太陽光跟蹤裝置的製作方法

2024-04-04 22:06:05

專利名稱：太陽光跟蹤裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於太陽光自動跟蹤技術領域，尤其是涉及一種太陽光跟蹤裝置。
背景技術：
傳統的太陽光跟蹤系統大多都採用光感應系統，並且傳統太陽光跟蹤系統一般採 用單支柱式結構，也有部分採用園盤式結構的。實際使用過程中，光感應系統不僅精度低； 而且由於光感應系統在有雲彩時會不停地尋找光源，因而造成用電量大的後果；同時雲彩 離開時，傳統太陽光跟蹤系統還需一定時間去調準跟蹤，因而在影響發電量的同時，也增加 了許多耗電量。綜上，傳統太陽光跟蹤系統存在精度低、成本高、耗電量大、發電量較小等缺 陷和不足。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種太陽 光跟蹤裝置，其結構簡單、設計合理、使用操作簡便且工作成本低、性能可靠、操作精度高， 能有效解決現有太陽光跟蹤裝置所存在的精度低、成本高、耗電量大、發電量較小等缺陷和 不足。 為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是一種太陽光跟蹤裝置，其特 徵在於包括內空的支撐箱體、位於支撐箱體上方的太陽能光伏板、對太陽能光伏板的俯仰 角度進行控制調整的俯仰調整機構和對太陽能光伏板的方位角進行控制調整的水平調整 機構，所述俯仰調整機構安裝在支撐箱體上且其與水平調整機構間通過傳動件進行連接， 太陽能光伏板安裝在所述俯仰調整機構上。 所述俯仰調整機構包括活動安裝在支撐箱體上部的光伏板支架、安裝在光伏板支 架上的俯仰軸、固定安裝在俯仰軸、與俯仰軸相接且驅動俯仰軸轉動的驅動電機一和與驅 動電機一相接且對驅動電機一進行控制的控制器一。 所述水平調整機構包括與光伏板支架固定連接的水平軸、與水平軸相接且驅動水 平軸轉動的驅動電機二和與驅動電機二相接且對驅動電機二進行控制的控制器二 。 所述水平軸和驅動電機二間通過傳動結構相接，且所述傳動機構為蝸輪蝸杆傳動 機構。 所述俯仰調整機構還包括對光伏板支架的俯仰角度進行檢測的俯仰角測量儀，所 述俯仰角測量儀與控制器一相接。 所述水平調整機構還包括對光伏板支架的方位角進行檢測的方位角測量儀，所述 方位角測量儀與控制器二相接。 所述光伏板支架與支撐箱體間以及俯仰軸與光伏板支架間均通過軸承進行連接。 所述光伏板支架底部沿圓周方向設置有多個支撐柱，支撐箱體上部對應設置有一 個與所述多個支撐柱相配合使用的圓環凹槽，且所述圓環凹槽內放有多個用於減小摩擦阻 力的滾珠。
3[0012] 所述太陽能光伏板的形狀為矩形、圓形或橢圓形。 本實用新型與現有技術相比具有以下優點 1、結構簡單、設計合理、拆裝方便、成本低且使用操作簡便。 2、本實用新型工作過程中，不需要裝置持續變換角度，只需按照程序設定，相隔適 當時間旋轉一次到達預定位置即可。並且相鄰兩次旋轉的時間可以根據具體情況決定，這 樣既保證了裝置的精度，又降低了耗電量。 3、本實用新型提出了計算並記錄地表太陽朝向絕對坐標及雙軸聯動的改進方案， 其跟蹤過程不受天氣因素的影響，因而更進步提高了裝置的跟蹤精度和工作性能可靠性， 且適用範圍寬。 綜上所述，本實用新型結構簡單、設計合理、使用操作簡便且工作成本低、性能可 靠、操作精度高，能有效解決現有太陽光跟蹤裝置所存在的精度低、成本高、耗電量大、發電 量較小等缺陷和不足。 下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本實用新型的結構示意圖。 圖2為本實用新型俯仰調整機構的原理框圖。 圖3為本實用新型水平調整機構的原理框圖。 圖4為本實用新型支撐箱體上部的結構示意圖。 圖5為本實用新型光伏板支架的結構示意圖。附圖標記說明1-支撐箱體；1--1-圓環凹槽；2--太陽能光伏板；3_俯仰調整機構;3--1-光伏板支架；3--2_俯仰軸；3-3-驅動電機一;3--4-控制器一；3--5_俯仰角測量儀4-水平調整機構;4--1-水平軸；4--2_驅動電機二 ；4-3-控制器二 ；4--4-方位角測量儀;5--滾珠；6_支撐柱；7--蝸輪；8--蝸杆； 9-蝸輪蝸杆傳動機構。
