專利名稱：時間光伏太陽能收集器自動跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能收集裝置，特別涉及其中的對太陽自動跟蹤的時間光伏自動跟蹤裝置。
背景技術(shù)：
世界各國都在積極研究開發(fā)可再生能源，尤其對太陽能光伏發(fā)電的開發(fā)利用發(fā)展最快。我國的光伏產(chǎn)業(yè)正在以每年30％以上的速度發(fā)展，但光電池的價格居高不下，同時太陽能分散性和方向性的特點使太陽能利用率不高，這使得價格和利用率成為了太陽能利用的主要問題，同時也阻礙了太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因而各國科學(xué)工作者一直致力于提高光電池本身固有的發(fā)電效率以及利用聚光和跟蹤提高光伏電池的利用效率。還有一些太陽能的收集裝置，如太陽灶，也存在太陽能的利用率低的問題。若在太陽能收集裝置中使用自動跟蹤裝置，使太陽光始終垂直照射在太陽能收集器，則接收到的太陽輻射將大大增加?？梢姡瑧?yīng)用太陽自動跟蹤系統(tǒng)可以有效提高太陽利用率。當前國際國內(nèi)無論是小型發(fā)電設(shè)備或是規(guī)模的電站基本上都是平板固定式的光伏太陽能發(fā)電裝置，未見有跟蹤裝置的實際應(yīng)用，科學(xué)工作者也研究出一些跟蹤裝置，但都是停留在實驗室，主要原因是因跟蹤的增效和其跟蹤裝置成本的比值太低，或由于設(shè)計的裝置不太可靠、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和跟蹤電機功率大，能耗高，有些是因為有復(fù)雜的電路，在室外冬夏季惡劣的環(huán)境下工作時，其中的電子元器件極易損壞。針對上述問題進行廣泛檢索，尚未發(fā)現(xiàn)有理想的技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為克服已有太陽能收集器的跟蹤裝置存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、能耗高、對環(huán)境適應(yīng)性差的缺點，提出的一種簡單實用的自動跟蹤裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下原理及技術(shù)方案一、采用的原理根據(jù)地球相對于太陽年運動及日運動的不同特點，采用了對太陽能收集器的南北向和東西向兩套自動跟蹤裝置。
1、太陽能收集器東西方向跟蹤(日跟蹤)是因為地球每天作勻速自轉(zhuǎn)運動，所以用時控開關(guān)控制日跟蹤直流電機和減速器加以限位開關(guān)的準確定位，控制太陽能收集器白天跟蹤太陽夜晚自動返回的全自動跟蹤，從而使太陽光在東西方向上垂直照射在太陽能收集器上，為此給日跟蹤定義為“時間跟蹤”。
2、有了東西方向準確跟蹤的前提，南北方向的跟蹤就可以利用光電池在串聯(lián)方向被遮光發(fā)電微弱的特征，控制南北跟蹤電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，從而使太陽光在南北方向上垂直照射在太陽能收集器上，為此給南北跟蹤的這種技術(shù)定義為“光伏跟蹤”。
