RU2488046C2 - Photovoltaic plant sun tracking system - Google Patents

Photovoltaic plant sun tracking system Download PDF

Info

Publication number
RU2488046C2
RU2488046C2 RU2011132559/06A RU2011132559A RU2488046C2 RU 2488046 C2 RU2488046 C2 RU 2488046C2 RU 2011132559/06 A RU2011132559/06 A RU 2011132559/06A RU 2011132559 A RU2011132559 A RU 2011132559A RU 2488046 C2 RU2488046 C2 RU 2488046C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
zen
rotation
drive
gear
subsystem
Prior art date
Application number
RU2011132559/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011132559A (en
Inventor
Вячеслав Михайлович Андреев
Юрий Владимирович Ащеулов
Валерий Дмитриевич Румянцев
Павел Васильевич Покровский
Александр Викторович Чекалин
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2011132559/06A priority Critical patent/RU2488046C2/en
Publication of RU2011132559A publication Critical patent/RU2011132559A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2488046C2 publication Critical patent/RU2488046C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Landscapes

  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: photovoltaic plant Sun tracking system comprises a subsystem of azimuthal rotation (1) and a subsystem of zenithal rotation (2). The first drive via the first reducer rotates a spatial frame (10), where solar modules are installed, in azimuthal direction with the transmission ratio Iaz and simultaneously rotates the third reducer with the transmission ratio Iaz. On the driven gear of the third reducer there are two cams fixed, which interact with limit switches of the first drive. The second drive via the first reducer rotates the spatial frame (10) in zenithal direction with the transmission ratio Izen and simultaneously rotates the fourth reducer with the transmission ratio Izen. On the driven gear of the fourth reducer there are two cams fixed, which interact with limit switches of the second drive. Transmission ratios Iaz, Izen, Iaz and Izen meet certain ratios. The Sun tracking system does not require seasonal reconfiguration of limiters of limit angles of photovoltaic plant rotation, regardless of its geographic location on the planet.
EFFECT: system improvement.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам солнечной энергетики и может найти применение при конструировании и изготовлении установок с фотоэлектрическими модулями, требующими как одноосного, так и двухосного слежения за солнцем. В частности, к таким установкам относятся станции, использующие многокаскадные наногетероструктурные фотопреобразователи на основе соединений A3B5 с концентраторами солнечной энергии.The invention relates to solar energy devices and may find application in the design and manufacture of installations with photovoltaic modules requiring both uniaxial and biaxial tracking of the sun. In particular, such installations include stations using multistage nanoheterostructure photoconverters based on A 3 B 5 compounds with solar energy concentrators.

Несмотря на различные схемы установок с приводами слежения (трекеров), общим для них является наличие системы контроля пространственного положения панели солнечных модулей в режиме реального времени.Despite the various schemes of installations with tracking drives (trackers), a common feature for them is a real-time monitoring system for the spatial position of the solar module panel.

Известна конструкция фотоэлектрической установки с двухосным слежением за Солнцем (см. патент US 4332238, МПК F24J 3/02, опубликован 01.06.1982), состоящая из концентраторного фототоэлектрического модуля и системы приводов слежения. В качестве концентратора солнечного излучения используется параболическое зеркало, смонтированное на вертикальной раме, которая приводится во вращение вокруг горизонтальной оси при помощи электродвигателя с редуктором. Рама закреплена на основании в виде диска, по периметру которого расположен шестеренчатый венец, входящий в зацепление с малой шестерней электропривода. Снизу диск насажен на вертикальную ось, вокруг которой может поворачиваться вся конструкция. Для ограничения азимутального и зенитального углов поворота используют концевые выключатели, расположенные непосредственно на самом диске.A known design of a photovoltaic installation with biaxial tracking of the Sun (see patent US 4332238, IPC F24J 3/02, published 01.06.1982), consisting of a concentrator photovoltaic module and a tracking drive system. A parabolic mirror mounted on a vertical frame, which is rotated around a horizontal axis by an electric motor with a gearbox, is used as a solar radiation concentrator. The frame is fixed to the base in the form of a disk, along the perimeter of which there is a gear ring, which engages with a small gear of the electric drive. From below, the disc is mounted on a vertical axis around which the entire structure can rotate. To limit the azimuthal and zenithal rotation angles, limit switches located directly on the disk are used.

Такое техническое решение имеет существенный недостаток при размещении установки на широтах, вблизи экватора Земли. Действительно, каждые полгода установка следит за Солнцем, вращаясь в азимутальном направлении в пределах двух взаимно противоположных секторов: половину года в пределах сектора, средняя линия которого ориентирована на юг, и другую половину года в пределах сектора, средняя линия которого ориентирована на север. Границы секторов перекрываются из-за годичного изменения траектории движения Солнца по небосводу. В связи с тем, что установка не может поворачиваться на угол более 360° за один проход, что связано с опасностью повреждения и обрыва кабеля, по которому отводится генерируемая электрическая энергия, то требуется дважды в год менять положение концевых выключателей азимутального сектора.This technical solution has a significant drawback when placing the installation at latitudes, near the equator of the Earth. Indeed, every six months the installation monitors the Sun, rotating in the azimuthal direction within two mutually opposite sectors: half a year within a sector whose middle line is oriented to the south, and another half a year within a sector whose middle line is oriented to the north. The boundaries of the sectors overlap due to a one-year change in the trajectory of the sun in the sky. Due to the fact that the installation cannot be rotated by an angle of more than 360 ° in one pass, which is associated with the risk of damage and cable breakage, through which the generated electrical energy is removed, it is required to change the position of the limit switches of the azimuth sector twice a year.

