太阳多跟踪系统的制作方法

文档序号:10593449阅读:589来源:国知局
太阳多跟踪系统的制作方法
【专利摘要】本申请涉及一种太阳多跟踪系统,包括:在一用于方位角跟踪的旋转平台上放置至少一套由前后放置的二组仰角跟踪组件组成的太阳能能量获取组件。二组仰角跟踪组件包括仰角跟踪组件A和仰角跟踪组件B,其中,仰角跟踪组件A和仰角跟踪组件B可独立转动并可相互配合进行仰角调整。
【专利说明】
太阳多跟踪系统
技术领域
[0001]本发明涉及太阳能利用领域,尤其涉及一种太阳多跟踪系统。
【背景技术】
[0002]世界能源日趋枯竭,可再生能源的开发和利用前景广阔。全方位、高效率地利用太阳能是相关业内人士追求的目标。随着各国光伏补贴政策的陆续出台,光伏发电进入了前所未有的快速发展期。同时,光伏政策从“装机容量补贴”转为“度电补贴”,如何提高光伏发电效率、降低发电成本成为一个长远的课题。
[0003]太阳跟踪系统是一种通过实时跟踪太阳来实现光伏组件发电量最大化的装置,其能够保持太阳能电池板随时正对太阳,使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板,因此能够显著提高太阳能光伏组件的发电效率。
[0004]在太阳能光伏发电系统中,光伏支架为关键部件之一。通常,光伏支架可分为固定式和跟踪式两种。固定式光伏支架不能追踪太阳位置的变化,所以太阳能的利用率低。跟踪式光伏支架可随着太阳的移动而对其自身的角度作相应的调整和变化,相比固定式光伏支架能够大大提高太阳能的利用率。但无论是采用固定式还是跟踪式光伏支架,现有的太阳能光伏发电系统中的光伏组件的面积仅为该系统的占地面积的三分之一左右,未能充分利用宝贵的土地资源。
[0005]申请号为201110365262.4的中国专利申请公开了一种利用阴影活动区增加太阳能光伏发电站发电量的方法。具体地,如图1所示,在原有光伏组件板的固定支架阵列之间的阴影活动区内铺设新增光伏组件板,且同时采用追日跟踪机构,新增光伏组件板的支架是转动式的。通过分析,可发现此专利申请公开的技术方案存在如下问题:I)由于通道空间有限及前后排原有光伏阵列躲避阴影遮挡等因素的限制,新增光伏组件无法有效地进行双轴追日跟踪或经度向单轴追日跟踪,仅能进行玮度向单轴追日跟踪,其实际光伏发电出力极其有限,并且转动式支架的复杂度、成本等大幅增加。2)光伏阵列之间无联动,未充分利用增加的光伏组件。
[0006]申请号为201020563006.7的中国专利申请公开了一种盘式双轴太阳跟踪器。具体地,如图2所示,该盘式双轴太阳跟踪器包括光伏组件以及用于安装光伏组件的安装平台;安装平台的中心为转轴并通过转动实现光伏组件对太阳方位角的跟踪;在安装平台上设置有支架阵列,光伏组件安装在支架阵列上;在光伏组件安装阵列上连接有用于调整光伏组件俯仰姿态的传动机构。通过分析,可发现此专利申请公开的技术方案存在如下问题:虽然实现了光伏组件的双轴追日功能,但前后光伏阵列的面积不到该盘式双轴太阳跟踪器的占地面积的一半,浪费了宝贵的土地资源。
[0007]申请号为201510421612.2的中国专利申请公开了一种凸轮式可调角度光伏支架。具体地,如图3所示,该凸轮式可调角度光伏支架包括凸轮调节支架,凸轮调节支架包括底座、凸轮盘、斜撑杆和斜梁,斜梁的上端有能够固定和支撑光伏电池板组件的支撑平面,斜梁的左部铰接安装在底座左部,斜梁的右部下端铰接安装有斜撑杆,斜撑杆的下端通过能够锁定位置的凸轮盘铰接安装在底座右部。通过分析,可发现此专利申请公开的技术方案存在如下问题:凸轮系统实质上相当于环绕轴心布置的多个不同长度推杆部件的组合体,因此该机构也存在凸轮行程有限,从而导致光伏组件不能实现所需要的仰角调整范围的问题。而且,凸轮机构与被驱动的杠杠之间为滑动副配合,且该滑动副承受全部的反作用力,这就导致两者的接触面上摩擦力非常大,不仅会造成迅速磨损问题,如果风沙或其它异物一旦进入二者的配合间隙,则可能造成机构的过度磨损或卡死。

