專利名稱：太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統。
技術背景目前，太陽能作為環保和新能源越來越受到各國重視，各國爭相開發和 太陽能有關的各種產品，其中太陽能光伏發電就是最為受重視的一種。目前 太陽能光伏發電所遇到的關鍵問題是如何高效的采集和利用太陽能，并減少 自身在采集和利用太陽能過程中的損耗。這就涉及到如何精確有效的跟蹤太 陽方位，如何減少自身損耗的問題。在進行太陽方位跟蹤時，由于不論采用 何種方式的跟蹤，反饋到跟蹤系統均為電信號，而實際進行跟蹤動作的則是 機械結構。由于控制時間間隔的限定，以及每次機械操作的微小誤差，會導 致太陽能光伏發電在長時間內的巨大累計誤差，使得太陽能采集板嚴重偏離 太陽方位。另外，由于太陽每天都是東升西落，所以導致太陽能采集板的旋 轉也只能是單向旋轉，傳動機構日復一 日的進行單向傳動，會加速自身損耗， 影響傳動精度，甚至破損。目前的太陽能光伏發電系統的支撐及傳動裝置結構如圖1所示，采用單立柱13支撐，傳動支撐裝置14設置在立柱13頂部，并支撐橫軸12,橫軸 12在傳動支撐裝置14作用下可進行旋轉并支撐采集裝置11。目前的這種太 陽能光伏發電系統的支撐及傳動裝置，采集裝置ll相對地面進行的轉動， 是通過橫軸12的轉動來實現的，而橫軸12的轉動動力是由傳動支撐裝置 14來提供的。這種結構要求采集裝置11相對橫軸12左右對稱，質量均勻 分布。也就是要求采集裝置11的上部16與下部17相對橫軸12的轉矩應相 等。但實際情況中，上部16與下部17相對橫軸12轉矩相等是很難實現的， 通常都會存在差距，有時還會產生嚴重偏置。在采集裝置11產生偏置時， 上部16與下部17的轉矩差會損壞傳動支撐裝置14的傳動機構，造成傳動機構精度下降，影響采集裝置1的旋轉精度；嚴重時還會破壞電機等動力部件，造成不可估量的經濟損失。 發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種太陽方位跟蹤精度高、能耗低，且 不受釆集裝置質量分布影響的太陽能光伏發電系統。為了解決上述問題，本發明提供了 一種太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，包括傳動及支撐裝置、太陽能采集系統、太陽方位跟蹤系統及發電裝 置；所述太陽能采集系統及太陽方位跟蹤系統設置在所述傳動及支撐裝置 上；所述太陽能采集系統采集太陽能，并將所采集的太陽能發送到所述發電 裝置；所述發電裝置利用所述太陽能采集系統發送來的太陽能進行發電；所 述太陽方位跟蹤系統包括監測裝置、跟蹤方式轉換控制模塊及雙跟蹤方式控 制模塊；所述監測裝置用于監測天氣狀態，并將監測到的天氣狀態以參數形式發 送到所述跟蹤方式轉換控制模塊；所述跟蹤方式轉換控制模塊根據所述監測裝置發送來的參數進行判斷， 并根據該判斷向所述雙跟蹤方式控制模塊發出指令；所述雙跟蹤方式控制模塊根據所述跟蹤方式轉換控制模塊發送來的指 令啟動相關跟蹤方式，控制所述傳動及支撐裝置運動，以改變所述太陽能采 集系統采集面的位置。優選的，所述雙跟蹤方式控制模塊包括選擇單元、時間跟蹤單元及光感 跟蹤單元；所述雙跟蹤方式控制模塊還包括設定顯示時間及時間間隔的時間 單元、用于確定太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統所處地理位置的定位器及 用于測量太陽光方位的光感裝置；所述選擇單元在接到所述跟蹤方式轉換控制模塊發送來的指令后可作 出判斷，并可在所述時間^艮蹤單元及光感跟蹤單元之間進行切換；參數，計算相對的太陽實時方位，按照所述時間單元設定的時間間隔定時向所述控制單元發送參數信息；所述光感跟蹤單元根據光感裝置發送來的太陽光的參數，計算太陽實時 方位，按照所述時間單元設定的時間間隔定時向所述控制單元發送參數信 息；所述控制單元根據所述時間跟蹤單元或所述光感跟蹤單元發送來的參 數信息控制所述傳動及支撐裝置運動。