能够二维方向旋转的框架式太阳能跟踪系统的制作方法

本实用新型涉及光伏发电技术领域，尤其涉及带跟踪功能的光伏发电系统。

背景技术：

众所周知，由于地球的自转，在经度方向形成了每天日起日落的现象。若是固定的平行于地平线安装的太阳能电池板，只有在中午前后太阳垂直于电池板时电池板才能够发挥出最大效率，在其余时段由于角度的偏差，太阳能电池板的受光面积大幅下降，其发电效率亦随之成比例的大幅下降。

再者，由于春夏秋冬的季节更替，太阳光的入射角在纬度方向也形成了47°的变化（南北回归线相加）,同样的由于角度的偏差，太阳能电池板的受光面积亦大幅下降，其发电效率也就随之成比例的大幅下降。

两者相互叠加后的综合损失在30%以上，如何挽回这30%，这就是本系统的中心目的。

现在市场上已经有商品化的跟踪系统，架构上都是有一个固定支座，上面有一个太阳能电池板支架，其中心安装有两套蜗轮蜗杆组成的可以自动跟踪的机械结构（称为双轴太阳能跟踪系统）。由于机械结构的过于复杂，一套机构的价格为被机构自身驱动的电池板价格的5～10倍，完全是本末倒置。由于经济上的不合理性（并非技术原因），使得自动跟踪技术难以推进下去。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种能够二维方向旋转的框架式太阳能跟踪系统，其能够实现太阳跟踪发电功能，且成本较低。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：能够二维方向旋转的框架式太阳能跟踪系统，包含用于安装多组光伏板的上框架；上框架两端通过大卡轴安装在下基座上。

所述下基座的两端设置有用于驱动所述上框架绕大卡轴摆动的俯仰驱动机构，可以驱使其仰角在纬度方向实现转动跟踪；

所述俯仰驱动机构包含直流减速电机，所述直流减速电机的输出轴连接俯仰驱动丝杠，俯仰驱动丝杠的两端安装在轴承座上并可转动，俯仰驱动丝杠上啮合安装俯仰驱动螺母，俯仰驱动螺母的一端通过铰接轴安装在驱动支架的导向槽上；所述导向槽为通孔，所述通孔的横截面为腰型孔；所述铰接轴滑动安装在所述导向槽上；所述驱动支架与所述上框架固定连接；

所述上框架上均布有多组光伏板，每组光伏板的两端均通过小卡轴安装在上框架上；所述小卡轴的轴线方向与所述大卡轴的轴线方向垂直；

所述每组光伏板的底部设置延伸支架，延伸支架的底端同时铰接安装在同一个联动杆上，所述联动杆与所述大卡轴的轴线平行；

所述上框架的底部设置有用于驱动所述联动杆摆动的驱动组件，所述联动杆摆动后可以带动所有光伏板以各自的小卡轴为中心在经度方向实现仰角方向的同步转动跟踪。

进一步的是：所述用于驱动所述联动杆摆动以实现经度跟踪的驱动组件包含固定安装在上框架底部的直流减速电机以及用于驱动大框架在纬度方向旋转以实现纬度跟踪的安装于下底座上的驱动组件，所述直流减速电机的输出轴与丝杠连接，丝杠的两端转动安装在轴承座上，所述丝杠上啮合组装有丝杠螺母，所述丝杠螺母上铰接安装有驱动杆，驱动杆的一端铰接安装在丝杠螺母上，驱动杆的另一端铰接安装在所述联动杆上。

进一步的是：所述多组光伏板中的最末一个光伏板上安装有阳光传感器，且该光伏板上与小卡轴的组装位置设置有经度仰角位置传感器；在与大卡轴的组装位置设置有纬度仰角位置传感器；所述下基座上安装有控制器。

进一步的是：所述控制器内设置有单片机，所述阳光传感器的纬度信号线连接在单片机的纬度仰角偏差信号引脚上，阳光传感器的经度信号线连接在单片机的经度仰角偏差信号引脚上；所述单片机上还连接有经度方向手动调整开关、纬度方向手动调整开关和手/自动控制转换开关；所述单片机还通过分别驱动控制信号放大器连接每一个直流减速电机；所述驱动控制信号放大器与直流减速电机的连接线上设置有限位开关信号线，限位开关设置在所述上框架和俯仰驱动丝杠上；所述单片机还连接有经度仰角位置传感器和纬度仰角位置传感器；所述单片机通过24V电源供电。

进一步的是：光伏板在经度方向沿着小卡轴的旋转范围为-45°～+45°。

进一步的是：光伏板在纬度方向沿着大卡轴的旋转范围为-45°～+45°。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型公开的一种能够二维方向旋转的框架式太阳能跟踪系统，本实用新型整体属于能够二维方向进行旋转的大框架架构，整体支架分为上框架和下基座。一个上框架上可以安装几块至几十块太阳能电池板，这几十块电池板可以同步在二维方向进行旋转，一切以大框架作为共用主轴而没有通常的各自独立的垂直主轴，使得结构主体的成本大幅下降。

另外在每个旋转方向各自安装两个驱动机构以进行同步跟踪驱动，在结构上通过用力方向的变换来使得直线运动变换为旋转运动，使得旋转结构的成本亦大幅下降。

再就是由于大框架为共用母体，所载电池板的数量变化仅仅对大框架的长度有所影响，其所用的驱动机构数量不变，还是每个旋转方向各自安装一至两个驱动机构，这就使得整体结构综合成本下降为电池板的几分之一。由于其经济上的可行性将使得这一技术能够大面积推广及开花。