【发明内容】

[0008]鉴于以上所述的一个或多个问题,本发明提供了一种新颖的太阳多跟踪系统。
[0009]根据本发明实施例的太阳多跟踪系统,包括:能够旋转的方位角跟踪平台;放置在方位角跟踪平台上的至少一套仰角跟踪组件,其中每套仰角跟踪组件包括前后放置的仰角跟踪组件A和仰角跟踪组件B,仰角跟踪组件A和仰角跟踪组件B能够独立转动并能够相互配合以实现安装在它们上的太阳能能量获取组件的仰角调整。
[0010]在根据本发明实施例的太阳多跟踪系统中,仰角跟踪组件A和仰角跟踪组件B的调整策略是:安装在仰角跟踪组件A和仰角跟踪组件B上的太阳能能量获取组件的总发电出力最大。
[0011]在根据本发明实施例的太阳多跟踪系统中,仰角跟踪组件B位于仰角跟踪组件A后方。仰角跟踪组件A与方位角跟踪平台的铰接点位于仰角跟踪组件A的前半段,仰角跟踪组件A与其驱动机构的铰接点位于仰角跟踪组件A的后半段,且仰角跟踪组件A与其驱动机构的铰接点始终高于仰角跟踪组件A与方位角跟踪平台的铰接点。仰角跟踪组件B与固定于方位角跟踪平台上的立柱的铰接点位于仰角跟踪组件B的前半段,仰角跟踪组件B与其驱动机构的铰接点位于仰角跟踪组件B的后半段。
[0012]在根据本发明实施例的太阳多跟踪系统中,仰角跟踪组件A的驱动机构与仰角跟踪组件B的驱动机构相同。例如,驱动机构包括驱动部件、联动轴、摇臂、以及连杆,其中:联动轴对称或不对称地布置在驱动部件两侧;联动轴上布置有摇臂;摇臂一端与联动轴固定连接,另一端与连杆铰接;连杆与仰角跟踪组件A/仰角跟踪组件B铰接;并且联动轴上的各个摇臂与水平面的夹角相同。
[0013]在根据本发明实施例的太阳多跟踪系统中,驱动部件旋转时带动联动轴、以及固定于联动轴的摇臂同时运动,摇臂驱动连杆运动从而推动仰角跟踪组件A/仰角跟踪组件B绕其与连杆的铰接点旋转运动。
【附图说明】
[0014]从下面结合附图对本发明的【具体实施方式】的描述中可以更好地理解本发明,其中:
[0015]图1是现有的太阳能光伏发电系统的第一示例的示意图;
[0016]图2是现有的太阳能光伏发电系统的第二示例的示意图;
[0017]图3是现有的太阳能光伏发电系统中的光伏支架的示意图;
[0018]图4是根据本发明实施例的太阳多跟踪系统的结构示意图;
[0019]图5是图4中的仰角跟踪支架A与其驱动机构400、以及仰角跟踪支架B与其驱动机构500之间的连接关系的不意图;以及
[0020 ]图6是图4中的仰角跟踪支架B的驱动机构500的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中,提出了许多具体细节,以便提供对本发明的全面理解。但是,对于本领域技术人员来说很明显的是,本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法,而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中,没有示出公知的结构和技术,以便避免对本发明造成不必要的模糊。