二、采用的技術(shù)方案一種時間光伏太陽能收集器自動跟蹤裝置，它由支柱(16)、框架支座(3)及其連接的光伏收集器(1)組成，其特征在于支柱(16)上聯(lián)接一個鉸鏈(10)，鉸鏈(10)的另一端連接一個日跟蹤減速器(9)，日跟蹤減速器(9)中的輸出軸(4)與框架支座(3)連接，連接方式可以采用常規(guī)的軸孔連接，并以螺釘緊固，這樣在安裝時可以調(diào)整光伏收集器(1)的角度，日跟蹤減速器(9)上所聯(lián)的電機(5)由單獨的電源(或充電電瓶)供電，在電源與電機(5)之間聯(lián)有一個時間控制開關(guān)(T)以及與其相配合的設(shè)在日跟蹤減速器(9)箱體上的一對行程開關(guān)(7)、(7a)，所述的時間控制開關(guān)(T)是成熟的公知產(chǎn)品，輸出軸(4)上聯(lián)有一擋塊(6)，它與行程開關(guān)(7)、(7a)形成定位配合。時間控制開關(guān)(T)的功能及型號將在實施例中說明。
可以在上述日跟蹤裝置的基礎(chǔ)上，增加一套南北跟蹤裝置，它是在支柱(16)上設(shè)置一個橫支架(15)，橫支架(15)一端鉸接一個南北跟蹤減速器(12)，南北跟蹤減速器(12)中設(shè)有一蝸桿(14b)與電機(11)相連，蝸桿(14b)與設(shè)在南北跟蹤減速器(12)內(nèi)的蝸輪(14a)嚙合，蝸輪(14a)中心設(shè)有螺孔，它與一絲桿(14)連接配合，絲桿(14)的一端與日跟蹤減速器(9)的箱體鉸接，在框架支座(3)的上下兩端分別連接一個跟蹤光電池17，每個跟蹤光電池17的輸出端分別與電機(11)對應(yīng)相連，每個跟蹤光電池17靠近光伏收集器(1)的一端分別設(shè)有一段與光伏收集器(1)的端部重疊部分(a)。其原理是當太陽光與光伏收集器(1)傾斜時，太陽光可以全部照射到跟蹤光電池17上，跟蹤光電池17發(fā)電使電機11轉(zhuǎn)動，一直到太陽光垂直照射在光伏收集器(1)和跟蹤光電池17上，因為跟蹤光電池17上有一段被光伏收集器(1)遮住的重疊部分a(約3-5mm)，跟蹤光電池17發(fā)電效率極低，此時的電力不足以驅(qū)動電機(11)，因此驅(qū)動電機(11)停轉(zhuǎn)，光伏收集器(1)始終保持與太陽光垂直。
本發(fā)明的優(yōu)點在于不僅結(jié)構(gòu)簡單、成本低、跟蹤能耗低，而且跟蹤過程不必人工干預(yù)，在天氣變化比較復(fù)雜的情況下，系統(tǒng)也能正常工作，有廣闊的應(yīng)用前景。跟蹤范圍廣(170度)，跟蹤時間長(11小時20分鐘)；南北跟蹤結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計，使其應(yīng)用不受緯度的限制。
為了更加詳細地說明本發(fā)明，下列附圖提供了本發(fā)明的一個實施例。


圖1是本發(fā)明的主視圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖2的D-D剖視圖；圖4是圖1的B-B向視圖；圖5是時間控制開關(guān)T所連接的日跟蹤電氣原理圖；圖6是圖1的C-C剖視圖；圖7是圖6的E-E剖視圖；圖8是南北方向跟蹤的原理圖。
具體實施例方式實施例本實用新型的整體情況如圖1所示，它包括(一)、日跟蹤部分如圖1所示，在支柱16上端連接一個鉸鏈10，鉸鏈10的另一端連接在日跟蹤減速器9的箱體底部，日跟蹤減速器9中設(shè)置的輸出軸4的兩端分別插入支座3的連接孔中并用螺釘固定，以便在安裝時調(diào)整收集器1的角度，支座3與框架2相連，光伏太陽能收集器1安裝在框架2上。光伏太陽能收集器1包括太陽能電池板、太陽灶等收集太陽光的裝置。
日跟蹤減速器9的具體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示，日跟蹤減速器9的箱體下部設(shè)有蝸桿4b，蝸桿4b上連接一個蝸輪4d，蝸桿4b和蝸輪4a嚙合，蝸輪4a與輸出軸4連接并帶動輸出軸4轉(zhuǎn)動；蝸桿4b上的蝸輪4d則與蝸桿4e嚙合，如圖3所示，蝸桿4e的一端與設(shè)置在日跟蹤減速器9箱體上的電機5相連。
