一种高转化率的追踪式光伏发电设备及其工作方法与流程

1.本技术涉及光伏发电的领域，尤其是涉及一种高转化率的追踪式光伏发电设备及其工作方法。


背景技术：

2.太阳能光伏发电系统的地点相对固定，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，如果太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。
3.cn201710667298.5公开了一种高效追踪式光伏发电系统与矩阵，其技术方案为：包括：贴板、光伏电池、框体、支座；所述光伏电池固定在所述贴板上；所述贴板包括固定端部和活动端部，固定端部和活动端部均通过第一转轴分别与框体相对的两个侧面相连接，所述活动端部用于通过第一转轴带动贴板转动来调节光伏电池的方位角；所述框体的两端通过第二转轴安装在支座上，所述框体通过第二转轴的转动调整光伏电池的俯仰角；还包括光线追踪器和控制组件，所述光线追踪器用于追踪太阳的方位角和俯仰角；所述光线追踪器与控制组件相连接，所述控制组件分别控制第一转轴和第二转轴的转动。
4.该高效追踪式光伏发电系统与矩阵具有以下优点：通过感光组件确定太阳位置，通过控制模块改变伺服电机转速，继而调节光伏电池朝向，在太阳辐射强烈时，使光伏电池接收面与太阳光线保持垂直，相对固定式光伏电池矩阵形式，大幅提高光伏电池对太阳能的收集效率；日常运作仅需消耗自身产生的少量电能，便能高效运作，节约运行成本；本发明有效避免组件长期暴露在外而被氧化侵蚀，系统工作时自动运行，无需人工频繁操作。
5.但是，该高效追踪式光伏发电系统与矩阵也具有以下缺点：无法增加进光量；随着太阳高度角不断减小，光伏发电板的阴影不断拉长，易对相邻光伏发电板造成遮挡，而若为了相邻光伏发电板不被遮挡而将间距调整至一较大值，则会造成间距区域大量照射面积的浪费；因此，需要一种能够实时调整光伏发电板间距、充分利用照射面积并增加进光量的光伏发电设备。


技术实现要素：

6.为了解决进光量无法增加、照射面积浪费的问题，本技术提供一种高转化率的追踪式光伏发电设备及其工作方法。
7.本技术提供一种高转化率的追踪式光伏发电设备,包括：光伏发电板、矩阵支架、第一传动机构、第二传动机构、转动机构、聚光装置；所述光伏发电板安装在矩阵支架上；所述第一传动机构设置在所述矩阵支架下部，与所述矩阵支架配合，用于调整光伏发电板之间的间距；所述第二传动机构设置在所述第一传动机构下方，与所述矩阵支架配合，用于调整光伏发电板的倾斜角度以匹配太阳高度角；所述转动机构设置在矩阵支架下方，与矩阵支架配合，用于调整矩阵支架的方位以匹
配太阳方位角；聚光装置，设置在所述矩阵支架上，与所述矩阵支架配合，用于聚焦更多光线从而增加进光量；还包括：定位模块，用于连接定位卫星获取发电设备所在位置的经纬度数据；计时器，用于获取实时时间数据，辅助计算实时的太阳高度角和方位角；控制器，用于接收数据并发送控制信号。进一步的，所述矩阵支架包括：底座；第一滑动座，水平设置在所述底座上方，与底座固定连接；支撑杆，竖直设置在所述第一滑动座和底座之间，上端与第一滑动座滑动连接，下端与底座滑动连接；第二滑动座，水平设置在所述底座上方，与底座固定连接，位于第一滑动座下方；顶杆，竖直设置在所述第二滑动座上，与第二滑动座滑动连接；安装台，设置在所述第一滑动座上方，端部与所述支撑杆转动连接，中部与所述顶杆转动连接；所述安装台包括：第一转轴，设置在所述安装台一端，与所述支撑杆上部转动连接，所述第一转轴与所述第一滑动座滑动连接；第二转轴，设置在所述安装台中部下方，与所述顶杆上部转动连接；所述第二滑动座包括：第一销槽，水平设置在所述第二滑动座上部；第二销槽，水平设置在所述第二滑动座下部；所述顶杆包括：第一销件，设置在所述顶杆下部，与第一销槽滑动连接；第二销件，设置在所述顶杆下部，与第二销槽滑动连接。
