季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统技术方案

本发明专利技术公开了一种季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，从光伏电池板获取能量输入，包括一个基于电容器的短时电能储存子系统和一个基于配重块势能的机械能储存子系统，所储能量用于驱动季节可调单轴光伏跟踪支架按太阳高度角的年变化规律动作。针对季节可调光伏跟踪支架一年一个往返的超慢动作特征，设计了电容器小电流慢速充电，大电流短时放电驱动电机的间歇式工作方式，有效减小了电池板和电源变换器的功率需求，进而降低了设备整体造价。

Energy Storage Driving System of Seasonally Adjustable Single Axis Photovoltaic Tracking Support

The invention discloses an energy storage driving system of seasonally adjustable single-axis photovoltaic tracking support, which obtains energy input from photovoltaic panels, including a capacitor-based short-term energy storage subsystem and a mechanical energy storage subsystem based on potential energy of counterweight blocks. The stored energy is used to drive seasonally adjustable single-axis photovoltaic tracking support to operate according to the annual variation of solar altitude angle. In view of the ultra-slow movement characteristics of seasonally adjustable photovoltaic tracking bracket, the intermittent operation mode of capacitor low current slow charging and high current short time discharge driving motor is designed, which effectively reduces the power demand of battery plate and power converter, and thus reduces the overall cost of the equipment.

【技术实现步骤摘要】
季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统
本专利技术属于太阳跟踪装置
，涉及季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统。
技术介绍
光伏跟踪支架广泛应用于太阳能光伏发电领域，其功能是通过调整跟踪支架的工作角度，使支架上安装的光伏电池板跟踪太阳的空间位置，达到最大化接收太阳辐射能量的目的。完全跟踪太阳的空间运动需要方位角和俯仰角两个角度的跟踪，这种支架称为双轴跟踪支架。为了提高光伏跟踪支架的费效比，可以将方位角和俯仰角中的一个固定而只跟踪另一个，这种跟踪支架称为单轴跟踪支架。旋转轴近似平行地平面的单轴光伏跟踪支架称为平单轴。平单轴光伏跟踪支架又可以分为“南北平单轴”和“东西平单轴”两种。所谓南北平单轴是指主旋转轴南北向布置，电池板平面的法线自东向西跟踪太阳方位角的变化；所谓东西平单轴是指主旋转轴东西向布置，电池板法线方向跟踪太阳高度角的变化。南北平单轴需要每天自西向东跟踪太阳方位角变化，并在太阳落下后返回。由于一天之中太阳高度角的变化范围较小，电池板与太阳光之间的余弦效应较弱，因此东西平单轴跟踪支架通常不考虑跟踪每天太阳高度角的变化，只需要随一年中季节变化调整光伏跟踪支架的平均俯仰角即可。这种按一年中季节变化调整俯仰角度的东西平单轴光伏跟踪支架也被称为“季节可调单轴光伏跟踪支架”。由于跟踪动作的规律不同，每日实时跟踪太阳方位角的南北平单轴与按季节调整俯仰角的东西平单轴跟踪支架在结构上有以下重要区别：在驱动系统机械结构方面，南北平单轴由于动作频繁，每天一个调节往返，因此其末级驱动机构多采用盘式减速机和电动推杆等有轴承和润滑的结构。季节可调东西平单轴每年一个调节往返，其动作频次显著低于南北平单轴，全使用寿命周期内只有数十次调节往返，因此其末级驱动机构多采用剪式千斤顶和齿轮齿条等简易驱动结构。在驱动系统跟踪动作原理方面，实时动作的南北平单轴通常需要采用电动机驱动，因此需要配备电源和供电电缆等设备以支持电动驱动系统工作。南北平单轴的驱动电源通常有“厂用电集中配送”和“现场光伏电池板取电”两种工作模式。采用厂用电集中配送方式时需要在光伏发电厂内敷设大量的供电专用电缆，施工复杂成本较高。采用现场光伏电池板直接取电的供电方式时通常要求电池板功率与驱动电机功率相当。并需要为供电系统配备大容量蓄电池，用于确保在太阳辐照度下降光伏电池板发电量不足时，跟踪系统具有足够电能将电池板回转复位到第二天的发电位置，或者在极端天气下无法发电时将电池板旋转至抗风复位位置。由于需要较大容量的光伏发电装置和储能蓄电池，传统的光伏电池板现场自取电工作方式设备投资较大。而东西平单轴由于角度变化速度极慢，通常采用人工按季节或月份进行手动调节的工作原理，省去了昂贵的电气系统，有效降低了跟踪支架系统的成本。由于季节可调东西平单轴光伏跟踪支架多采用人工按季节手动调整的工作方式，因此这种光伏跟踪支架也被简称为“手动可调支架”。季节可调光伏跟踪支架采用按季节人工手动调整的工作方式，调整的时间间隔大，导致跟踪支架动作不及时，电池板与太阳光线之间的平均余弦效应加大，损失了一定比例的光伏发电量。季节可调光伏跟踪支架的初始建设成本较低，但是电站运行过程中人工手动调整的工作量较大，导致后期的维护成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，解决了现有季节可调光伏跟踪支架手动调节方式存在的工作强度大、后期维护成本高的问题。本专利技术所采用的技术方案是，季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，包括光伏电池板，光伏电池板输出的电能输送至DC/DC变换器，DC/DC变换器将获取的电能分为两路进行传输，一路传输至具有检测和控制功能的跟跟踪支架控制器，用于为跟踪支架控制器提供工作电源；另一路经过电压等级变换后输出至蓄能电容器，实现电能存储；跟踪支架控制器通过信号控制电机驱动器，电机驱动器用于驱动电动机发生旋转，电动机带动机械蓄能机构动作。本专利技术的特点还在于，机械蓄能机构包括减速齿轮箱，减速齿轮箱的输入端与电动机的主轴连接，减速齿轮箱的齿轮箱输出轴连接在姿态调节机构输入轴的一端，姿态调节机构输入轴连接在姿态调节机构上，减速齿轮箱的壳体连接在下垂设置的驱动摆臂上端。驱动摆臂的上还设有倾角传感器，倾角传感器用于测定驱动摆臂的倾斜角度α，跟踪支架控制器用于读取倾斜角度α。当所述驱动摆臂本身的长度和自重在偏转过程中不能提供大于或等于姿态调节机构输入轴旋转所需的扭矩时，驱动摆臂的下端连接有配重块，配重块用于：在驱动摆臂旋转过程中，随着驱动摆臂的摆动高度H增加，实现对驱动摆臂驱动能量的存储。跟踪控制器在读取倾斜角度α后，可根据驱动摆臂的长度L和配重块的重量G计算获得姿态调节机构输入轴上施加的扭矩T，当扭矩T超过最大阈值时，跟踪支架控制器通过向电机驱动器发送信号，停止对电动机的驱动，实现停止保护。跟踪支架控制器用于检测蓄能电容器的端口电压，当蓄能电容器的端口电压上升至预设数值后，跟踪支架控制器通过信号启动电机驱动器，利用蓄能电容器内存贮的电能驱动电动机旋转。当所述光伏电池板的额定功率与DC/DC变换器的额定功率均小于电动机额定功率时，需利用蓄能电容器的蓄能才可产生驱动电动机工作的电功率，蓄能电容器蓄能完成后，电动机消耗蓄能电容器内储存的电能完成一次电动机驱动的最长时间不超过30s。本专利技术的有益效果是，本专利技术季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，采用光伏电池板输出的小功率能量通过蓄能驱动光伏跟踪支架，简化了供电装置结构降低了成本；针对季节可调支架慢速动作且无蓄能返回要求的特点，采用电容器代替了光伏跟踪系统中常用的大容量蓄能电池，避免了蓄电池的寿命和维护问题；采用摆臂结构对电机输出进行机械势能蓄能，简化电动驱动装置支撑结构的同时提高了传动效率。附图说明图1是本专利技术季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统的结构示意图；图2是本专利技术季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统在光伏支架上的安装示意图；图3是本专利技术季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统中机械蓄能机构与姿态调节机构输入轴的连接结构示意图；图4是本专利技术季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统中姿态调节机构与姿态调节机构输入轴的连接结构示意图；图5是本专利技术季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统中DC/DC变换器、蓄能电容器及电机驱动器支架的电路连接示意图；图6(a)、(b)是本专利技术季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统中季节可调单轴光伏跟踪支架转动带动摆臂旋转的状态示意图。图中，1.光伏电池板，2.跟踪支架控制器，3.DC/DC变换器，4.蓄能电容器，5.电机驱动器，6.电动机，7.减速齿轮箱，8.齿轮箱输出轴，9.姿态调节机构，10.季节可调单轴光伏跟踪支架，11.姿态调节机构输入轴，12.大功率电池板组，13.驱动摆臂，14.配重块，15.倾角传感器16.俯仰机构横梁，17.俯仰转轴，18.跟踪支架立柱，19姿态调节机构上端点，20姿态调节机构下端点，21.剪式千斤顶支臂，22.剪式千斤顶水平端点，23.DC/DC控制器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，如图1～3所示，包括光伏电池板1，光伏电池板1输出的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，其特征在于：包括光伏电池板(1)，光伏电池板(1)输出的电能输送至DC/DC变换器(3)，DC/DC变换器(3)将获取的电能分为两路进行传输，一路传输至具有检测和控制功能的跟跟踪支架控制器(2)，用于为跟踪支架控制器(2)提供工作电源；另一路经过电压等级变换后输出至蓄能电容器(4)，实现电能存储；跟踪支架控制器(2)通过信号控制电机驱动器(5)，电机驱动器(5)用于驱动电动机(6)发生旋转，电动机(6)带动机械蓄能机构动作。

