可活动地连接于该防拉脱结构上。

10.根据权利要求9所述的光伏发电系统，其特征在于：所述防拉脱结构包括可与连接端（222）相连的第一连接体（421）和可与主轴（21）相连的第二连接体（422），所述主轴（21）的一端与第二连接体（422）活动配合，所述主轴（21）可在预设范围内沿第二连接体（422）来回移动。