Известна система слежения за Солнцем фотоэнергоустановки (см. патент US 6005236, МПК G01J 1/20, опубликован 21.12.1999), которая включает в себя раму с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, U-образную подставку, расположенную на вертикальной оси, однотипные приводные узлы по каждой из осей и систему управления оптимальным направлением панели на Солнце. Система управления состоит из канала грубого наведения и двух каналов точного наведения, каждый из которых следит за соответствующим углом поворота зенитальной и азимутальной осей. Грубое наведение осуществляется по известным координатам солнца, а окончательная подстройка осуществляется двумя независимыми электроприводами по максимуму сигнала с оптических датчиков, закрепленных каждый на своей оси вращения. Ограничение предельных углов поворота осей осуществляется по одной и той же схеме и достигается с помощью концевого выключателя и стойки, расположенной на шестерне, приводящей во вращение соответствующую ось.A known system for tracking the sun of a photovoltaic power plant (see patent US 6005236, IPC G01J 1/20, published 12/21/1999), which includes a frame with the possibility of rotation around a horizontal axis, a U-shaped stand located on a vertical axis, the same type of drive units on each axis and a control system for the optimal direction of the panel to the Sun. The control system consists of a coarse guidance channel and two precision guidance channels, each of which monitors the corresponding angle of rotation of the zenith and azimuth axes. Rough guidance is carried out according to the known coordinates of the sun, and the final adjustment is carried out by two independent electric drives to the maximum signal from optical sensors, each mounted on its own axis of rotation. The limiting angles of rotation of the axes are limited according to the same scheme and is achieved by means of a limit switch and a rack located on the gear, which rotates the corresponding axis.

Недостатком известной системы слежения является необходимость перенастройки системы ограничения предельного азимутального угла каждые полгода, при размещении станции на широтах вблизи экватора Земли.A disadvantage of the known tracking system is the need to reconfigure the system to limit the limiting azimuthal angle every six months, when placing the station at latitudes near the equator of the Earth.

Известна система слежения за Солнцем фотоэнергоустановки (см. патент US 7202457, МПК F24J 2/38, опубликован 10.04.2007). Привод этого устройства является двухосным и состоит из нижней платформы с червячной передачей, осуществляющей вращение вокруг вертикальной оси (азимутальный угол), и верхней платформы, несущей солнечные элементы. Эта платформа выполнена в виде прямоугольной рамы и одной своей стороной шарнирно закреплена на нижнем основании. Вращение вокруг этой оси (зенитальный угол) осуществляется с помощью зубчатого сектора, жестко связанного с этой рамой, и ответной шестерни, закрепленной на валу электродвигателя.A known system for tracking the sun of photovoltaic power plants (see patent US 7202457, IPC F24J 2/38, published April 10, 2007). The drive of this device is biaxial and consists of a lower platform with a worm gear rotating around a vertical axis (azimuthal angle) and an upper platform carrying solar cells. This platform is made in the form of a rectangular frame and with one side pivotally mounted on the lower base. Rotation around this axis (zenith angle) is carried out using a gear sector, rigidly connected with this frame, and a reciprocal gear fixed to the motor shaft.

Недостатком известной системы слежения является расположение концевых выключателей азимутального угла непосредственно на самом секторе привода нижней платформы, причем внутри ее основания. Это приводит к большим трудозатратам при необходимости изменения предельных углов поворота азимутальной оси.A disadvantage of the known tracking system is the location of the limit switches of the azimuthal angle directly on the drive sector of the lower platform, and inside its base. This leads to large labor costs if it is necessary to change the limiting angles of rotation of the azimuthal axis.

