CN216351958U - 一种新型单轴太阳能跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种新型单轴太阳能跟踪装置，包括底座，楔形体，十字形固定底座，固定支撑轴，传动齿轮，步进电机，太阳能电池板，控制装置及电源。底座放置在地面，十字形固定底座通过螺栓和螺母固定在底座上，固定支撑轴焊接在十字形固定底座上，固定支撑轴上放置电机，电机转轴上连接齿轮，楔形体内部镂空，套在支撑轴上，通过内齿槽与齿轮啮合，太阳能电池板通过太阳能电池板支架连接在楔形体上。控制装置包括单片机，电机驱动模块，实时时钟模块，方位测量模块，电能计量模块和继电器模块。本实用新型可通过控制步进电机旋转来带动楔形体和太阳能电池板旋转，实现太阳能追踪，从而使太阳能电池板能最大程度地获得太阳辐射能。

Description

一种新型单轴太阳能跟踪装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能发电领域，尤其是涉及一种新型单轴太阳能跟踪装置。

背景技术

太阳能具有清洁、经济、储量大等优点，对解决当下的能源危机，实现能源消费结构转型，具有重要意义。由于地球的自转和公转，太阳辐射方向时刻在变化，为提高太阳能的利用率，研发了太阳能自动追踪装置。

目前太阳能自动追踪技术主要分为单轴追踪技术和双轴追踪技术。双轴追踪装置跟踪效果好，能实现任意时刻正对太阳,但与单轴跟踪装置相比，成本较高；目前应用的单轴跟踪装置主要有水平单轴，竖直单轴，和斜单轴，这些单轴跟踪技术虽然成本较低，但跟踪效率不如双轴跟踪装置，本实用新型基于一篇期刊论文(朱永强,刘家豪,杨晓华,郝嘉诚.一种新型单轴太阳跟踪方式[J].太阳能学报,2021,42(03):347-352)和一篇发明专利(申请公布号：CN109782816 A)，设计了一种新型单轴太阳能跟踪装置，经过实验论证跟踪太阳的效率比现有的单轴装置高，而且成本较低。

实用新型内容

本实用新型提供了一种新型单轴太阳能跟踪装置，与现有的水平单轴，竖直单轴，和斜单轴跟踪装置相比，具有跟踪效果好，成本低，便于安装的优势。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种新型单轴太阳能跟踪装置，包括底座，十字形固定底座，固定支撑轴，楔形体，步进电机，传动齿轮和太阳能电池板，控制装置及电源，所述底座是截面为梯形的壳体结构，顶部不封闭，底座盖子通过其两侧的底座盖子滑槽将底座封闭起来，在底座里注入水或沙石，通过重力作用将其固定在安装平面上，所述底座的一侧斜面上有四个底座定位螺孔，所述十字形固定底座为具有一定厚度的十字形片状结构，其上有四个十字形固定底座螺孔，与底座上的四个底座定位螺孔同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述十字形固定底座上有环形滑槽，楔形体的管状底部正好位于环形滑槽内，所述固定支撑轴由圆柱形中轴和两个支撑圆盘构成，支撑圆盘与圆柱形中轴同轴心配合并且支撑圆盘外侧圆柱面光滑，减小与楔形体内壁的摩擦阻力，所述圆柱形中轴的一端与一个支撑圆盘共面，另一端穿过支撑圆盘并与十字形固定底座同轴心配合并固定焊接在一起，所述支撑圆盘上有四个支撑轴固定螺孔，所述步进电机底部电机底座上的四个电机底座定位孔与所述支撑圆盘上的四个支撑轴固定螺孔同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述步进电机通过电机传动转轴固定连接传动齿轮。

特别地，所述楔形体为镂空的管状结构，通过圆柱形轴位孔嵌套在固定支撑轴上，楔形体的管状底部正好落入十字形固定底座上的环形滑槽，所述楔形体的中部有一方形的侧边小门，用于引出步进电机电源线，楔形体的顶部内侧有内齿槽，与传动齿轮相啮合，固定支撑轴以及电机传动转轴上连接的传动齿轮对楔形体起到支撑作用，同时通过步进电机带动传动齿轮运动，进而使楔形体发生转动。

