新型太陽能傾角單軸跟蹤系統的製作方法

2023-05-20 15:16:26 1

新型太陽能傾角單軸跟蹤系統的製作方法
【專利摘要】提出了一種太陽能傾角單軸跟蹤系統，包括：控制器；傳動裝置以及若干個獨立的光伏跟蹤子系統，每個光伏跟蹤子系統均包括：光伏組件；固定高支撐柱和固定低支撐柱，其柱頂分別安裝有軸承結構以與光伏組件活動連接；鋼絲繩拉升系統，包括鋼絲繩以及連接到光伏組件的鋼絲繩固定端；所述鋼絲繩拉升系統的鋼絲繩多次纏繞過所述轉動軸；萬向聯軸器，將若干個獨立的光伏跟蹤子系統的轉動軸彼此相連接；控制器通過傳動裝置帶動轉動軸轉動，以使得鋼絲繩上下拉伸以牽動所連接的光伏組件進行轉動。實現了東西向跟蹤太陽運行，南北向與太陽光光線呈最優角度，實現冬季，夏季均衡接收太陽光，大幅提高發電效率，並提高整個系統的穩定度。
【專利說明】新型太陽能傾角單軸跟蹤系統

【技術領域】
[0001]本申請一般地涉及光伏發電領域，特別涉及光伏發電裝置的跟蹤控制系統。

【背景技術】
[0002]太陽能光伏發電是通過使用太陽能光伏組件所形成的陣列接受入射的太陽光，通過光伏轉換將光能轉換為電能，並收集所產生的電能以供使用的技術。該技術具有無汙染、成本低、發電可持續的優點，並在全球各地的光照強烈的熱帶或沙漠地區有著越來越多的運用。
[0003]目前，在太陽能光伏發電系統中，已經部署了太陽跟蹤系統。通過實時地跟蹤太陽運動，使太陽光直射至光伏組件的受光平面，可以增加光伏組件所能接收到的太陽輻射量，提高太陽能光伏發電系統的總體發電量。
[0004]簡單來說，光伏發電裝置自動跟蹤系統的實現原理是將跟蹤傳感器安裝在光伏組件上。當光線方向發生改變時，則跟蹤傳感器輸出偏移信號，跟蹤系統開始運作，調整光伏組件的方向，使得跟蹤傳感器重新達到平衡狀態(即由光伏組件的受光平面與入射太陽光線成直角時)停止運作，完成一次調整。如此實時地不斷調整就可確保光伏陣列組件沿著太陽的運行軌跡時刻跟隨太陽，提高總發電量。自動跟蹤系統也可以設有防雜光幹擾及夜間跟蹤電路，並附有手動控制開關，以方便調試。
[0005]傳統的光伏發電裝置自動跟蹤方式一般包括:單軸自動跟蹤、步進式自動跟蹤、雙軸跟蹤等。單軸跟蹤只有一個旋轉自由度，雙軸跟蹤具有兩個旋轉自由度。但這些方式仍然無法實現對太陽光的最大程度的吸收，對太陽光的利用效率較低；且只能實現單個控制系統控制單個光伏組件，成本高昂。
[0006]因此，目前極需一種適用範圍廣、精度高且安全性能高的新型太陽能傾角單軸跟蹤方法。


【發明內容】

[0007]針對以上現有技術的缺陷，本申請的目的至少在於提供一種太陽能傾角單軸跟蹤系統。
[0008]根據本申請的第一方面，提出了一種太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，包括:控制器(I);傳動裝置(2)，連接到所述控制器，並根據所述控制器所輸出的控制信號來帶動光伏跟蹤子系統的轉動軸(5)進行轉動；若干個獨立的光伏跟蹤子系統，彼此成列排列，每個光伏跟蹤子系統均包括:光伏組件(3);固定高支撐柱(6)和固定低支撐柱(7)，其柱頂分別安裝有軸承結構(13)以與光伏組件(3)活動連接；鋼絲繩拉升系統(4)，包括鋼絲繩、以及連接到光伏組件(3)的鋼絲繩固定端(9);轉動軸(5)，所述鋼絲繩拉升系統(4)的鋼絲繩多次纏繞過所述轉動軸；萬向聯軸器(11)，將若干個獨立的光伏跟蹤子系統的轉動軸(5)彼此相連接；其中，第一個跟蹤子系統的轉動軸(5)通過萬向聯軸器(11)連接到傳動裝置(2 )和控制器(I)，使得控制器(I)通過傳動裝置(2 )帶動轉動軸(5 )轉動，使得鋼絲繩拉升系統(4)中的鋼絲繩上下拉伸以牽動所連接的光伏組件進行轉動。
