CN108540063A - 一种角度可调的太阳能光伏板支架 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种角度可调的太阳能光伏板支架，包括底座和用于安装太阳能光伏板的安装框架，安装框架的下方设有用于调节太阳能光伏板的倾斜角、方位角的倾斜角调节组件和方位角调节组件，倾斜角调节组件包括前支撑杆和长度可调的后支撑杆，前支撑杆和后支撑杆的上端分别通过万向节连接安装框架，方位角调节组件包括弹簧、钢丝绳和设在底座上的驱动电机，弹簧和钢丝绳分别位于前支撑杆和后支撑杆所在平面的左右两侧，钢丝绳连接驱动电机的输出轴且至少部分绕在驱动电机的输出轴上。本发明提出了采用手动调节太阳能光伏板的倾斜角，通过驱动电机结合钢丝绳和弹簧调节太阳能光伏板的方位角的新型光伏板支架结构，具有结构简单、控制方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电设备领域，尤其是一种角度可调的太阳能光伏板支架。
背景技术
近年来，太阳能发电已成为最重要的新能源之一，国内外发展迅速。潜力无限的太阳能拥有广阔的市场前景,它是一种清洁，高效而且可持续的可再生能源。与高成本的化石燃料相比，太阳能不仅使用范围广，无污染而且更为经济。
随着太阳能的发展，作为采集装置的太阳能光伏板应用越来越广泛。太阳能光伏板的发电量由太阳能电池本身的转换效率和太阳光强度决定，而太阳光强度除了与时间和天气相关外，还与光伏板与太阳入射方向的夹角直接相关，当光伏板与太阳入射方向垂直时，太阳光强度最大，太阳能光伏电池发电量最大。因此，如果太阳能光伏板能始终保持与太阳光垂直，那么它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳辐射，实现最大发电效率。太阳的入射方向在一年内不同的季节，一天内不同的时刻均在不停的变化，根据太阳入射方向实时调节太阳能光伏板的倾斜角和方位角，可有效提高太阳能光伏电池的发电量。
现有技术中，对太阳能光伏板角度调节的研究较多，主要包括手动倾斜角调节方式和电动倾斜角与方位角调节方式。
手动倾斜角调节方式，利用太阳入射方向随四季变化缓慢的特点，通过手动调节太阳能光伏支架的倾斜角，一年内只调节2至4次。如专利号为“201720723098.2”，名称为“一种可调节的太阳能光伏板安装架”的实用新型提供了一种可调节的太阳能光伏板安装架，包括太阳能光伏板、安装架、固定件、支撑柱、一号伸缩柱、二号伸缩柱、三号伸缩柱、支撑杆、连接块、滑块、底座、滑槽、滚珠和旋转球体，通过在安装架下方通过旋转球体连接支撑柱，能够使安装架沿支撑柱旋转，方便调节安装架的角度；再在支撑柱上通过铰链连接支撑杆，在安装架的底部开设滑槽，并使支撑杆通过滚珠在滑槽内滑动，方便微调支撑杆的角度，调节太阳能光伏板的角度；设置支撑柱和支撑杆均可伸缩，便于通过调节支撑柱改变太阳能光伏板的高度，通过改变支撑杆的长度，调整太阳能光伏板的倾斜角度，能够提高天阳能光伏板的光电转换效率。上述结构的太阳能光伏板支架结构简单，成本低，但不能调节方位角，无法最大程度的提高太阳能光伏电池的发电量。
电动倾斜角与方位角调节方式，通过两个电机分别控制倾斜角和方位角。如专利号为“201610814088.X”，名称为“光伏板太阳能自动跟踪***”的发明提供了一种光伏板太阳能自动跟踪***，包括传感器模块、GPS模块、时钟芯片、控制模块和驱动模块，所述传感器模块、GPS模块和时钟芯片分别连接控制模块，所述控制模块连接驱动模块，所述传感器模块包括数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元包括四象限传感器、加速度传感器和磁传感器，数据采集单元将采集的数据送入数据处理单元，数据处理单元与控制模块之间实现通信，所述数据处理单元采用微控制器，控制模块采用MCU单片机，所述驱动模块采用方位角电机和俯仰角电机对光伏板的角度进行调整。上述结构的光伏板太阳能自动跟踪***控制精度高，太阳能光伏电池发电量大，但结构和控制复杂、强度大、成本高，且整个太阳能板沿着回转支撑轴旋转，对光伏板支架的结构要求高。