特别地，所述楔形体的顶部斜面上有两个楔形体轴向定位螺孔和两个楔形体横向定位螺孔。所述太阳能电池板轴向支架上的两个轴向支架定位孔与所述楔形体上的两个楔形体轴向定位螺孔同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接在一起，所述太阳能电池板横向支架上的两个横向支架固定槽嵌套在太阳能电池板轴向支架的两条棱边上，横向支架固定圆孔与轴向支架横向定位孔同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述太阳能电池板横向支架两端各有一个横向支架两端定位孔，与太阳能电池板的电池板固定螺孔同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述太阳能电池板斜向支架两端各有一个斜向支架定位孔，其一端的斜向支架定位孔与楔形体上的楔形体横向定位螺孔同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，另一端的斜向支架定位孔与太阳能电池板横向支架上的横向支架两端定位孔同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接。

特别地，所述控制装置放置于控制装置盒内，控制装置盒固定在楔形体的外侧圆柱面上，所述控制装置包括单片机控制器，方位测量模块，实时时间模块，步进电机驱动器，继电器模块和电能计量模块，电源包括步进电机电源和单片机电源，所述单片机控制器与单片机电源连接，方位测量模块，实时时间模块，步进电机驱动器，继电器模块，和电能计量模块与单片机控制器相连，所述步进电机的电气连接线通过楔形体上的侧边小门连接到控制装置上的继电器模块，继电器模块的另一端连接步进电机驱动器，步进电机驱动器上还连接步进电机电源，电能计量模块接在步进电机与继电器模块的电气连接线。

特别地，所述控制装置启动时，先通过方位测量模块将方位数据传递给单片机控制器，单片机控制器对方位数据进行处理，计算出此时控制装置与正南方向的夹角，单片机控制器将角度数据转化成步进电机驱动器的触发脉冲，控制步进电机旋转到正南方向，单片机控制器随即通过继电器模块，断开步进电机电源，减少能耗；然后实时时间模块将时间和日期数据传递给单片机控制器，单片机控制器对传递来的时间数据进行判断，如果不在运动时间范围内，则等待1分钟，再更新时间数据，重新进行判断；如果在运动时段以内，单片机控制器利用时间日期数据计算出此时单轴太阳能跟踪装置的最佳倾角并控制步进电机转到该位置，随即关闭步进电机电源，此后单片机控制器控制步进电机每隔十分钟转动一次，最大程度地实现跟踪太阳，同时又降低装置的能耗

特别地，本实用新型设计的新型单轴太阳能跟踪装置采用了视日轨迹追踪法，通过实时时间模块将实时时间日期数据传递给单片机控制器，通过计算能得出在任意地理位置，任意时刻的最佳倾角，适用范围广。

特别地，本实用新型设计的新型单轴太阳能跟踪装置，通过方位测量模块可以得出该装置的实时位置，便于进行复位和位置校准，提高了装置跟踪运行的可靠性和跟踪精度。

与现有的单轴跟踪装置相比，本实用新型的跟踪效果更佳，与双轴跟踪相差不大，并且本实用新型设计的装置制造成本低，安装更加方便。

附图说明

图1为新型单轴太阳能跟踪装置的整体结构示意图。

图2为新型单轴太阳能跟踪装置部分剖面图。

图3为十字形固定底座与固定支撑轴连接示意图。

图4为本实用新型的楔形体结构示意图。

图5为本实用新型的太阳能电池板横向支架结构示意图。

图6为本实用新型的太阳能电池板轴向支架结构示意图。

图7为本实用新型的太阳能电池板支架安装示意图。

图8为本实用新型的电气连接示意图。

图9为本实用新型的控制程序流程图。

具体实施方式

下面结合本实用新型的实施例中的附图，对本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，都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“底部”、“顶部”、“右侧”、“内部”、“外侧”、“中部”表示方位和位置关系，是基于所给的附图进行描述的，仅仅是为了便于对实用新型的结构和功能进行描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

参阅图1，一种新型单轴太阳能跟踪装置，包括底座1，十字形固定底座5，固定支撑轴14，楔形体8，步进电机20，传动齿轮22和太阳能电池板23，控制装置34及电源35，所述底座1是截面为梯形的壳体结构，顶部不封闭，底座盖子3通过其两侧的底座盖子滑槽4将底座1封闭起来，在底座1里注入水或沙石，通过重力作用将其固定在安装平面上，所述底座1的右侧斜面上有四个底座定位螺孔2，所述十字形固定底座5为具有一定厚度的十字形片状结构，其上有四个十字形固定底座螺孔9，与底座1上的四个底座定位螺孔2同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接。参阅图2和图3，所述十字形固定底座5上有环形滑槽7，楔形体8的管状底部正好位于环形滑槽7内，所述固定支撑轴14由圆柱形中轴16和两个支撑圆盘17构成，支撑圆盘17与圆柱形中轴同轴心配合并且支撑圆盘17的外侧圆柱面光滑，减小与楔形体8内壁的摩擦阻力，所述圆柱形中轴16的一端与一个支撑圆盘17共面，另一端穿过支撑圆盘17并与十字形固定底座5同轴心配合并固定焊接在一起，所述支撑圆盘17上有四个支撑轴固定螺孔15，所述步进电机20底部电机底座18上的四个电机底座定位孔19与所述支撑圆盘17上的四个支撑轴固定螺孔15同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述步进电机20通过电机传动转轴21固定连接传动齿轮22。