Известна система слежения за Солнцем фотоэнергоустановки (см. заявку RU 2007139419, МПК F24J 2/52, опубликованную 27.04.2007). Поворотное устройство содержит вертикальную опору на фундаменте, на которой расположена система поворота по азимуту. Слежение по этому углу осуществляется с помощью вращающегося винта и качающейся гайки (аналог линейного актуатора). Привод устройства содержит мотор с редуктором и предохранительную фрикционную муфту. При таком способе решения задачи ограничения предельного угла поворота платформы концевые выключатели не требуются. Однако, в случае достижения предельных значений углов, мотор-редуктор продолжает работать и потреблять энергию, что в длительном режиме приводит к его перегреву и последующему выходу из строя. Таким образом, для реального функционирования такой конструкции требуется дополнительная система контроля работы мотор-редуктора, которая отключала бы последний при срабатывании фрикционной муфты, что усложняет схему всего устройства.A known system for tracking the sun of a photovoltaic power plant (see application RU 2007139419, IPC F24J 2/52, published April 27, 2007). The rotary device contains a vertical support on the foundation, on which the azimuthal rotation system is located. Tracking along this angle is carried out using a rotating screw and a swinging nut (analogue of a linear actuator). The device drive contains a motor with a gearbox and a friction clutch. With this method of solving the problem of limiting the maximum angle of rotation of the platform, limit switches are not required. However, in case of reaching the limit values of the angles, the gear motor continues to work and consume energy, which in the long-term mode leads to its overheating and subsequent failure. Thus, for the real functioning of such a design, an additional control system for the operation of the gear motor is required, which would disable the latter when the friction clutch is activated, which complicates the circuit of the entire device.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к настоящему решению является система слежения за Солнцем фотоэнергоустановки (см. патент RU 2354896, МПК F24J 2/42, опубликован 10.05.2007). Система-прототип содержит систему контроля положения Солнца и конструкцию зенитального и азимутального приводов платформы. Подсистема азимутального вращения выполнена в виде неподвижного основания с трубой, на которую с помощью конического подшипника навешена вторая труба большего диаметра. Нижний конец этой трубы заканчивается двуплечим рычагом, на одном конце которого закреплен первый редуктор на валу первого привода. Ведомой шестерней первого редуктора является горизонтальный диск с рифленой поверхностью, закрепленный на неподвижном основании. На верхнем конце трубы закреплена горизонтальная труба, на которой с возможностью вращения установлена подсистема зенитального вращения, выполненная в виде пространственной рамы с прикрепленными снизу к раме двумя вертикальными секторами с цепями по торцам, выполняющими функцию ведомой шестерни второго редуктора, закрепленного на валу второго привода. Для ограничения предельных углов в этой конструкции используют концевые выключатели, расположенные непосредственно как на горизонтальном диске, так и на вертикальном секторе.The closest set of essential features to this solution is the solar tracking system of a photovoltaic power plant (see patent RU 2354896, IPC F24J 2/42, published May 10, 2007). The prototype system contains a system for monitoring the position of the Sun and the design of the anti-aircraft and azimuthal drives of the platform. The azimuthal rotation subsystem is made in the form of a fixed base with a pipe onto which a second pipe of a larger diameter is hung using a tapered bearing. The lower end of this pipe ends with a two-arm lever, at one end of which the first gearbox is mounted on the shaft of the first drive. The driven gear of the first gearbox is a horizontal disk with a grooved surface, mounted on a fixed base. A horizontal pipe is mounted on the upper end of the pipe, on which the anti-aircraft rotation subsystem is mounted rotatably, made in the form of a spatial frame with two vertical sectors attached from the bottom to the frame with chains at the ends that function as a driven gear of the second gearbox mounted on the shaft of the second drive. To limit the limiting angles in this design, limit switches are used that are located directly on both the horizontal disk and the vertical sector.

Недостатком конструкции системы-прототипа является необходимость изменения положения азимутальных выключателей, по крайней мере, два раза в году, применительно к случаю размещения установки вблизи экватора Земли.The disadvantage of the design of the prototype system is the need to change the position of the azimuth switches at least twice a year, in relation to the case of placing the installation near the equator of the Earth.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка такой системы слежения за Солнцем фотоэнергоустановки, которая, во-первых, была бы единым компактным блоком для азимутальной и зенитальной осей вращения и, во-вторых, не требовала бы перенастройки ограничителей предельных углов, независимо от географического места расположения установки на земном шаре.The objective of the present invention was to develop such a system for tracking the sun of a photovoltaic power plant, which, firstly, would be a single compact unit for the azimuthal and zenithal rotation axes and, secondly, would not require reconfiguration of the limiters of the limiting angles, regardless of the geographical location of the installation on the globe.

Поставленная цель достигается тем, что система слежения за Солнцем фотоэнергоустановки включает подсистему азимутального вращения и подсистему зенитального вращения. Подсистема азимутального вращения выполнена в виде неподвижной стойки, по центру которой закреплен горизонтальный диск с рифленой поверхностью, являющийся ведомой шестерней первого редуктора, вращаемого валом первого привода с передаточным отношением Iаз. На торец стойки надета с возможностью вращения труба, на верхнем конце трубы закреплена горизонтальная ось, на которой с возможностью вращения установлена подсистема зенитального вращения. Подсистема зенитального вращения выполнена в виде пространственной рамы и прикрепленных снизу к раме двух вертикальных секторов с рифлеными круговыми торцевыми поверхностями, выполняющими функцию ведомой шестерни второго редуктора, вращаемого валом второго привода с передаточным отношением Iзен. На нижнем конце трубы закреплен двуплечий рычаг, на котором установлены первый и второй приводы. Вал первого привода соединен с третьим редуктором с передаточным отношением iаз, а вал второго привода соединен с четвертым редуктором с передаточным отношением iзен. На ведомых шестернях третьего и четвертого редукторов закреплены по два кулачка, разнесенных по окружностям и взаимодействующих с неподвижными концевыми выключателями, изменяющими на противоположное (останавливающими) вращение соответственно первого и второго приводов. Передаточные отношения Iаз, Iзен, iаз и iзен удовлетворяют соотношениям:This goal is achieved by the fact that the solar tracking system of a photovoltaic power plant includes a subsystem of azimuthal rotation and a subsystem of zenithal rotation. The azimuthal rotation subsystem is made in the form of a stationary stand, in the center of which a horizontal disk with a corrugated surface is fixed, which is the driven gear of the first gearbox rotated by the shaft of the first drive with a gear ratio I az . A pipe is rotatably mounted on the end of the rack, a horizontal axis is fixed at the upper end of the pipe, on which a zenithal rotation subsystem is mounted with rotation. The anti-aircraft rotation subsystem is made in the form of a spatial frame and two vertical sectors attached to the bottom from the frame with corrugated circular end surfaces that perform the function of the driven gear of the second gearbox, rotated by the shaft of the second drive with a gear ratio of I zen . At the lower end of the pipe, a two-arm lever is mounted on which the first and second drives are mounted. The shaft of the first drive is connected to a third gearbox with a gear ratio iaz , and the shaft of the second drive is connected to a fourth gearbox with a gear ratio i zen . On the driven gears of the third and fourth gears, two cams are fixed, spaced around the circles and interacting with fixed limit switches, reversing (stopping) the rotation of the first and second drives, respectively. The gear ratios I az , I zen , i az and i zen satisfy the ratios:

1,3 Iаз≤iаз<2 Iаз;1.3 I az ≤i az <2 I az ;

0,3 Iзен≤iзен<Iзен.0.3 I Zen ≤i Zen <I Zen .

Ведомые шестерни третьего и четвертого редукторов могут быть снабжены датчиками угла поворота.Driven gears of the third and fourth gears can be equipped with angle sensors.

В качестве датчика угла поворота использован, например, абсолютный 10-битный магнитный энкодер.As an angle sensor, for example, an absolute 10-bit magnetic encoder is used.

Новым в системе является соединение вала силового первого привода с измерительным третьим редуктором с передаточным отношением iаз, а вала силового второго привода - с измерительным четвертым редуктором с передаточным отношением iзен, на ведомых шестернях которых закреплены по два кулачка, разнесенных по окружностям и взаимодействующих с неподвижными переключателями, изменяющими вращение соответственно первого и второго приводов. При этом передаточные отношения Iаз, Iзен, iаз и iзен удовлетворяют указанным выше соотношениям. Выбор интервалов соотношений обусловлен следующим. Поскольку концевые выключатели и сами кулачки имеют конечные физические размеры и, кроме того, их крепление должно обеспечивать возможность некоторого перемещения для точной настройки углов срабатывания, то при iаз, меньшем 1,3 Iаз, расположение концевого выключателя при вращении трекера в одну сторону будет мешать расположению другого концевого выключателя, отвечающего за предельный угол при вращении платформы в другую сторону, а при iаз, равном или большем 2 Iаз, возможен поворот выходной шестерни измерительного канала на угол 360° или более, что не позволит физически расположить на ней кулачки выключателей. Аналогично и для зенитального канала, с той лишь разницей, что измерительный редуктор в это случае является повышающим. Так при iзен, равном или большем Iзен, расположение концевых выключателей будут находиться примерно в одном месте платы редуктора, что физически невозможно сделать, а при iзен, меньшем 0,3 Iзен, возможен поворот выходной шестерни измерительного редуктора на угол, близкий к 360°, и, соответственно, невозможно стационарно расположить выключатели.New in the system is the connection of the power first drive shaft with a measuring third gearbox with a gear ratio iaz , and the power second drive shaft with a measuring fourth gearbox with a gear ratio i zen , on the driven gears of which two cams are mounted, spaced around the circles and interacting with fixed switches that change the rotation of the first and second drives, respectively. In this case, the gear ratios I az , I zen , i az and i zen satisfy the above ratios. The choice of intervals of relations is due to the following. Since the limit switches and the cams themselves have finite physical dimensions and, in addition, their fastening should provide the possibility of some movement to fine-tune the operation angles, then for iaz less than 1.3 Iaz , the location of the limit switch when the tracker rotates in one direction will be interfere with another arrangement of the limit switch, is responsible for the limiting angle when rotated in the other side of the platform, and when i az equal to or greater than 2 i ds, the measuring channel can rotate the output gear by the angle 360 ° yl more that will not allow it to physically locate switch cams. Similarly for the anti-aircraft channel, with the only difference being that the measuring gear in this case is a boost. So for i zen equal to or greater than i zen , the location of the limit switches will be located approximately in one place on the gearbox board, which is physically impossible to do, and for i zen less than 0.3 zen , it is possible to rotate the output gear of the measuring gear by an angle close to 360 °, and, accordingly, it is impossible to permanently position the switches.

