追日装置及太阳能光电系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能收集装置的技术领域，尤其是涉及一种追日装置及太阳能光电系统。

背景技术：

目前石油、煤炭以及天然气仍然在能源结构中占有主导地位，但石油、煤炭以及天然气的使用造成了一定程度的环境污染。由于石油、煤炭以及天然气等自然资源的逐渐消耗，且现今环境保护问题越来越受重视，因此利用太阳能来代替其他能源的技术也在不断地推出。追日装置通常被应用于太阳能光电系统的架构中，其功能主要是感测日照角度，进而驱动太阳能光电系统的转向机构转动，令系统的受光部位能够自动追逐日照角度，以保持正对这日照角度的最佳受光状态。

追日装置一般分为单轴追日和双轴追日两种结构。单轴追日结构对光伏面板的姿态角或者方位角进行调节，因此追日精度较低；双轴追日结构能同时调节光伏面板的倾斜角度和方位角，追日精度高，接收太阳辐射量大。

目前的双轴追日结构都是将太阳能电池板架高来使用，通过转动机构对太阳能电池板进行角度的调节。转动机构通常需要一根主轴实现太阳能电池板绕笛卡尔坐标系中的Z轴转动，一根伸缩杆和两根支撑杆配合实现太阳能电池板绕Y轴转动。其中，主轴的一端与驱动结构连接，另一端与太阳能电池板的中心连接；两根支撑杆的一端均连接在主轴上，另一端均连接在太阳能电池板上靠近太阳能电池板中心的位置。

但是，由于两根支撑杆提供的力偶矩较小，从而要求主轴电机的输出扭矩较大，需要的减速机构的结构较大，导致现有技术中的追日装置占用空间大，性能较差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种追日装置及太阳能光电系统，以改善了现有技术中存在的追日装置占用空间大，性能较差的技术问题。

本实用新型提供的追日装置，包括Z轴旋转机构、Y轴旋转机构、支撑杆以及托板；Z轴旋转机构用于带动托板绕Z轴转动；Y轴旋转机构包括Y轴驱动结构；Y轴驱动结构与托板连接，用于推动托板绕Y轴转动；支撑杆与Z轴旋转机构连接，支撑杆的两端分别与托板相对的两个端部转动连接，当托板绕Z轴或者Y轴转动时，支撑杆用于支撑托板。

进一步的，支撑杆的两端的连线与Y轴重合。

进一步的，支撑杆呈U形。

进一步的，支撑杆包括均呈L形的第一子杆和第二子杆；第一子杆和第二子杆的一端均与Z轴旋转机构连接，另一端分别与托板转动连接。

进一步的，Z轴旋转机构包括主轴、支撑件以及Z轴驱动结构；Z轴驱动结构与主轴连接，用于带动主轴绕Z轴旋转；支撑件固定穿设在主轴上；Y轴驱动结构的一端与托板转动连接，另一端与支撑件转动连接；支撑杆与支撑件固定连接。

进一步的，Z轴旋转机构还包括主轴箱、四个第一限位件以及四个第二限位件；四个第一限位件、四个第二限位件以及支撑件均设置在主轴箱的内部；四个第一限位件沿主轴的周向均匀设置，四个第一限位件的上端均与主轴箱固定连接，下端均与支撑件的上表面抵接；四个第一限位件用于限制支撑件沿Z轴方向的自由度；四个第二限位件沿主轴的周向均匀设置，四个第二限位件的一端均与主轴箱固定连接，另一端均与支撑件的侧壁抵接，四个第二限位件用于限制支撑件沿X轴和Y轴方向的自由度。

进一步的，第一限位件包括第一限位轴承；第二限位件包括第二限位轴承；第一限位轴承的内圈与主轴箱固定连接，外圈与支撑件的上表面滚动连接；第二限位轴承的内圈与主轴箱固定连接，外圈与支撑件的侧壁滚动连接。