因此，对于本领域技术人员来说，如何提供一种结构简单的可同时调节太阳能光伏电池板倾斜角和方位角的太阳能光伏板支架，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单的可同时调节太阳能光伏电池板倾斜角和方位角的太阳能光伏板支架。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种角度可调的太阳能光伏板支架，包括底座和用于安装太阳能光伏板的安装框架，所述安装框架的下方设有用于调节太阳能光伏板的倾斜角、方位角的倾斜角调节组件和方位角调节组件，所述倾斜角调节组件包括前支撑杆和长度可调的后支撑杆，所述前支撑杆和后支撑杆设于所述底座上，所述前支撑杆和后支撑杆的上端分别通过万向节连接安装框架，所述方位角调节组件包括弹簧、钢丝绳和设在底座上的驱动电机，所述弹簧和钢丝绳分别位于前支撑杆和后支撑杆所在平面的左右两侧，所述弹簧的一端连接所述安装框架的下端面，所述弹簧的另一端连接底座，所述钢丝绳的一端连接所述安装框架的下端面，所述钢丝绳的另一端连接驱动电机的输出轴且至少部分绕在驱动电机的输出轴上。
作为上述技术方案的改进，所述后支撑杆包括上支撑杆和下支撑杆，所述上支撑杆的下端嵌套在所述下支撑杆的上端内，所述上支撑杆和下支撑杆中的其中一者设有至少一个定位孔，另外一者设有至少两个定位孔，所述上支撑杆通过穿过定位孔的螺栓锁紧件与所述下支撑杆连接。
作为上述技术方案的改进，所述底座上设有前后方向延伸的滑槽以及与滑槽滑动配合的滑块，所述后支撑杆的下端连接滑块。
作为上述技术方案的改进，所述滑块上设有螺纹孔，所述螺纹孔用于穿设限位螺栓顶住滑槽以对所述滑块进行限位。
作为上述技术方案的改进，还包括角度传感器和控制器，所述角度传感器安装在所述安装框架上，所述角度传感器和驱动电机分别与所述控制器连接，所述控制器根据所述角度传感器的检测数据控制所述驱动电机动作。
作为上述技术方案的改进，所述控制器安装在所述底座上。
作为上述技术方案的改进，所述前支撑杆和后支撑杆为圆形钢管。
作为上述技术方案的改进，所述前支撑杆和后支撑杆为矩形钢管。
作为上述技术方案的改进，所述驱动电机为步进电机。
作为上述技术方案的改进，所述驱动电机为伺服电机。
本发明的有益效果是：
本发明的角度可调的太阳能光伏板支架，倾斜角调节组件包括前支撑杆和长度可调的后支撑杆，由于后支撑杆的长度可调，因此，可以采用手动方式调节太阳能光伏板的倾斜角，利用太阳入射角随四季变化缓慢，随清晨至黄昏变化相对较快的特征，通过手动调节倾斜角，一年内调节2至4次，另一方面，通过驱动电机实时调节太阳能光伏板的方位角，可显著提高太阳能光伏板的发电量。总之，本发明提出了采用手动调节太阳能光伏板的倾斜角，通过驱动电机结合钢丝绳和弹簧调节太阳能光伏板的方位角的新型光伏板支架结构，可同时调节太阳能光伏电池板倾斜角和方位角，具有控制结构简单、精度高、控制方便、成本低等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一种角度可调的太阳能光伏板支架的结构示意图；
图2是本发明一种角度可调的太阳能光伏板支架的后支撑杆的示意图；
图3是本发明一种角度可调的太阳能光伏板支架的滑块与滑槽的局部示意图。
附图中：
1-底座 2-安装框架 3-前支撑杆 4-后支撑杆
