一种可自动跟踪太阳光的光伏发电装置

技术领域

本发明涉及光伏设备技术领域，尤其是涉及一种可自动跟踪太阳光的光伏发电装置。

背景技术

随着社会和经济的飞速发展，能源的需要日益增加，化石能源的日趋枯竭和给生态环境造成的污染，严重威胁着社会和经济的可持续发展。因此，大力发展非化石和可再生能源发电是当务之急。太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的绿色可再生能源，已经在世界范围内得到了广泛的关注。太阳能光伏发电作为太阳能利用的重要方式，发展前景非常广阔，已成为未来全球解决能源危机的一种重要途径。

目前，太阳光伏发电系统普遍采用太阳光伏电池板架固定方位角安装方式，太阳光伏电池板的受光面在全天的光照时间内，只有在较短的时间段才能以较大的功率输出，在大部分的时间段，由于太阳光不能直射在太阳光伏电池板平面上，太阳光伏电池的利用率较低，在这种安装方式下为得到一定的功率输出，只能靠增大太阳光伏电池板面积和数量来实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可自动跟踪太阳光的光伏发电装置，可以最大限度的利用太阳能，提高太阳光伏电池板的发电效率。

本发明提供一种可自动跟踪太阳光的光伏发电装置，包括：光伏面板组件、日向检测装置、轴向跟踪调整装置、径向跟踪调整装置、底座、电控箱以及液压站；所述日向检测装置设置在所述伏面板组件上；所述轴向跟踪调整装置以及所述径向跟踪调整装置均与所述光伏面板组件连接，且所述径向跟踪调整装置与所述轴向跟踪调整装置连接；所述底座与所述径向跟踪调整装置连接；所述电控箱与所述日向检测装置电连接，并且设置在所述底座上；所述液压站设置在所述底座上，为所述轴向跟踪调整装置和所述径向跟踪调整装置提供动力油。

进一步，所述光伏面板组件包括：光伏面板和设置在所述光伏面板底部用于支撑的支架，所述支架末端设置有铰接轴。

进一步，所述径向跟踪调整装置包括：转动轴、旋转座和执行机构；所述转动轴的一端与所述光伏面板组件连接，另一端与所述执行机构连接；在所述转动轴上镶有耐磨轴套，与所述转动轴构成一转动副；所述旋转座穿设在所述转动轴上，通过锁紧螺母固定，且与所述执行机构连接；所述底座设置在所述执行机构底部。

进一步，所述执行机构包括：罩体、大齿轮、小齿轮、动力机构和径向锁紧装置；所述罩体穿设在所述转动轴中部；所述大齿轮安装在所述转动轴上，位于所述罩体和所述底座之间；所述动力机构固定在所述底座上，其一端连接所述小齿轮，通过所述小齿轮将动力传递给所述大齿轮，其另一端连接所述径向锁紧装置。

进一步，所述径向锁紧装置包括：径向液压锁和径向液压锁支座，所述径向液压锁与所述径向液压锁支座相连，所述径向液压锁支座固定在所述底座上；所述液压站为所述径向液压锁提供动力油。

进一步，所述轴向跟踪调整装置包括油缸和轴向锁紧装置，所述油缸一端连接所述光伏面板组件，另一端固定在所述旋转座上；所述轴向锁紧装置设置在所述铰接轴上；所述液压站为所述油缸以及所述轴向锁紧装置提供动力油。

进一步，所述轴向锁紧装置采用轴向液压锁。

进一步，所述日向检测装置有两个，分别安装在所述光伏面板组件上，一个用于在经向测量实际太阳方位，另一个用于在纬向测量实际太阳方位。

进一步，所述日向检测装置包括：外罩、组合隔套、光伏片、导线束、编码器和密封板；所述组合隔套设置在所述外罩内侧，所述光伏片镶嵌在所述组合隔套中，所述导线束设置在所述光伏片与所述编码器之间，用于将所述光伏片光照产生的电流实时传输到所述编码器；所述密封板设置在所述编码器底部。

进一步，所述日向检测装置还包括加热器，用于避免冬日堆雪对接受阳光的干扰。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用日向检测装置检测太阳方位，在经度和纬度上分别利用轴向跟踪调整装置和径向跟踪调整装置调整光伏面板组件的经度角度和纬度角度，使光伏面板组件始终对准太阳，使太阳光直射在太阳光伏电池板上，最大限度的利用太阳能，提高太阳光伏电池板的发电效率。在各种地形地貌和气候条件下正常使用，各部件有足够的强度和刚度，经得起大风、沙尘、雨雪和±50°温度的影响和考验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种可自动跟踪太阳光的光伏发电装置示意图；