具體實施方式
如圖1、圖2及圖3所示，本實用新型包括內空的支撐箱體1、位於支撐箱體1上方 的太陽能光伏板2、對太陽能光伏板2的俯仰角度進行控制調整的俯仰調整機構3和對太陽 能光伏板2的方位角進行控制調整的水平調整機構4，所述俯仰調整機構3安裝在支撐箱 體1上且其與水平調整機構4間通過傳動件進行連接，太陽能光伏板2安裝在所述俯仰調 整機構3上。所述太陽能光伏板2的形狀為矩形、圓形或橢圓形。 所述俯仰調整機構3包括活動安裝在支撐箱體1上部的光伏板支架3-l、安裝在 光伏板支架3-1上的俯仰軸3-2、固定安裝在俯仰軸3-2、與俯仰軸3-2相接且驅動俯仰軸 3-2轉動的驅動電機一 3-3和與驅動電機一 3-3相接且對驅動電機一 3-3進行控制的控制 器一 3-4。[0034] 所述水平調整機構4包括與光伏板支架3-1固定連接的水平軸4-l、與水平軸4-1 相接且驅動水平軸4-1轉動的驅動電機二 4-2和與驅動電機二 4-2相接且對驅動電機二 4-2進行控制的控制器二 4-3。本實施例中，所述水平調整機構4安裝在支撐箱體1內部； 水平軸4-1和驅動電機二 4-2間通過傳動結構相接，且所述傳動機構為蝸輪蝸杆傳動機構 9。所述蝸輪蝸杆傳動機構9由安裝在支撐箱體1內側底部的蝸杆8和與蝸杆8相配合使 用的蝸輪7組成。同時，所述水平調整機構4還包括對光伏板支架3-1的方位角進行檢測 的方位角測量儀4-4，所述方位角測量儀4-4與控制器二 4-3相接。 所述俯仰調整機構3還包括對光伏板支架3-1的俯仰角度進行檢測的俯仰角測量 儀3-5，所述俯仰角測量儀3-5與控制器一3-4相接。結合圖4、圖5，本實施例中，所述光伏 板支架3-l底部沿圓周方向設置有多個支撐柱6，支撐箱體l上部對應設置有一個與所述多 個支撐柱6相配合使用的圓環凹槽1-1，且所述圓環凹槽1-1內放有多個用於減小摩擦阻力 的滾珠5。實際使用過程中，光伏板支架3-1底部所設置的支撐柱6與支撐箱體1上部所開 設的圓環凹槽1-1相配合配合，支撐柱6可以在圓環凹槽1-1內靈活移動，從而實現對光伏 板支架3-l的支撐和旋轉。所述支撐柱6的數量為四個。實際加工製作時，所述光伏板支 架3-1與支撐箱體1間以及俯仰軸3-2與光伏板支架3-1間也可以均通過軸承進行連接。 本實用新型的工作原理是首先，地理緯度，實際上相當於地球(假設為一標準 圓球體)上某一點同地心(球心)間的連線與赤道之間的夾角；太陽高度角，實際上相當 於太陽光線(假設太陽光線為平行光)與過當地的圓面切線(即當地地平線)間的夾角。 太陽直射光線是垂直於地球表面的，因而太陽直射光線必然垂直地平線，並且太陽直射光 線的延長線必過地心。當某地的太陽光直射時，此時該地的太陽高度角為該地的正午太陽 高度角，通常用h來表示這個角度，它在數值上等於太陽在天球地平坐標系中的地平高度。 太陽高度角隨著地方時和太陽赤緯的變化而變化，太陽高度角的計算公式如下sinh = sin小sinS+sin小cosScost，式中S為太陽赤諱，小為觀測地地理諱度，t為地方時(即 時角)。 日升日落，同一地點一天內太陽高度角是不斷變化的。日出日落時，太陽高度角的 角度均為零度，正午時太陽高度角的角度最大。因為正午時地方時t = O，因而正午時的太 陽高度角可以用下列公式計算對於北半球而言，H二90。-(小-S);對於南半球而方，H =90° _( S -小)。夏至日，太陽直射北回歸線，即北諱23. 5度；冬至日太陽直射南回歸線， 即南諱23. 5度。北回歸線和南回歸線間相隔47個諱度，半年是365. 26/2 = 182. 63天。從 夏至冬至，太陽直射點從北諱23. 5度起向南移且每天移動47/182. 63 = 0. 