附图说明

图1为本实用新型的一种具体实施方式的运行状态结构示意图，其反映了早上九点时刻的电池板仰角；

图2为本实用新型的一种具体实施方式的运行状态结构示意图，其反映了中午十二点时刻的电池板仰角；

图3为本实用新型的一种具体实施方式的运行状态结构示意图，其反映了下午三点时刻的电池板仰角；

图4为本实用新型的一种具体实施方式的左视方向的结构示意图，其反映了纬度方向冬季12月份的电池板仰角状态；

图5为本实用新型的一种具体实施方式的左视方向的结构示意图，其反映了纬度方向夏季六七月份的电池板仰角状态；

图6为本实用新型的跟踪控制原理图。

附图标记说明：

1-轴承座，2-丝杠，3-丝杠螺母，4-直流减速电机，5-控制器，6-经度仰角位置传感器，7-阳光传感器，8-上框架，9-大卡轴，10-小卡轴，11-电源，12-联动杆，13-驱动支架，14-导向槽，15-俯仰驱动丝杠，16-俯仰驱动螺母，17-纬度仰角位置传感器；61-经度仰角位置传感器，62-纬度仰角位置传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本实用新型具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、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，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1～6所示，其示出了本实用新型的具体实施方式；如图所示，本实用新型公开的能够二维方向旋转的框架式太阳能跟踪系统，其特征在于：包含用于安装多组光伏板的上框架；上框架两端通过大卡轴安装在下基座上。

所述下基座的两端设置有用于驱动所述上框架绕大卡轴摆动的俯仰驱动机构，可以驱使其仰角在纬度方向实现转动跟踪；

所述俯仰驱动机构包含直流减速电机，所述直流减速电机的输出轴连接俯仰驱动丝杠，俯仰驱动丝杠的两端安装在轴承座上并可转动，俯仰驱动丝杠上啮合安装俯仰驱动螺母，俯仰驱动螺母的一端通过铰接轴安装在驱动支架的导向槽上；所述导向槽为通孔，所述通孔的横截面为腰型孔；所述铰接轴滑动安装在所述导向槽上；所述驱动支架与所述上框架固定连接；

所述上框架上均布有多组光伏板，每组光伏板的两端均通过小卡轴安装在上框架上；所述小卡轴的轴线方向与所述大卡轴的轴线方向垂直；

所述每组光伏板的底部设置延伸支架，延伸支架的底端同时铰接安装在同一个联动杆上，所述联动杆与所述大卡轴的轴线平行；

所述上框架的底部设置有用于驱动所述联动杆摆动的驱动组件，所述联动杆摆动后可以带动所有光伏板以各自的小卡轴为中心在经度方向实现仰角方向的同步转动跟踪。

优选的，如图所示：所述用于驱动所述联动杆摆动以实现经度跟踪的驱动组件包含固定安装在上框架底部的直流减速电机以及用于驱动大框架在纬度方向旋转以实现纬度跟踪的安装于下底座上的驱动组件，所述直流减速电机的输出轴与丝杠连接，丝杠的两端转动安装在轴承座上，所述丝杠上啮合组装有丝杠螺母，所述丝杠螺母上铰接安装有驱动杆，驱动杆的一端铰接安装在丝杠螺母上，驱动杆的另一端铰接安装在所述联动杆上。

优选的，如图所示：所述多组光伏板中的最末一个光伏板上安装有阳光传感器，且该光伏板上与小卡轴的组装位置设置有经度仰角位置传感器；在与大卡轴的组装位置设置有纬度仰角位置传感器；所述下基座上安装有控制器。

优选的，如图所示：所述控制器内设置有单片机，所述阳光传感器的纬度信号线连接在单片机的纬度仰角偏差信号引脚上，阳光传感器的经度信号线连接在单片机的经度仰角偏差信号引脚上；所述单片机上还连接有经度方向手动调整开关、纬度方向手动调整开关和手/自动控制转换开关；所述单片机还通过分别驱动控制信号放大器连接每一个直流减速电机；所述驱动控制信号放大器与直流减速电机的连接线上设置有限位开关信号线，限位开关设置在所述上框架和俯仰驱动丝杠上；所述单片机还连接有经度仰角位置传感器和纬度仰角位置传感器；所述单片机通过24V电源供电。控制器的阳光传感器安装在太阳能电池板上面并随之旋转。传感器根据太阳的入射光的角度给出信号，通过单片机计算并与现有的仰角传感器信号进行比较，对于角度差异的信号通过已编程序处理后驱动放大器来带动驱动机构上的直流减速电机，并且通过传感器来确定系统的跟踪调整是否到位。系统还通过控制器内的单片机程序控制，使得机构在执行当日任务结束后的每天夜间恢复到第二天的初始状态。本实施例具有手动跟踪和自动跟踪双重控制功能。

优选的，如图所示：光伏板在经度方向沿着小卡轴的旋转范围为-45°～+45°（45°以外由于占用面积过大而不予考虑）。

优选的，如图所示：光伏板在纬度方向沿着大卡轴的旋转范围为-45°～+45°。

上面结合附图对本实用新型优选实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本实用新型的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本实用新型不限于特定的实施方式，本实用新型的范围由所附权利要求限定。