[实用新型]一种太阳能模组阵列及太阳能收集器的极轴跟踪装置

说明书

【技术领域】

本实用新型在广泛意义上属于太阳能领域，在此特指光伏电池面板和聚焦型太阳能收集器的太阳跟踪系统领域，尤其指极轴太阳能跟踪系统的领域。 

【背景技术】

本实用新型是指太阳能收集器，尤其指极轴跟踪系统装置，来跟踪太阳相对于地球的运动，从而使收集太阳能达到更高的效率和更低的成本。本实用新型应用于平板光伏面板和聚焦光热或光伏装置。 

光伏太阳能电池板被广泛应用于住宅或商业的太阳能应用上。由于太阳相对地球的运动，导致照射到固定的光伏电池板上的太阳光每天在不同的时刻或每年不同的时间具有不同的入射角。此种入射光线会降低太阳能电池板的收集效率及减少此太阳能电池板产生的电量。由于收集的太阳能量与余弦角成正比，即太阳光的入射角与太阳能电池板的垂直表面之间的夹角，此效果所导致的损失即为熟知的余弦损失。为提高太阳光的收集效率，太阳能电池板可使用一个跟踪器使其与太阳入射光保持接近于垂直的位置。 

跟踪器可广泛地应用于聚焦性太阳能板上，通过大面积的光学收集器将太阳光聚焦于一小面积太阳能吸收器上，此太阳能吸收器可为光伏电池或光热转换器。为了在太阳移动时使焦点保持在目标接收器上，此跟踪系统要跟随太阳运动，以维持聚焦。 

二维跟踪系统具有两种形式，即方位角/高度跟踪及极角/季节(或赤道的)跟踪(参照《来自太阳的能量》第四章，http://www.powerfromthesun.net)。对于方位角/高度跟踪系统，其机械构造较为简单，但是，由于两轴所需的旋转速度并非恒定不变且相互依赖，因此在任何给定的地点需经常的调整，而且可靠的跟踪控制方案是复杂并且困难的，通常还需要有主动的感应和控制。对于极角/季节角(或赤道的)跟踪系统，其二轴是相互独立的。绕极轴的旋转速度是固定的，在日间大约为每小时15度。然而其季节角的转动非常缓慢并且易于跟踪太阳的季节移动。但是，实现此种跟踪系统的机械方案并非完美。许多先前的实用新型专利中对该系统均有描述，包括美国专利4,285,567及美国专利4,413,423及美国专利6,284,968B1。在先前的所有系统中，太阳能收集器的主体会对极轴施加一个较大的扭矩，并需要在日间绕极轴以固定的速度旋转。如此，会增加电机的负载需求并在高风力负载情况下导致系统的不稳定性。本实用新型就是为了改善该问题。 

跟踪系统对于每一个跟踪器，通常都需要电机和驱动控制元件。为了降低系统的成本，非常希望用一个电机和驱动控制来同时驱动几个跟踪器。先前专利US6,058,930阐述了通过一个一维的跟踪系统来实现此设想。该实用新型中，线性驱动器在跟踪过程中必须改变其角度，如此一来使得跟踪运动变得不规则，需要主动的探测和控制。跟踪器之间较长的刚性连接也非常笨重，同时其高度在跟踪时一直变化，这样会使得系统不可靠。本实用新型揭示了一个非常简单的极轴跟踪系统设计，消除了其不足之处。本实用新型适用于一维和两维的跟踪系统。 

【实用新型内容】

本专利的目的就是为了提供一种太阳能跟踪设计方案，以避免上述缺点。本实用新型的一个特别目的是提供机械方案，会使得施加在旋转轴上的力矩最小，从而可增加系统的稳 定性。本实用新型的另一个特别目的是提供一个设计方案，由一组电机/蜗轮齿轮和控制系统，以简单的齿轮/链条装置来驱动多个系统。 

为了实现上述目的，太阳能收集器被安装在太阳跟踪器上，此太阳收集器的至少一个转动轴(第一个转轴或极轴)是与地球自转轴平行，该转动为南北方向设置，并且具有与当地纬度角相等的水平倾斜角。此极轴是通过地上设置的两个固定块支撑，而此固定块上设有转动球轴承或者轴承座套以利于旋转。面板的旋转通过第一齿轮实现，该齿轮的旋转轴杆固定在位于旋转极轴杆上端下方的轴承上，面板的旋转驱动了第一链条，该链条的两端固定在位于旋转中心一定距离外的面板的每一边的两个铰链上。齿轮是由一个步进电机及蜗杆齿轮驱动，以减小速度及电机的力矩负荷，并防止风载或其他外界阻力产生的反转运动。与第一转轮同一转轴上的第二转轮，并依序通过第二对转轮或钢缆驱动第二跟踪器，依次类推。通过这种方式，一组电机/蜗杆齿轮箱或控制电路能够达到驱动多个太阳能跟踪器的目的，从而降低整个系统的成本。该极轴以每小时15度的恒定速度进行转动，在太阳正午时具有中心位置，以跟踪太阳日间的运动。对于平面光伏电池板面板，由于其最大23度的季节角平均而言余弦损失非常小，这种一维跟踪方案足以将效率提高30％。