2574個諱度，半 年後(即冬至日)移到南緯23. 5度；然後又向北擺，同樣以每天0. 2574個緯度的速度，經 過182.63天(即夏至日)又回到北諱23.5度。綜上，能很精確地查到每天太陽直射點的 緯度，即太陽赤緯S ，並且能準確計算得出地球上任何地方、任何時刻的太陽高度角。 因而，本實用新型使用之前，先根據上述分析結果和太陽高度角計算公式計算得 出具體使用地點在每天每時的太陽高度角，之後再根據計算結果相應對控制器一 3-4和控 制器二 4-3輸入對應控制程序，由控制器一 3-4和控制器二 4-3分別通過控制驅動電機一 3-3和驅動電機二 4-2達到對俯仰軸3-2和水平軸4-1進行控制調整的目的，最終實現對太 陽能光伏板2的俯仰角度和方位角進行控制調整的精確控制調整過程。 所述水平調整機構4中控制器二 4-3的驅動程序只是單純的時間函數，通過水平調整機構4實現在每天正午時刻，保證光伏板支架3-1朝向正北或者正南(當本實用新型 位於北半球時，正午時刻光伏板支架3-l朝向正南；當本實用新型位於南半球時，正午時刻 光伏板支架3-l朝向正北)。 所述俯仰調整機構3的控制器一 3-4中記錄有本實用新型裝置所在地每天每時的 太陽高度角，通過簡單的程序，統一調用存儲在其內部的所需數據，控制驅動電機一 3-3驅 動俯仰軸3-2轉動，實現按照每天每時的太陽高度角對太陽能光伏板2的俯仰角度進行控 制調整的目的，以保證太陽能光伏板2時刻跟蹤太陽光。 本實用新型的工作過程是所述控制器一 3-4和控制器二 4-3按照預先編好的程 序同時控制驅動電機一 3-3和驅動電機二 4-2動作，實現俯仰軸3-2和水平軸4-1雙軸聯 動，保證太陽能光伏板2時刻跟蹤太陽光即時刻正對太陽光入射光線。通常使用過程中，當 太陽光強達到採集標準時，控制器二 4-3控制驅動電機二 4-2帶動水平軸4-1轉動，繼而相 應帶動光伏板支架3-1轉動，使太陽能光伏板2轉到設定好的方位角度；同時控制器一 3-4 控制驅動電機一 3-3帶動俯仰軸3-2轉動，將太陽能光伏板2的俯仰角度調整至預設值，此 時太陽能光伏板2正對太陽光入射方向。隨著太陽的東升西落，控制器一 3-4和控制器二 4-3通過控制驅動電機一 3-3和驅動電機二 4-2聯合驅動，使俯仰軸3-2和水平軸4_1聯 動，保證太陽能光伏板2時刻跟蹤太陽光入射方向。工作過程中，太陽能光伏板2俯仰和水 平方向的旋轉角度分別由俯仰角測量儀3-5和方位角測量儀4-4進行測量並記錄，並且同 步將所測量數據分別上傳至控制器一 3-4和控制器二 4-3，當轉到預設角度時，由控制器一 3-4和控制器二 4-3相應分別控制驅動電機一 3-3和驅動電機二 4-2停止轉動。 綜上所述，使用之前，根據分析得出的太陽高度角計算公式計算並記錄本實用新 型所在地某月某日某時的太陽高度角，利用該數據編寫控制器一 3-4對俯仰軸3-2的驅動 程序；控制器二 4-3對水平軸4-1的驅動則要保證太陽能光伏板2的向陽面始終和太陽方 向在同一平面內，同樣可以根據每天的日照時間編程實現。當太陽升起到一定高度且光照 度滿足預定值時，控制器二 4-3開始工作並按預編好的程序控制驅動電機二 4-2轉動，且通 過蝸輪蝸杆傳動機構9和水平軸4-1相應帶動光伏板支架3-1轉動，使太陽能光伏板2轉到 設定好的方位角度；同時控制器一 3-4控制驅動電機一 3-3帶動俯仰軸3-2轉動，調整太陽 能光伏板2的俯仰角度等於該時刻的太陽高度角，從而將太陽能光伏板2調整為正對太陽 光入射的方向。隨著一天太陽的東升西落，通過控制器一 3-4和控制器二 4-3控制俯仰軸 3-2和水平軸4-1聯動，保證太陽能光伏板2時刻跟蹤太陽光入射方向。太陽落下後，控制 器一 3-4和控制器二 4-3通過控制驅動電機一 3-3和驅動電機二 4-2驅動俯仰軸3_2和水 平軸4-1聯動，將俯仰軸3-2和水平軸4-1迅速轉到第二天的起始測量位置。整個工作過 程中，本實用新型不需要持續變換角度，只需按照程序設定，相隔適當時間旋轉一次，到達
