阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统技术方案

阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统，包括支撑机构，跟踪机构，联动机构，驱动装置；其中支撑机构通过万向节、立柱支撑电池板托盘；跟踪机构通过联动机构与传动装置相连，驱动装置与联动机构相连，联动机构通过联动转向器、联动连杆与跟踪曲柄相连，又通过钢丝绳把沿着方位角(或高度角)联动方向把联动节点a、b两种类型依次间隔分布、收尾级联，实现阵列内的节点间的功率传递。本发明专利技术减少了驱动装置和传感器的数量，结构较简单，低成本地实现了阵列联动式太阳能二自由度跟踪，既提高了太阳能利用率，又增强了地形适应性能力，阵列扩充更为简单方便；单个跟踪装置的承载电池板组件的数量更多、面积更大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能
，特别涉及一种用于光伏电站的阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统。
技术介绍
由于太阳能具有清洁性、可再生性、安全性以及广泛性等特点，正在发展成为全世界绿色能源的重要组成部分。太阳能最有效的利用方式即为太阳能发电，特别是利用太阳能进行光伏发电。在光伏发电系统中，如果太阳能电池板的采光装置能始终保持与入射光垂直，即增加太阳能跟踪装置，就可以最大限度地收集太阳能，提高太阳能利用率。但是目前在太阳能光伏电站中的太阳自动跟踪装置多是单个、独立的，并都分别独立配置了一个驱动装置，势必使得控制成本较高，维护量很大。当然也有部分实现了太阳能电池板跟踪装置的联动控制，但是只局限于单行(列)的联动控制，从已经制作出样机的例子，或者是进行示范建设的家用屋顶太阳能电站，均是把单机功率较小的太阳跟踪装置进行一维的联动控制形成较大功率输出的太阳能电站。若按照同样原理制作或设计中大规模的太阳能电站，则需大量增加单个跟踪装置及对应的驱动装置的数目，必然会导致投入成本增加，控制成本上升，维护量加大，对使用者相当的不利。再者，目前单个太阳跟踪装置大多是将太阳能电池板及托盘等附件重量全部或部分集中在电机等驱动装置上，当太阳能电池板输出功率较大时，那么驱动装置的驱动功率需要相应地提高，导致自身耗能也相应地增多，从而影响光伏电站的发电效益，若单个太阳能电池板功率做得小一些，将丧失经济上的优势而难以推广。现有公知技术中，众多针对单个太阳能自动跟踪装置的实现方法，常用两个驱动装置分别实现方位角跟踪和高度角的跟踪，传动方式多采用电动推杆、齿轮、步进电机等，也有部分现有技术实现了使用一个驱动装置实现方位角与高度角的联动跟踪，比如公开号CN 102183966 A“一种联动式二自由度太阳能跟踪机构”提出采用涡轮蜗杆传动实现方位角的太阳能跟踪，同时通过可变长连杆实现高度角与方位角同步联动近似跟踪。倘若组建较大功率输出的太阳能电站，则需较多数目的此类传统型的太阳能自动跟踪装置加入，并要求对其每个跟踪配置一一配置相应数量的驱动装置，存在着驱动装置数目多，运行效益低，生产成本、安装成本、维护量高的问题。为了降低光伏电站中的太阳能追踪成本，在不改变跟踪精度的条件下，科技工作者提出使用尽量少的驱动装置实现多个跟踪装置的同步联动跟踪。相比较单个跟踪装置，多个跟踪装置的联动跟踪由于其传动结构复杂性、联动稳定性、跟踪装置间的运动干涉等现实问题的存在，其实现方法相对来说困难很多。从已公开的技术中，大多的实现方法是针对“一字型”延伸分布的多个跟踪装置的联动跟踪，且此类跟踪装置都是一维的联动跟踪，比如公开号CN 205142103 U“一种联动太阳能跟踪系统和太阳能发电系统”、 CN204290838 U“一种可调连杆式太阳能跟踪支架”、CN 105450155 A“一种可调连杆式太阳能跟踪支架”及CN105322872 A“一种太阳能光伏组件同步跟踪的群控系统”，都采用杆传动，在可靠性和稳定性方面较好，但若将多个“一字型”分布的太阳能跟踪装置排成多排组成跟踪装置阵列，每一排均需提供一个驱动装置，且只能实现一维自动跟踪；公开号CN 203561887 U“阵列式太阳能跟踪装置”、CN 103744433 A“阵列式太阳能跟踪装置”及CN104300887“组合联动式光伏发电光控自动跟踪阳光装置”，采用链或连杆传动，实现了阵列式或组合式太阳能电池板跟踪控制，适应平铺安装在屋顶，实现小规模太阳能发电。