優選的，所述雙跟蹤方式控制模塊還包括逆指令單元；所述選擇單元可 根據判斷向所述逆指令單元發送指令；所述逆指令單元在接到選擇單元發送來的"天亮"指令時初始化并開始 記錄所述雙跟蹤方式控制模塊向所述傳動及支撐裝置所發送的指令；在接到選擇單元發送來的"天黑，，指令時，所述逆指令單元將所記錄的 指令作一個逆變換；所述逆指令單元將逆變換后的指令發送到所述傳動及支撐裝置，控制所 述傳動及支撐裝置作逆向運動。優選的，包括平面支撐裝置、可旋轉立柱及傳動機構，所述立柱上設置 有上支架和下支架，所述平面支撐機構可翻轉的設置在所述上支架上，所述 傳動機構一端設置在所述下支架上，另一端設置在所述平面支撐機構上，以 控制所述平面支撐機構翻轉。優選的，傳動及支撐裝置還包括彈性支撐機構，該彈性支撐機構的一端 設置在所述下支架上，所述彈性支撐機構的另一端與所述平面支撐機構相 連。優選的，所述彈性支撐機構為相對所述立柱對稱設置的兩個氣彈簧。 優選的，所述上支架采用三角形固定架。優選的，所述傳動機構包括電機、絲杠和絲母，電才兒i殳置在所述下支架 上，絲母設置在所述電機的動力輸出端，絲杠套設在所述絲母上，所述絲杠 的一端設置在所述平面支撐機構上。本發明具有如下優點1、 本發明可以及時采集天氣變化情況，根據天氣變化情況，對太陽方位跟蹤方式進行控制和選擇，這樣可以提高太陽方位跟蹤精度，并降低能耗；2、 本發明采用兩種太陽方位跟蹤方式對太陽方位進行跟蹤，跟蹤方式 更加靈活、可靠；3、 本發明采用了逆指令單元，可以去除累計誤差，并減少傳動機構的 單向磨損，提高太陽方位跟蹤精度；4、 本發明中為平面支撐機構提供的翻轉動力與平面支撐機構的翻轉軸 不在一個平面上，這就不會因為平面支撐機構的偏置或質量分布不均導致傳 動機構受到損壞，從而，平面支撐機構的翻轉精度得到提高，工作穩定性也 得到-提高；5 、本發明中為平面支撐機構提供的翻轉動力與平面支撐機構的翻轉軸 不在一個平面上，這種結構使得平面支撐結構可以承受更大的載荷；6、 本發明中采用彈性支撐機構，更大程度上保護了傳動機構，另外還 能夠緩沖平面支撐機構翻轉中的沖擊；7、 本發明中釆用三角形固定架來支撐平面支撐機構，可靠性高；8、 本發明中采用電機及絲杠絲母結構，傳動精度高。
下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明圖1示出了目前太陽能光伏發電系統的支撐及傳動裝置的結構示意圖；圖2示出了本發明太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統的結構示意圖；圖3示出了本發明中太陽方位跟蹤系統的控制流程圖；圖4示出了本發明中信號傳遞示意圖；圖5示出了本發明中傳動及支撐裝置的結構示意圖。
具體實施方式