Такое конструктивное выполнение системы, при выполнении указанного выше соотношения для передаточных отношениий Iаз, Iзен, iаз и iзен, позволяет перенести концевые выключатели от горизонтального диска подсистемы азимутального вращения и от вертикальных секторов подсистемы зенитального вращения к ведомым шестерням соответственно третьего и четвертого редукторов. При выполнении указанных выше соотношений для передаточных отношениий Iаз, Iзен, iаз и iзен появилась возможность стационарного закрепления кулачков, приводящих в действие концевые выключатели предельных углов поворотов азимутальной и зенитальной осей системы слежения, даже для случая расположения фотоэнергоустановки на экваториальных широтах. Действительно, несмотря на то, что на экваторе фотоэнергоустановка половину года вращается вокруг вертикальной оси на 180° в одну сторону, а в другую половину года на 180° в другую сторону, то есть в общем случае поворот осуществляется на 360°, ведомая шестерня третьего редуктора, на которой закреплены кулачки, взаимодействующие с концевыми выключателями, поворачивается на углы, не превышающие 360°, что и позволяет закрепить кулачки стационарно на весь период эксплуатации фотоэнергоустановки (в отличие от азимутального, угол зенитального поворота не превышает 90°). В результате отпадает необходимость два раза в год менять положение переключателей, так как возможно отключение приводов при любых углах поворота подсистемы азимутального вращения и подсистемы зенитального вращения, в том числе при повороте подсистемы зенитального вращения на угол 90° и при повороте подсистемы азимутального вращения на угол, превышающий 360°, что имеет место на широтах, приближенных к экватору Земли.Such a constructive implementation of the system, while fulfilling the above ratio for the gear ratios I az , I zen , i az and i zen , allows you to transfer the limit switches from the horizontal disk of the azimuthal rotation subsystem and from the vertical sectors of the anti-aircraft rotation subsystem to the driven gears of the third and fourth gears, respectively . When carrying out the above relations for the gear ratio I ds, zen I, i ds and i Zen became possible to fix the stationary cam actuating limit switches limiting the azimuthal angles of rotation axes and zenithal tracking system, even in the case fotoenergoustanovki location on the equatorial latitudes. Indeed, despite the fact that at the equator the photovoltaic plant rotates around the vertical axis 180 ° in one direction for half a year and 180 ° in the other half of the year, that is, in the general case, the rotation is carried out 360 °, the driven gear of the third gearbox , on which the cams interacting with the limit switches are fixed, rotates at angles not exceeding 360 °, which allows the cams to be fixed permanently for the entire period of operation of the photovoltaic installation (in contrast to the azimuthal angle of ota not more than 90 °). As a result, there is no need to change the position of the switches twice a year, since it is possible to turn off the drives at any angles of rotation of the azimuthal rotation subsystem and the zenithal rotation subsystem, including when the anti-aircraft rotation subsystem is rotated 90 ° and when the azimuthal rotation subsystem is rotated through an angle, exceeding 360 °, which takes place at latitudes close to the equator of the Earth.

Настоящее изобретение поясняется чертежом, где:The present invention is illustrated in the drawing, where:

на фиг.1 показан в аксонометрии пример фотоэнергоустановки с системой слежения за Солнцем;figure 1 shows in a perspective view an example of a photovoltaic installation with a tracking system for the Sun;

на фиг.2 приведен в аксонометрии пример третьего редуктора с кулачками на ведомой шестерне, с неподвижными концевыми выключателями и датчиком угла поворота;figure 2 is a perspective view of an example of a third gearbox with cams on a driven gear, with fixed limit switches and a rotation angle sensor;

на фиг.3 приведен в аксонометрии пример четвертого редуктора с кулачками на ведомой шестерне, с неподвижными концевыми выключателями и датчиком угла поворота.figure 3 is a perspective view of an example of a fourth gearbox with cams on a driven gear, with fixed limit switches and a rotation angle sensor.

Система слежения за Солнцем фотоэнергоустановки включает (см. фиг.1) подсистему 1 азимутального вращения и подсистему 2 зенитального вращения. Подсистема 1 азимутального вращения выполнена в виде неподвижной стойки 3, по центру которой закреплен горизонтальный диск 4 с рифленой поверхностью 5, являющийся ведомой шестерней первого редуктора (на чертеже не показан), вращаемого валом 6 первого привода 7 (см. фиг.2) с передаточным отношением Iаз. На торец стойки 3 надета с возможностью вращения труба 8, на верхнем конце трубы 8 закреплена горизонтальная ось 9, на которой с возможностью вращения установлена подсистема 2 зенитального вращения. Подсистема 2 зенитального вращения выполнена в виде пространственной рамы 10 и прикрепленных снизу к раме 10 двух вертикальных секторов 11 с рифлеными круговыми торцовыми поверхностями 12, являющимися ведомыми шестернями второго редуктора (на чертеже не показан), вращаемого валом 13 второго привода 14 с передаточным отношением Iзен. (см. фиг.3). На нижнем конце трубы 8 закреплен двуплечий рычаг 15, на котором установлены первый привод 7 и второй привод 14, размещенные в корпусе 16. Вал 6 первого привода 7 также соединен с третьим редуктором 17 с передаточным отношением iаз, а вал 13 второго привода 14 соединен с четвертым редуктором 18 с передаточным отношением iзен. На ведомой шестерне 19 третьего редуктора 17 закреплены два кулачка 21, разнесенных по окружности и взаимодействующих с неподвижными концевыми выключателями 22, переключающими (отключающими) электропитание первого привода 7. На ведомой шестерни 20 четвертого редуктора 18 закреплены два кулачка 23, разнесенных по окружностям и взаимодействующих с неподвижными концевыми выключателями 24, закрепленными на основании корпуса 16 и отключающими электропитание второго привода 14. Передаточные отношения Iаз, Iзен, iаз и iзен удовлетворяют соотношениям:The solar tracking system of a photovoltaic power plant includes (see FIG. 1) a subsystem 1 of azimuthal rotation and a subsystem 2 of zenithal rotation. The azimuthal rotation subsystem 1 is made in the form of a stationary stand 3, in the center of which a horizontal disk 4 with a grooved surface 5 is fixed, which is the driven gear of the first gearbox (not shown in the drawing), rotated by the shaft 6 of the first drive 7 (see figure 2) with a gear the ratio of I az . A pipe 8 is rotatably mounted on the end of the strut 3, a horizontal axis 9 is mounted on the upper end of the pipe 8, on which a zenithal rotation subsystem 2 is mounted rotatably. The anti-aircraft rotation subsystem 2 is made in the form of a spatial frame 10 and two vertical sectors 11 attached to the bottom of the frame 10 with corrugated circular end surfaces 12, which are driven gears of the second gearbox (not shown in the drawing), rotated by the shaft 13 of the second drive 14 with a gear ratio of I zen . (see figure 3). At the lower end of the pipe 8, a two-arm lever 15 is fixed, on which the first drive 7 and the second drive 14 are installed, located in the housing 16. The shaft 6 of the first drive 7 is also connected to the third gearbox 17 with a gear ratio iaz , and the shaft 13 of the second drive 14 is connected with a fourth gearbox 18 with a gear ratio i zen . On the driven gear 19 of the third gearbox 17, two cams 21 are fixed, spaced around the circumference and interacting with the fixed limit switches 22, switching (disconnecting) the power supply of the first drive 7. On the driven gear 20 of the fourth gearbox 18 two cams 23 are spaced apart and interacting with fixed limit switches 24, mounted on the base of the housing 16 and turning off the power to the second drive 14. The gear ratios I az , I zen , i az and i zen satisfy the relations :