[0022]鉴于现有的太阳能光伏发电系统的一个或多个问题,本发明提出了一种新颖的太阳多跟踪系统,其能够例如,使太阳能发电系统高效利用土地。根据本发明实施例的太阳多跟踪系统从两个方面实现太阳能发电系统对土地的高效利用:一是用两组一套的仰角跟踪组件取代现有的一组仰角跟踪组件,以增加同等占地面积上的太阳能能量获取组件的装机容量(太阳能能量获取组件被安装在仰角跟踪组件上);二是通过方位角跟踪平台实现对太阳的双轴追踪、并且通过对两组一套的仰角跟踪组件进行控制,来实现太阳能能量获取组件对太阳辐射接收的最大化。
[0023]图4是根据本发明实施例的太阳多跟踪系统的结构示意图。图5是图4中的仰角跟踪支架A与其驱动机构400、以及仰角跟踪支架B与其驱动机构500之间的连接关系的示意图。图6是图4中的仰角跟踪支架B的驱动机构500的结构示意图。下面,结合图4至图6,详细描述根据本发明实施例的太阳多跟踪系统。
[0024]如图4所示,根据本发明实施例的太阳多跟踪系统包括方位角跟踪平台100、仰角跟踪支架A 200、以及仰角跟踪支架B 300。其中,方位角跟踪平台100能够在其安装平面上旋转,并且可以包括至少一套仰角跟踪支架;仰角跟踪支架A 200和仰角跟踪支架B 300安装在方位角跟踪平台100上,并构成一套仰角跟踪支架;分别归属于不同的仰角跟踪支架套组中的仰角跟踪支架A相互平行;分别归属于不同的仰角跟踪支架套组中的仰角跟踪支架B相互平行。
[0025]如图4和图5所示,在任意一套仰角跟踪支架中,仰角跟踪支架B300位于仰角跟踪支架A 200后方;仰角跟踪支架A 200与方位角跟踪平台100的铰接点210位于仰角跟踪支架A 200的前半段,仰角跟踪支架A200与其驱动机构400的铰接点位于仰角跟踪支架A 200的后半段,并且后端铰接点220始终高于前端铰接点210;仰角跟踪支架B 300与固定于方位角跟踪平台100上的立柱301的铰接点310位于仰角跟踪支架B 300的前半段,仰角跟踪支架B300与其驱动机构500的铰接点320位于仰角跟踪支架B 300的后半段;仰角跟踪支架A和仰角跟踪支架B的驱动机构具有相同的结构。
[0026]下面,以仰角跟踪支架B的驱动机构500为例进行说明。如图6所示,驱动机构500包括驱动部件501、联动轴502、摇臂503、以及连杆504。其中,联动轴502对称或不对称地安装在驱动部件501两侧;联动轴502上布置有多组相同规格的摇臂503和连杆504组成的驱动杆组(即,这些驱动杆组的规格是一致的);摇臂503—端与联动轴502固定连接,另一端与连杆504铰接;连杆504与仰角跟踪支架B铰接。
[0027]在初始位置上,联动轴502上的各个摇臂503与水平面的夹角均相同;当驱动部件501旋转时带动两侧联动轴501以及固定于联动轴501上的摇臂503同时运动;摇臂503驱动连杆504运动并推动仰角跟踪支架B绕其与连杆504的铰接点旋转运动,从而使得安装在仰角跟踪支架B上的太阳能能量获取组件的仰角产生变化。由于各杆组规格一致,且由同一台驱动部件、同一根联动轴驱动,因此杆组的运动同步性极佳。
[0028]在上述实施例中,将方位角旋转驱动部件精简为一个方位角跟踪平台,并采用联动式的旋转驱动部件实现对仰角的调整,大大减少了仰角驱动部件数量,从而降低了整个太阳多跟踪系统发生故障的概率,在系统层次提高了可靠性水平。
[0029]在一些实施例中,仰角跟踪支架A和仰角跟踪支架B的驱动机构可以均采用回转驱动部件与杆组配合的形式。这样,可以提高零部件层级的可靠性水平,从而进一步提高整个太阳跟踪系统的可靠性。