如圖1所示，在輸出軸4上連接一個擋塊6，它與設(shè)在日跟蹤減速器9的箱體上的行程開關(guān)7、7a配合，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，輸出軸4上連接一個擋塊6，當經(jīng)過白天全天跟蹤后，擋塊6碰觸行程開關(guān)7a時，日跟蹤減速器9的電機5停止正轉(zhuǎn)隨后反轉(zhuǎn)，經(jīng)過夜間自動返回后，擋塊6碰觸行程開關(guān)7時，光伏太陽能收集器回到早晨的位置，根據(jù)時控開關(guān)設(shè)置的開關(guān)時間，又開始下一天循環(huán)。
由于地球的自轉(zhuǎn)運動是每天24小時勻速轉(zhuǎn)動，因此用時控開關(guān)T配合限位的行程開關(guān)7、7a就能較準確地控制減速器9的電機5帶動太陽能收集器1白天跟蹤太陽，夜晚自動返回的全自動日跟蹤。直流電機5的電源可由為發(fā)電機配置的24V充電電瓶直接供給，自動跟蹤的控制由預(yù)先設(shè)定好的時控開關(guān)T進行控制。因設(shè)計的發(fā)電單元的日跟蹤角為170°，經(jīng)計算白天跟蹤時間合計11小時20分鐘，既可從早晨6:20到下午17:40，夜間自動返回時間為18:40到6:00。
為了防止時控開關(guān)T或電機5的轉(zhuǎn)速誤差而使跟蹤裝置產(chǎn)生對太陽的跟蹤累積誤差，同時防止因某個部件的故障對設(shè)備造成損壞，所以設(shè)計了如圖4的限位裝置，限位角度調(diào)整為-85°到+85°，這兩個位置分別是早晨6:20跟蹤起點和下午17:40跟蹤終點的位置。
時控開關(guān)T以及相關(guān)的行程開關(guān)7與電機5組成的控制電路如圖5所示時控開關(guān)的第一路連線m接行程開關(guān)7a后，再連接到電機5的一端(控制電機正轉(zhuǎn)白天跟蹤)早晨6:20開—下午17:50關(guān)(雖然時控開關(guān)設(shè)定在17:50關(guān)，而實際上在17:40擋塊6就碰到行程開關(guān)7a而使這一天的跟蹤停止，這就實現(xiàn)了自動跟蹤的每天準確定位，防止有誤差值累計到下一天)時控開關(guān)的第二路連線n接行程開關(guān)7后，再連接到電機5的一端(控制電機反轉(zhuǎn)夜晚返回)下午18:40開—早晨6:10關(guān)(雖然時控開關(guān)設(shè)定在6:10關(guān)，而實際上在6:00擋塊6就碰到行程開關(guān)7而使返回停止，使太陽能收集器1準確地停在早晨起始跟蹤的位置，等到6:20第一路開關(guān)n又接通電機5正轉(zhuǎn)開始了新的一天的循環(huán)跟蹤)。
時控開關(guān)T是成熟產(chǎn)品，價格很便宜，如上海卓一電子有限公司的ZYT02型時控開關(guān)，其有多組開關(guān)時間，可用于提高跟蹤精度使用，在設(shè)計傳動系統(tǒng)時，使日跟蹤轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速稍快于地球的自轉(zhuǎn)運動，利用這多余的在跟蹤時間內(nèi)設(shè)定多次等待，能使自動跟蹤裝置更能準確的跟蹤太陽。