图2为本发明实施例日向检测装置结构示意图。

附图标记说明：

1：光伏面板组件；2：铰接轴；3：转动轴；4：锁紧螺母；5：旋转座；6：耐磨轴套；7：油缸；8：日向检测装置；8-1：外罩；8-2：组合隔套；8-3：加热器；8-4：光伏片；8-5：导线束；8-6：编码器；8-7：密封板；9：罩体；10：挡圈；11：小齿轮；12：大齿轮；13：动力机构；14：轴向液压锁；15：限位钉；16：平键；17：连接件；18：径向液压锁；19：底座；20：电控箱；21：径向液压锁支座；22：液压站。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明提供一种可自动跟踪太阳光的光伏发电装置，包括：光伏面板组件1、日向检测装置8、轴向跟踪调整装置、径向跟踪调整装置、底座19、电控箱20以及液压站22。日向检测装置8设置在伏面板组件1上，轴向跟踪调整装置以及径向跟踪调整装置均与光伏面板组件1连接，且径向跟踪调整装置与轴向跟踪调整装置连接。底座19与径向跟踪调整装置连接，电控箱20与日向检测装置8电连接，并且设置在底座19上。液压站22设置在底座19上，为轴向跟踪调整装置和径向跟踪调整装置提供动力油。

光伏面板组件1包括：光伏面板和设置在光伏面板底部用于支撑的支架，支架末端设置有铰接轴2。光伏面板及支架是光伏发电装置核心部件之一。光伏面板及支架通过铰接轴2与径向跟踪调整装置相连接。铰接轴2是光伏面板及支架和转动轴的连接件，光伏面板及支架可以绕铰接轴2转动，通过轴向跟踪调整装置调整光伏面板的纬度角度。

径向跟踪调整装置包括：转动轴3、旋转座5和执行机构；转动轴3的一端与光伏面板组件1连接，另一端与执行机构连接；在转动轴3上镶有耐磨轴套6，与转动轴3构成一转动副；旋转座5穿设在转动轴3上，通过锁紧螺母4固定，且与执行机构连接；底座19设置在执行机构底部。

转动轴3是光伏发电装置的重要部件，由优质合金钢加工而成。转动轴3上部通过铰接轴2与光伏面板及支架相连。与旋转座5通过方形轴段或花键连接，并用锁紧螺母4固定锁紧。转动轴3与上、下两个耐磨轴套6形成转动副，使用优质油脂润滑。

旋转座5是一个环形体，通过精密铸造、加工而成。旋转座5通过内方孔或花键和转动轴3紧密结合。为了防止光伏面板在水平面内过度旋转，特别设计有两个限位钉15进行极限位置限制。限位钉15安装在执行机构上，对应旋转座5上有一半环形孔。

执行机构包括：罩体9、大齿轮12、小齿轮11、动力机构13和径向锁紧装置；罩体9穿设在转动轴3中部；大齿轮12安装在转动轴3上，位于罩体9和底座19之间；动力机构13固定在底座19上，其一端连接小齿轮11，通过小齿轮11将动力传递给大齿轮12，其另一端连接径向锁紧装置。转动轴3下部安装大齿轮12，使用双圆螺母进行固定锁紧。转动轴3和大齿轮12之间使用平键16连接。限位钉15安装在罩体9上。小齿轮11端部安装有挡圈10。罩体9与底座19之间利用连接件17固定连接。

径向锁紧装置包括：径向液压锁18和径向液压锁支座21，径向液压锁18与径向液压锁支座21相连，径向液压锁支座21固定在底座19上。液压站22为径向液压锁18提供动力油。

动力机构13优选采用步进电机，作为调整光伏面板经度方向角度的动力来源。为增加动作的力量和制动效果，使用双步进电机并对称布置。步进电机采用双输出轴模式，一端连接小齿轮11，将动力传递给大齿轮12；另一端安装一个径向液压锁18，在没有通动力液压油解锁之前，径向液压锁18抱紧步进电机传动轴，可以限制光伏面板及支架的水平转动。径向液压锁18的外壳与径向液压锁支座21相连，固定在光伏发电装置的底座19上。步进电机也可以使用液压马达替代。

轴向跟踪调整装置包括油缸7和轴向锁紧装置。轴向锁紧装置采用轴向液压锁14。油缸7一端连接光伏面板组件1，另一端固定在旋转座5上。轴向液压锁14设置在铰接轴2上。通过油缸7伸、缩可以使光伏面板及支架绕铰接轴2转动，调整纬向方向的面板角度，使光伏面板沿纬度方向对准太阳。轴向液压锁4是一个常闭式液压锁，动力液压油由液压站22提供。在没有通动力液压油解锁之前，和油缸7共同限制光伏面板及支架的纬向转动，保持面板与水平面夹角不动。

