CN102541073A - 太阳光双轴跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳光双轴跟踪装置，包括支撑立柱、位于支太阳能光伏板、光伏板安装支架、俯仰调整机构、水平调整机构以及按照预先设置的控制模式对俯仰调整机构和水平调整机构进行综合控制的控制***；俯仰调整机构包括俯仰角伺服电机和绕其中心轴线进行间歇性旋转且旋转过程中对太阳能光伏板的俯仰角度进行间歇性调整的旋转主轴；水平调整机构包括水平转台、转动连接件、随转动连接件同步转动并相应对太阳能光伏板的方位角进行连续调整的主轴套和对水平转台进行驱动的方位角伺服电机。本发明结构简单、设计合理、使用操作简便且工作成本低、性能可靠、操作精度高，在保证跟踪精度和设备可靠性的同时也能大幅降低运营成本。

Description

太阳光双轴跟踪装置

技术领域

本发明属于太阳光自动跟踪技术领域，尤其是涉及一种太阳光双轴跟踪装置。

背景技术

传统的太阳光跟踪***大多都采用光感应***，并且传统太阳光跟踪***一般采用单支柱式结构，也有部分采用园盘式结构的。实际使用过程中，光感应***不仅精度低；而且由于光感应***在有云彩时会不停地寻找光源，因而造成用电量大的后果；同时云彩离开时，传统太阳光跟踪***还需一定时间去调准跟踪，因而在影响发电量的同时，也增加了许多耗电量。综上，传统太阳光跟踪***存在精度低、成本高、耗电量大、发电量较小等缺陷和不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种太阳光双轴跟踪装置，其结构简单、设计合理、使用操作简便且工作成本低、性能可靠、操作精度高，在保证跟踪精度和设备可靠性的同时能大幅降低运营成本，且能有效解决现有光感应跟踪***存在的跟踪精度低、运营成本高、耗电量大、发电量较小等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种太阳光双轴跟踪装置，其特征在于：包括支撑立柱、位于支撑立柱上方的太阳能光伏板、供太阳能光伏板平稳安装的光伏板安装支架、对太阳能光伏板的俯仰角度进行控制调整的俯仰调整机构、对太阳能光伏板的方位角进行控制调整的水平调整机构以及按照预先设置的控制模式对所述俯仰调整机构和水平调整机构进行综合控制的控制***；所述俯仰调整机构包括俯仰角伺服电机和在俯仰角伺服电机的驱动作用下能绕其中心轴线进行间歇性旋转且旋转过程中能同步带动光伏板安装支架进行前后旋转并相应对太阳能光伏板的俯仰角度进行间歇性调整的旋转主轴，所述旋转主轴的左右两端部均固定安装在光伏板安装支架上，所述俯仰角伺服电机的动力输出轴与旋转主轴之间通过传动机构一进行传动连接；所述水平调整机构包括安装在支撑立柱顶部且能持续不间断进行匀速转动的水平转台、安装在水平转台上且能随水平转台进行同步转动的转动连接件、随所述转动连接件同步转动并相应带动旋转主轴与光伏板安装支架同步进行转动以对太阳能光伏板的方位角进行连续调整的主轴套和对水平转台进行驱动的方位角伺服电机，所述方位角伺服电机的动力输出轴与水平转台之间通过传动机构一进行传动连接，所述转动连接件上部固定安装在主轴套上，所述主轴套同轴套装在旋转主轴外侧且旋转主轴的左右两端部均自主轴套两端伸出；所述俯仰角伺服电机和方位角伺服电机均由控制***进行控制且二者均与控制***相接。

上述太阳光双轴跟踪装置，其特征是：所述水平转台包括外套圈和同轴套装在所述外套圈内部且能在所述外套圈内进行自由旋转的内圈，所述外套圈固定安装在支撑立柱上部，且所述内圈与所述外套圈之间通过轴承进行连接；所述内圈与方位角伺服电机的动力输出轴之间通过传动机构一进行传动连接。

上述太阳光双轴跟踪装置，其特征是：两个所述太阳能光伏板一上一下固定安装在光伏板安装支架上，且光伏板安装支架上对应设置有两个错位布设且分别供两个所述太阳能光伏板安装的安装平台。