[0009]根據本申請的第二方面，所述太陽能傾角單軸跟蹤系統成南北向放置，並且在光伏組件(3)上設置有太陽運動跟蹤傳感器，由此控制器(I)基於太陽運動跟蹤傳感器的輸出信號來輸出控制信號以實時地調節光伏組件(3)的角度，通過傳動裝置(2)帶動轉動軸
(5)轉動，使得鋼絲繩拉升系統(4)帶動光伏組件(3)進行東西向的轉動，調節光伏組件(3)的東西向傾角以實現東西向跟蹤太陽的運動，以提高發電效率。
[0010]根據本申請的第三方面，固定高支撐柱(6)和固定低支撐柱(7)是不同高度的三角形固定支撐柱，通過高支撐柱(6)和低支撐柱(7)的高度差來設定光伏組件(3)的南北向傾角的角度，使之與太陽光光線呈最優角度。
[0011]根據本申請的第四方面，在每個跟蹤子系統中，光伏組件(3)下方兩側分別安裝有鋼絲繩固定端(9)以及定滑輪(8)，鋼絲繩拉升系統(4)的鋼絲繩穿過定滑輪(8)並在下方多次纏繞過轉動軸(5)，並且同一根鋼絲繩的兩頭接在同一個鋼絲繩固定端上，形成閉環的鋼絲繩拉升系統(4)。
[0012]根據本申請的第五方面，光伏組件(3)的鋼絲繩上吊有I組動滑輪(12)和活動平衡塊(10)，用於保持鋼絲繩控制系統的張力。
[0013]根據本申請的第六方面，控制器(I)和傳動裝置(2)能夠同時控制所述若干個跟蹤子系統的轉動軸(5)，進而帶動鋼絲繩拉升系統(4)中的鋼絲繩同時控制多個光伏組件
(3)的東西向傾角的轉動，實現對複數個光伏組件的東西向傾角的同時控制。
[0014]根據本申請的第七方面，控制器(I)通過傳動裝置(2)及轉動軸(5)，帶動每個光伏組件(3)進行東西向傾角的連續轉動或間歇性的步進轉動。
[0015]根據本申請的第八方面，所述傳動裝置是如下之一:液壓絞車、伺服電機、鏈條系統、或其他可用的傳動系統。
[0016]根據本申請的第九方面，所述轉動軸與所述光伏組件的受光平面的中線平行，使得在光伏組件和驅動軸之間的鋼絲繩能垂直於轉動軸而轉動。
[0017]根據本申請上述各個方面的太陽能傾角單軸跟蹤系統至少具有如下技術優勢:採用南北向傾角、東西向轉動來跟蹤太陽光，使光伏組件與太陽光光線呈最佳角度，實現太陽光的最佳吸收利用，可提高25%-35%的發電效率。同時，可以實現一套跟蹤控制系統對複數個光伏組件的控制跟蹤，大幅度降低跟蹤成本。
[0018]在本文中，術語「連接」或「耦合」被定義為兩個主體之間的連接，不過不一定是直接的連接，也可包括通過其他中間節點或設備而實現的間接連接關係。
[0019]本文中所使用的術語「包括」、「具有」、「包含」、以及「含有」是開放式的連接動詞。因此，一種方法或裝置「包括」、「具有」、「包含」或「含有」一個或一個以上步驟或組件指的是:該方法或裝置具有那些一個或一個以上步驟或組件，但並不是僅僅具有那些一個或一個以上步驟或組件，也可包括其他的本文中未提及的一個或一個以上步驟或組件。
[0020]應當理解，本申請以上的一般性描述和以下的詳細描述都是示例性和說明性的，並且旨在為如權利要求所述的本申請提供進一步的解釋。
[0021]附圖簡述
