專利名稱：新型雙自由度機(jī)械跟蹤太陽能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型所述的雙自由度機(jī)械跟蹤太陽能發(fā)電系統(tǒng)緣于可再生能源的開發(fā)和利用領(lǐng)域。太陽能是一種可再生能源，幾乎取之不盡用之不竭，利用太陽能發(fā)電的光伏發(fā)電技術(shù)綠色環(huán)保，前景廣闊。當(dāng)前光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量及發(fā)電量的比重還比較低，光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展空間巨大。世界能源組織(IEA)預(yù)測2020年光伏發(fā)電的發(fā)電量占總發(fā)電量的1%，2040年上升到約20% ；根據(jù)國家發(fā)改委《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，我國提出 2010年，光伏發(fā)電總?cè)萘窟_(dá)到300MW，到2020年達(dá)到1800MW。國內(nèi)光伏發(fā)電的發(fā)展正全面加速，有關(guān)專家預(yù)測，從2010年到2020年，我國的光伏發(fā)電容量有望分別達(dá)到2GW和10GW。 可再生能源的開發(fā)和利用已成為下一代能源發(fā)展的主要內(nèi)容，光伏發(fā)電有著無可比擬的優(yōu)勢，是滿足未來社會需求的理想能源。
背景技術(shù)：
太陽能發(fā)電設(shè)備，如果它的光伏板能始終保持與太陽光垂直，就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽能。理論分析表明，太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收率相差 37.7%。目前，有很多的光伏電池板采用固定式安裝，太陽能的利用率不高。本雙自由度機(jī)械跟蹤太陽能發(fā)電系統(tǒng)，正是為了改進(jìn)這種狀況而設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由裝有獨(dú)立電機(jī)的雙軸驅(qū)動，分別稱為“日軸”和“季軸”，日軸以每天為一個工作周期，日出而作，日落而息，日軸的轉(zhuǎn)動帶動光伏板對準(zhǔn)太陽從東邊升起到西邊落下的全過程；而季軸則以季節(jié)為工作周期，用以完成對太陽往返于南北回歸線之間運(yùn)動的跟蹤。
發(fā)明內(nèi)容為了克服大多數(shù)太陽能發(fā)電裝置因固定安裝，接收太陽輻射能量不高的問題，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)著眼于光伏板的對日跟蹤上。眾所周知，由于黃赤交角的存在，才使地球在公轉(zhuǎn)過程中，太陽直射點(diǎn)的位置在南北回歸線之間作周年移動，從而產(chǎn)生了正午太陽高度角的變化、晝夜長短的變化以及四季更替等自然現(xiàn)象。在地面上觀察太陽的運(yùn)動稱為太陽的視運(yùn)動，它既含有東西分量，又含有南北分量。因此，跟蹤太陽的裝置，必須具有兩個自由度，分別對太陽視運(yùn)動的東西分量和南北分量進(jìn)行跟蹤。太陽的視運(yùn)動軌跡因時(shí)因地而異，本設(shè)計(jì)中，日軸的轉(zhuǎn)動，著眼于晝夜變化，跟蹤的是太陽視運(yùn)動的東西分量；季軸，則著眼于季節(jié)變化，跟蹤太陽視運(yùn)動的南北分量；光伏板與日軸緊固并隨軸轉(zhuǎn)動，蝸輪與日軸軸端鍵連結(jié)，帶動蝸輪轉(zhuǎn)動的蝸桿由單獨(dú)的PLC控制的直流電機(jī)驅(qū)動，從而帶動光伏板自東向西方向的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角速度與太陽視運(yùn)動同步，實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽視運(yùn)動的東西分量；對于太陽視運(yùn)動的南北分量，表現(xiàn)為所在地區(qū)的太陽高度角的隨季節(jié)而變化，它與該地區(qū)的地理緯度，太陽直射點(diǎn)的緯度等因素有關(guān)，太陽高度越接近垂直(90° )的方向，單位面積內(nèi)得到的輻射能也越多。為了實(shí)現(xiàn)這種跟蹤，本設(shè)計(jì)采用的技術(shù)方案是，將日軸兩端的軸承支架安裝于主梁上，主梁南北向傾斜，下面有兩個鉸接支座，前鉸接支座通過季軸鉸接在前基礎(chǔ)支座上；后鉸接支座和后基礎(chǔ)支座之間，連接一螺旋推桿，螺旋推桿將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成螺桿的軸向移動，從而改變整個推桿的長度，推動光伏板繞季軸轉(zhuǎn)動， 從而跟蹤了太陽視運(yùn)動的南北分量。傍晚，光伏電池板向西轉(zhuǎn)至極限位置，不再跟蹤太陽， 同時(shí)控制系統(tǒng)將其復(fù)位至早晨的起始位置，直至第二天重新開始一個新的周期。具體結(jié)構(gòu)見說明書附圖(圖1，圖2，圖3，圖4，圖5，圖6)。本實(shí)用新型的有益效果是，用雙自由度的機(jī)械式結(jié)構(gòu)，既實(shí)現(xiàn)了對太陽視運(yùn)動的東西方向跟蹤，又實(shí)現(xiàn)了南北方向跟蹤，結(jié)構(gòu)簡單，與固定式光伏電池板相比，明顯提高了太陽能的接收率。

