专利名称：双轴跟踪太阳光装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能利用技术领域，具体地说是一种能通过简单的时钟程序控 制，自动调整映日面，使太阳光始终保持最佳入射角度，达到最大效率利用太阳能的双轴跟 踪太阳光装置。
背景技术：
现在的太阳能光伏发电系统，大多是将太阳能电池板固定安装，该结构仅能保证 在每年的某一天的某一时间，太阳光以最佳角度照射，所以太阳光的利用率相对较低。因不 同地区光照条件不同，动态跟踪技术的使用可以是光伏发电量提高30% -50%以上。但是 现有的太阳光跟踪技术大都因为结构复杂等原因导致成本偏高，甚至超过发电装置总投资 的30% ；而且跟踪装置本身还要消耗一定电能，使用跟踪装置占用的土地也比固定安装时 多，设备的养护、维修又需要额外增加技术人员，装置安装较复杂，运行风险也大于固定安 装。同时，为了降低跟踪成本，生产厂家现在将跟踪装置做的越来越大，这又增加了装置的 不稳定性，安装维护难度增加，对道路和地基要求提高等一系列问题，使得跟踪技术产生的 效果的吸引力大大降低，阻碍了太阳光跟踪技术的商业化发展。现有的跟踪装置由于很多都是通过传感器实时感应太阳的位置，然后由复杂的反 馈系统，对装置的状态进行调整；或者将太阳每一瞬间的水平角和俯仰角位置，都代入到程 序中，控制跟踪装置俯仰角和水平角的转动，实现跟踪。这样虽然可以保证较高的跟踪精 度，但是由于太阳运行的规律，使得它在水平角和俯仰角两个方向转动的角速度是不均勻 的，这使得控制程序十分庞大复杂，系统制作和维护成本都很高，运行也不稳定，同样阻碍 了跟踪技术的大规模应用。
发明内容本实用新型的目的是提供一种简单可靠的双轴跟踪太阳光装置，通过简单的钟控 程序控制，自动调整映日面，使太阳光始终保持最佳入射角度，达到最大效率利用太阳能的 目的。本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是该种双轴跟踪太阳光装置，包 括电池板固定架、支撑架、俯仰角旋转驱动构件和左右角旋转驱动构件，其特征是，所述的 电池板固定架通过一个三维旋转构件与支撑架连接，所述的三维旋转构件由呈十字状布置 的俯仰角旋转轴和左右角旋转轴组成，所述的支撑架通过俯仰角旋转轴与三维旋转构件铰 接连接，所述左右角旋转轴一端与电池板固定架铰接连接，另一端通过回转驱动装置铰接 到电池板固定架上，形成左右角旋转驱动构件；所述的俯仰角旋转驱动构件至少包括可以使电池板固定架依托所述三维旋转构 件的俯仰角旋转轴进行转动的传动部件和驱动装置。进一步地，所述的回转驱动装置包括驱动电机和涡轮蜗杆减速部件，其中涡轮蜗 杆减速部件的输出端与所述左右角旋转轴固定连接，涡轮蜗杆减速部件的壳体与电池板固定架固定连接。所述的俯仰角旋转驱动构件是一个回转驱动装置，包括驱动电机和涡轮蜗杆减速 部件，其中涡轮蜗杆减速部件的输出端与所述俯仰角旋转轴固定连接，涡轮蜗杆减速部件 的壳体与支撑架固定连接。所述的俯仰角旋转驱动构件的传动部件为其上设有传动构造的半圆弧体，所述的 半圆弧体两端固定连接在三维旋转构件的左右角旋转轴上、或两端铰接在电池板固定架 上；驱动装置包括固定安装在支撑架上的电机和蜗轮蜗杆减速器，在蜗轮蜗杆减速器的输 出轴上安装与半圆弧体的传动构造相配合的传动轮，实现驱动电池板固定架在俯仰角方向 上的运动。所述的俯仰角旋转驱动构件的传动部件为具有定位构造的半圆弧体，所述的半圆 弧体至少一端与三维旋转构件的左右角旋转轴固定连接或与电池板固定架铰接；所述的驱 动装置包括可以穿插在支撑架上的定位装置和半圆弧体的定位构造之间的定位销，通过定 位销实现将电池板固定架锁定在某一状态的能力。