[0022]包括附圖是為提供對本申請進一步的理解，它們被收錄並構成本申請的一部分，附圖示出了本申請的實施例，並與本說明書一起起到解釋本申請原理的作用。在結合附圖並閱讀了下面的對特定的非限制性本申請的實施例之後，本申請的其他特徵以及優點將變得顯而易見。其中:
[0023]圖1是根據本申請的一個方面的太陽能傾角單軸跟蹤系統的架構示意圖。

【具體實施方式】
[0024]參考在附圖中示出和在以下描述中詳述的非限制性實施例，更完整地說明本申請的多個技術特徵和有利細節。並且，以下描述忽略了對公知的原始材料、處理技術、組件以及設備的描述，以免不必要地混淆本申請的技術要點。然而，本領域技術人員會理解到，在下文中描述本申請的實施例時，描述和特定示例僅作為說明而非限制的方式來給出。
[0025]在任何可能的情況下，在所有附圖中將使用相同的標記來表示相同或相似的部分。此外，儘管本申請中所使用的術語是從公知公用的術語中選擇的，但是本申請說明書中所提及的一些術語可能是 申請人:按他或她的判斷來選擇的，其詳細含義在本文的描述的相關部分中說明。此外，要求不僅僅通過所使用的實際術語，而是還要通過每個術語所蘊含的意義來理解本申請。
[0026]圖1示出了根據本申請的一個實施例的一種新型太陽能傾角單軸跟蹤系統。圖1的右邊為跟蹤系統的側視圖，從側視圖上可見，跟蹤系統由一個控制器1、傳動裝置2、以及若干個獨立的光伏跟蹤子系統所構成。進一步的，太陽運動跟蹤傳感器被設置在光伏組件3上(沒有在圖中示出)。控制器I基於太陽運動跟蹤傳感器的輸出信號來輸出控制信號以實時地調節光伏組件3的角度。傳動裝置2是可以根據控制器I輸出的控制信號來帶動光伏跟蹤子系統的轉動軸5進行轉動的設備。傳動裝置2可以採用多種實現方式，例如，液壓絞車、伺服電機、鏈條系統、或其他可用的傳動系統。在一個實施例中，在實際使用時圖1的太陽能傾角單軸跟蹤系統被放置為南北朝向，即圖1側視圖的左側對應於南方或北方，而圖1側視圖的右側對應於北方或南方。由此，控制器I可以藉由傳動裝置2來控制光伏組件3進行東西向的轉動，調節東西向傾角以適應太陽的運動。
[0027]圖1左邊為跟蹤子系統的剖面圖。每個光伏跟蹤子系統均由二根不同高度的三角形固定支撐柱(高支撐柱6和低支撐柱7)、聯通系統的鋼絲繩轉動軸5、定滑輪8、光伏組件3、動滑輪12、鋼絲繩固定端9、鋼絲繩拉升系統4、活動平衡塊10、萬向聯軸器11等所構成。轉動軸5與光伏組件3的受光平面的中線平行，使得在光伏組件和驅動軸之間的鋼絲繩能垂直於轉動軸而轉動，提高了轉動穩定性，避免出現鋼絲繩在轉動時傾斜帶來的危險。從該剖面圖上可以清楚地看到，跟蹤子系統中的光伏組件3被安裝於不同高度的固定高支撐柱6和低支撐柱7上。高支撐柱6和低支撐柱7從剖面看為三角形。兩個支撐柱的柱頂分別安裝有軸承結構13以與光伏組件3活動連接，實現所安裝的光伏組件的東西向轉動。此外，光伏組件3兩側下方分別安裝有鋼絲繩固定端9以及定滑輪8。鋼絲繩穿過定滑輪8並在下方多次纏繞過轉動軸5，並且同一根鋼絲繩的兩頭接在同一個鋼絲繩固定端上，形成閉環的鋼絲繩拉升系統4。
[0028]根據本申請的一個實施例，在跟蹤控制時，基於跟蹤傳感器(沒有示出)的信號，控制器I通過如下方式進行角度調節:通過傳動裝置2帶動轉動軸5轉動，使得鋼絲繩拉升系統4中的鋼絲繩進行上下拉伸並繞轉動軸5進行轉動，鋼絲繩牽動所連接光伏組件3，實現光伏組件3東西向連續性轉動或間隙性步進轉動，以調節光伏組件3的東西向傾角，使得能隨著一天中太陽運行的角度變化而調節光伏組件3的受光面角度，確保一天之中入射太陽光始終與光伏組件3受光表面成直角，增加轉換效率，提高發電量。