[0030]针对大风引起振动因而有可能导致太阳能能量获取组件隐裂的问题,在一些实施例中仰角跟踪支架A/B采用简支梁结构取代现有的悬臂梁结构,使得仰角跟踪支架与太阳能能量获取组件处于稳固的支撑状态,并在横向上通过联动轴驱动多组杆组进行同步主动驱动,解决了横向结构刚性保障的难题。在灾害天气条件下,仰角跟踪支架A和仰角跟踪支架B可以形成双面坡屋顶结构,使太阳能发电系统的风阻大大降低,提高太阳能发电系统的抗灾能力。
[0031]在一些实施例中,可以采用阿苏尔运动链(杆组)分析法和参数优化设计方法对仰角跟踪支架进行设计与分析,设计出力学结构合理的杆组结构并借助计算机来模拟电动机等回转驱动部件与杆组协同运动实现仰角跟踪支架的调整过程,得出杆组与驱动部件的组合方案,并利用编写的计算机程序完成复杂的优化过程,得出满足要求的仰角跟踪支架铰接点坐标值和各构件的长度,在保证压力角的前提下实现仰角跟踪支架所需的角度调整范围的要求。
[0032]在实际应用中,可以通过以下过程安装结合图4至图6描述的太阳跟踪系统:
[0033]首先,在选定地点上安装方位角跟踪平台,方位角跟踪平台下方由安装在基粧上的脚轮支撑。方位角跟踪平台中心处留有电缆过孔,用于电气及通讯线路的铺设;方位角跟踪平台外周安装有柱销传动部件,由电动机带动二级减速机后驱动旋转。
[0034]然后,在方位角跟踪平台上安装支撑梁,支撑梁上均布铰接零件,用于和仰角跟踪支架A以及仰角跟踪支架B铰接。在仰角跟踪支架阵列的中间位置安装电动机和减速机,所用减速机为双出轴蜗轮蜗杆减速机。仰角跟踪支架的驱动机构中的联动轴为空心钢管,与减速机之间通过法兰进行连接。联动轴每隔2.4米设有支撑柱,支撑柱上安装有高分子组合物轴瓦,用于减少联动轴的摩擦阻力。仰角跟踪支架的斜梁可以采用例如,50毫米的方钢管制作,斜梁间距2.4米,斜梁一端与方位角平台横梁上的铰接零件铰接,另一端与仰角跟踪支架的驱动机构的连杆铰接。仰角跟踪支架的驱动机构的摇臂一端固定在联动轴上,另一端与连杆铰接。为避免仰角跟踪支架运动超限,在方位角和仰角运动方向上均设有起始位置和终止位置限位开关。仰角跟踪支架A上的太阳能能量获取组件采用竖装双排结构,仰角跟踪支架B上的太阳能能量获取组件采用竖装单排结构。
[0035]在仰角跟踪支架斜梁上安装有倾角传感器,倾角传感器可将太阳能能量获取组件的倾角实时发送给上位机,倾角传感器与上位机之间采用例如,Modbus协议进行通信。驱动电机的供电由控制箱中的正转控制电路和反转控制电路提供,控制箱设置有手动按钮及自动控制执行模块,自动控制执行模块可根据上位机的指令接通正转或反转电路并保持由上位机指定的通电时间后断开电路。上位机根据当地经玮度和当前时刻计算出太阳的方位角和高度角,并驱动跟踪支架进行运动对太阳辐射进行自动追踪。
[0036]根据本发明实施例的太阳跟踪系统大幅可以减少同等光伏发电出力光伏支架所需的驱动部件数量,降低驱动部件发生导致跟踪系统失效的几率,从而提高系统的可靠性。
[0037]另外,仰角驱动支架的联动式的驱动机构采用一台电机驱动多个仰角驱动支架运动,建设成本低、耐环境性好、抗风性极佳。同时,仰角驱动支架的简支梁结构也有效改善了太阳能能量获取组件的受力状态。驱动部件受力均衡稳定,确保角度调整运行稳定可靠,提高了太阳跟踪系统整体运行的稳定性。
[0038]综上所述,本发明提出了一种太阳跟踪系统,利用回转平台实现集中式方位角跟踪,并利用电动机等回转驱动部件与若干连杆构成的杆组相配合驱动两组仰角跟踪组件进行独立或配合调整来实现太阳能能量获取组件对太阳能量的最大利用。仰角跟踪组件采用联动方式进行驱动,减少了驱动部件数量,并增强了支架刚性。