1,3 Iаз≤iаз<2 Iаз;1.3 I az ≤i az <2 I az ;

0,3 Iзен≤Iзен<Iзен.0.3 I Zen ≤I Zen <I Zen .

В качестве датчика угла поворота в обоих каналах может быть использован, например, абсолютный 10-битный магнитный энкодер 25. Для этого на нижнем торце ведомой шестерни 19 третьего редуктора 17 и ведомой шестерни 20 четвертого редуктора 18 расположены магниты энкодера, намагниченные таким образом, что силовые линии перпендикулярны оси вращения шестерен 19 и 20. Поле этих магнитов энкодера 25 взаимодействует с микросхемой Холла энкодера 25, закрепленной на основании корпуса 16 (см. фиг.1).For example, an absolute 10-bit magnetic encoder 25 can be used as a rotation angle sensor in both channels. To do this, on the lower end of the driven gear 19 of the third gearbox 17 and the driven gear 20 of the fourth gearbox 18 are encoder magnets magnetized in such a way that the power the lines are perpendicular to the axis of rotation of the gears 19 and 20. The field of these magnets of the encoder 25 interacts with the Hall microcircuit of the encoder 25, mounted on the base of the housing 16 (see figure 1).

Система слежения за Солнцем фотоэнергоустановки работает следующим образом. Первый привод 7, размещенный в неподвижном относительно стойки 8 корпусе 16, через первый редуктор вращает вокруг вертикальной оси неподвижной стойки 3 пространственную раму 10, на которой располагаются солнечные модули (не показаны), поворачивая пространственную раму 10 в азимутальном направлении с передаточным отношением Iаз. Одновременно первый привод 7 вращает третий редуктор 17 с ведомой шестерней 19 при передаточном отношении iаз, удовлетворяющем соотношению: 1,3 Iаз≤iаз<2 Iаз. При таком соотношении Iаз и iаз при повороте пространственной рамы 10 вокруг вертикальной оси на угол 360°, ведомая шестерня 19 поворачивается на угол 180°-280°. В результате закрепленные на ведомой шестерне 19 и разнесенные по окружности кулачки 21 могут взаимодействовать с неподвижными концевыми выключателями 22 при предельном повороте пространственной рамы 10 в азимутальном направлении на угол несколько больший, чем 360°. Второй привод 14 через второй редуктор поворачивает раму 10 вокруг горизонтальной оси 9 в зенитальном направлении с передаточным отношением Iзен. Одновременно второй привод 14 вращает четвертый редуктор 18 с ведомой шестерней 20 при передаточном отношении iзен, удовлетворяющем соотношению: 0,3 Iзен≤iзен<Iзен. При таком соотношении Iаз и iаз при повороте пространственной рамы 10 вокруг горизонтальной на угол 90°, ведомая шестерня 20 поворачивается на угол 90°-280°. В результате закрепленные на ведомой шестерни 20 и разнесенные по окружности в пределах сектора 90°-280° кулачки 23 будут взаимодействовать с неподвижными концевыми выключателями 24 при предельном повороте пространственной рамы 10 в зенитальном направлении до 90°.The solar tracking system of a photovoltaic power plant operates as follows. The first drive 7, located in the housing 16, which is stationary relative to the rack 8, through the first gearbox rotates around the vertical axis of the stationary rack 3 the spatial frame 10, on which the solar modules (not shown) are located, turning the spatial frame 10 in the azimuthal direction with the gear ratio I az . At the same time, the first drive 7 rotates the third gearbox 17 with the driven gear 19 with a gear ratio i az satisfying the ratio: 1.3 I az ≤i az <2 I az . With this ratio of I az and i az when the spatial frame 10 is rotated around the vertical axis by an angle of 360 °, the driven gear 19 is rotated through an angle of 180 ° -280 °. As a result, the cams 21 fixed to the driven gear 19 and circumferentially spaced apart can interact with the fixed limit switches 22 when the spatial frame 10 is rotated to the maximum in the azimuthal direction by an angle slightly larger than 360 °. The second drive 14 through the second gear rotates the frame 10 around the horizontal axis 9 in the zenithal direction with a gear ratio of I zen . At the same time, the second drive 14 rotates the fourth gearbox 18 with the driven gear 20 with a gear ratio of i zen , satisfying the ratio: 0.3 I zen ≤i zen <I zen . With this ratio of I az and i az when the spatial frame 10 is rotated around the horizontal by an angle of 90 °, the driven gear 20 is rotated through an angle of 90 ° -280 °. As a result, the cams 23 mounted on the driven gear 20 and spaced around the circumference within the 90 ° -280 ° sector within the sector 24 will interact with the fixed limit switches 24 at the maximum rotation of the spatial frame 10 in the zenith direction up to 90 °.