[0029]同時，由於光伏組件3被安置於二根不同高度的三角形固定高支撐柱6和低7上，使其自然產生一南北向的傾角，通過高支撐柱和低支撐柱的高度差來設定光伏組件3的南北向傾角的角度，實現冬季、夏季平衡接收太陽光，在冬夏太陽角度變化明顯的地區，通過該南北向傾角的角度調節方式可以提高發電效率25%以上。
[0030]根據一個附加實施例，光伏組件3的鋼絲繩上吊有一組動滑輪12和活動平衡塊10，用於保持鋼絲繩控制系統的張力，提高整個跟蹤系統的穩定度，增強抗風能力。
[0031]根據另一個附加實施例，將多個跟蹤子系統縱向排列成列，例如可以按照圖1的右邊所示的方式排列。每個跟蹤子系統都有各自的轉動軸通過鋼絲繩和各自的光伏組件相連，各個跟蹤子系統的轉動軸之間用萬向聯軸器11相連接，並且第一排的跟蹤子系統(如圖1所示的最左側的跟蹤子系統)的轉動軸通過萬向聯軸器11連接到傳動裝置和控制器。由此，通過萬向聯軸器11將多個跟蹤子系統連接在了一起。這樣，單組的控制器I和傳動裝置2能夠同時控制多個跟蹤子系統的轉動軸5，進而帶動鋼絲繩拉升系統4中的鋼絲繩同時控制多個光伏組件3的東西向傾角的轉動，實現對複數個光伏組件的東西向傾角的同時控制，大幅提高控制效率，降低成本。
[0032]根據本申請的以上諸個實施例所提供的新型太陽能傾角單軸跟蹤系統具有如下優點:
[0033]一、通過光伏組件的東西向傾角調節，實現了東西向實時跟蹤太陽運行，確保了一天之中的光伏組件始終處於最佳受光角度，提高了轉換效率，提高了發電量；
[0034]二、通過二根不同高度的三角形固定支撐柱控制光伏組件的南北向傾角角度，使之與太陽光光線呈最優角度，實現冬季，夏季均衡接收太陽光，大幅提高季節性發電效率；
[0035]三、活動平衡塊確保了鋼絲繩固定的張力，提高整個系統的穩定度，增強抗風能力；
[0036]四、通過單個控制器和轉動軸即可同時控制連接在一起的多組跟蹤子系統，實現了對複數個光伏組件的同時東西向傾角的角度調節，大幅提高控制效率，降低成本。
[0037]鑑於本公開內容，可在不進行過度實驗的情況下執行本申請中公開和要求保護的所有方法。雖然已經按照優選實施例來描述了本申請的裝置和方法，但本領域普通技術人員可顯而易見，可對本申請中描述的方法和方法的步驟或步驟順序應用多種變型，而不背離本申請的概念、精神和範圍。此外，可對所公開的裝置做出修改，且可從本申請描述的組件中排除或替代多個組件，並實現相同或相似的結果。對本領域普通技術人員顯而易見的所有這些相似的替代和修改被視為在由所附權利要求所限定的本申請的精神、範圍以及概念以內。
【權利要求】
1.一種太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，包括: 控制器(I); 傳動裝置(2)，連接到所述控制器，並根據所述控制器所輸出的控制信號來帶動光伏跟蹤子系統的轉動軸(5)進行轉動； 若干個獨立的光伏跟蹤子系統，彼此成列排列，每個光伏跟蹤子系統均包括: 光伏組件(3)； 固定高支撐柱(6)和固定低支撐柱(7)，其柱頂分別安裝有軸承結構(13)以與光伏組件(3)活動連接； 鋼絲繩拉升系統(4)，包括鋼絲繩、以及連接到光伏組件(3)的鋼絲繩固定端(9)； 轉動軸(5)，所述鋼絲繩拉升系統(4)的鋼絲繩多次纏繞過所述轉動軸； 萬向聯軸器(11)，將若干個獨立的光伏跟蹤子系統的轉動軸(5)彼此相連接； 其中，第一個跟蹤子系統的轉動軸(5)通過萬向聯軸器(11)連接到傳動裝置(2)和控制器(1)，使得控制器(I)通過傳動裝置(2)帶動轉動軸(5)轉動，使得鋼絲繩拉升系統(4)中的鋼絲繩上下拉伸以牽動所連接的光伏組件進行轉動。