8.进一步的，所述安装台外侧端设置有聚光装置，所述聚光装置包括：反光镜，设置在所述安装台外侧端，所述反光镜的镜面方向朝外；扭转电机，设置在所述反光镜和安装台之间，与安装台固定连接，并与反光镜驱动连接，所述扭转电机与所述控制器电性连接。
9.通过采用上述技术方案，可聚焦光伏发电板之间的间隔处的光线，从而增加进光量，提高了光的利用率。
10.进一步的，所述第一传动机构包括：齿槽，水平设置在所述支撑杆下方，与所述底座固定连接；连接轴，设置在所述支撑杆下方，与所述支撑杆转动连接；滑动齿轮，套接在所述连接轴上，与连接轴驱动连接，并与所述齿槽啮合；轴承，设置在所述滑动齿轮下方，与所述连接轴驱动连接；第二滑动斜齿轮，设置在所述轴承下方，与所述连接轴驱动连接；第二传动轴，设置在所述齿槽下方，与所述底座转动连接；轴套，设置在所述第二传动轴中部，与第二传动轴驱动连接；限位连杆，两端分别连接对应的轴套与轴承，并分别与轴套和轴承转动连接；第二滑动斜齿轮，设置在所述第二传动轴中部，与第二传动轴驱动连接，与所述第一滑动斜齿轮啮合，并与所述轴套固定连接；第二传动齿轮，设置在所述第二传动轴一侧，与第二传动轴驱动连接；驱动电机，设置在所述第二传动轴下方，与所述底座侧部固定连接，并与所述控制器电性连接；第一传动轴，设置在所述第二传动轴下方，一端与所述驱动电机驱动连接，另一端与所述底座转动连接；第一传动齿轮，设置在所述第一传动轴一侧，与第一传动轴驱动连接，并与所述第二传动齿轮啮合；第一升降斜齿轮，设置在所述第一传动轴中部，与第一传动轴驱动连接。
11.进一步的，所述矩阵支架中，不同支撑杆对应的滑动齿轮的传动比即为不同支撑杆与最右侧支撑杆的距离比。
12.通过采用上述技术方案，离右侧越远的光伏发电板移动速度越快，可根据太阳高度角调整光伏发电板之间的间距，并在调整的同时保证各光伏发电板之间的间距始终相
等，减少了光线照射面积的浪费，提高了光的利用率。
13.进一步的，所述第二传动机构包括：齿条，对称设置在所述第二滑动座两侧，与第二滑动座端部固定连接；滑动套管，分别设置在所述齿条下部，与齿条滑动连接；第一升降齿轮，分别设置在所述齿条侧部，并与对应的齿条啮合；第一带轮，设置在所述第一升降齿轮侧部，与第一升降齿轮同轴转动，并与第一升降齿轮侧部固定连接；蜗轮，竖直设置在对称设置的两个齿条之间；第二升降斜齿轮，设置在所述蜗轮上部，与蜗轮上部固定连接，并与蜗轮同轴转动；第二升降齿轮，对称设置在所述蜗轮两侧，并与蜗轮驱动连接；第二带轮，设置在所述第二升降齿轮侧部，与第二升降齿轮同轴转动，与第二升降齿轮侧部固定连接，并与第一带轮通过皮带传动连接。
14.通过采用上述技术方案，可根据太阳高度角调整光伏发电板的倾斜角度，使其始终正对太阳光，提高了光伏发电效率；并且第二传动机构与第一传动机构配合，调整光伏发电板的倾斜角度的同时相应调整光伏发电板之间的间距，仅由一套动力系统同时驱动，提高了光伏发电设备的一体化程度，降低了能量的消耗。
15.进一步的，所述转动机构包括：第一转盘，设置在所述矩阵支架下方，与所述矩阵支架固定连接；第二转盘，设置在所述第二转盘下方，与所述第一转盘同轴转动连接；第一转动齿轮，设置在所述第一转盘上方，与所述第一转盘固定连接；减速电机，设置在所述第一转盘上方，与所述控制器电性连接；第二转动齿轮，套接在所述减速电机的电机轴上，与所述减速电机驱动连接，并与所述第一转动齿轮啮合。
16.通过采用上述技术方案，可根据太阳方位角调整光伏发电板的方位，使其正对太阳光，提高了光伏发电效率。