上述太阳光双轴跟踪装置，其特征是：所述方位角伺服电机固定安装在支撑立柱上部，所述俯仰角伺服电机固定安装在主轴套上。

上述太阳光双轴跟踪装置，其特征是：所述主轴套与旋转主轴之间通过轴承进行连接。

上述太阳光双轴跟踪装置，其特征是：所述内圈和所述外套圈均与支撑立柱呈同轴布设。

上述太阳光双轴跟踪装置，其特征是：所述转动连接件为肋板。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、设计合理、拆装方便、成本低且使用操作简便。

2、实用价值高，本发明采用双轴跟踪装置，具体用水平调整机构驱动水平转台旋转调整太阳能光伏板的方位角，同时通过俯仰调整机构控制旋转主轴的俯仰角，并使得太阳能光伏板始终对准太阳。本发明虽然采用两组伺服电机驱动，但俯仰调整机构的伺服电机间歇工作，既降低了运营成本又保证了***的可靠性。而传统的靠光感应***跟踪方式，由于光感应***在有云彩时，因不停寻找光源造成用电量大；而云彩离开时，需时间调准跟踪，影响发电量同时增加耗电量，因而设备运营成本高。实际使用时，本发明能有效解决传动光感应***所存在的能耗高、设备运营成本高等实际问题，其采用双伺服电机驱动***，单组电机间歇工作的方法，既保证了跟踪精度和***的可靠性，又大大降低了运营成本，降低了耗电量。

3、跟踪过程不受天气因素的影响，因而更进步提高了装置的跟踪精度和工作性能可靠性，且适用范围宽。

4、各部分结构设计合理，主要包括太阳能光伏板、光伏板安装支架、俯仰调整机构、水平调整机构和支撑立柱，其中俯仰调整机构调整旋转主轴俯仰，并相应改变太阳能光伏板的俯仰角；水平调整机构驱动水平转台旋转，并相应改变太阳能光伏板的方位角；通过预先计算好的太阳高度角数据，合理设置方位角伺服电机的转速，水平调整机构持续驱动水平转台旋转调整方位角，并且俯仰调整机构间歇性调整俯仰角，保证太阳能光伏板时刻跟踪太阳光。

综上所述，本发明结构简单、设计合理、使用操作简便且工作成本低、性能可靠、操作精度高，在保证跟踪精度和设备可靠性的同时能大幅降低运营成本，且能有效解决现有光感应跟踪***存在的跟踪精度低、运营成本高、耗电量大、发电量较小等缺陷和不足。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明光伏板安装支架与旋转主轴之间的装配示意图。

附图标记说明：

1-太阳能光伏板；        2-安装支架；      3-旋转主轴；

4-俯仰角伺服电机；      5-主轴套；        6-方位角伺服电机；

7-支撑立柱；            8-水平转台；      9-肋板。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明包括支撑立柱7、位于支撑立柱7上方的太阳能光伏板1、供太阳能光伏板1平稳安装的光伏板安装支架2、对太阳能光伏板1的俯仰角度进行控制调整的俯仰调整机构、对太阳能光伏板1的方位角进行控制调整的水平调整机构以及按照预先设置的控制模式对所述俯仰调整机构和水平调整机构进行综合控制的控制***。所述俯仰调整机构包括俯仰角伺服电机4和在俯仰角伺服电机4的驱动作用下能绕其中心轴线进行间歇性旋转且旋转过程中能同步带动光伏板安装支架2进行前后旋转并相应对太阳能光伏板1的俯仰角度进行间歇性调整的旋转主轴3，所述旋转主轴3的左右两端部均固定安装在光伏板安装支架2上，所述俯仰角伺服电机4的动力输出轴与旋转主轴3之间通过传动机构一进行传动连接。所述水平调整机构包括安装在支撑立柱7顶部且能持续不间断进行匀速转动的水平转台8、安装在水平转台8上且能随水平转台8进行同步转动的转动连接件、随所述转动连接件同步转动并相应带动旋转主轴3与光伏板安装支架2同步进行转动以对太阳能光伏板1的方位角进行连续调整的主轴套5和对水平转台8进行驱动的方位角伺服电机6，所述方位角伺服电机6的动力输出轴与水平转台8之间通过传动机构一进行传动连接，所述转动连接件上部固定安装在主轴套5上，所述主轴套5同轴套装在旋转主轴3外侧且旋转主轴3的左右两端部均自主轴套5两端伸出。所述俯仰角伺服电机4和方位角伺服电机6均由控制***进行控制且二者均与控制***相接。

