基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構，包括支座和安裝在支座上的日追蹤模塊、四季追蹤模塊和電氣設備，日追蹤模塊上安裝有cpc型聚光器；日追蹤模塊，包括俯仰軸架、極軸架、蝸輪蝸架電機組和支持板；俯仰軸架一端與支座邊沿鉸接，蝸輪蝸架電機組安裝在俯仰軸架中部的支持板上，并通過極軸架與支座連接，極軸架與支座之間滑動連接；四季追蹤模塊，包括滑軌、絲桿螺母組、滑塊和手輪組；滑塊安裝在滑軌上，絲桿螺母組一端與支座鉸接，另一端穿過滑塊與手輪組相連。本實用新型本成本低、易批量生產、現場安裝方便、運行可靠且節能的優點，在保證機構簡單、運行穩定的同時實現太陽有效光照利用時間的延長。
【專利說明】
基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構
技術領域
[0001]本實用新型涉及太陽能利用應用技術領域，尤其涉及一種基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構。【背景技術】
[0002]太陽能作為一種可以持續利用的情節能源，是理想的可再生能源。由于我國的國土面積非常遼闊，太陽能資源相當豐富，全國2/3以上的地區的年輻射量達到5020MJ/M3,年日照數在2000h以上，因此我國的太陽能發電的發展潛力巨大。
[0003]目前我國制約太陽能發電產業的主要因素是光電轉換成本高，發電量波動大，以及不適合遠距離運輸。最大限度提高太陽能的利用率的解決方案主要有兩種:一是提高設備的能量接受率，二是太陽能設備的能量轉換率，太陽能追蹤設備是建立在第二種方法之上，采用自動跟蹤裝置可延長太陽能發電時間，增加發電量，一定程度上減弱發電量的波動，降低太陽能發電成本，有效提高太陽能的利用率。
[0004]在中國發明專利CN201210306130.9中公開了一種聯動式單軸太陽能追蹤器系統及其轉動驅動機構，追蹤器系統包括構成追蹤器陣列的至少兩列單軸太陽能追蹤器和驅動裝置，同一列追蹤器中的各單軸太陽能追蹤器具有同一轉軸，且各轉軸的轉動軸線相互平行;在各列追蹤器的轉軸上均固定連接垂直的轉動臂;驅動裝置包括至少一個轉動驅動器， 如回轉減速機，其轉動軸與各列追蹤器的轉動軸線平行，轉動軸上固定連接垂直的驅動轉動臂;驅動轉動臂與各列追蹤器轉軸上的轉動臂通過剛性的連桿依次鉸接連接，所述的連桿與各列追蹤器轉軸垂直。轉動驅動器轉動時帶動驅動轉動臂轉動，依次相連的連桿中產生線性推拉運動，帶動與之相連的轉動臂推動各列追蹤器繞其轉軸轉動。該專利能夠起到一定的跟蹤太陽轉動的效果，但是無法高精度的根據太陽的日間運動和四季運動進行跟蹤。目前大多太陽能收集裝置大多不具備跟蹤功能，或者跟蹤功能簡單，無法有效提高太陽能的利用率。【實用新型內容】
[0005]本實用新型要解決的技術問題在于針對現有技術中跟蹤太陽運動軌跡不夠精確的缺陷，提供一種既能進行日追蹤，也能進行四季追蹤的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構。
[0006]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0007]本實用新型提供一種基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構，包括支座和安裝在支座上的日追蹤模塊、四季追蹤模塊和電氣設備，日追蹤模塊上安裝有cpc型聚光器；
[0008]所述日追蹤模塊，包括俯仰軸架、極軸架、蝸輪蝸架電機組和支持板;俯仰軸架一端與支座邊沿鉸接，俯仰軸架的中部設置有支持板;蝸輪蝸架電機組安裝在支持板上，并通過極軸架與支座連接，極軸架與支座之間滑動連接；
[0009]所述四季追蹤模塊，包括滑軌、絲桿螺母組、滑塊和手輪組;滑塊安裝在滑軌上，絲桿螺母組一端與支座鉸接，另一端穿過滑塊與手輪組相連。
[0010]進一步地，本實用新型的所述支座還包括鉸接件和角鋼，角鋼安裝在支座的四角位置。
[0011]進一步地，本實用新型的該裝置還包括設置在俯仰軸架和極軸架之間的鉸接支撐架。
[0012]進一步地，本實用新型的該裝置還包括設置在俯仰軸架和cpc型聚光器之間的軸承座組。
[0013]進一步地，本實用新型的該裝置還包括連接絲桿螺母組和滑塊的連桿。