17.一种高转化率的追踪式光伏发电设备的工作方法，包括以下步骤：步骤s1，确定光源位置，由定位模块获取所在位置的经纬度信息，配合计时器计算得到实时的太阳高度角和方位角；步骤s2，自转，控制器控制减速电机启动，驱动第一转盘旋转，直至矩阵支架角度与太阳方位角对应；步骤s3，调整倾斜角度，若计算得太阳高度角升高，控制器控制驱动电机正转，带动第二传动机构正向运行，齿条向下移动带动顶杆向下移动，安装台倾斜角度减小，同时带动第一传动机构正向运行，带动支撑杆向右运行，各安装台的间距减小；若计算得太阳高度角降低，控制器控制驱动电机反转，带动第二传动机构反向运行，齿条向上移动带动顶杆向上移动，安装台倾斜角度增大，同时带动第一传动机构反向运行，带动支撑杆向左运行，各安装台的间距增大。
18.进一步的，所述步骤s3中，若太阳高度角超出设定阈值，控制器控制扭转电机启动，反光镜伸出；所述反光镜角度调节方法为：当太阳高度角超出设定阈值时，太阳高度角越高，反光镜与安装台上表面的夹角越大，太阳高度角越小，反光镜与安装台上表面的夹角越小；当太阳高度角低于设定阈值时，扭转电机反转至反光镜与安装台下表面贴合。
19.通过采用上述技术方案，可聚焦光伏发电板之间的间隔处的光线，从而增加进光量，提高了光的利用率。
20.综上所述，本技术包括以下有益技术效果：1.通过设置第二传动机构，可根据太阳高度角调整光伏发电板的倾斜角度，通过
设置转动机构，可根据太阳方位角调整光伏发电板的方位，使光伏发电板正对太阳光，提高了光伏发电效率；2.通过设置第一传动机构，可根据太阳高度角调整光伏发电板之间的间距，并在调整的同时保证各光伏发电板之间的间距始终相等，减少了光线照射面积的浪费，提高了光的利用率；3.第二传动机构与第一传动机构配合，调整光伏发电板的倾斜角度的同时相应调整光伏发电板之间的间距，仅由一套动力系统同时驱动，提高了光伏发电设备的一体化程度，降低了能量的消耗；4.通过设置聚光装置，可聚焦光伏发电板之间的间隔处的光线，从而增加进光量，提高了光的利用率。
附图说明
21.图1是本技术实施例的一种高转化率的追踪式光伏发电设备的整体结构图；图2是本技术实施例的一种高转化率的追踪式光伏发电设备的矩阵支架和聚光装置的局部放大图；图3是本技术实施例的一种高转化率的追踪式光伏发电设备的第一传动机构和第二传动机构的局部放大图。
22.附图标记说明：1、光伏发电板；2、矩阵支架；201、底座；202、第一滑动座；203、支撑杆；204、第二滑动座；205、第一销槽；206、第二销槽；207、顶杆；208、第一销件；209、第二销件；210、安装台；211、第一转轴；212、第二转轴；3、聚光装置；31、反光镜；32、扭转电机；4、第一传动机构；401、驱动电机；402、第一传动轴；403、第一传动齿轮；404、第一升降斜齿轮；405、第二传动轴；406、第二传动齿轮；407、第一滑动斜齿轮；408、轴套；409、限位连杆；410、连接轴；411、齿槽；412、滑动齿轮；413、轴承；414、第二滑动斜齿轮；5、第二传动机构；51、齿条；52、滑动套管；53、第一升降齿轮；54、第一带轮；55、蜗轮；56、第二升降齿轮；57、第二带轮；58、第二升降斜齿轮；6、转动机构；61、第一转盘；62、第二转盘；63、第一转动齿轮；64、第二转动齿轮；65、减速电机；7、定位模块；8、计时器；9、控制器。
具体实施方式
23.下面对照附图，通过对实施例的描述，本技术的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。为方便说明，本技术提及方向以附图所示方向为准。
24.参照图1-图3所示，一种高转化率的追踪式光伏发电设备,包括：光伏发电板1、矩阵支架2、第一传动机构4、第二传动机构5、转动机构6、聚光装置3；