进一步的，Z轴驱动结构包括主轴电机和皮带轮组；皮带轮组的主动带轮与主轴电机连接；皮带轮组的从动带轮与主轴连接。

进一步的，追日装置还包括底板；主轴电机固定连接在底板的下方，皮带轮组、主轴、支撑件、Y轴旋转机构以及托板均设置在底板的上方。

进一步的，本实用新型还提供了一种太阳能光电系统，太阳能光电系统包括太阳能电池板以及追日装置；太阳能电池板固定连接在托板的上表面。

本实用新型提供的追日装置，在使用过程中，Z轴旋转机构于带动托板绕Z轴转动；Y轴驱动结构带动托板绕Y轴转动；当托板绕Z轴或者Y轴转动时，支撑杆用于支撑托板。由于支撑杆的两端分别与托板相对的两个端部转动连接，所以支撑杆提供的力偶矩较大，在相同负载的情况下，要求主轴电机的输出扭矩较小，需要的减速机构的结构较小，从而令装置的结构更紧凑，操作的精度更高，适应性更强。由上可知，本实用新型提供的追日装置的占用空间较小，性能较高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的追日装置的主视图；

图2为本实用新型实施例提供的追日装置的部分结构爆炸图；

图3为图1所示的主轴箱内的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的追日装置的侧视图。

图标：1-Z轴旋转机构；2-Y轴旋转机构；3-托板；4-底板；5-编码器；6-转动件；7-第一连接件；8-第二连接件；9-圆锥滚子轴承；10-控制箱；11-主轴；12-支撑件；13-Z轴驱动结构；14-主轴箱；15-第一限位件；16-第二限位件；17-支撑杆；21-Y轴驱动结构；131-主轴电机；132-皮带轮组；133-减速器；134-联轴器；151-第一限位轴承；152-第一悬臂；153-第一悬臂轴；161-第二限位轴承；171-第一子杆；172-第二子杆；211-伸缩杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为本实用新型实施例提供的追日装置的主视图；如图1所示，本实施例提供的追日装置，包括Z轴旋转机构1、Y轴旋转机构2、支撑杆17以及托板3；Z轴旋转机构1用于带动托板3绕Z轴转动；Y轴旋转机构2包括Y轴驱动结构21；Y轴驱动结构21与托板3连接，用于推动托板3绕Y轴转动；支撑杆17与Z轴旋转机构1连接，支撑杆17的两端分别与托板3相对的两个端部转动连接，当托板3绕Z轴或者Y轴转动时，支撑杆17用于支撑托板3。

其中，托板3的形状可以为多种，例如：圆形、矩形或者多边形等等。

进一步的，Y轴驱动结构21可以包括伸缩杆211和设置在伸缩杆211内部的驱动电机。

进一步的，Y轴驱动结构21的连接位置可以为多种，例如：Y轴驱动结构21的一端与托板3连接，另一端与地面连接；又如：Y轴驱动结构21的一端与托板3连接，另一端与Z轴旋转机构1连接。较佳地，Y轴驱动结构21的另一端与Z轴旋转机构1连接，这种设置能够避免托板3在绕Z轴转动时，Y轴驱动结构21与其他结构件产生干涉，方便托板3绕Z轴转动的角度范围更大，从而接触太阳光源的时间更长。

进一步的，当支撑杆17的两端的连接线没有与Y轴重合时，支撑杆17应设置为伸缩杆211。伸缩杆211的设置能够令托板3绕Y轴转动的角度增大，从而接触太阳光源的时间更长。

进一步的，在使用过程中，Y轴旋转机构2与Z轴旋转机1构应同时运行，保证追日装置的两轴联动。

本实施例提供的追日装置，在使用过程中，Z轴旋转机构1于带动托板3绕Z轴转动；Y轴驱动结构21带动托板3绕Y轴转动；当托板3绕Z轴或者Y轴转动时，支撑杆17用于支撑托板3。由于支撑杆17的两端分别与托板3相对的两个端部转动连接，所以支撑杆17提供的力偶矩较大，在相同负载的情况下，要求主轴电机131的输出扭矩较小，需要的减速机构的结构较小，从而令装置的结构更紧凑、操作的精度更高，适应性更强。由上可知，本实施例提供的追日装置的占用空间较小，性能较高。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步的，支撑杆17的两端的连线与Y轴重合。

其中，支撑杆17的形状可以呈V形，其中V形的开口处的两个端点的连线与Y轴重合。这种设置能够节省支撑杆17的材料。

本实施例中，支撑杆17的两端的连线与Y轴重合，在支撑杆17无需伸缩的情况下，这种设置能够令托板3绕Y轴的转动角度范围更大，从而接触太阳光源的时间更长，并且令托板3在绕Y轴转动时能够更加稳定。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步的，支撑杆17呈U形。