如圖2所示，本發明包括傳動及支撐裝置l、太陽能釆集系統2、太陽方位跟蹤系統3及發電裝置4;太陽能采集系統2及太陽方位跟蹤系統3 設置在傳動及支撐裝置1上；太陽能采集系統2采集太陽能，并將所采集的 太陽能發送到發電裝置4;發電裝置4利用太陽能采集系統2發送來的太陽 能進行發電。太陽方位跟蹤系統3包括監測裝置33、跟蹤方式轉換控制模塊32及雙 跟蹤方式控制模塊31。監測裝置33用于監測天氣狀態，并將監測到的天氣狀態以參數形式發 送到跟蹤方式轉換控制模塊32。跟蹤方式轉換控制模塊32根據監測裝置33發送來的參數進行判斷，并 根據該判斷向雙跟蹤方式控制模塊31發出指令。雙跟蹤方式控制模塊31根據跟蹤方式轉換控制模塊32發送來的指令啟 動相關跟蹤方式，控制傳動及支撐裝置l運動，以改變太陽能釆集系統2采 集面的位置。雙跟蹤方式控制模塊31包括選擇單元311、時間跟蹤單元312及光感 跟蹤單元313。雙跟蹤方式控制才莫塊31還包括設定顯示時間及時間間隔的 時間單元3122、用于確定太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統所處地理位置 的定位器3121及用于測量太陽光方位的光感裝置3131。選擇單元311在接到跟蹤方式轉換控制模塊32發送來的指令后可作出 判斷，并可在時間跟蹤單元312及光感跟蹤單元313之間進4亍切換。時間跟蹤單元312根據時間單元3122設定時間及定位器3121確定的位 置參凄t，計算相對的太陽實時方位，4要照系統i殳定的時間間隔定時向控制單 元314發送參數信息。光感跟蹤單元313根據光感裝置3131發送來的太陽光的參數，計算太 陽實時方位，4要照時間單元3122 i殳定的時間間隔定時向控制單元314發送參數信息。控制單元314根據時間跟蹤單元312或光感跟蹤單元313發送來的參數 信息向傳動及支撐裝置1發送指令。雙跟蹤方式控制模塊31還包括逆指令單元315,選擇單元311可根據判斷向逆指令單元315發送指令。逆指令單元315在接到選擇單元311發送來的"天亮，，指令時，初始化 并開始記錄雙跟蹤方式控制模塊31向傳動及支撐裝置1所發送的指令。在4妾到選4奪單元311發送來的"天黑"指令時，逆指令單元315停止記 錄并將白天所記錄的指令作一個逆變換。逆指令單元315將逆變換后的指令發送到傳動及支撐裝置1,控制傳動 及支撐裝置1作逆向運動。使用本發明前，組裝好機械結構后連接電源并啟動本發明控制部分，通 過時間單元3122i殳定時間，此處的時間需以北京時間為準。此時定位器3121 開始工作，根據地球磁場變化確定本發明所在位置，即以經度、綿度所表示 的地點位置，定位器3121將測得的位置參數信息發送到時間跟蹤單元312, 時間跟蹤單元根據此信息，確定時間位置關系參數。使用本發明時，啟動本發明。監測裝置33首先開始工作，監測裝置33 包括照度傳感器331、風速傳感器332及電纜333。照度傳感器331及風速蹤方式轉換控制模塊32,跟蹤方式轉換控制模塊32對所接收數據進行分析， 并將所接收數據與預先設定的數據作比較，得出"晴，，、"陰"及"風大"、 "風小"以及"天亮"、"天黑"等結論。跟蹤方式轉換控制模塊32將所 述結論以參數形式發送到雙跟蹤方式控制模塊31 。在跟蹤方式轉換控制模塊32得出"天亮"的結論時，直接將該信息發 送給選擇單元311,選擇單元311將該指令發送到逆指令單元315,并等待 跟蹤方式轉會控制模塊32繼續發送指令。此時逆指令單元315初始化指令 記錄，并開始記錄控制單元314的指令。在跟蹤方式轉換控制模塊32得出"風大"的結論時，直接將該信息發 送給選擇單元311,選擇單元311關閉光感跟蹤單元313及時間跟蹤單元 312。在跟蹤方式轉換控制模塊32得出"風小"的結論時，直接將該信息發 送給選擇單元311，選擇單元311此時需對比跟蹤方式轉換控制模塊32發送的"晴，，/ "陰，，的結論后開始發送指令。在跟蹤方式轉換控制模塊32得出"晴"的結論時，將該參數信息發送 到選擇單元311,選擇單元311激活光感跟蹤單元313并關閉時間跟蹤單元 312。