圖1蝸輪主視圖圖2蝸輪左視圖圖3蝸桿圖4主梁圖5新型雙自由度機(jī)械跟蹤太陽能發(fā)電系統(tǒng)裝配圖的主視圖。圖中1.前基礎(chǔ)支座，2.季軸，3.主梁，4.蝸桿，5.蝸輪，6.日軸，7.前軸承座，8.光伏板，9.后軸承座，10.鉸接支座，11.蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，12.皮帶，13.螺母，14.螺旋推桿電機(jī)，15.螺桿，16.后基礎(chǔ)支座圖6新型雙自由度機(jī)械跟蹤太陽能發(fā)電系統(tǒng)裝配圖的左視圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
如圖5所示。步驟1 將整個新型雙自由度機(jī)械跟蹤太陽能發(fā)電系統(tǒng)安裝在牢固的鋼筋混凝土基礎(chǔ)上，先將光伏板框架固定于日軸6上，將日軸兩端套上前后軸承座7和9，并將兩軸承座固定于主梁3上。日軸6前端安裝上蝸輪5、與蝸輪5嚙合的蝸桿4和電機(jī)驅(qū)動裝置，將主梁下面前鉸接支座與前基礎(chǔ)支座1通過季軸2鉸接，將11、12、13、14、15組成的螺旋推桿兩端分別鉸接在主梁下面后鉸接支座10和后基礎(chǔ)支座16上，完成安裝。步驟2 太陽升起的時(shí)候，光伏板處于起始位置，面向陽光，板面與地平面夾角約 75° ；PLC控制的電機(jī)啟動，通過蝸桿4一蝸輪5，帶動日軸6開始緩慢跟隨太陽轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角速度調(diào)節(jié)到與太陽視運(yùn)動同步。太陽落山時(shí)，光伏電池板向西轉(zhuǎn)至極限位置，板面反向地與地平面夾角75°，控制系統(tǒng)使光伏板對太陽的跟蹤停止，隨后使電機(jī)快速反轉(zhuǎn)，將光伏板轉(zhuǎn)回早晨的起始位置，并停留至第二天。南北方向的調(diào)整需在正午時(shí)候進(jìn)行，點(diǎn)動螺旋推桿電機(jī)14，通過皮帶12-蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)11，帶動螺桿15轉(zhuǎn)動，由于螺母13與外套是固定的，所以，螺桿的轉(zhuǎn)動就會使其沿著螺母軸向移動，整個螺旋推桿就會伸長(反向時(shí)縮短)， 推動整個光伏板繞季軸2轉(zhuǎn)動，直至其與太陽光線垂直。換季時(shí)，需再次調(diào)整。
權(quán)利要求1. 一種新型雙自由度機(jī)械跟蹤太陽能發(fā)電系統(tǒng)，光伏板與日軸緊固，由蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)其轉(zhuǎn)動；日軸兩端的軸承支架安裝于主梁上，主梁下有兩個鉸接支座，前鉸接支座通過季軸鉸接在前基礎(chǔ)支座上，后鉸接支座和后基礎(chǔ)支座之間，連接一螺旋推桿，其特征是由 PLC控制的直流電機(jī)通過蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動日軸，使光伏板自東向西轉(zhuǎn)動，跟蹤太陽視運(yùn)動的東西分量；螺旋推桿則將另一電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成軸向移動，改變了推桿的長度，使光伏板繞季軸轉(zhuǎn)動，從而跟蹤了太陽視運(yùn)動的南北分量。
專利摘要本新型雙自由度機(jī)械跟蹤太陽能發(fā)電系統(tǒng)可用于獨(dú)立光伏系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏系統(tǒng)以及混合光伏系統(tǒng)。光伏板與日軸緊固并隨軸轉(zhuǎn)動，蝸輪與日軸軸端鍵連結(jié)，帶動蝸輪轉(zhuǎn)動的蝸桿由單獨(dú)的PLC控制的直流電機(jī)驅(qū)動，從而帶動光伏板自東向西方向的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角速度與太陽視運(yùn)動同步，實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽視運(yùn)動的東西分量；日軸兩端的軸承支架安裝于主梁上，主梁下面有兩個鉸接支座，前鉸接支座通過季軸鉸接在前基礎(chǔ)支座上；后鉸接支座和后基礎(chǔ)支座之間，連接一螺旋推桿，螺旋推桿將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)成螺桿的軸向運(yùn)動，從而改變整個推桿的長度，推動整個光伏板繞季軸轉(zhuǎn)動，從而跟蹤了太陽視運(yùn)動的南北分量。兩個自由度的有機(jī)配合，使光伏板全年與入射陽光相垂直，達(dá)到跟蹤太陽的目的。
文檔編號H02N6/00GK202231640SQ201120287950
公開日2012年5月23日 申請日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者劉利國, 王躍進(jìn), 錢瑜 申請人:江南大學(xué)