2.如權利要求1所述的太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，所述太陽能傾角單軸跟蹤系統成南北向放置，並且在光伏組件(3)上設置有太陽運動跟蹤傳感器，由此控制器(I)基於太陽運動跟蹤傳感器的輸出信號來輸出控制信號以實時地調節光伏組件(3)的角度，通過傳動裝置(2)帶動轉動軸(5)轉動，使得鋼絲繩拉升系統(4)帶動光伏組件(3)進行東西向的轉動，調節光伏組件(3)的東西向傾角以實現東西向跟蹤太陽的運動，以提高發電效率。
3.如權利要求2所述的太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，固定高支撐柱(6)和固定低支撐柱(7)是不同高度的三角形固定支撐柱，通過高支撐柱(6)和低支撐柱(7)的高度差來設定光伏組件(3)的南北向傾角的角度，使之與太陽光光線呈最優角度。
4.如權利要求1或2所述的太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，在每個跟蹤子系統中，光伏組件(3)下方兩側分別安裝有鋼絲繩固定端(9)以及定滑輪(8)，鋼絲繩拉升系統(4)的鋼絲繩穿過定滑輪(8)並在下方多次纏繞過轉動軸(5)，並且同一根鋼絲繩的兩頭接在同一個鋼絲繩固定端上，形成閉環的鋼絲繩拉升系統(4)。
5.如權利要求4所述的太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，光伏組件(3)的鋼絲繩上吊有I組動滑輪(12)和活動平衡塊(10)，用於保持鋼絲繩控制系統的張力。
6.如權利要求1或2所述的太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，控制器(I)和傳動裝置(2)能夠同時控制所述若干個跟蹤子系統的轉動軸(5)，進而帶動鋼絲繩拉升系統(4)中的鋼絲繩同時控制多個光伏組件(3)的東西向傾角的轉動，實現對複數個光伏組件的東西向傾角的同時控制。
7.如權利要求1或2所述的太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，控制器(I)通過傳動裝置(2)及轉動軸(5)，帶動每個光伏組件(3)進行東西向傾角的連續轉動或間歇性的步進轉動。
8.如權利要求1或2所述的太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，所述傳動裝置(2)是如下之一:液壓絞車、伺服電機、鏈條系統、或其他可用的傳動系統。
9.如權利要求1或2所述的太陽能傾角單軸跟蹤系統，其特徵在於，所述轉動軸(5)與所述光伏組件(3)的受光平面的中線平行，使得在光伏組件和驅動軸之間的鋼絲繩能垂直於轉動軸而轉動。
【文檔編號】G05D3/20GK104345741SQ201310330767
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月31日 優先權日:2013年7月31日
【發明者】吳建農 申請人:浙江同景新能源集團有限公司