5-弹簧 6-钢丝绳 7-驱动电机 8-上支撑杆
9-下支撑杆 10-定位孔 11-滑槽 12-滑块
13-螺纹孔 14-角度传感器 15-控制器
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
在本发明的描述中，需要提及的是，如出现术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，否则对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。另外，附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
参照图1至图3所示，本发明的一种角度可调的太阳能光伏板支架，包括底座1和用于安装太阳能光伏板的安装框架2，所述安装框架2的下方设有用于调节太阳能光伏板的倾斜角、方位角的倾斜角调节组件和方位角调节组件，所述倾斜角调节组件包括前支撑杆3和长度可调的后支撑杆4，所述前支撑杆3和后支撑杆4设于所述底座1上，所述前支撑杆3和后支撑杆4的上端分别通过万向节连接安装框架2，所述方位角调节组件包括弹簧5、钢丝绳6和设在底座1上的驱动电机7，所述弹簧5和钢丝绳6分别位于前支撑杆3和后支撑杆4所在平面的左右两侧，所述弹簧5的一端连接所述安装框架2的下端面，所述弹簧5的另一端连接底座1，所述钢丝绳6的一端连接所述安装框架2的下端面，所述钢丝绳6的另一端连接驱动电机7的输出轴且至少部分绕在驱动电机7的输出轴上。
上述实施例中，安装框架2通过前支撑杆3和后支撑杆4支撑，用于太阳能光伏板的安装，前支撑杆3和后支撑杆4均采用万向节与安装框架2连接，使得太阳能光伏板可在倾斜和方位两个方向上转动，为调节太阳能光伏板的倾斜角和方位角提供条件。根据使用场合的不同，驱动电机7可以采用不同类型的电机，如驱动电机7可以为步进电机，步进电机具有控制简单、精度较高的优点；驱动电机7也可以为伺服电机，伺服电机用于对太阳能光伏板的方位角调节精度要求高的场合。前支撑杆3和后支撑杆4可以为圆形钢管，也可以为矩形钢管。
上述实施例中，倾斜角调节组件包括前支撑杆3和长度可调的后支撑杆4，前支撑杆3的下端与底座1固定连接。由于后支撑杆4的长度可调，因此可以手动太阳能光伏板的倾斜角。方位角调节组件包括弹簧5、钢丝绳6和设在底座1上的驱动电机7，弹簧5和钢丝绳6分别位于前支撑杆3和后支撑杆4所在平面的左右两侧，如在一种具体实施例中，在安装框架2的左侧连接弹簧5，弹簧5的另一端固定连接在底座1上，在安装框架2的右侧连接钢丝绳6，钢丝绳6的另一端绕在驱动电机7的输出轴上，驱动电机7转动，收放钢丝绳6，相应的弹簧5在作用力下进行相应的伸缩，从而安装框架2沿着前支撑杆3和后支撑杆4转动，实现太阳能光伏板方位角的调节。为了保证太阳能光伏板的稳定性，弹簧5设计成始终处于拉伸状态，钢丝绳6则处于绷紧状态。
由上述内容可知，本发明的角度可调的太阳能光伏板支架，倾斜角调节组件包括前支撑杆3和长度可调的后支撑杆4，由于后支撑杆4的长度可调，因此，可以采用手动方式调节太阳能光伏板的倾斜角，利用太阳入射角随四季变化缓慢，随清晨至黄昏变化相对较快的特征，通过手动调节倾斜角，一年内调节2至4次，另一方面，通过驱动电机7实时调节太阳能光伏板的方位角，可显著提高太阳能光伏板的发电量。
本发明提出了采用手动调节太阳能光伏板的倾斜角，通过驱动电机7结合钢丝绳6和弹簧5调节太阳能光伏板的方位角的新型光伏板支架结构，可同时调节太阳能光伏电池板倾斜角和方位角，具有控制结构简单、精度高、控制方便、成本低等优点。