其中，U形的开口处的两个端点的连线应与Y轴重合，U形底部的中点应与Z轴旋转机构1连接。这种设置能够令托板3绕Y轴转动的时候更稳定。

本实施例中，支撑杆17呈U形。在使用过程中，当托板3绕Y轴转动时，托板3不会与支撑杆17产生碰撞，避免了干涉，这样能够令托板3绕Y轴的转动角度范围最大，从而接触太阳光源的时间最长。

图2为本实用新型实施例提供的追日装置的部分结构爆炸图；如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步的，支撑杆17包括均呈L形的第一子杆171和第二子杆172；第一子杆171和第二子杆172的一端均与Z轴旋转机构1连接，另一端分别与托板3转动连接。

其中，第一子杆171和第二子杆172与托板3转动连接的方式可以为多种。例如：第一子杆171和第二子杆172与托板3连接的一端均设置有穿设转动轴的第一通孔，托板3的连接处均设置有插入转动轴的第一盲孔，第一通孔和第一盲孔通过转动轴转动连接。在使用过程中，Y轴驱动结构21向托板3提供动力，由于第一通孔与第一盲孔为转动连接，此时托板3与第一子杆171和第二子杆172能够产生相对转动，从而实现托板3绕Y轴转动。

又如：第一子杆171与托板3通过转动件6连接。转动件6包括呈U形的第一转动部和呈L形的第二转动部。其中，第一转动部的U形开口通过螺栓和螺母与托板3固定连接，U形的底部固定连接有连接轴。

第二转动部的L形的一边设置有穿设连接轴的第二通孔，第一转动部与第二转动部通过连接轴转动连接；L形的另一边设置有插入第一子杆171的第二盲孔，且L形的另一边还可设置有用于固定第一子杆171的固定螺栓。

第二子杆172的设置与第一子杆171相同。在使用过程中，Y轴驱动结构21向托板3提供动力，由于第一转动部与第二转动部为转动连接，此时托板3与第一子杆171和第二子杆172能够产生相对转动，从而实现托板3绕Y轴转动。转动件6的设置能够令第一子杆171和第二子杆172与托板3的连接更稳定。

本实施例中，支撑杆17包括均呈L形的第一子杆171和第二子杆172。在使用过程中，当Y轴驱动结构21向托板3提供动力时，由于第一子杆171和第二子杆172的另一端分别与托板3转动连接，托板3与第一子杆171和第二子杆172能够产生相对转动，从而实现托板3绕Y轴转动。这种设置能够方便使用者拆卸支撑杆17，方便维修和更换。

图3为图1所示的主轴箱内的结构示意图；如图2和图3所示，在上述实施例的基础上，进一步的，Z轴旋转机构1包括主轴11、支撑件12以及Z轴驱动结构13；Z轴驱动结构13与主轴11连接，用于带动主轴11绕Z轴旋转；支撑件12固定穿设在主轴11上；Y轴驱动结构21的一端与托板3转动连接，另一端与支撑件12转动连接；支撑杆17与支撑件12固定连接。

其中，Z轴驱动结构13可以包括驱动电机、减速器133以及齿轮。减速器133的一端与主轴电机131连接，另一端与齿轮啮合，齿轮套设在主轴11上，且与主轴11固定连接。在使用过程中，主轴电机131通过减速器133与主轴11上的齿轮啮合，进而驱动主轴11绕Z轴旋转，从而带动托板3绕Z轴转动。

进一步的，当支撑杆17包括第一子杆171和第二子杆172时，支撑件12上以主轴11为中心，可对称设置有第一连接件7和第二连接件8。第一连接件7和第二连接件8的一端均与支撑件12固定连接，另一端分别与第一子杆171和第二子杆172固定连接。这种设置能够避免第一子杆171与第二子杆172直接连接在主轴11上，减小对主轴11强度的要求，并且使支撑杆17与Z轴旋转机构1连接更加稳定。

进一步的，较佳地，主轴11的上表面与支撑件12的上表面平齐，主轴11通过支撑杆17与托板3固定连接。在使用过程中，当主轴11绕Z轴旋转时，主轴11带动支撑件12绕Z轴旋转，进而带动支撑杆17绕Z轴旋转，从而带动托板3绕Z轴旋转。这种设计方式能够缩短主轴11的长度，降低成本，并且避免托板3在绕Y轴旋转时，与主轴11产生干涉。