Такое конструктивное решение, ограничивающее предельные углы поворота осей системы слежения за Солнцем, является универсальным и позволяет располагать солнечную энергоустановку в любой точке земного шара, в том числе и в экваториальной зоне. Действительно, в случае размещения станции на экваторе, азимутальный угол поворота превышает 360 градусов, что не позволяет традиционным системам аварийного отключения приводов использовать концевые выключатели без их сезонной перенастройки. Отметим, что конструктивно третий и четвертый измерительные редукторы идентичны и различаются только передаточными отношениями. Это создает дополнительные удобства при монтаже и обслуживании.Such a constructive solution, limiting the limiting angles of rotation of the axes of the solar tracking system, is universal and allows you to locate a solar power plant anywhere in the world, including in the equatorial zone. Indeed, if the station is located at the equator, the azimuthal angle of rotation exceeds 360 degrees, which does not allow traditional emergency shutdown systems to use limit switches without seasonal adjustment. Note that structurally the third and fourth measuring gears are identical and differ only in gear ratios. This creates additional convenience during installation and maintenance.

Снабжение ведомых шестерней 19, 20 соответственно третьего редуктора 17 и четвертого редуктора 18 датчиками угла поворота, в качестве которого может быть использован, например, абсолютный 10-битный магнитный энкодер 25 на основе эффекта Холла, позволяет измерять абсолютные значения углов азимутального и зенитального поворотов в режиме реального времени с точностью до 0,1°.Providing the driven gears 19, 20, respectively, of the third gearbox 17 and the fourth gearbox 18 with rotation angle sensors, for example, an absolute 10-bit magnetic encoder 25 based on the Hall effect, can be used to measure the absolute values of the angles of azimuth and zenith rotations in the mode real time with an accuracy of 0.1 °.

Claims (3)

1. Система слежения за Солнцем фотоэнергоустановки, содержащая подсистему азимутального вращения и подсистему зенитального вращения, подсистема азимутального вращения выполнена в виде неподвижной стойки, по центру которой закреплен горизонтальный диск с рифленой поверхностью, являющийся ведомой шестерней первого редуктора, вращаемого валом первого привода с передаточным отношением Iаз, на торец стойки надета с возможностью вращения труба, на верхнем конце трубы закреплена горизонтальная ось, на которой с возможностью вращения установлена подсистема зенитального вращения, выполненная в виде пространственной рамы и прикрепленных снизу к раме двух вертикальных секторов с рифлеными круговыми торцовыми поверхностями, являющимися ведомыми шестернями второго редуктора, вращаемого валом второго привода с передаточным отношением Iзен, на нижнем конце трубы закреплен двуплечий рычаг, на котором установлены первый и второй приводы, вал первого привода соединен также с третьим редуктором с передаточным отношением iаз, а вал второго привода соединен также с четвертым редуктором с передаточным отношением iзен, на ведомых шестернях третьего и четвертого редукторов закреплены по два кулачка, разнесенных по окружностям и взаимодействующих с неподвижными концевыми выключателями, останавливающими вращение соответственно первого и второго приводов, при этом передаточные отношения Iаз, Iзен, iаз и iзен удовлетворяют соотношениям
1,3 Iаз≤iаз<2 Iаз;
0,3 Iзен≤iзен<Iзен.1. The solar tracking system of a photovoltaic power plant, containing the azimuthal rotation subsystem and the zenithal rotation subsystem, the azimuthal rotation subsystem is made in the form of a fixed rack, in the center of which a horizontal disk with a grooved surface is fixed, which is the driven gear of the first gearbox, rotated by the shaft of the first drive with a gear ratio I az, on the rack end is fitted rotatable tube, the upper end of the pipe is fixed horizontal axis, in which, with the mouth of rotation ovlena subsystem zenith of rotation, designed as a space frame, and attached below to the frame of two vertical sectors grooved circular end surfaces, which are the driven gears of the second gear unit, the rotating shaft of the second drive gear ratio I zen, at the lower end of the pipe is fixed two-armed lever, on which set the first and second actuators, first drive shaft is also connected to the third gear with a transmission ratio i ds and the second drive shaft is also connected to a fourth D uktorom with gear ratio i Zen, on the driven pinions of the third and fourth gears mounted on the two cams spaced circumferentially and cooperating with a stationary limit switches, stops the rotation of the first and second actuators, wherein the ratios I ds, I zen, i ds and i zen satisfy the relations
1.3 I az ≤i az <2 I az ;
0.3 I Zen ≤i Zen <I Zen . 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что ведомые шестерни третьего и четвертого редукторов снабжены датчиками угла поворота.2. The system according to claim 1, characterized in that the driven gears of the third and fourth gears are equipped with angle sensors. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве датчика угла поворота использован абсолютный 10-битный магнитный энкодер. 3. The system according to claim 1, characterized in that the absolute 10-bit magnetic encoder is used as a rotation angle sensor.
RU2011132559/06A 2011-08-02 2011-08-02 Photovoltaic plant sun tracking system RU2488046C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132559/06A RU2488046C2 (en) 2011-08-02 2011-08-02 Photovoltaic plant sun tracking system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011132559/06A RU2488046C2 (en) 2011-08-02 2011-08-02 Photovoltaic plant sun tracking system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011132559A RU2011132559A (en) 2013-02-10
RU2488046C2 true RU2488046C2 (en) 2013-07-20