后支撑杆4设置成可伸缩的结构，具体地，所述后支撑杆4包括上支撑杆8和下支撑杆9，所述上支撑杆8的下端嵌套在所述下支撑杆9的上端内，所述上支撑杆8和下支撑杆9中的其中一者设有至少一个定位孔10，另外一者设有至少两个定位孔10，所述上支撑杆8通过穿过定位孔10的螺栓锁紧件与所述下支撑杆9连接。其中，上支撑杆8和下支撑杆9可以为圆形钢管，也可以为矩形钢管。定位孔10可以为圆形，也可以为腰形孔。在一种具体实施例中，下支撑杆9上的定位孔10为多个，通过手动选择不同的定位孔10，可实现后支撑杆4高度的调节，从而调节太阳能光伏板的倾斜角。在同一地域，太阳入射角随四季的变化比较缓慢，不需要对倾斜角实时进行调节，一年内只需要调节2至4次，就能有效的提高太阳能电池发电量。在本发明的其他较佳具体实施例中，后支撑杆4的上支撑和下支撑杆9采用矩形钢管，定位孔10采用腰形孔，以方便倾斜角调节时，螺栓锁紧件与定位孔10之间的配合。
为了进一步方便调节太阳能光伏板的倾斜角，在一种优选实施例中，所述底座1上设有前后方向延伸的滑槽11以及与滑槽11滑动配合的滑块12，所述后支撑杆4的下端连接滑块12，所述滑块12上设有螺纹孔13，所述螺纹孔13用于穿设限位螺栓顶住滑槽11以对所述滑块12进行限位。该实施例中，后支撑杆4的下端可沿着滑槽11方向水平移动，滑块12上设置有螺纹孔13，通过限位螺栓顶住滑槽11，可实现滑块12定位，限制后支撑杆4的下端滑动，要调节太阳能光伏板的倾斜角时，将滑块12上的限位螺栓松开，滑块12可沿滑槽11自由滑动，将太阳能光伏板的倾斜角调节好后，将限位螺栓拧死，顶住滑槽11，防止后支撑杆4的下端滑动，保证太阳能光伏板的稳定性。可选的，所述滑块12与所述后支撑杆4的连接方式为，所述后支撑杆4下端固定有与所述滑槽11的延伸方向垂直的连接轴，所述滑块12上表面设置有与连接轴配合的轴套，所述连接轴可转动固定于轴套中，从而实现滑块12与后支撑杆4之间的可转动固定。
优选的，还包括角度传感器14和控制器15，所述角度传感器14安装在所述安装框架2上，所述控制器15安装在所述底座1上，所述角度传感器14和驱动电机7分别与所述控制器15连接，所述控制器15根据所述角度传感器14的检测数据控制所述驱动电机7动作。其中，所述角度传感器14用于实时采集太阳能光伏板的倾斜角和方位角，控制器15安装在底座1上，角度传感器14将采集的倾斜角和方位角传输给控制器15，控制器15根据采集的方位角控制驱动电机7运行，调节太阳能光伏板的方位角，并为操作人员手动调节太阳能光伏板的倾斜角提供实际的倾斜角度值。当驱动电机7为步进电机，步进电机具有控制简单、精度较高的优点，通过控制器15控制，实现太阳能光伏板的方位角的精确调节。
作为可选的实施方式，所述安装框架2的下端面，即与光伏电池板相对的朝向地面的下端面上固定有监控采集模块，该监控采集模块包括通过螺栓或者吸盘固定于安装框架2上的防水壳体，固定在防水壳体上朝向地面的监控眼，以及固定于防水壳体内部的电源模块、处理模块和无线信号交互模块，所述监控眼包括广角镜头，采集光伏板及安装框架甚至整个设备在地面的投影图像，其信号输出端连接处理模块的信号输入端，处理模块检测该投影图像的大小，与光伏板表面积的比例，检测该图像中投影区域颜色的深浅，从而判断光伏板的角度是否处于最佳位置，同时可以判断光照强度，处理模块电连接无线信号交互模块，将处理后的信息通过无线信号发送至用户手机或者指定端口，从而方便管理人员的实时监控，甚至异地监控，方便管理人员调节太阳能光伏板的角度、位置，并且判断设备的运行情况、工作效率，由于设置有广角摄像头，同时可以起到防盗取证的作用。该监控采集模块不需要每个太阳能光伏板支架上都安装，可以选择安装一个，即可满足收集数据，实现即时跟踪和运算的目的。该硬件结构的方案可以参考现有的无线监控摄像头的硬件方案，其图像处理方法可以参考现有的监控图像处理方法。