所述的俯仰角旋转驱动构件的传动部件为包括第一传动绳和第二传动绳在内的 绳状体，所述驱动装置包括固定安装在支撑架上的电机和蜗轮蜗杆减速器；在蜗轮蜗杆减 速器的输出轴上安装可以和绳状体相配合的绳轮，所述绳轮为中间直径小、两端直径大的 柱状，且在绳轮柱面上设有两个关于绳轮中间断面对称的第一螺旋导向槽和第二螺旋导向 槽；所述的第一传动绳和第二传动绳分别设置在第一螺旋导向槽和第二螺旋导向槽内，其 一端固定在相应的螺旋导向槽内，另一端连接在太阳能电池板固定架上或三维旋转构件的 左右角旋转轴上，二者之间为收放关系，在绳轮旋转时，两根传动绳一收一放，且收放量不 同，可以有效吸收两传动绳直线收放两不同的量。所述的俯仰角旋转驱动构件的传动部件为电动直线推杆或液压直线推杆，其一端 铰接在支撑架上，另一端铰接在电池板固定架上或三维旋转构件的左右角旋转轴上，用于 调节俯仰角角度。本实用新型的有益效果是1)装置结构简单合理，易于实现规模化生产。2)采用定时运行控制程序以及利用涡轮蜗杆的自锁特性，降低了装置的运转能
^^ ο3)通过俯仰角和左右角的协同运转使电池板平面的垂直对应点与太阳的日运行 轨迹相吻合，简化了装置的控制程序。4)利用开环控制系统即可实现精确追踪的目的，降低了控制系统的成本，同时减 少了故障的几率，便于安装和日常维护。5)简化的程序有利于实现大型光伏电站的中心控制功能。6)本装置跟踪的水平角度可达210°，俯仰角度可达120°，可以在除极高纬度地 区以外的任何地区使用，适用范围广。
图1为实施例一的结构图；图2为三维旋转构件的两种形式示意图；[0022]图3为实施例二的结构图；图4为实施例三的结构图；图5为实施例四的结构图；图6绳轮的示意图；图7为实施例五的结构图；图中1电池板固定架，11鱼腹板，2支撑架，3三维旋转构件，31左右角旋转轴，32 俯仰角旋转轴，41第一回转驱动装置，42第二回转驱动装置，42'驱动装置，43齿轮，5半圆 弧体，61定位孔，62圆销，63定位销，71第一传动绳，72第二传动绳，8绳轮，81第一螺旋导 向槽，82第二螺旋导向槽，9电动直线推杆。
具体实施方式
实施例一如图1 图2所示，电池板固定架1为焊接式框架结构(或铝型材组合式框架结 构)，用于固定电池板。为减小风阻，电池板之间可以平行安装，但互相之间留有一定间隙， 也可以与电池板固定架相互成一定倾斜角度安装。支撑架2为焊接而成的柱状的钢结构，支撑架下端通过紧固螺栓固定到地基上， 支撑架2上端通过三维旋转构件3连接电池板固定架1。如图2所示，三维旋转构件3包括呈十字状布置的左右角旋转轴31和俯仰角旋转 轴32，两轴通过焊接形成一体。根据两轴是否在同一平面上，可以分为交叉十字轴(两轴不 在同一平面上，图中A所示)和相交十字轴(两轴在同一平面上，图中B所示)两种基本形 式。俯仰角旋转轴32两端通过轴套铰接在支撑架2顶端的轴孔内，在支撑架2的顶端 与俯仰角旋转轴32配合处固定安装一个回转驱动装置，此处标记为第二回转驱动装置42， 该回转驱动装置包括驱动电机和涡轮蜗杆减速部件，市场有售。第二回转驱动装置42其输 出端与俯仰角旋转轴32固定连接。在第二回转驱动装置42的驱动下，电池板固定架1和 三维旋转构件3整体随俯仰角旋转轴32旋转。左右角旋转轴31下端通过一轴套可转动的安装在电池板固定架1背面的鱼腹板 11的轴孔内，为便于固定，在该部位局部设计成鱼腹状。左右角旋转轴31上端安装一个回 转驱动装置，该处标记为第一回转驱动装置41，第一回转驱动装置41与第二回转驱动装置 42具有相同的结构，其中涡轮蜗杆减速部件的输出端与左右角旋转轴31固定连接，涡轮蜗 杆减速部件的壳体与电池板固定架1上的鱼腹板11固定连接。