光感跟蹤單元313啟動，光感裝置3131開始工作，光感裝置3131可以 測量太陽光射線與水平面的夾角及太陽光射線在水平面上投影與綿線的夾 角。光感裝置3131按照系統設定的時間間隔定時將所測得的數據以參數形 式發送到控制單元314,控制單元314根據該參數信息向傳動及支撐裝置1 發送并記錄指令，同時將該指令發送到逆指令單元315作記錄。傳動及支撐 裝置1接到指令后運轉，以保證太陽能采集系統2的采集面始終與陽光照射 方向垂直。在跟蹤方式轉換控制模塊32得出"陰"的結論時，將該參數信息發送 到選擇單元311,選擇單元311關閉光感跟蹤單元313并激活時間跟蹤單元 312。時間跟蹤單元312啟動，首先讀取系統的時間參數信息，并根據定位器 測定的位置參數確定時間位置關系，由此確定太陽光射線與水平面的夾角及 太陽光射線在水平面上投影與綿線的夾角。然后按照系統設定的時間間隔定 時將所測得的數據以參數形式發送到控制單元314,控制單元314根據該參 數信息向傳動及支撐裝置1發送指令，同時將該指令發送到逆指令單元315 作記錄。傳動及支撐裝置l接到指令后運轉，以保證太陽能采集系統2的采 集面始終與陽光照射方向垂直。在跟蹤方式轉換控制模塊32得出"天黑"的結論時，直接將該信息發 送給選擇單元311,選擇單元311關閉光感5艮蹤單元313及時間跟蹤單元 312，并將該信息直接發送到逆指令單元315。逆指令單元315接到該信息后，對記錄在該逆指令單元315中的指令作 逆變換，然后依次將已經作了逆變換的指令發送到傳動及支撐裝置1。傳動 及支撐裝置1接到指令后運轉，沿原運動軌跡退回到其初始位置。本發明可以及時采集天氣變化情況，根據天氣變化情況，對太陽方位跟蹤方式進行控制和選擇，這樣可以提高太陽方位跟蹤精度，并降低能耗。本 發明采用兩種太陽方位跟蹤方式對太陽方位進行跟蹤，跟蹤方式更加靈活、可靠。本發明采用了逆指令單元315，可以去除累計誤差，并減少傳動機構的單向磨損，提高太陽方位跟蹤精度。如圖4所示，傳動及支撐裝置1包括平面支撐機構6、可旋轉立柱7及 傳動機構8，立柱7上設置有上支架72和下支架71,平面支撐機構6可翻 轉的設置在上支架72上，傳動機構8—端設置在下支架71上，另一端設置 在平面支撐機構6上，以控制平面支撐機構6翻轉。本發明中為平面支撐機構6提供的翻轉動力與平面支撐機構6的翻轉軸 不在一個平面上，這就不會因為平面支撐機構6的偏置或質量分布不均導致 傳動機構8受到損壞，從而，平面支撐機構6的翻轉精度得到提高，工作穩 定性也得到提高；本發明中為平面支撐機構6提供的翻轉動力與平面支撐機 構6的翻轉軸不在一個平面上，這種結構使得平面支撐結構6可以承受更大 的載荷。傳動及支撐裝置還包括彈性支撐機構10，該彈性支撐機構IO的一端設 置在下支架71上，彈性支撐機構10的另一端與平面支撐機構6相連。彈性 支撐機構10為相對立柱7對稱設置的兩個氣彈簧。本發明中采用彈性支撐 機構10,更大程度上保護了傳動機構8，另外還能夠緩沖平面支撐機構6翻 轉中的沖擊。立柱7底部安裝有電機、大齒輪和小齒輪，大齒輪固定，小齒輪與立柱 7連接，電機帶動小齒輪旋轉，小齒輪在大齒輪內進行旋轉，從而帶動立柱 7進行旋轉。上支架72采用三角形固定架。本發明中采用三角形固定架來支撐平面 支撐機構6，可靠性高。傳動機構8包4舌電才幾81、絲杠83和絲母82,電才幾81設置在下支架71 上，絲母82設置在電機81的動力輸出端，絲杠83套設在絲母82上，絲杠 83的一端設置本發明，平面支撐機構6為框架結構。本發明中的平面支撐機構6采用框架結構，可承受載荷更大、穩定性更高。