本实施例中，所述水平转台8包括外套圈和同轴套装在所述外套圈内部且能在所述外套圈内进行自由旋转的内圈，所述外套圈固定安装在支撑立柱7上部，且所述内圈与所述外套圈之间通过轴承进行连接；所述内圈与方位角伺服电机6的动力输出轴之间通过传动机构一进行传动连接。实际进行布设安装时，所述内圈和所述外套圈均与支撑立柱7呈同轴布设。

本实施例中，两个所述太阳能光伏板1一上一下固定安装在光伏板安装支架2上，且光伏板安装支架2上对应设置有两个错位布设且分别供两个所述太阳能光伏板1安装的安装平台。

实际进行布设安装时，所述方位角伺服电机6固定安装在支撑立柱7上部，所述俯仰角伺服电机4固定安装在主轴套5上。本实施例中，所述主轴套5与旋转主轴3之间通过轴承进行连接。所述转动连接件为肋板9。

综上，本发明主要包括太阳能光伏板1、光伏板安装支架2、俯仰调整机构、水平调整机构和支撑立柱7，其中光伏板安装支架2采用错层设计，提高了太阳能光伏板1工作时的散热能力；水平调整机构包括水平转台8、肋板9和方位角伺服电机6，水平转台8的内圈与肋板9相连且其外套圈固定在支撑立柱7上；俯仰调整机构包括旋转主轴3和俯仰角伺服电机4，实际安装时，俯仰角伺服电机4的外框与主轴套5相连，且其动力输出轴通过内部传动部件直接连接旋转主轴3；而旋转主轴3通过主轴套5安装与肋板9相连；支撑立柱7的底部固定在大地上，且其上半部分立柱与水平转台8的外套圈固连，承载整个***。

实际使用过程中，所述控制***按照事先计算出的本发明所在地某月某日某时的太阳高度角数据对方位角伺服电机6和俯仰角伺服电机4进行同步控制，由方位角伺服电机6控制驱动水平转台8的内圈旋转，并带动肋板9绕支撑立柱7旋转，由于同轴套装在旋转主轴3上的主轴套5与肋板9相连，故可实现太阳能光伏板1的水平转动，并对其方位角进行调整；与此同时，通过俯仰角伺服电机4直接间歇式控制旋转主轴3进行自旋，使太阳能光伏板1进行上下摆动，并对其俯仰角进行调整；二者(即方位角伺服电机6与俯仰角伺服电机4)联合驱动，使得太阳能光伏板1正对太阳光入射光线。通常使用过程中，水平调整机构的方位角伺服电机6持续工作，驱动水平转台8的内圈旋转且旋转同时通过肋板9带动旋转主轴3以一定角速度绕支撑立柱7的中心轴线旋转，由此控制太阳能光伏板1在东西方向旋转角度；同时，根据预先计算出的太阳高度角数据，俯仰调整机构的俯仰角伺服电机4间歇性工作，并带动旋转主轴3自旋，使太阳能光伏板1做俯仰运动，调整***的俯仰角，并将太阳能光伏板1调整至正对太阳光入射方向。工作过程中，水平方向的旋转角度由水平调整机构保证，俯仰方向的角度按照预先计算的太阳高度角数据由俯仰调整机构保证。