在第一回转驱动装置41的 作用下，电池板固定架1可以绕左右角旋转轴31旋转。这样，通过第二回转驱动装置42旋转俯仰角旋转轴32，带动与其一体的三维旋转 构件3沿俯仰角方向旋转，进而带动电池板固定架1同步旋转；又通过第一回转驱动装置 41的自身旋转，带动与其固定连接在一起的电池板固定架1绕左右角旋转轴31沿左右角方 向旋转。实现了双轴驱动调节，适时跟踪太阳光的目的。三维旋转构件3设置在电池板固 定架1的重心点上，以达到合理分配电池板和电池板固定架的重力的目的。实施例二如图3所示，与实施例一不同之处在于传动部件是一个一体铸造成型的半圆弧体5，在半圆弧体5的外沿上设有齿状的突起；半圆弧体5两端直接焊接或栓接在左右角旋 转轴31上，且两个连接点关于俯仰角旋转轴32对称。在支撑架2的中部安装一个驱动装置42'，该驱动装置包括电机和蜗轮蜗杆减速 器，在蜗轮蜗杆减速器的动力输出轴上安装齿轮43，该齿轮正好与半圆弧体5上的齿相啮 合，用于传递动力，为传动轮。通过驱动装置42'既可以控制电池板固定架1在俯仰方向上 的运动。左右角跟踪构件与实施例一相同。半圆弧体5两端铰接在电池板固定架1上也可以达到相同效果。实施例三如图4所示，与实施例二不同之处在于在半圆弧体5的两端上设有沿半圆弧体 5径向且同轴的销孔，同时在电池板固定架1与销孔对应的位置设有一对侧耳，且两侧耳位 于左右角旋转轴的延长线上，且关于俯仰角旋转轴32对称。侧耳上也设有销孔，通过圆销 62恰好将半圆弧体5铰接在电池板固定架上。且半圆弧体5上有若干定位孔61，一系列的 定位孔均布在半圆弧体上形成定位构造，定位孔的数目可以根据情况设定，数目越多，定位 精度越高。在支撑架2的中部固定支架，支架上设有通孔，通孔内插入定位销63，形成定位 装置。该定位销同时穿过定位孔和通孔时，即可实现锁定。通过人工控制的方式，分级调节 俯仰角的角度，从而实现手动调节俯仰角的目的。本实施例是实施例二的一种变形。半圆弧体5仅一端在固定在左右角旋转轴31、或仅一端铰接在电池板固定架1上， 也可以实现上述功能。这些都是本实施例的变形。实施例四如图5所示，与实施例一不同之处在于传动部件为两条传动绳，分别标记为第一 传动绳71和第二传动绳72。驱动装置包括电机和蜗轮蜗杆减速器，固定安装在支撑架2 上，在蜗轮蜗杆减速器的输出轴上安装可以和传动绳相配合的绳轮8，如图6所示，该绳轮8 为中间直径小、两端直径大的柱状，且直径自中间向两侧渐变。在绳轮8柱面上设有两个关 于绳轮中间断面对称的第一螺旋导向槽81和第二螺旋导向槽82，两螺旋导向槽的旋向相 反，两导向槽的深度根据传动绳缠绕的需要进行设计。第一传动绳71和第二传动绳72分 别设置在第一螺旋导向槽81和第二螺旋导向槽82内，其中，第一传动绳71的一端固定在 第一螺旋导向槽81右侧，另一端连接在电池板固定架1 (或左右角旋转轴31)上；第二传动 绳72 —端固定在第二螺旋导向槽82右侧，另一端连接在电池板固定架1 (或左右角旋转轴 31)上。当绳轮旋转时，第一传动绳71收绳，第二传动绳72放绳，二者之间为收放关系，反 之亦然。通过设置合理的螺旋导向槽参数，可以保证平稳调节俯仰角。实施例五如图7所示，与实施例一不同之处在于，该处的传动部件为电动直线推杆9 (或液 压直线推杆)，其一端铰接在支撑架2上，另一端铰接在电池板固定架1 (或左右角旋转轴 31)上。同理，液压直线推杆和气压直线推杆可进行等效替换。上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用 新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本 实用新型的各种变形和改进，均应扩如本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求1.