平面支撐機構6分為上、下兩部分，分別是上部61、下部62,這兩部 可采用對稱設計，由于本發明中平面支撐機構6所受翻轉力與平面支撐機構 有一定角度甚至垂直，所以平面支撐機構上太陽能采集裝置的設置更為靈 活，無需過多考慮質量分布，這樣就可以根據實際需要靈活掌握太陽能采集 裝置在平面支撐機構6上的設置。本發明采用了氣彈簧作為彈性支撐裝置10,采用絲杠絲母作為傳動方 式，且翻轉力與平面支撐機構6形成一定角度，這些都使得本發明中平面支 撐機構的翻轉精度更高，對于實際工作中，在控制機構的控制下平面支撐機 構6對太陽的跟蹤更加精密，也就提高了太陽能光伏發電設備的發電能力。綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的 保護范圍，因此，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、 改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，其特征在于包括傳動及支撐裝置(1)、太陽能采集系統(2)、太陽方位跟蹤系統(3)及發電裝置(4)；所述太陽能采集系統(2)及太陽方位跟蹤系統(3)設置在所述傳動及支撐裝置(1)上；所述太陽能采集系統(2)采集太陽能，并將所采集的太陽能發送到所述發電裝置(4)；所述發電裝置(4)利用所述太陽能采集系統(2)發送來的太陽能進行發電；所述太陽方位跟蹤系統(3)包括監測裝置(33)、跟蹤方式轉換控制模塊(32)及雙跟蹤方式控制模塊(31)；所述監測裝置(33)用于監測天氣狀態，并將監測到的天氣狀態以參數形式發送到所述跟蹤方式轉換控制模塊(32)；所述跟蹤方式轉換控制模塊(32)根據所述監測裝置(33)發送來的參數進行判斷，并根據該判斷向所述雙跟蹤方式控制模塊(31)發出指令；所述雙跟蹤方式控制模塊(31)根據所述跟蹤方式轉換控制模塊(32)發送來的指令啟動相關跟蹤方式，控制所述傳動及支撐裝置(1)運動，以改變所述太陽能采集系統(2)上采集面的位置。
2、 如權利要求1所述的太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，其特征 在于所述雙跟蹤方式控制模塊(31)包括選擇單元(311)、時間跟蹤單 元(312)、光感跟蹤單元(313)及控制單元(314);所述雙跟蹤方式控 制沖莫塊(31)還包括i殳定顯示時間及時間間隔的時間單元(3122)、用于確 定太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統所處地理位置的定位器(3121)及用于 測量太陽光方位的光感裝置(3131);所述選擇單元(311)在接到所述跟蹤方式轉換控制模塊(32)發送來 的指令后可作出判斷，并可在所述時間跟蹤單元(312 )及光感跟蹤單元(313 ) 之間進行切換；所述時間跟蹤單元(312)根據所述時間單元(3122)設定的時間，及所述定位器(3121 )確定的位置參數，計算相對的太陽實時方位，按照所述時間單元(3122)設定的時間間隔定時向所述控制單元(314)發送參數信 自.所述光感跟蹤單元(313)根據所述光感裝置(3131)發送來的太陽光 的參數，計算太陽實時方位，按照所述時間單元(3122)設定的時間間隔定 時向所述控制單元(314)發送參數信息；所述控制單元(314)根據所述時間跟蹤單元(312)或所述光感跟蹤單 元(313 )發送來的參數信息控制所述傳動及支撐裝置(1 )運動。