所述光伏发电板1安装在矩阵支架2上；所述第一传动机构4设置在所述矩阵支架2下部，与所述矩阵支架2配合，用于调整光伏发电板1之间的间距；所述第二传动机构5设置在所述第一传动机构4下方，与所述矩阵支架2配合，用于调整光伏发电板1的倾斜角度以匹配太阳高度角；所述转动机构6设置在矩阵支架2下方，与矩阵支架2配合，用于调整矩阵支架2的方位以匹配太阳方位角；聚光装置3，设置在所述矩阵支架2上，与所述矩阵支架2配合，用于聚焦更多光线从而增加进光量；还包括：定位模块7，用于连接定位卫星获取发电设备所在位置的经纬度数据；计时器8，用于获取实时时间数据，辅助计算实时的太阳高度角和方位角；控制器9，用于接收数据并发送控制信号。所述矩阵支架2包括：底座201；第一滑动座202，水平设置在所述底座201上方，与底座201固定连接；支撑杆203，竖直设置在所述第一滑动座202和底座201之间，上端与第一滑动座202滑动连接，下端与底座201滑动连接；第二滑动座204，水平设置在所述底座201上方，与底座201固定连接，位于第一滑动座202下方；顶杆207，竖直设置在所述第二滑动座204上，与第二滑动座204滑动连接；安装台210，设置在所述第一滑动座202上方，端部与所述支撑杆203转动连接，中部与所述顶杆207转动连接；所述安装台210包括：第一转轴211，设置在所述安装台210一端，与所述支撑杆203上部转动连接，所述第一转轴211与所述第一滑动座202滑动连接；第二转轴212，设置在所述安装台210中部下方，与所述顶杆207上部转动连接；所述第二滑动座204包括：第一销槽205，水平设置在所述第二滑动座204上部；第二销槽206，水平设置在所述第二滑动座204下部；所述顶杆207包括：第一销件209，设置在所述顶杆207下部，与第一销槽205滑动连接；第二销件，设置在所述顶杆207下部，与第二销槽206滑动连接。
25.所述安装台210外侧端设置有聚光装置3，所述聚光装置3包括：反光镜31，设置在所述安装台210外侧端，所述反光镜31的镜面方向朝外；扭转电机32，设置在所述反光镜31和安装台210之间，与安装台210固定连接，并与反光镜31驱动连接，所述扭转电机32与所述控制器9电性连接。
26.所述第一传动机构4包括：齿槽411，水平设置在所述支撑杆203下方，与所述底座201固定连接；连接轴410，设置在所述支撑杆203下方，与所述支撑杆203转动连接；滑动齿轮412，套接在所述连接轴410上，与连接轴410驱动连接，并与所述齿槽411啮合；轴承413，设置在所述滑动齿轮412下方，与所述连接轴410驱动连接；第二滑动斜齿轮414，设置在所述轴承413下方，与所述连接轴410驱动连接；第二传动轴405，设置在所述齿槽411下方，与所述底座201转动连接；轴套408，设置在所述第二传动轴405中部，与第二传动轴405驱动连接；限位连杆409，两端分别连接对应的轴套408与轴承413，并分别与轴套408和轴承413转动连接；第二滑动斜齿轮414，设置在所述第二传动轴405中部，与第二传动轴405驱动连接，与所述第一滑动斜齿轮407啮合，并与所述轴套408固定连接；第二传动齿轮406，设置在所述第二传动轴405一侧，与第二传动轴405驱动连接；驱动电机401，设置在所述第二传动轴405下方，与所述底座201侧部固定连接，并与所述控制器9电性连接；第一传动轴402，设置在所述第二传动轴405下方，一端与所述驱动电机401驱动连接，另一端与所述底座201转动连接；第一传动齿轮403，设置在所述第一传动轴402一侧，与第一传动轴402驱动连接，并与
所述第二传动齿轮406啮合；第一升降斜齿轮404，设置在所述第一传动轴402中部，与第一传动轴402驱动连接。
27.所述矩阵支架2中，不同支撑杆203对应的滑动齿轮412的传动比即为不同支撑杆203与最右侧支撑杆203的距离比。