但是均只能实现一维的方位角的联动控制。“阵列式太阳能跟踪装置”其传动链条是平卧安装的，链条易脱落，导致一维联动失败。多行多列的太阳能跟踪装置阵列二自由度联动的实现方法还非常少，已公开的公知技术如下：公开号CN 104993778 A“阵列式双轴太阳跟踪装置”由跟踪模块、活动支架等构成，采用蜗杆驱动半圆涡轮控制方位角，采用丝杆螺母机构控制高度角，通过传动轴和转矩传递器等连接实现整个系统阵列联动，跟踪角度范围宽，且能够实现二自由度的阵列联动。在单个跟踪装置的输出功率较大的中、大规模光伏电站的应用中，也要求安装在其上的太阳能电池板数目较多、面积较大，而当跟踪模块的活动支架倾斜角度正对太阳照射时，前排跟踪装置的太阳能电池板将易对后排造成“阴影”，为了减少阵列内的这种“阴影”影响，要求阵列的行、列间距较宽，可能达数十米，那么其转矩传递器的能量驱动轴也必须达到相应长度。一根数十米长的驱动轴，或者通过多根较短的驱动轴级联实现，均会使生产成本、安装成本大幅度提高，且使用长距离传动轴易产生不易察觉的形变，减低跟踪精度；其次，本阵列式双轴太阳跟踪装置对安装场地的平整度要求较高，要求其安装场地尽可能的平整，缺乏因地制宜的便利性。公开号CN 101976081 A“一种跟踪太阳的机构和其应用”和CN 102707729 A“一种跟踪太阳的机构”由太阳光跟踪模块阵列及其支撑框架、驱动机构、跟踪控制电路、传感器等构成，采用推拉杆、立柱运动实现太阳能跟踪，虽然结构简单，但是驱动推拉杆的运行距离与立柱角度偏移的关系需满足特定的要求，根据实际安装场地，需要人工调整驱动器与推拉杆的驱动角度关系及驱动器输出轴或臂的长短，或调整推拉杆与N×M根杆的位置关系等才能满足安装条件，且立柱通过万向节分两端连接，又通过互相平行或垂直的连杆维持立柱稳定，存在着刚度、强度、抗风载能力不强，易在局部外力作用下失稳，造成大规模损坏，不易维护。公开号CN 101504202 A“太阳能聚光光伏发电阵列的自动跟踪联动机”由太阳能聚光器件阵列、高度角联动机构和方位角联动机构等构成，高度角联动采用可升降框架、平行四边形连杆、丝杆螺母或链轮链条等组合驱动，方位角联动采用多个齿轮齿条、连杆、丝杆螺母等组合驱动，通过高度角联动、方位角联动实现凹型聚光器阵列的太阳能二自由度跟踪，虽然结构简单，但是承载能力小，要求单个聚光器外形尺寸小、质量轻，只适合安装在屋顶的场所，由于采用倾斜方式联动跟踪太阳高度角，会造成太阳高度角跟踪范围受限，且当阵列数量的增加引起平行四边形机构中的一条边长度也会增加，容易造成连杆在一定程度上产生不易察觉的弯曲变形，从而影响跟踪精度。因此，克服上述阵列式太阳能跟踪装置的不足，为中大规模光伏发电站提供一种太阳能电池板组件阵列的二自由度联动的太阳能跟踪系统，很有现实意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，解决链传动、轴传动、杆传动中的太阳能跟踪装置阵列联动系统的结构较为复杂，阵列内单个跟踪装置的承载能力有限(太阳能电池板数目少、面积小)；解决其他跟踪装置阵列不能进行二自由度联动跟踪及地形适应性较弱的问题，降低生产成本，阵列扩充简单方便，提供一种用于中大规模光伏电站的阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统。为实现上述目的的技术方案如下：阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统，包括支撑机构，跟踪机构，联动机构，驱动装置，其中支撑机构支撑太阳能电池板托盘；跟踪机构通过联动机构与传动装置相连，实现电池板组件托盘的高度角、方位角的二自由度跟踪；联动机构实现整个阵列内各太阳能跟踪装置的同步地二自由度联动跟踪；驱动装置与联动机构通过钢丝绳相连，用于驱动联动机构的主动轴对旋转，并带有位置锁定功能。所述支撑机构，包括电本文档来自技高网...