一种双轴跟踪太阳光装置，包括电池板固定架、支撑架、俯仰角旋转驱动构件和左右 角旋转驱动构件，其特征是，所述的电池板固定架通过一个三维旋转构件与支撑架连接，所 述的三维旋转构件由呈十字状布置的俯仰角旋转轴和左右角旋转轴组成，所述的支撑架通 过俯仰角旋转轴与三维旋转构件铰接连接，所述左右角旋转轴一端与电池板固定架铰接连 接，另一端通过回转驱动装置铰接到电池板固定架上，形成左右角旋转驱动构件；所述的俯仰角旋转驱动构件至少包括可以使电池板固定架依托所述三维旋转构件的 俯仰角旋转轴进行转动的传动部件和驱动装置。
2.根据权利要求1所述的双轴跟踪太阳光装置，其特征是，所述的回转驱动装置包括 驱动电机和涡轮蜗杆减速部件，其中涡轮蜗杆减速部件的输出端与所述左右角旋转轴固定 连接，涡轮蜗杆减速部件的壳体与电池板固定架固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的双轴跟踪太阳光装置，其特征是，所述的俯仰角旋转驱动 构件是一个由驱动电机和涡轮蜗杆减速部件构成的回转驱动装置，其中涡轮蜗杆减速部件 的输出端与所述俯仰角旋转轴固定连接，涡轮蜗杆减速部件的壳体与支撑架固定连接。
4.根据权利要求1或2所述的双轴跟踪太阳光装置，其特征是，所述的俯仰角旋转驱动 构件中的传动部件为其上设有传动构造的半圆弧体；所述的半圆弧体两端固定连接在三维 旋转构件的左右角旋转轴上、或两端铰接在电池板固定架上；驱动装置包括固定安装在支 撑架上的电机和蜗轮蜗杆减速器，在蜗轮蜗杆减速器的输出轴上安装与半圆弧体的传动构 造相配合的传动轮。
5.根据权利要求1或2所述的双轴跟踪太阳光装置，其特征是，所述的俯仰角旋转驱动 构件的传动部件为具有定位构造的半圆弧体，所述的半圆弧体至少一端与三维旋转构件的 左右角旋转轴固定连接或与电池板固定架铰接；所述的驱动装置包括可以穿插在支撑架上 的定位装置和半圆弧体的定位构造之间的定位销。
6.根据权利要求1或2所述的双轴跟踪太阳光装置，其特征是，所述的俯仰角旋转驱动 构件的传动部件为包括第一传动绳和第二传动绳在内的绳状体，所述驱动装置包括固定安 装在支撑架上的电机和蜗轮蜗杆减速器；在蜗轮蜗杆减速器的输出轴上安装可以和绳状体 相配合的绳轮，所述绳轮为中间直径小、两端直径大的柱状，且在绳轮柱面上设有两个关于 绳轮中间断面对称的第一螺旋导向槽和第二螺旋导向槽；所述的第一传动绳和第二传动绳 分别设置在第一螺旋导向槽和第二螺旋导向槽内，其一端固定在相应的螺旋导向槽内，另 一端连接在太阳能电池板固定架上或三维旋转构件的左右角旋转轴上，二者之间为收放关 系。
7.根据权利要求1或2所述的双轴跟踪太阳光装置，其特征是，所述的俯仰角旋转驱动 构件的传动部件为电动直线推杆或液压直线推杆，其一端铰接在支撑架上，另一端铰接在 电池板固定架上或三维旋转构件的左右角旋转轴上。
专利摘要一种双轴跟踪太阳光装置，它包括电池板固定架、支撑架、俯仰角旋转驱动构件和左右角旋转驱动构件。电池板固定架通过由十字状布置的俯仰角旋转轴和左右角旋转轴组成的三维旋转构件与支撑架连接；俯仰角旋转驱动构件和左右角跟踪驱动构件控制俯仰角和左右角的协调转动，使跟踪装置的电池板工作面与太阳的位置准确对应，达到跟踪太阳光的目的。本实用新型具有结构简单合理，运转能耗低，运行精确度高，控制程序简单，便于安装和日常维护的特点。
文档编号H02N6/00GK201936195SQ201020694649
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者刘建中, 刘方舟 申请人:刘建中