28.所述第二传动机构5包括：齿条51，对称设置在所述第二滑动座204两侧，与第二滑动座204端部固定连接；滑动套管52，分别设置在所述齿条51下部，与齿条51滑动连接；第一升降齿轮53，分别设置在所述齿条51侧部，并与对应的齿条51啮合；第一带轮54，设置在所述第一升降齿轮53侧部，与第一升降齿轮53同轴转动，并与第一升降齿轮53侧部固定连接；蜗轮55，竖直设置在对称设置的两个齿条51之间；第二升降斜齿轮58，设置在所述蜗轮55上部，与蜗轮55上部固定连接，并与蜗轮55同轴转动；第二升降齿轮56，对称设置在所述蜗轮55两侧，并与蜗轮55驱动连接；第二带轮57，设置在所述第二升降齿轮56侧部，与第二升降齿轮56同轴转动，与第二升降齿轮56侧部固定连接，并与第一带轮54通过皮带传动连接。
29.所述转动机构6包括：第一转盘61，设置在所述矩阵支架2下方，与所述矩阵支架2固定连接；第二转盘62，设置在所述第二转盘62下方，与所述第一转盘61同轴转动连接；第一转动齿轮63，设置在所述第一转盘61上方，与所述第一转盘61固定连接；减速电机65，设置在所述第一转盘61上方，与所述控制器9电性连接；第二转动齿轮64，套接在所述减速电机65的电机轴上，与所述减速电机65驱动连接，并与所述第一转动齿轮63啮合。
30.一种高转化率的追踪式光伏发电设备的工作方法，包括以下步骤：步骤s1，确定光源位置，由定位模块7获取所在位置的经纬度信息，配合计时器8计算得到实时的太阳高度角和方位角；步骤s2，自转，控制器9控制减速电机65启动，驱动第一转盘61旋转，直至矩阵支架2角度与太阳方位角对应；步骤s3，调整倾斜角度，若计算得太阳高度角升高，控制器9控制驱动电机401正转，带动第二传动机构5正向运行，齿条51向下移动带动顶杆207向下移动，安装台210倾斜角度减小，同时带动第一传动机构4正向运行，带动支撑杆203向右运行，各安装台210的间距减小；若计算得太阳高度角降低，控制器9控制驱动电机401反转，带动第二传动机构5反向运行，齿条51向上移动带动顶杆207向上移动，安装台210倾斜角度增大，同时带动第一传动机构4反向运行，带动支撑杆203向左运行，各安装台210的间距增大。
31.所述步骤s3中，若太阳高度角超出设定阈值，控制器9控制扭转电机32启动，反光镜31伸出；所述反光镜31角度调节方法为：当太阳高度角超出设定阈值时，太阳高度角越高，反光镜31与安装台210上表面的夹角越大，太阳高度角越小，反光镜31与安装台210上表面的夹角越小；当太阳高度角低于设定阈值时，扭转电机32反转至反光镜31与安装台210下表面贴合。
32.本技术实施例，一种高转化率的追踪式光伏发电设备及其工作方法的工作原理为：通过设置第二传动机构，可根据太阳高度角调整光伏发电板的倾斜角度，通过设置转动机构，可根据太阳方位角调整光伏发电板的方位，使其正对太阳光，提高了光伏发电效率。通过设置第一传动机构，离右侧越远的光伏发电板移动速度越快，可根据太阳高度角调整光伏发电板之间的间距，并在调整的同时保证各光伏发电板之间的间距始终相等，减少了光线照射面积的浪费，提高了光的利用率。另外，第二传动机构与第一传动机构配合，调整
光伏发电板的倾斜角度的同时相应调整光伏发电板之间的间距，仅由一套动力系统同时驱动，提高了光伏发电设备的一体化程度，降低了能量的消耗。本技术实施例中，通过设置聚光装置，可聚焦光伏发电板之间的间隔处的光线，从而增加进光量，提高了光的利用率。
33.以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限与此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。