油缸7也可以使用电机+丝杆或液压马达+丝杠装置替代。

底座19是可自动跟踪太阳光的光伏发电装置的基础部件。上部是一个圆盘，对称安装有两个步进电机和径向液压锁支座21；中间是一个用钢管做的支柱；下部是一个墩子，并有地脚螺栓孔，可以将可自动跟踪太阳光的光伏发电装置牢牢固定在基础之上。

液压站22是液压锁和油缸7动力油的提供者。为满足本光伏发电装置在各种地形地貌、±50°各种气候条件下正常使用，液压油使用航空液压油。

电控箱20是可自动跟踪太阳光的光伏发电装置的控制中心。接收中央集控室的控制信号，并向中央集控室传递本光伏发电装置的各种信息。电控箱20实时接收经向和纬向日向检测装置发来的信息，并按照预设程序，依次调整光伏面板的经向和纬向角度，使其整个光伏板能始终对准太阳，让太阳光直射在太阳光伏电池板上，提高太阳光伏电池板的发电效率，最大限度的利用太阳能。

在光伏面板上，安装有两个完全一样，但放置方位不同、从不同方向检测日向的日向检测装置8。如图1所示，上方的日向检测装置8检测纬度日向，下方的日向检测装置8检测经度日向。日向检测装置8可以放置在光伏面板的任何位置，以方便安装和维护、不影响光伏面板的整体性为宜。

如图2所示，日向检测装置8包括：外罩8-1、组合隔套8-2、光伏片8-4、导线束8-5、编码器8-6和密封板8-7。组合隔套8-2设置在外罩8-1内侧，形状和面积相同的若干长方形光伏片8-4镶嵌在组合隔套8-2中，导线束设置在光伏片8-4与编码器8-6之间，用于将光伏片8-4光照产生的电流实时传输到编码器8-6。密封板8-7设置在编码器8-6底部。日向检测装置8还包括加热器8-5，用于避免冬日堆雪对接受阳光的干扰。光伏片8-4的数量和光伏发电装置的面板调节精度相关，可以根据实际情况进行选择。

日向检测装置8整体被放置在玻璃外罩8-1内，避免沙尘和雨雪的侵扰。玻璃外罩8-1内外表面喷涂一层纳米透明膜，可以有效防止沙尘、水渍等附着在表面上，提高透光率。

组合隔套8-2是日向检测装置的重要部件。由高分子材料制成，具有绝缘、耐高温、耐日晒和不变形等特点，有一定的强度和韧性，不透光。

编码器8-6实时接收各光伏片8-4传导来的电流，相互比对大小，选出最大者，将其编号及电流大小传给光伏发电装置的电控箱20控制单元。当光伏面板正对太阳时，无论是经向还是纬向日向检测装置，其光伏片最大电流者必定是A。若最大者非A，说明阳光没有直射光伏板，控制单元根据偏移量多少，按照预先设定的程序发出指令，调整光伏发电装置面板的角度，将光伏面板对准太阳。每次都要按照先经度、后纬度的顺序进行依次调整。

密封板8-7是日向检测装置的密封元件。密封板8-7将日向检测装置的部件与外界隔离。同时，密封板8-7也是日向检测装置与外部安装的连接部件。密封板8-7是由高分子材料制成，具有透气、防水等特点。

本发明可以在各种地形地貌和气候条件下正常使用，各部件有足够的强度和刚度，经得起大风、沙尘、雨雪和±50°温度的影响和考验。

为提高效率，当每天太阳落山后，应将光伏面板调整至午时左右位置，等待下一天工作的开始。

本发明的基本原理是根据安装在光伏面板上的经向和纬向两个日向检测装置8所检测到的实际太阳方位，在电气控制单元的控制下，分别依次调整光伏板的经向和纬向角度，让整个光伏板始终对准太阳，使太阳光直射在太阳光伏电池板上，最大限度的利用太阳能，提高太阳光伏电池板的发电效率。

具体动作如下：1、启动液压站22，松开径向液压锁18，通过转动步进电机，将动力通过小齿轮11和大齿轮12传递给转动轴3，使之按照要求进行相应转动，直到检测到经向日向检测装置的A光伏板电流最大，即完成光伏面板经向方向角度的调整，使阳光在经度方向上照射光伏面板。动作完成后，关闭径向液压锁18，落锁；

2、松开铰接轴2上的轴向液压锁14，再通过油缸7伸、缩使光伏面板及支架绕铰接轴2转动，调整光伏面板纬向角度，直到检测到纬向日向检测装置的A光伏板电流最大，使阳光垂直照射光伏面板。

注意：每次要依次调整经、纬两个方向，不要同时进行。每次调整完结后，都要关闭液压站22，保证径向液压锁18和轴向液压锁14处于关闭落锁状态。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。