3、 如權利要求2所述的太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，其特征 在于所述雙跟蹤方式控制模塊(31)還包括逆指令單元(315);所述選 擇單元(311)可根據判斷向所述逆指令單元(315)發送指令；所述逆指令單元(315)在接到所述選擇單元(311)發送來的"天亮" 指令時，初始化并開始記錄所述雙跟蹤方式控制模塊(31 )向所述傳動及支 撐裝置(1 )所發送的指令；在接到所述選擇單元(311)發送來的"天黑"指令時，所述逆指令單 元(315)停止記錄并將所記錄的指令作一個逆變換；所述逆指令單元(315)將逆變換后的指令發送到所述傳動及支撐裝置 (1 ),控制所述傳動及支撐裝置(1 )作逆向運動。
4、 如權利要求3所述的太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，其特征 在于所述傳動及支撐裝置(1)包括平面支撐機構(6)、可旋轉立柱(7) 及傳動機構(8),所述立柱(7)上設置有上支架(72)和下支架(71)， 所述平面支撐機構(6)可翻轉的設置在所述上支架(72)上，所述傳動機 構(8) —端設置在所述下支架(71)上，另一端設置在所述平面支撐機構(6)上，以控制所述平面支撐機構(6)翻轉。
5、 如權利要求4所述的太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，其特征 在于所述傳動及支撐裝置(1)還包括彈性支撐機構(10),該彈性支撐 機構(10)的一端設置在所述下支架(71 )上，所述彈性支撐機構(10)的 另一端與所述平面支撐機構(6)相連。
6、 如權利要求5所述的太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，其特征 在于所述彈性支撐機構(10)為相對所述立柱(7)對稱設置的兩個氣彈簧。
7、 如權利要求4所述的太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，其特征 在于所述上支架(72)采用三角形固定架。
8、 如權利要求4所述的太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，其特征 在于所述傳動機構(8)包括電機(81)、絲杠(83)和絲母(82)，電 機(81 )設置在所述下支架(71 )上，絲母(82 )設置在所述電機(81 )的 動力輸出端，絲杠(83)套設在所述絲母(82)上，所述絲杠(83)的一端 設置在所述平面支撐機構(6)上。
全文摘要
本發明涉及一種太陽能光伏發電全天候自跟蹤系統，包括傳動及支撐裝置、太陽能采集系統、太陽方位跟蹤系統及發電裝置；太陽能采集系統及太陽方位跟蹤系統設置在傳動及支撐裝置上；太陽能采集系統采集太陽能，以供發電裝置進行發電；太陽方位跟蹤系統包括監測裝置、跟蹤方式轉換控制模塊及雙跟蹤方式控制模塊；監測裝置用于監測天氣狀態，以供跟蹤方式轉換控制模塊判斷，并發出指令以供雙跟蹤方式控制模塊啟動相關跟蹤方式，控制傳動及支撐裝置運動，以改變太陽能采集系統采集面的位置。本發明可以及時采集天氣變化情況，根據天氣變化情況，對太陽方位跟蹤方式進行控制和選擇，這樣可以提高太陽方位跟蹤精度，并降低能耗。
文檔編號H02N6/00GK101577510SQ20091008687
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月10日 優先權日2009年6月10日
發明者劉秋爽, 吳國新, 左云波, 徐小力 申請人:北京機械工業學院