综上所述，本发明的工作过程是：所述控制***根据预先计算得出的各时刻的太阳高度角数据自动对俯仰调整机构和水平调整机构进行控制，其中俯仰调整机构中的俯仰角伺服电机4间歇工作，控制旋转主轴3自旋，改变太阳能光伏板1的俯仰角，从而实现太阳能光伏板1的俯仰角度调节；与此同时，水平调整机构中的方位角伺服电机6持续工作，驱动水平转台8的内圈旋转且其内圈带动肋板9绕支撑立柱7自旋，又由于主轴套5与肋板9相连，故可实现太阳能光伏板1的水平转动，实现太阳能光伏板1在要求时间段内不间断地匀速旋转，时刻保证太阳能光伏板1正对太阳入射光线。随着一天太阳的东升西落，俯仰调整机构和水平调整机构能共同保证太阳能光伏板1时刻跟踪太阳光入射方向。实际加工制作时，太阳能光伏板1可以根据具体情况制作成矩形、圆形及椭圆等形状；光伏板安装支架2采用错层设计，将两块大阵面太阳能光伏板1分开放置于不同水平面，有利于设备的抗风能力。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种太阳光双轴跟踪装置，其特征在于：包括支撑立柱(7)、位于支撑立柱(7)上方的太阳能光伏板(1)、供太阳能光伏板(1)平稳安装的光伏板安装支架(2)、对太阳能光伏板(1)的俯仰角度进行控制调整的俯仰调整机构、对太阳能光伏板(1)的方位角进行控制调整的水平调整机构以及按照预先设置的控制模式对所述俯仰调整机构和水平调整机构进行综合控制的控制***；所述俯仰调整机构包括俯仰角伺服电机(4)和在俯仰角伺服电机(4)的驱动作用下能绕其中心轴线进行间歇性旋转且旋转过程中能同步带动光伏板安装支架(2)进行前后旋转并相应对太阳能光伏板(1)的俯仰角度进行间歇性调整的旋转主轴(3)，所述旋转主轴(3)的左右两端部均固定安装在光伏板安装支架(2)上，所述俯仰角伺服电机(4)的动力输出轴与旋转主轴(3)之间通过传动机构一进行传动连接；所述水平调整机构包括安装在支撑立柱(7)顶部且能持续不间断进行匀速转动的水平转台(8)、安装在水平转台(8)上且能随水平转台(8)进行同步转动的转动连接件、随所述转动连接件同步转动并相应带动旋转主轴(3)与光伏板安装支架(2)同步进行转动以对太阳能光伏板(1)的方位角进行连续调整的主轴套(5)和对水平转台(8)进行驱动的方位角伺服电机(6)，所述方位角伺服电机(6)的动力输出轴与水平转台(8)之间通过传动机构一进行传动连接，所述转动连接件上部固定安装在主轴套(5)上，所述主轴套(5)同轴套装在旋转主轴(3)上且旋转主轴(3)的左右两端部均自主轴套(5)两端伸出；所述俯仰角伺服电机(4)和方位角伺服电机(6)均由控制***进行控制且二者均与控制***相接。

2.按照权利要求1所述的太阳光双轴跟踪装置，其特征在于：所述水平转台(8)包括外套圈和同轴套装在所述外套圈内部且能在所述外套圈内进行自由旋转的内圈，所述外套圈固定安装在支撑立柱(7)上部，且所述内圈与所述外套圈之间通过轴承进行连接；所述内圈与方位角伺服电机(6)的动力输出轴之间通过传动机构一进行传动连接。

3.按照权利要求1或2所述的太阳光双轴跟踪装置，其特征在于：两个所述太阳能光伏板(1)一上一下固定安装在光伏板安装支架(2)上，且光伏板安装支架(2)上对应设置有两个错位布设且分别供两个所述太阳能光伏板(1)安装的安装平台。

4.按照权利要求1或2所述的太阳光双轴跟踪装置，其特征在于：所述方位角伺服电机(6)固定安装在支撑立柱(7)上部，所述俯仰角伺服电机(4)固定安装在主轴套(5)上。

5.按照权利要求1或2所述的太阳光双轴跟踪装置，其特征在于：所述主轴套(5)与旋转主轴(3)之间通过轴承进行连接。

6.按照权利要求2所述的太阳光双轴跟踪装置，其特征在于：所述内圈和所述外套圈均与支撑立柱(7)呈同轴布设。

7.按照权利要求1或2所述的太阳光双轴跟踪装置，其特征在于：所述转动连接件为肋板(9)。

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