(二)、南北跟蹤部分如圖1所示，在支柱16上還連接一個橫支架15，它的右端鉸接一個南北跟蹤減速器12，南北跟蹤減速器12內(nèi)有一絲桿14與減速器12內(nèi)的蝸輪配合，絲桿14的上端與日跟蹤減速器9的箱體上的鉸鏈8聯(lián)接，在框架2的上下兩端分別連接一個跟蹤光電池17、17a，每個跟蹤光電池的輸出端分別與電機11對應(yīng)相連(即跟蹤光電池17的正、負極連電機11的正、負極，跟蹤光電池17a的正、負極連電機11的負、正極)，每個跟蹤光電池靠近光伏收集器1的一端分別設(shè)有一段與光伏收集器1的重疊部分a。
南北跟蹤減速器12的具體結(jié)構(gòu)如圖6、圖7所示，減速器12箱體上設(shè)有對稱的鉸接軸孔12a，它與橫支架15上的軸13鉸接，減速器12內(nèi)設(shè)有蝸輪14a，它的端部與軸承連接配合，蝸輪14a的中心設(shè)有螺孔，螺孔與絲桿14配合連接。減速器12的下部設(shè)有一個蝸桿14b，它與電機11連接配合，蝸桿14b與蝸輪14a嚙合。當電機11轉(zhuǎn)動時，可以帶動蝸輪14a轉(zhuǎn)動，從而帶動絲桿14產(chǎn)生軸向位移，如圖1所示，通過鉸鏈8、10，最終達到調(diào)整收集器1的仰角(南北方向)的目的。
要達到自動調(diào)整收集器1的仰角(南北方向)的目的，如圖1所示，還必須在框架(2)的上下兩端分別連接一個跟蹤光電池17、17a，每個跟蹤光電池的輸出端分別與電機11對應(yīng)相連(即跟蹤光電池17的正、負極連電機11的正、負極，跟蹤光電池17a的正、負極連電機11的負、正極)，每個跟蹤光電池17靠近光伏收集器1的一端分別設(shè)有一段與光伏收集器1的重疊部分a。其原理如圖8所示，自動控制有兩種設(shè)計設(shè)計方案一當太陽光L與光伏收集器1的法線p在南北垂面的夾角大于+1.5°時，跟蹤用光電池17a(其+、-極直接和電機11的正轉(zhuǎn)連接，使南北跟蹤電機正轉(zhuǎn))表面就能全部受陽光照射，光電池17a發(fā)電使電機11正轉(zhuǎn)，電機11以及減速器就帶動光伏收集器1順時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動后當α角＜1.5°時，跟蹤用光電池17a的串聯(lián)方向內(nèi)側(cè)邊表面的陽光就被光伏電池組件邊框遮擋，利用光電池在串聯(lián)方向表面的陽光只要一部分被遮擋不能發(fā)電的特征(因為電流很小，不會產(chǎn)生因“熱島效應(yīng)”而損壞電池，發(fā)明者已多次做過實驗)，此時電機停止轉(zhuǎn)動。
當太陽光與光伏電池組件的法線在南北垂面的夾角小于-1.5°時，跟蹤用光電池17(其+、-極直接和電機的反轉(zhuǎn)連接，使南北跟蹤電機反轉(zhuǎn))表面就能全部受陽光照射，光電池17發(fā)電使電機反轉(zhuǎn)，電機以及減速器就帶動光伏收集器1逆時針轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動后當α角＞-1.5°時，跟蹤用光電池17的內(nèi)側(cè)邊表面的陽光就被光伏收集器1邊框遮擋(即重疊部分a)，電機停止轉(zhuǎn)動。
以上的自動控制使光伏收集器1的法線與太陽光線在南北方向始終保持在-1.5°——+1.5°范圍內(nèi)的夾角，這樣就實現(xiàn)了南北方向的自動跟蹤。
在全年太陽和地球運動的變化中，太陽高低角的變化量約47°，所以南北跟蹤角的變化范圍也僅有47°，即使連續(xù)多天陰天下雨或太陽光較弱，使跟蹤光電池發(fā)的電不能帶動跟蹤電機，南北方向的角度誤差仍然很小，例如在太陽高低角變化較快的3月1日到3月10日的10天之間，如果連續(xù)下雨或陰天造成發(fā)電設(shè)備無法進行南北方向的跟蹤，南北方向的跟蹤誤差也只有3°左右，與0°入射角時發(fā)電量的差值不到千分之二。