[0014]進一步地，本實用新型的所述電氣設備包括第一步進電機、第二步進電機、光電傳感器組和M⑶控制器盒，光電傳感器組安裝在蝸輪蝸桿電機組和減速齒輪電機組上，M⑶控制器盒安裝在蝸輪蝸桿電機組的支撐板上，MCU控制器盒內設有用于接受傳感器組信號的信號接受單元、MCU核心控制單元、時鐘芯片以及信號輸出單元。
[0015]進一步地，本實用新型的所述蝸輪蝸桿電機組包括第一步進電機、蝸輪蝸桿減速器、第一聯軸器以及極軸齒輪;第一步進電機通過第一聯軸器與蝸輪蝸桿減速器相連，蝸輪與極軸齒輪相連接。
[0016]進一步地，本實用新型的所述減速齒輪電機組包括第二步進電機、絲桿接頭、第一減速齒輪、第二減速齒輪;絲桿與絲桿接頭焊接，第二減速齒輪裝在絲桿接頭上，并與第一減速齒輪配合。
[0017]進一步地，本實用新型的所述光電傳感器組由方柱型構件以及四個光敏電阻組成，四個光敏電阻分別貼在柱形構件的四個面上，光電傳感器組沿極軸的軸線安裝在復合拋物面組件的邊沿。
[0018]本實用新型產生的有益效果是:本實用新型的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構，通過日追蹤模塊和四季追蹤模塊，對一年的南北方向的角度變化和每天的東西方向的角度變化隨時間的規律性運動的不同特點，采用間歇開環式雙軸追蹤結構，解決了目前聚光太陽能系統追蹤機構結構的跟蹤精度與制造運行成本之間的矛盾;本裝置成本低廉、易批量生產、現場安裝方便、運行可靠且節能的優點，在保證機構簡單、運行穩定的同時實現太陽有效光照利用時間的延長。【附圖說明】
[0019]下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中:
[0020]圖1是本實用新型實施例的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構的整體示意圖；
[0021]圖2是本實用新型實施例的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構的日追蹤t旲塊不意圖；
[0022]圖3是本實用新型實施例的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構的四季追蹤模塊示意圖；
[0023]圖4是本實用新型實施例的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構的開環控制原理示意圖；
[0024]圖中，1-鉸接件，2-滑軌，3-角鋼，4-俯仰軸架，5-極軸架，6-蝸輪蝸桿電機組，7-支持板，8-軸承座組，9-鉸接支撐架，10-絲桿螺母組，11-cpc型聚光器，12-滑塊，13-連桿，14-手輪組，15-MCU控制器盒，16-蝸輪蝸桿減速器，17-光電傳感器組。【具體實施方式】
[0025]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0026]如圖1所示，本實用新型的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構，包括支座和安裝在支座上的日追蹤模塊、四季追蹤模塊和電氣設備，日追蹤模塊上安裝有cpc型聚光器11;
[0027]如圖2所示，日追蹤模塊，包括俯仰軸架4、極軸架5、蝸輪蝸架電機組6和支持板7; 俯仰軸架4一端與支座邊沿鉸接，俯仰軸架4的中部設置有支持板7 ;蝸輪蝸架電機組6安裝在支持板7上，并通過極軸架5與支座連接，極軸架5與支座之間滑動連接；[〇〇28] 如圖3所示，四季追蹤模塊，包括滑軌2、絲桿螺母組10、滑塊12和手輪組14;滑塊12 安裝在滑軌2上，絲桿螺母組10—端與支座鉸接，另一端穿過滑塊12與手輪組14相連。
[0029]支座還包括鉸接件1和角鋼3，角鋼3安裝在支座的四角位置，角鋼3用配套鉸接件1 連接起來，滑軌2鉚接在支撐架9長邊上。裝置還包括設置在俯仰軸架4和極軸架5之間的鉸接支撐架9，還包括設置在俯仰軸架4和cpc型聚光器11之間的軸承座組8，還包括連接絲桿螺母組10和滑塊(12)的連桿13。
[0030]如圖4所示，電氣設備包括第一步進電機、第二步進電機、光電傳感器組17和M⑶控制器盒15,光電傳感器組17安裝在蝸輪蝸桿電機組6和減速齒輪電機組上，M⑶控制器盒15 安裝在蝸輪蝸桿電機組6的支撐板7上，MCU控制器盒內設有用于接受傳感器組信號的信號接受單元、MCU核心控制單元、時鐘芯片以及信號輸出單元。