进一步的，支撑件12与主轴11之间可以为过盈连接，例如：形面配合。这种连接的结构简单，定心精度好，可承受转矩，

进一步的，Y轴驱动结构21与支撑件12可以为铰接。

进一步的，Y轴驱动结构21与托板3可以为铰接。

本实施例中，Z轴旋转机构1包括主轴11、支撑件12以及Z轴驱动结构13。在使用过程中，Z轴驱动结构13带动主轴11绕Z轴旋转，支撑件12与主轴11一同旋转，从而带动Y轴驱动结构21以及支撑杆17同步转动，进而完成ZY两轴控制。支撑件12的设置能够向Y轴驱动结构21和支撑杆17提供与Z轴旋转机构1连接的位置，避免Y轴驱动结构21和支撑杆17与主轴11直接连接，减小对主轴11强度的要求，并且使支撑杆17与Z轴旋转机构1连接更加稳定。

如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步的，Z轴旋转机构1还包括主轴箱14、四个第一限位件15以及四个第二限位件16；四个第一限位件15、四个第二限位件16以及支撑件12均设置在主轴箱14的内部；四个第一限位件15沿主轴11的周向均匀设置，四个第一限位件15的上端均与主轴箱14固定连接，下端均与支撑件12的上表面抵接；四个第一限位件15用于限制支撑件12沿Z轴方向的自由度；四个第二限位件16沿主轴11的周向均匀设置，四个第二限位件16的一端均与主轴箱14固定连接，另一端均与支撑件12的侧壁抵接，四个第二限位件16用于限制支撑件12沿Y轴方向的自由度。

其中，第一限位件15和第二限位件16可以为第一滑块和第二滑块，第一滑块和第二滑块的一端均与主轴箱14固定连接，另一端与支撑件12滑动连接；支撑件12的上表面设置有与第一滑块相配合的第一滑槽，支撑件12的侧壁设置有与第二滑块相配合的第二滑槽。在使用过程中，当主轴11绕Z轴旋转时，第一滑块能够阻挡支撑件12沿Z轴方向移动，进而阻挡主轴11沿Z轴方向移动；第二滑块能够阻挡支撑件12沿Y轴方向移动，进而阻挡主轴11沿Y轴方向移动。

进一步的，主轴11的底部应设置有一个圆锥滚子轴承9，在使用过程中，圆锥滚子轴承9用于承受整个装置的重力，且圆锥滚子轴承9与两个第一限位件15以及两个第二限位件16一同配合实现主轴11旋转过程中的稳定性。

本实施例中，Z轴旋转机构1包括主轴箱14、四个第一限位件15以及四个第二限位件16；在使用过程中，四个第一限位件15能够限制支撑件12沿Z轴方向的自由，四个第二限位件16能够限制支撑件12沿X轴和Y轴方向的自由度，进而阻挡主轴11沿Z轴或者Y轴方向移动，使装置运行时更加稳定。另外，主轴箱14能够保护Z轴驱动结构13，并且主轴箱14和支撑件12还能对Z轴驱动结构13起到防雨的效果。

如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步的，第一限位件15包括第一限位轴承151；第二限位件16包括第二限位轴承161；第一限位轴承151的内圈与主轴箱14固定连接，外圈与支撑件12的上表面滚动连接；第二限位轴承161的内圈与主轴箱14固定连接，外圈与支撑件12的侧壁滚动连接。

其中，第一限位件15还应包括两个第一悬臂152和第一悬臂轴153。第一悬臂轴153的两端分别固定连接一个第一悬臂152，第一限位轴承151套设在第一悬臂轴153上。在使用过程中，第一限位轴承151与第一悬臂轴153转动连接，由于第一悬臂轴153固定连接在第一悬臂152上，第一悬臂152固定连接在主轴箱14上，所以第一限位轴承151的内圈与主轴箱14固定连接；当主轴11绕Z轴旋转时，支撑件12一同旋转，此时第一限位轴承151的外圈与支撑件12的上表面滚动连接。

进一步的，第二限位件16还应包括两个第二悬臂和第二悬臂轴。第二悬臂轴的两端分别固定连接一个第二悬臂，第二限位轴承161套设在第二悬臂轴上。在使用过程中，第二限位轴承161与第二悬臂轴转动连接，由于第二悬臂轴固定连接在第二悬臂上，第二悬臂固定连接在主轴箱14上，所以第二限位轴承161的内圈与主轴箱14固定连接；当主轴11绕Z轴旋转时，支撑件12一同旋转，此时第二限位轴承161的外圈与支撑件12的侧壁滚动连接。