【技术保护点】
阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，包括支撑机构，跟踪机构，联动机构，驱动装置，其特征在于：驱动装置与联动机构通过钢丝绳相连，驱动联动机构的主动轴对旋转；支撑机构支撑太阳能电池板托盘，跟踪机构通过球铰链与支撑机构相连，跟踪机构通过联动机构与驱动装置相连。

【技术特征摘要】
1.阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，包括支撑机构，跟踪机构，联动机构，驱动装置，其特征在于：驱动装置与联动机构通过钢丝绳相连，驱动联动机构的主动轴对旋转；支撑机构支撑太阳能电池板托盘，跟踪机构通过球铰链与支撑机构相连，跟踪机构通过联动机构与驱动装置相连。2.如权利要求1所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，支撑机构包括电池板组件托盘(1)、梁组件(2)、立柱(3)、基座(4)，电池板组件托盘(1)通过螺钉固定安装在梁组件(2)上，加强筋作用的梁组件(2)的质量中心下端与固定安装在基座上的立柱(3)的第二端通过万向节相连。3.如权利要求1所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，跟踪机构包括方位角撑杆(5)、方位角支撑轴(6)、高度角支撑轴(9)、高度角撑杆(12)、方位角跟踪曲柄(8)、高度角跟踪曲柄(10)；方位角撑杆(5)的第一端与梁组件(2)的边缘通过球铰链相连，方位角撑杆(5)的第二端与方位角跟踪曲柄(8)通过杆端关节轴承相连；方位角跟踪曲柄(8)与方位角支撑轴(6)通过滚子轴承相连；方位角支撑轴(6)的第一端固定安装在基座(4)的一个侧面上，方位角支撑轴(6)的第二端的支撑轴颈位置装有轴承；高度角撑杆(5)的第一端与梁组件(2)的边缘通过球铰链相连，高度角撑杆(12)的第二端与高度角跟踪曲柄(10)通过杆端关节轴承相连；高度角跟踪曲柄(10)与高度角支撑轴(9)通过滚子轴承相连，其高度角支撑轴(9)第一端固定安装在基座(4)的相邻另一侧面上，高度角支撑轴(9)的第二端的支撑轴颈位置装有轴承。4.如权利要求1所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，联动机构包括方位角联动连杆(7)，高度角联动连杆(11)、联动节点(14)、方位角联动钢丝绳(13)、高度角联动钢丝绳(17)，通过钢丝绳在的四卷筒结构的联动节点(14)上的卷绕及摩擦实现各联动节点间的功率依次传递及同步联动；方位角联动钢丝绳(13)、高度角联动钢丝绳(14)具有无级绳无端头的特点，并依据阵列行(列)宽度设置适当数目的支撑滚轮(15)对钢丝绳进行支撑；方位角联动连杆(7)连接阵列内同一行左右相邻的两个跟踪机构的方位角跟踪曲柄(8)；高度角联动连杆(11)连接阵列内同一列前后相邻的两个跟踪机构的高度角跟踪曲柄(10)。5.如权利要求4所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，联动机构的联动节点(14)包括两组轴对、两组卷筒对、四组齿轮对、联动转向器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，贺印旎，唐杰，刘新波，林立，
申请(专利权)人：邵阳学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43