[0031]蝸輪蝸桿電機組6包括第一步進電機、蝸輪蝸桿減速器、第一聯軸器以及極軸齒輪;第一步進電機通過第一聯軸器與蝸輪蝸桿減速器相連，蝸輪與極軸齒輪相連接。
[0032]減速齒輪電機組包括第二步進電機、絲桿接頭、第一減速齒輪、第二減速齒輪;絲桿與絲桿接頭焊接，第二減速齒輪裝在絲桿接頭上，并與第一減速齒輪配合。
[0033]光電傳感器組17由方柱型構件以及四個光敏電阻組成，四個光敏電阻分別貼在柱形構件的四個面上，光電傳感器組沿極軸的軸線安裝在復合拋物面組件的邊沿。
[0034]在本發明的另一個實施例中，支座的角鋼3用配套鉸接件1連接起來，滑軌2鉚接在支撐架9長邊上。日追蹤模塊包括俯仰軸架4、極軸架5、渦輪蝸桿電機組支持板7和渦輪蝸桿電機組6,渦輪蝸桿電機組支持板7固定在俯仰軸架4上，極軸架5固定在渦輪蝸桿電機組支撐板7上，渦輪蝸桿電機組6與極軸的中端連接，蝸輪蝸桿電機組6從極軸中部驅動其轉動， 用以控制復合拋物面系統跟蹤太陽的時角，整個極軸架5則跟隨俯仰軸架4擺動。[〇〇35]四季追蹤模塊包括絲桿螺母組10、軸承座組8、鉸接支撐架9、滑塊12、連桿13和手輪組14等，軸承座組8固定在支座上，絲桿螺母組10的絲桿兩端與軸承座配合，且一端還與手輪組14相連，鉸接支撐架9 一端與俯仰軸架4相連，另一端與滑塊12相連，滑塊12固定在滑軌2上，連桿13將絲桿上的螺母和滑塊組12連接，這樣，手輪組驅動絲桿轉動并帶動其上的螺母移動，螺母的移動通過連桿13帶動滑塊組12在滑軌2上移動，滑塊12移動牽引鉸接支撐架9的移動，從而控制俯仰軸架5的轉動，即控制復合拋物面系統跟蹤太陽的赤煒角。
[0036]電氣設備包括第一步進電機以及M⑶控制器盒15;光電傳感器組17安裝在蝸輪蝸桿減速電機組和減速齒輪電機組上，MCU控制器盒15安裝在蝸輪蝸桿電機組支撐板上，MCU 控制器盒15內設有用于接受傳感器組信號的信號處理系統、M⑶核心控制單元、時鐘芯片以及信號輸出單元。
[0037]蝸輪蝸桿電機組6包括第一步進電機6、蝸輪蝸桿減速器16、第一聯軸器以及極軸齒輪;第一步進電機6通過第一聯軸器與蝸輪蝸桿減速器16相連，蝸輪與極軸齒輪相連接。 手輪組包括絲桿接頭、第一減速齒輪;為保證精度，絲桿與絲桿接頭17焊接。[〇〇38]本實用新型實施例的技術方案主要包括以下三個部分:基于極軸坐標系下的雙軸逐日追蹤技術，cpc裝置的接收角內的間歇式雙軸追蹤機構，和雙軸追蹤的開環環控制系統。
[0039]基于極軸坐標系下的雙軸逐日追蹤技術:cpc裝置的接收面板在白天始終對準太陽的周日式運動軌跡，使得太陽入射光線始終在cpc裝置的接收角范圍內射入，并反射到太陽能電池板上。換言之，即在保證cpc裝置的接收角精度范圍內，將cpc裝置的橢圓跟蹤軌跡轉化為繞旋轉軸(極軸)的旋轉來跟蹤太陽時角，與此同時，cpc裝置也繞跟蹤器的俯仰軸轉動來跟蹤赤煒角。
[0040]基于極軸坐標系下的雙軸逐日追蹤技術:在工作時，cpc裝置繞極軸運動，其轉速設定與太陽自傳方向相反以跟蹤太陽時角；由于太陽赤煒角的日變化甚微，故只需人為定期手動調整。考慮到盡可能提高跟蹤精度，本發明設置在太陽下山后，cpc裝置繼續繞軸轉動回歸到早晨的起始位置，并關機等待第二天的日出。考慮到盡可能提高跟蹤精度。[0041 ] cpc裝置的接收角內的間歇式雙軸追蹤機構，由兩部分組成:一部分是在跟蹤過程中結構不斷運動的機構體系，一部分是支撐結構體系。同時，由于cpc裝置有一定的接收角 (本裝置為30度)，故我們采用的是間歇式追蹤機構，考慮到cpc裝置日轉動次數(本裝置為六次)和裝置運動的平穩性，我們推導并實驗了最佳的轉速。[〇〇42] 雙軸閉環控制系統，是由光敏傳感器和M⑶控制器15聯合控制，一方面給M⑶控制器15寫入每一天太陽每一時刻所運動到的角度信息，使MCU控制器15在內置電子時鐘的配合下，不斷記錄太陽每一時刻的理論位置，并在每天的6點、9點、12點、15點、18點啟動電機運轉至cpc裝置11運動到確定角度;另一方面，光敏傳感器判斷當時的天氣情況，在太陽升起時，啟動整體裝置運行;在太陽落下時，斷開整體裝置的運行;在判斷天氣情況時，不同于普通平板太陽能追蹤裝置的是，我們的cpc裝置11具有聚光性能，能收集一定的散射光，因此我們的光敏傳感器裝在電池板附近，判斷當時的光照情況是否在系統有效產能的閾值內，而決定是否讓整個裝置處于休眠狀態。