综上所述，本发明的角度可调的太阳能光伏板支架，倾斜角调节组件包括前支撑杆和长度可调的后支撑杆，由于后支撑杆的长度可调，因此，可以采用手动方式调节太阳能光伏板的倾斜角，利用太阳入射角随四季变化缓慢，随清晨至黄昏变化相对较快的特征，通过手动调节倾斜角，一年内调节2至4次，另一方面，通过驱动电机实时调节太阳能光伏板的方位角，可显著提高太阳能光伏板的发电量。总之，本发明提出了采用手动调节太阳能光伏板的倾斜角，通过驱动电机结合钢丝绳和弹簧调节太阳能光伏板的方位角的新型光伏板支架结构，可同时调节太阳能光伏电池板倾斜角和方位角，具有控制结构简单、精度高、控制方便、成本低等优点。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种角度可调的太阳能光伏板支架，包括底座(1)和用于安装太阳能光伏板的安装框架(2)，所述安装框架(2)的下方设有用于调节太阳能光伏板的倾斜角、方位角的倾斜角调节组件和方位角调节组件，其特征在于：所述倾斜角调节组件包括前支撑杆(3)和长度可调的后支撑杆(4)，所述前支撑杆(3)和后支撑杆(4)设于所述底座(1)上，所述前支撑杆(3)和后支撑杆(4)的上端分别通过万向节连接安装框架(2)，所述方位角调节组件包括弹簧(5)、钢丝绳(6)和设在底座(1)上的驱动电机(7)，所述弹簧(5)和钢丝绳(6)分别位于前支撑杆(3)和后支撑杆(4)所在平面的左右两侧，所述弹簧(5)的一端连接所述安装框架(2)的下端面，所述弹簧(5)的另一端连接底座(1)，所述钢丝绳(6)的一端连接所述安装框架(2)的下端面，所述钢丝绳(6)的另一端连接驱动电机(7)的输出轴且至少部分绕在驱动电机(7)的输出轴上。
2.根据权利要求1所述的角度可调的太阳能光伏板支架，其特征在于：所述后支撑杆(4)包括上支撑杆(8)和下支撑杆(9)，所述上支撑杆(8)的下端嵌套在所述下支撑杆(9)的上端内，所述上支撑杆(8)和下支撑杆(9)中的其中一者设有至少一个定位孔(10)，另外一者设有至少两个定位孔(10)，所述上支撑杆(8)通过穿过定位孔(10)的螺栓锁紧件与所述下支撑杆(9)连接。
3.根据权利要求1所述的角度可调的太阳能光伏板支架，其特征在于：所述底座(1)上设有前后方向延伸的滑槽(11)以及与滑槽(11)滑动配合的滑块(12)，所述后支撑杆(4)的下端连接滑块(12)。
4.根据权利要求3所述的角度可调的太阳能光伏板支架，其特征在于：所述滑块(12)上设有螺纹孔(13)，所述螺纹孔(13)用于穿设限位螺栓顶住滑槽(11)以对所述滑块(12)进行限位。
5.根据权利要求1所述的角度可调的太阳能光伏板支架，其特征在于：还包括角度传感器(14)和控制器(15)，所述角度传感器(14)安装在所述安装框架(2)上，所述角度传感器(14)和驱动电机(7)分别与所述控制器(15)连接，所述控制器(15)根据所述角度传感器(14)的检测数据控制所述驱动电机(7)动作。
6.根据权利要求5所述的角度可调的太阳能光伏板支架，其特征在于：所述控制器(15)安装在所述底座(1)上。
7.根据权利要求1-6任一项所述的角度可调的太阳能光伏板支架，其特征在于：所述前支撑杆(3)和后支撑杆(4)为圆形钢管。
8.根据权利要求1-6任一项所述的角度可调的太阳能光伏板支架，其特征在于：所述前支撑杆(3)和后支撑杆(4)为矩形钢管。
9.根据权利要求1-6任一项所述的角度可调的太阳能光伏板支架，其特征在于：所述驱动电机(7)为步进电机。
10.根据权利要求1-6任一项所述的角度可调的太阳能光伏板支架，其特征在于：所述驱动电机(7)为伺服电机。
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