Family

ID=48791347

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011132559/06A RU2488046C2 (en) 2011-08-02 2011-08-02 Photovoltaic plant sun tracking system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2488046C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2558665C1 (en) * 2014-06-27 2015-08-10 Евгений Александрович Оленев Sun tracking system
RU2625604C1 (en) * 2016-05-30 2017-07-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук System of tracking sun of concentratory energy system
RU202039U1 (en) * 2020-07-03 2021-01-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Solar tracker

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4332238A (en) * 1980-03-27 1982-06-01 Garcia Jr Raul Solar tracking system
US20030201578A1 (en) * 2002-04-26 2003-10-30 Ming Li Method of drilling holes with precision laser micromachining
US7202457B2 (en) * 2002-05-28 2007-04-10 Giselher Fengler Device that automatically tracks the position of the sun
RU2354896C1 (en) * 2007-12-18 2009-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") Photo power plant
RU2377474C1 (en) * 2008-12-23 2009-12-27 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Plant for orientation of solar-voltaic array to sun

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4332238A (en) * 1980-03-27 1982-06-01 Garcia Jr Raul Solar tracking system
US20030201578A1 (en) * 2002-04-26 2003-10-30 Ming Li Method of drilling holes with precision laser micromachining
US7202457B2 (en) * 2002-05-28 2007-04-10 Giselher Fengler Device that automatically tracks the position of the sun
RU2354896C1 (en) * 2007-12-18 2009-05-10 Общество с ограниченной ответственностью "Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (ООО "Национальная инновационная компания "НЭП") Photo power plant
RU2377474C1 (en) * 2008-12-23 2009-12-27 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Plant for orientation of solar-voltaic array to sun

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2558665C1 (en) * 2014-06-27 2015-08-10 Евгений Александрович Оленев Sun tracking system
RU2625604C1 (en) * 2016-05-30 2017-07-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук System of tracking sun of concentratory energy system
RU202039U1 (en) * 2020-07-03 2021-01-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Solar tracker

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011132559A (en) 2013-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mustafa et al. Simple design and implementation of solar tracking system two axis with four sensors for Baghdad city
EP2232201B1 (en) Light source tracker
US7884308B1 (en) Solar-powered sun tracker
US6284968B1 (en) Solar-tracking system
WO2012009185A1 (en) Light source tracker
Elagib et al. Design and implementation of dual axis solar tracker based on solar maps
CN102055378A (en) Sunlight tracker
RU2476783C1 (en) Solar power plant
Rambhowan et al. Improving the dual-axis solar tracking system efficiency via drive power consumption optimization
RU2488046C2 (en) Photovoltaic plant sun tracking system
Prinsloo Automatic positioner and control system for a motorized parabolic solar reflector
RU2377472C1 (en) Solar power plant
KR200487427Y1 (en) Photovoltaic power generation apparatus
EP3255786B1 (en) Solar light detection device and solar light tracker having same
US20130333690A1 (en) Solar tracker
Davlyatovich et al. Selection of Compronents for Tracking Systems of A Solar Plant
RU2715901C1 (en) Sun tracking unit and method of its orientation
GB2474662A (en) Solar energy power source comprising moveable solar panels
RU2579169C1 (en) Positioning and solar tracking system for concentrator solar power plant
Jiao et al. Design of automatic two-axis sun-tracking system
US20090211566A1 (en) Tracking System for Wave Sources
RU171448U1 (en) DEVICE FOR AUTOMATIC ORIENTATION OF THE SOLAR BATTERY
CN103890500A (en) Solar concentrator including a heliostat and a fresnel lens
Prinsloo et al. Mechatronic platform with 12m2 solar thermal concentrator for rural power generation in Africa
RU2811399C1 (en) Device for automatic orientation of solar battery

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140803