設(shè)計方案二和以上原理相似，也是利用光電池在串聯(lián)方向遮光不發(fā)電的原理，但只需要更小塊的跟蹤電池，南北跟蹤電機不是由跟蹤光電池發(fā)的電驅(qū)動，而是由發(fā)電系統(tǒng)本身的充電電瓶提供電源，當南北跟蹤角β超出了設(shè)定的允差范圍如1.5°時，跟蹤光電池發(fā)電驅(qū)動繼電器，而由繼電器接通跟蹤電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)電路。對于多臺發(fā)電單元組成的發(fā)電系統(tǒng)或規(guī)模太陽能電站的設(shè)計，利用該方案更經(jīng)濟、可靠。
權(quán)利要求
1.一種時間光伏太陽能收集器自動跟蹤裝置，它由支柱(16)、框架(2)、支座(3)以及連接于框架(2)上的太陽能收集器(1)組成，其特征在于支柱(16)上聯(lián)接一個鉸鏈(10)，鉸鏈(10)的另一端連接一個日跟蹤減速器(9)，日跟蹤減速器(9)中的輸出軸(4)與支座(3)連接，日跟蹤減速器(9)上所聯(lián)的電機(5)與電源之間聯(lián)有一個時間控制開關(guān)(T)以及與時間控制開關(guān)(T)相配合的設(shè)在日跟蹤減速器(9)箱體上的一對行程開關(guān)(7)、(7a)，輸出軸(4)上聯(lián)有一擋塊(6)，它與行程開關(guān)(7)、(7a)形成定位配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動跟蹤裝置，其特征在于支柱(16)上設(shè)置一個橫支架(15)，橫支架(15)一端鉸接一個南北跟蹤減速器(12)，南北跟蹤減速器(12)中設(shè)有一蝸桿(14b)與電機(11)相連，蝸桿(14b)與設(shè)在南北跟蹤減速器(12)內(nèi)的蝸輪(14a)嚙合，蝸輪(14a)中心設(shè)有螺孔，它與一絲桿(14)連接配合，絲桿(14)的一端與聯(lián)于日跟蹤減速器(9)箱體上的鉸鏈(8)聯(lián)接，在框架(2)的上下兩端分別連接一個跟蹤光電池(17)、(17a)，每個跟蹤光電池的輸出端分別與電機(11)對應(yīng)相連，每個跟蹤光電池靠近光伏收集器(1)的一端分別設(shè)有一段與光伏收集器(1)的重疊部分(a)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光伏太陽能收集器自動跟蹤裝置，其特征在于支柱16上鉸連接日跟蹤減速器9，其輸出軸4與支座3連接，在電源與電機5之間設(shè)有時控開關(guān)，輸出軸4上設(shè)有擋塊6與行程開關(guān)7配合，支柱16上的橫支架15一端鉸接南北跟蹤減速器12，絲桿14的一端與日跟蹤減速器9鉸接，在框架2的上下兩端分別連接一個跟蹤光電池17，光電池17的輸出端分別與電機11相連，太陽光全部照射到光電池17上，光電池17發(fā)電使電機11轉(zhuǎn)動，一直到太陽光垂直照射在光伏收集器1上，因為光電池17上有一段被光伏收集器1遮住的重疊部分a，此時跟蹤光電池17所發(fā)電力微弱，不能驅(qū)動電機11。本發(fā)明的自動跟蹤系統(tǒng)，不僅結(jié)構(gòu)簡單、成本低、跟蹤能耗低，而且跟蹤過程不必人工干預(yù)，在天氣變化比較復(fù)雜的情況下，系統(tǒng)也能正常工作，有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號F24J2/38GK1896637SQ200610044529
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者盧育發(fā) 申請人:盧育發(fā)