【技术特征摘要】
1.季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，其特征在于：包括光伏电池板(1)，光伏电池板(1)输出的电能输送至DC/DC变换器(3)，DC/DC变换器(3)将获取的电能分为两路进行传输，一路传输至具有检测和控制功能的跟跟踪支架控制器(2)，用于为跟踪支架控制器(2)提供工作电源；另一路经过电压等级变换后输出至蓄能电容器(4)，实现电能存储；跟踪支架控制器(2)通过信号控制电机驱动器(5)，电机驱动器(5)用于驱动电动机(6)发生旋转，电动机(6)带动机械蓄能机构动作。2.根据权利要求1所述的季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，其特征在于：所述机械蓄能机构包括减速齿轮箱(7)，减速齿轮箱(7)的输入端与电动机(6)的主轴连接，减速齿轮箱(7)的齿轮箱输出轴(8)连接在姿态调节机构输入轴(11)的一端，姿态调节机构输入轴(11)连接在姿态调节机构(9)上，减速齿轮箱(7)的壳体连接在下垂设置的驱动摆臂(13)上端。3.根据权利要求2所述的季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，其特征在于：所述驱动摆臂(13)的上还设有倾角传感器(15)，倾角传感器(15)用于测定驱动摆臂(13)的倾斜角度α，所述跟踪支架控制器(2)用于读取所述倾斜角度α。4.根据权利要求3所述的季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，其特征在于：当所述驱动摆臂(13)本身的长度和自重在偏转过程中不能提供大于或等于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵跃，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61