[0043]本裝置采用間歇式的雙軸追蹤裝置，與普通單軸或平板太陽能裝置相比，太陽能接受效率更高;與現有的雙軸追蹤系統相比，由于其聚光裝置具有接收角的優勢，其間歇式追蹤的結構更為簡單，裝置可靠性和實用性增強；由于增加了光敏傳感器，在對光照條件的判斷下，相比于傳統的陰晴判斷，增加的散射光的可利用情況，我國由于其地理條件和霧霾情況，散射光的地區較多，其實用性大大增強。
[0044]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于CPC結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤結構，其特征在于， 包括支座和安裝在支座上的日追蹤模塊、四季追蹤模塊和電氣設備，日追蹤模塊上安裝有 CPC型聚光器(11);所述日追蹤模塊，包括俯仰軸架(4 )、極軸架(5 )、蝸輪蝸架電機組(6)和支持板(7);俯 仰軸架(4) 一端與支座邊沿鉸接，俯仰軸架(4)的中部設置有支持板(7);蝸輪蝸架電機組 (6)安裝在支持板(7)上，并通過極軸架(5)與支座連接，極軸架(5)與支座之間滑動連接；所述四季追蹤模塊，包括滑軌(2)、絲桿螺母組(10)、滑塊(12)和手輪組(14);滑塊(12) 安裝在滑軌(2)上，絲桿螺母組(10) —端與支座鉸接，另一端穿過滑塊(12)與手輪組(14)相 連。2.根據權利要求1所述的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤 結構，其特征在于，所述支座還包括鉸接件(1)和角鋼(3)，角鋼(3)安裝在支座的四角位置。3.根據權利要求1所述的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤 結構，其特征在于，該裝置還包括設置在俯仰軸架(4)和極軸架(5)之間的鉸接支撐架(9)。4.根據權利要求1所述的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤 結構，其特征在于，該裝置還包括設置在俯仰軸架(4)和cpc型聚光器(11)之間的軸承座組 ⑶。5.根據權利要求1所述的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤 結構，其特征在于，該裝置還包括連接絲桿螺母組(10)和滑塊(12)的連桿(13)。6.根據權利要求1所述的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤 結構，其特征在于，所述電氣設備包括第一步進電機、第二步進電機、光電傳感器組(17)和 MCU控制器盒(15)，光電傳感器組(17)安裝在蝸輪蝸桿電機組(6)和減速齒輪電機組上，MOT 控制器盒(15)安裝在蝸輪蝸桿電機組(6)的支撐板(7)上，MCU控制器盒內設有用于接受傳 感器組信號的信號接受單元、MCU核心控制單元、時鐘芯片以及信號輸出單元。7.根據權利要求6所述的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤 結構，其特征在于，所述蝸輪蝸桿電機組(6)包括第一步進電機、蝸輪蝸桿減速器、第一聯軸 器以及極軸齒輪;第一步進電機通過第一聯軸器與蝸輪蝸桿減速器相連，蝸輪與極軸齒輪 相連接。8.根據權利要求6所述的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤 結構，其特征在于，所述減速齒輪電機組包括第二步進電機、絲桿接頭、第一減速齒輪、第二 減速齒輪;絲桿與絲桿接頭焊接，第二減速齒輪裝在絲桿接頭上，并與第一減速齒輪配合。9.根據權利要求6所述的基于cpc結構的聚光太陽能利用系統的間歇開環式雙軸追蹤 結構，其特征在于，所述光電傳感器組(17)由方柱型構件以及四個光敏電阻組成，四個光敏 電阻分別貼在柱形構件的四個面上，光電傳感器組沿極軸的軸線安裝在復合拋物面組件的 邊沿。
【文檔編號】G05D3/12GK205594463SQ201620345269
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月22日
【發明人】李鵬, 張信韜, 張吉, 陳朝雷, 陳慧玲, 李文婷, 陳陸建
【申請人】武漢理工大學, 青海新能源(集團)有限公司