参阅图2，图3，图4，所述楔形体8为镂空的管状结构，通过圆柱形轴位孔11嵌套在固定支撑轴14上，楔形体8的管状底部正好落入十字形固定底座5上的环形滑槽7，所述楔形体8的中部有一方形的侧边小门12，用于引出步进电机20的电源线，楔形体8的顶部内侧有内齿槽13，与传动齿轮22相啮合，固定支撑轴14以及电机传动转轴21上连接的传动齿轮22对楔形体8起到支撑作用，同时通过步进电机20带动传动齿轮22运动，进而使楔形体8发生转动。

参阅图4、图5、图6、图7，所述楔形体8的顶部斜面上有两个楔形体轴向定位螺孔9和两个楔形体横向定位螺孔10。所述太阳能电池板轴向支架25上的两个轴向支架定位孔26与所述楔形体8上的两个楔形体轴向定位螺孔9同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接在一起，所述太阳能电池板横向支架28上的两个横向支架固定槽29嵌套在太阳能电池板轴向支架25的两条棱边上，横向支架固定圆孔30与轴向支架横向定位孔27同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述太阳能电池板横向支架28两端各有一个横向支架两端定位孔31，与太阳能电池板23的电池板固定螺孔24同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述太阳能电池板斜向支架32两端各有一个斜向支架定位孔33，其一端的斜向支架定位孔33与楔形体8上的楔形体横向定位螺孔10同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，另一端的斜向支架定位孔33与太阳能电池板横向支架28上的横向支架两端定位孔31同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接。通过太阳能电池板轴向支架25、太阳能电池板横向支架28和太阳能电池板斜向支架32将太阳能电池板23固定在楔形体8上，通过步进电机20的转动带动楔形体8和太阳能电池板23一起同步转动。

参阅图1、图8，所述控制装置34放置于控制装置盒44内，控制装置盒44固定在楔形体8的外侧圆柱面上，跟随楔形体8同步旋转，所述控制装置34包括单片机控制器36，方位测量模块37，实时时间模块38，步进电机驱动器39，继电器模块40和电能计量模块41，电源35包括步进电机电源43和单片机电源42，所述单片机控制器36与单片机电源42连接，方位测量模块37，实时时间模块38，步进电机驱动器39，继电器模块40，和电能计量模块41与单片机控制器36相连，所述步进电机20的电气连接线通过楔形体8上的侧边小门12连接到控制装置34上的继电器模块41，继电器模块41的另一端连接步进电机驱动器39，步进电机驱动器39上还连接步进电机电源43，电能计量模块41接在步进电机20与继电器模块40的电气连接线上。

在安装时，先将底座1放置在安装平面，并往底座1里面填充重物如沙石，将其固定在安装平面上，然后再依次安装十字形固定底座5、固定支撑轴14、步进电机20、传动齿轮22、楔形体8，最后安装太阳能电池板23。连接电源35，所述控制装置34启动，先通过方位测量模块37将方位数据传递给单片机控制器36，单片机控制器36对方位数据进行处理，计算出此时控制装置34与正南方向的夹角，单片机控制器36将角度数据转化成步进电机驱动器39的触发脉冲，控制步进电机20旋转到正南方向，单片机控制器39随即通过继电器模块40，断开步进电机电源43，减少能耗；然后实时时间模块38将时间和日期数据传递给单片机控制器36，单片机控制器36对传递来的时间数据进行判断，如果不在运动时间范围内，则等待1分钟，再更新时间数据，重新进行判断；如果在运动时段以内，单片机控制器36利用时间日期数据计算出此时单轴太阳能跟踪装置的最佳倾角并控制步进电机20转到该位置，随即关闭步进电机电源43，此后单片机控制器36控制步进电机20每隔十分钟转动一次，最大程度地实现跟踪太阳，同时又降低整个装置的能耗。