[0039]根据本发明的太阳跟踪系统解决了现有的太阳能光伏发电系统对土地利用率低的问题,并解决了现有的仰角调整组件存在的支架受力不合理、角度调节范围偏小、系统结构稳定性差、运动可靠性差、对风沙、异物和冰冻等防御能力差等问题。例如,在相同的占地面积上,可以比固定式光伏支架多安装50%的光伏组件,增加35%的发电出力,从而实现相同土地上光伏发电出力倍增的良好效果。
[0040]本发明可以以其他的具体形式实现,而不脱离其精神和本质特征。例如,特定实施例中所描述的算法可以被修改,而系统体系结构并不脱离本发明的基本精神。因此,当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的,本发明的范围由所附权利要求而非上述描述定义,并且,落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明的范围之中。
【主权项】
1.一种太阳多跟踪系统,包括: 能够旋转的方位角跟踪平台; 放置在所述方位角跟踪平台上的至少一套仰角跟踪组件,其中 每套仰角跟踪组件包括前后放置的仰角跟踪组件A和仰角跟踪组件B,所述仰角跟踪组件A和所述仰角跟踪组件B能够独立转动并能够相互配合以实现安装在它们上的太阳能能量获取组件的仰角调整。2.如权利要求1所述的太阳多跟踪系统,其特征在于,所述仰角跟踪组件A和所述仰角跟踪组件B的调整策略是:安装在所述仰角跟踪组件A和所述仰角跟踪组件B上的太阳能能量获取组件的总发电出力最大。3.如权利要求1所述的太阳多跟踪系统,其特征在于,所述仰角跟踪组件B位于所述仰角跟踪组件A后方。4.如权利要求3所述的太阳多跟踪系统,其特征在于,所述仰角跟踪组件A与所述方位角跟踪平台的铰接点位于所述仰角跟踪组件A的前半段,所述仰角跟踪组件A与其驱动机构的铰接点位于所述仰角跟踪组件A的后半段,且所述仰角跟踪组件A与其驱动机构的铰接点始终高于所述仰角跟踪组件A与所述方位角跟踪平台的铰接点。5.如权利要求3所述的太阳多跟踪系统,其特征在于,所述仰角跟踪组件B与固定于所述方位角跟踪平台上的立柱的铰接点位于所述仰角跟踪组件B的前半段,所述仰角跟踪组件B与其驱动机构的铰接点位于所述仰角跟踪组件B的后半段。6.如权利要求书3所述的太阳多跟踪系统,其特征在于,所述仰角跟踪组件A的驱动机构与所述仰角跟踪组件B的驱动机构相同。7.如权利要求6所述的太阳多跟踪系统,其特征在于,所述驱动机构包括驱动部件、联动轴、摇臂、以及连杆,其中: 所述联动轴对称或不对称地布置在所述驱动部件两侧; 所述联动轴上布置有所述摇臂; 所述摇臂一端与所述联动轴固定连接,另一端与所述连杆铰接; 所述连杆与所述仰角跟踪组件A/仰角跟踪组件B铰接;并且 所述联动轴上的各个摇臂与水平面的夹角相同。8.如权利要求书7所述的太阳多跟踪系统,其特征在于,所述驱动部件旋转时带动所述联动轴、以及固定于所述联动轴的所述摇臂同时运动,所述摇臂驱动所述连杆运动从而推动所述仰角跟踪组件A/仰角跟踪组件B绕其与所述连杆的铰接点旋转运动。
【文档编号】G05D3/12GK105955313SQ201610346517
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】南寅, 南添, 王立昌, 朱超, 耿存杰
【申请人】首瑞(北京)投资管理集团有限公司
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