[实用新型]新型双自由度机械跟踪太阳能发电系统

说明书

所属技术领域

本实用新型所述的双自由度机械跟踪太阳能发电系统缘于可再生能源的开发和利用领域。 

太阳能是一种可再生能源，几乎取之不尽用之不竭，利用太阳能发电的光伏发电技术绿色环保，前景广阔。当前光伏发电系统的装机容量及发电量的比重还比较低，光伏发电技术的发展空间巨大。世界能源组织(IEA)预测2020年光伏发电的发电量占总发电量的1％，2040年上升到约20％；根据国家发改委《可再生能源中长期发展规划》，我国提出2010年，光伏发电总容量达到300MW，到2020年达到1800MW。国内光伏发电的发展正全面加速，有关专家预测，从2010年到2020年，我国的光伏发电容量有望分别达到2GW和10GW。可再生能源的开发和利用已成为下一代能源发展的主要内容，光伏发电有着无可比拟的优势，是满足未来社会需求的理想能源。 

背景技术

太阳能发电设备，如果它的光伏板能始终保持与太阳光垂直，就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。理论分析表明，太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差37.7％。目前，有很多的光伏电池板采用固定式安装，太阳能的利用率不高。本双自由度机械跟踪太阳能发电系统，正是为了改进这种状况而设计。该系统由装有独立电机的双轴驱动，分别称为“日轴”和“季轴”，日轴以每天为一个工作周期，日出而作，日落而息，日轴的转动带动光伏板对准太阳从东边升起到西边落下的全过程；而季轴则以季节为工作周期，用以完成对太阳往返于南北回归线之间运动的跟踪。 

发明内容

为了克服大多数太阳能发电装置因固定安装，接收太阳辐射能量不高的问题，本设计重点着眼于光伏板的对日跟踪上。 

众所周知，由于黄赤交角的存在，才使地球在公转过程中，太阳直射点的位置在南北回归线之间作周年移动，从而产生了正午太阳高度角的变化、昼夜长短的变化以及四季更替等自然现象。在地面上观察太阳的运动称为太阳的视运动，它既含有东西分量，又含有南北分量。 因此，跟踪太阳的装置，必须具有两个自由度，分别对太阳视运动的东西分量和南北分量进行跟踪。太阳的视运动轨迹因时因地而异，本设计中，日轴的转动，着眼于昼夜变化，跟踪的是太阳视运动的东西分量；季轴，则着眼于季节变化，跟踪太阳视运动的南北分量； 

光伏板与日轴紧固并随轴转动，蜗轮与日轴轴端键连结，带动蜗轮转动的蜗杆由单独的PLC控制的直流电机驱动，从而带动光伏板自东向西方向的转动，转动角速度与太阳视运动同步，实现跟踪太阳视运动的东西分量； 

对于太阳视运动的南北分量，表现为所在地区的太阳高度角的随季节而变化，它与该地区的地理纬度，太阳直射点的纬度等因素有关，太阳高度越接近垂直(90°)的方向，单位面积内得到的辐射能也越多。为了实现这种跟踪，本设计采用的技术方案是，将日轴两端的轴承支架安装于主梁上，主梁南北向倾斜，下面有两个铰接支座，前铰接支座通过季轴铰接在前基础支座上；后铰接支座和后基础支座之间，连接一螺旋推杆，螺旋推杆将电机的旋转运动转化成螺杆的轴向移动，从而改变整个推杆的长度，推动光伏板绕季轴转动，从而跟踪了太阳视运动的南北分量。傍晚，光伏电池板向西转至极限位置，不再跟踪太阳，同时控制系统将其复位至早晨的起始位置，直至第二天重新开始一个新的周期。具体结构见说明书附图(图1，图2，图3，图4，图5，图6)。 

本实用新型的有益效果是，用双自由度的机械式结构，既实现了对太阳视运动的东西方向跟踪，又实现了南北方向跟踪，结构简单，与固定式光伏电池板相比，明显提高了太阳能的接收率。 

附图说明

图1蜗轮主视图 

图2蜗轮左视图 

图3蜗杆 

图4主梁 

图5新型双自由度机械跟踪太阳能发电系统装配图的主视图。 

图中1.前基础支座，2.季轴，3.主梁，4.蜗杆，5.蜗轮，6.日轴，7.前轴承座，8.光伏板，9.后轴承座，10.铰接支座，11.蜗轮蜗杆机构，12.皮带，13.螺母，14.螺旋推杆电机，15.螺杆，16.后基础支座 

图6新型双自由度机械跟踪太阳能发电系统装配图的左视图。 

具体实施方式

具体实施方式如图5所示。