預定位置即可；並且兩次旋轉的時間可以根據具體情況決定。這樣，既保證了裝置的精度， 又降低了耗電量。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何限制，凡是根 據本實用新型技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍 屬於本實用新型技術方案的保護範圍內。
權利要求一種太陽光跟蹤裝置，其特徵在於包括內空的支撐箱體(1)、位於支撐箱體(1)上方的太陽能光伏板(2)、對太陽能光伏板(2)的俯仰角度進行控制調整的俯仰調整機構(3)和對太陽能光伏板(2)的方位角進行控制調整的水平調整機構(4)，所述俯仰調整機構(3)安裝在支撐箱體(1)上且其與水平調整機構(4)間通過傳動件進行連接，太陽能光伏板(2)安裝在所述俯仰調整機構(3)上。
2. 按照權利要求1所述的太陽光跟蹤裝置，其特徵在於所述俯仰調整機構(3)包括 活動安裝在支撐箱體(1)上部的光伏板支架(3-l)、安裝在光伏板支架(3-1)上的俯仰軸 (3-2)、固定安裝在俯仰軸(3-2)、與俯仰軸(3-2)相接且驅動俯仰軸(3-2)轉動的驅動電機 一 (3-3)和與驅動電機一 (3-3)相接且對驅動電機一 (3-3)進行控制的控制器一 (3-4)。
3. 按照權利要求2所述的太陽光跟蹤裝置，其特徵在於所述水平調整機構(4)包括 與光伏板支架(3-1)固定連接的水平軸(4-l)、與水平軸(4-1)相接且驅動水平軸(4-1)轉 動的驅動電機二 (4-2)和與驅動電機二 (4-2)相接且對驅動電機二 (4-2)進行控制的控制 器二 (4-3)。
4. 按照權利要求3所述的太陽光跟蹤裝置，其特徵在於所述水平軸(4-1)和驅動電 機二 (4-2)間通過傳動結構相接，且所述傳動機構為蝸輪蝸杆傳動機構(9)。
5. 按照權利要求2、3或4所述的太陽光跟蹤裝置，其特徵在於所述俯仰調整機構(3) 還包括對光伏板支架(3-1)的俯仰角度進行檢測的俯仰角測量儀(3-5)，所述俯仰角測量 儀(3-5)與控制器一 (3-4)相接。
6. 按照權利要求3或4所述的太陽光跟蹤裝置，其特徵在於所述水平調整機構(4) 還包括對光伏板支架(3-1)的方位角進行檢測的方位角測量儀(4-4)，所述方位角測量儀 (4-4)與控制器二 (4-3)相接。
7. 按照權利要求2、3或4所述的太陽光跟蹤裝置，其特徵在於所述光伏板支架(3-1) 與支撐箱體(1)間以及俯仰軸(3-2)與光伏板支架(3-1)間均通過軸承進行連接。
8. 按照權利要求2、3或4所述的太陽光跟蹤裝置，其特徵在於所述光伏板支架(3-1) 底部沿圓周方向設置有多個支撐柱(6)，支撐箱體(1)上部對應設置有一個與所述多個支 撐柱(6)相配合使用的圓環凹槽(l-l)，且所述圓環凹槽(1-1)內放有多個用於減小摩擦阻 力的滾珠(5)。
9. 按照權利要求1至4中任一項權利要求所述的太陽光跟蹤裝置，其特徵在於所述 太陽能光伏板(2)的形狀為矩形、圓形或橢圓形。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽光跟蹤裝置，包括內空的支撐箱體、位於支撐箱體上方的太陽能光伏板、對太陽能光伏板的俯仰角度進行控制調整的俯仰調整機構和對太陽能光伏板的方位角進行控制調整的水平調整機構，所述俯仰調整機構安裝在支撐箱體上且其與水平調整機構間通過傳動件進行連接，太陽能光伏板安裝在所述俯仰調整機構上。本實用新型結構簡單、設計合理、使用操作簡便且工作成本低、性能可靠、操作精度高，能有效解決現有太陽光跟蹤裝置所存在的精度低、成本高、耗電量大、發電量較小等缺陷和不足。
文檔編號H01L31/042GK201523016SQ20092024503
公開日2010年7月7日 申請日期2009年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者胡劍峰 申請人:胡劍峰