本实施例中，在使用过程中，当主轴11绕Z轴旋转时，第一限位轴承151和第二限位轴承161分别用于阻挡主轴11沿Z轴方向移动以及沿Y轴方向移动。轴承的设置不仅能够起到限位主轴11的作用，滚动连接的方式还能够减小Z轴旋转的阻力。

如图1和图3所示，在上述实施例的基础上，进一步的，Z轴驱动结构13包括主轴电机131和皮带轮组132；皮带轮组132的主动带轮与主轴电机131连接；皮带轮组132的从动带轮与主轴11连接。

其中，皮带轮组132应包括一个主动带轮和一个从动带轮，Z轴驱动结构13还应包括减速器133和联轴器134。主轴电机131、减速器133、联轴器134、主动带轮、从动带轮以及主轴11依次连接。在使用过程中，由于要求装置绕Z轴低速转动，即在一天内旋转不超过一周，主轴电机131经过减速器133，并通过皮带轮组132带动主轴11转动，能够更精准的控制主轴11低速旋转。

本实施例中，Z轴驱动结构13包括主轴电机131和皮带轮组132。在使用过程中，主轴电机131带动皮带轮组132转动，进而带动主轴11绕Z轴旋转。皮带轮组132的设计能够降低生产安装和制造的成本，实用性较高，使用范围更广。

图4为本实用新型实施例提供的追日装置的侧视图；如图4所示，在上述实施例的基础上，进一步的，追日装置还包括底板4；主轴电机131固定连接在底板4的下方，皮带轮组132、主轴11、支撑件12、Y轴旋转机构2以及托板3均设置在底板4的上方。

其中，追日装置还应包括编码器5、控制箱10、光敏传感器以及陀螺仪。编码器5可设置在底板4的下方；控制箱10可设置在底板4的上方，光敏传感器应设置在托板3的上表面，陀螺仪应设置在底板4的上方。光敏传感器、陀螺仪、Y轴驱动结构21、Z轴驱动结构13、编码器5均与控制箱10电连接。

在使用过程中，光敏传感器用于检测多云天气和阴天情况下的光照强度，将光照强度的信息传输给控制箱10，控制箱10控制Y轴驱动结构21和Z轴驱动结构13运动。当检测到太阳光照较弱时，为了避免降雨淋湿托板3下的结构件，控制箱10应将托板3调整为水平状态，以保护结构件。

陀螺仪用于检测托板3的姿态角和振动，并将角度信息和振动信息传输给控制箱10，当陀螺仪检测到振动时，控制箱10控制Y轴驱动结构21和Z轴驱动结构13运动，以令装置姿态调整为顺风向(顺风向是指托板3保持水平，支撑杆17与支撑杆17的两端的连线构成的平面与风向平行)，防止风力过大损坏装置；当无振动时，陀螺仪通过角度信息调整姿态为保证阳光直射在托板3的上表面。

编码器5用于检测主轴电机131的转角位置，换算成脉冲数，并将信号传输给控制箱10，控制箱10控制Y轴驱动结构21和Z轴驱动结构13运动，以精准控制托板3的方位角。

本实施例中，底板4的设置能够防止雨水溅落在主轴电机131上，保证主轴电机131的正常运行。并且，底板4能够连接在路灯、家用照明系统或者光伏发电站等设备上，提高追日装置的适应性和通用性。在上述实施例的基础上，进一步的，本实用新型实施例还提供了一种太阳能光电系统，太阳能光电系统包括太阳能电池板以及追日装置；太阳能电池板固定连接在托板3的上表面。

其中，太阳能电池板的类型可以为多种，例如：晶体硅电池板、非晶硅电池板、化学染料电池板、柔性太阳能电池等等。

本实施例中，在使用过程中，Z轴旋转机构1于带动托板3绕Z轴转动；Y轴驱动结构21带动托板3绕Y轴转动；当托板3绕Z轴或者Y轴转动时，支撑杆17用于支撑托板3；太阳能电池板用于吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能，另外，在降雨的情况下，太阳能电池板还能够防止下方结构件淋湿，保证装置的正常运行。由于支撑杆17的两端分别与托板3相对的两个端部转动连接，所以支撑杆17提供的力偶矩较大，在相同负载的情况下，要求主轴电机131的输出扭矩较小，需要的减速机构的结构较小，从而令装置的结构更紧凑、操作的精度更高、适应性更强。由上可知，本实施例提供的追日装置的占用空间较小，性能较高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。