尽管结合附图和优选的实施例对本实用新型进行了详细的说明，但本实用新型并不限于此。在不脱离本实用新型的核心技术要点的前提下，本领域的普通技术人员可以对本实用新型的实施例进行各种替换和修改，而这些修改和替换都应在本实用新型的涵盖范围内。

Claims (4)

1.一种新型单轴太阳能跟踪装置，包括底座(1)，十字形固定底座(5)，固定支撑轴(14)，楔形体(8)，步进步进电机(20)，传动齿轮(22)和太阳能电池板(23)，控制装置(34)及电源(35)，其特征在于：所述底座(1)是截面为梯形的壳体结构，顶部不封闭，底座盖子(3)通过其两侧的底座盖子滑槽(4)将底座(1)封闭起来，所述底座(1)的一侧斜面上有四个底座定位螺孔(2)，所述十字形固定底座(5)为具有一定厚度的十字形片状结构，其上有四个十字形固定底座螺孔(6)，与底座(1)上的四个底座定位螺孔(2)同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述十字形固定底座(5)上有环形滑槽(7)，所述固定支撑轴(14)由圆柱形中轴(16)和两个支撑圆盘(17)构成，支撑圆盘(17)与圆柱形中轴(16)同轴心配合，所述圆柱形中轴(16)的一端与一个支撑圆盘(17)共面，另一端穿过支撑圆盘(17)并与十字形固定底座(5)同轴心配合并固定焊接在一起，所述支撑圆盘(17)上有四个支撑轴固定螺孔(15)，所述步进步进电机(20)其底部电机底座(18)上的四个电机底座定位孔(19)与所述支撑圆盘(17)上的四个支撑轴固定螺孔(15)同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述步进电机(20)通过电机传动转轴(21)固定连接传动齿轮(22)。

2.根据权利要求1所述的一种新型单轴太阳能跟踪装置，其特征在于：所述楔形体(8)为镂空的管状结构，通过圆柱形轴位孔(11)嵌套在固定支撑轴(14)上，楔形体(8)的底部正好落入十字形固定底座(5)上的环形滑槽(7)，所述楔形体(8)的中部有一方形的侧边小门(12)，楔形体(8)的顶部内侧有内齿槽(13)，与传动齿轮(22)相啮合，所述楔形体(8)的顶部斜面上有两个楔形体轴向定位螺孔(9)和两个楔形体横向定位螺孔(10)。

3.根据权利要求1所述的一种新型单轴太阳能跟踪装置，其特征在于：所述太阳能电池板轴向支架(25)上的两个轴向支架定位孔(26)与所述楔形体(8)上的两个楔形体轴向定位螺孔(9)同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接在一起，所述太阳能电池板横向支架(28)上的两个横向支架固定槽(29)嵌套在太阳能电池板轴向支架(25)的两条棱边上，横向支架固定圆孔(30)与轴向支架横向定位孔(27)同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述太阳能电池板横向支架(28)两端各有一个横向支架两端定位孔(31)，与太阳能电池板(23)的电池板固定螺孔(24)同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，所述太阳能电池板斜向支架(32)两端各有一个斜向支架定位孔(33)，其一端的斜向支架定位孔(33)与楔形体(8)上的楔形体横向定位螺孔(10)同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接，另一端的斜向支架定位孔(33)与太阳能电池板横向支架(28)上的横向支架两端定位孔(31)同轴心配合并通过螺栓和螺母固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种新型单轴太阳能跟踪装置，其特征在于：所述控制装置(34)放置于控制装置盒(44)内，控制装置盒(44)固定在楔形体(8)的外侧圆柱面上，所述控制装置(34)包括单片机控制器(36)，方位测量模块(37)，实时时间模块(38)，步进电机驱动器(39)，继电器模块(40)和电能计量模块(41)，电源(35)包括步进电机电源(43)和单片机电源(42)，所述单片机控制器(36)与单片机电源(42)连接，方位测量模块(37)，实时时间模块(38)，步进电机驱动器(39)，继电器模块(40)，和电能计量模块(41)与单片机控制器(36)相连，所述步进电机(20)的电气连接线通过楔形体(8)上的侧边小门(12)连接到控制装置(34)上的继电器模块(40)，继电器模块(40)的另一端连接步进电机驱动器(39)，步进电机驱动器(39)上还连接步进电机电源(43)，电能计量模块(41)接在步进电机(20)与继电器模块(40)的电气连接线上。

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