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CN101895238B - 一种太阳跟踪装置 - Google Patents

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CN101895238B
CN101895238B CN2010102543019A CN201010254301A CN101895238B CN 101895238 B CN101895238 B CN 101895238B CN 2010102543019 A CN2010102543019 A CN 2010102543019A CN 201010254301 A CN201010254301 A CN 201010254301A CN 101895238 B CN101895238 B CN 101895238B
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Abstract

本发明公开了一种太阳跟踪装置，包括用以安装光伏组件(1)的支撑机构和固定于所述支撑机构上并对该支撑机构进行方位角调整的方位角驱动装置，所述方位角驱动装置为凸轮转盘(2)。该太阳跟踪装置采用凸轮转盘作为方位角驱动装置来对安装光伏组件的支撑机构进行方位角调整，将整个太阳跟踪装置所承载的有害外来冲击载荷转化为摩擦力而转移消减掉，从而有利于保护后续驱动装置因为冲击载荷过大而被损坏，特别是保护控制涡轮的精度不受影响，并且进一步延长了整个太阳跟踪装置的使用寿命，其安全性能高，承载能力大，并且还具有间隙自动调整功能，适于市场推广。

Description

一种太阳跟踪装置
技术领域
本发明属于聚焦太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种太阳跟踪装置。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，自然资源被大量地、甚至是掠夺性地开发和利用，人类的自然资源即将枯竭，大量自然能源在使用过程中所产生的污染也使人类的生活环境面临严重的威胁，加上人类对自然资源的利用提出了越来越高的要求，因此，寻找新能源已迫在眉睫。而太阳能作为一种干净环保并且取之不尽的可再生新能源，随着社会经济要实现可持续发展的呼吁，越来越受到人类的青睐，其在人类生产生活中具有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能，而聚焦太阳能光伏发电的工作原理就是将汇聚的太阳光转换成电能。
固定光伏组件发电是聚焦太阳能光伏发电的主要形式，它是将光伏组件固定于承载支架系统上，用以收集日升至日落期间的光照辐射，并将收集到的光照转换为电能，其转换的电能多少与光伏组件的有效辐射面积成正比，而该有效辐射面积即为被接收太阳光在太阳光垂直面上的投影面积。由于地球自转，太阳每天东升西落，一天之中接收太阳光的光伏组件只有很短时间是正对太阳的，当光伏组件斜对太阳时，其有效辐射面积正比于光伏组件与太阳光垂直面之间夹角的余弦，因此其对于太阳光的利用率是相当低的，浪费了大量的太阳辐照能量。
针对上述问题，目前在聚焦太阳能光伏发电领域中，采用方位角驱动装置来对光伏组件的方位角进行控制调节的太阳跟踪装置应运而生，以使光伏组件对太阳运动轨迹进行追踪，使光伏组件尽可能长时间正对太阳光的辐射方向，以提高太阳光的利用率。目前市场上普遍采用轴承转盘作为方位角驱动装置，即采用该轴承转盘将光伏组件设置于支撑机构上，并通过对轴承转盘的控制使其带动光伏组件转动，以实现该光伏组件对太阳的追踪。但是，这种轴承转盘不能够承受过大的风力，即当风力比较大时，该轴承转盘所承受的外来冲击载荷（该外来冲击载荷多为有害载荷）就较大，这些冲击载荷极易造成轴承转盘的损害，从而导致整个太阳跟踪装置的使用寿命偏短，防过载能力差；并且，这种轴承转盘在装配过程中或在使用一段时间后，轴承转盘内各部件由于磨损等原因之间会产生间隙，而这些间隙只能通过人工来对其进行调整，这对于太阳追踪装置这种大型机械设备而言，其维修成本十分高昂，不利于市场推广。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种不但能够承受较大冲击载荷，而且还能够自动消除方位角驱动装置间隙的太阳跟踪装置。 
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种太阳跟踪装置，包括用以安装光伏组件的支撑机构和固定于所述支撑机构上并对该支撑机构进行方位角调整的方位角驱动装置，所述方位角驱动装置为凸轮转盘。
所述凸轮转盘包括壳体、设置在所述壳体上的驱动装置、由所述驱动装置驱动并带有凸轮的动力输出轴和设置在所述动力输出轴上对外来冲击载荷进行转移的控制装置。
所述驱动装置包括设置在所述壳体上的驱动电机、连接在所述驱动电机动力输出端的驱动蜗杆和固定设置在所述动力输出轴上并与所述驱动蜗杆啮合的驱动涡轮，其动力传递路线为电机—驱动蜗杆—驱动涡轮—动力输出轴。
所述控制装置包括设置在所述壳体上的控制电机、连接在所述控制电机动力输出端的控制蜗杆、通过滑动套配装在所述动力输出轴上并与所述控制蜗杆啮合的控制涡轮和与所述凸轮面接触的摩擦装置；为了对所述驱动涡轮和控制涡轮进行定距，防止两者相对运动，其中，所述控制涡轮设置于所述凸轮与驱动涡轮之间，并且所述控制涡轮与驱动涡轮之间采用套装在所述动力输出轴上的隔套隔开，使所述控制涡轮与驱动涡轮平行布置在所述动力输出轴上。
所述摩擦装置包括与所述凸轮面接触并固定于所述壳体上的摩擦体和设置在所述凸轮与摩擦体之间的摩擦片，为了实现该摩擦片与摩擦体、摩擦片与凸轮之间的接触面积最大化，以增加摩擦受力面积，该摩擦片与所述摩擦体和凸轮均贴合，即它们之间均为面接触。
所述凸轮呈心形，所述摩擦片与心形凸轮的凹陷曲面相贴合；并且，该心形凸轮凹陷曲面的形状可根据需要转移或消耗的冲击载荷的多少来具体设定，灵活可变。
所述支撑机构包括立柱、举臂和支架系统，所述举臂的下端通过所述凸轮转盘与所述立柱连接，上端与所述支架系统连接，所述支架系统上安装光伏组件。
所述动力输出轴的一端位于所述壳体内，另一端伸出所述壳体并与所述举臂的下端连接；同时为了调整该凸轮转盘内各部件在装配时所产生的间隙，所述壳体对应于未伸出该壳体的动力输出轴的一端设置有端盖，该端盖通过螺栓固定于所述壳体上，以对上述间隙进行调整；另一端在所述动力输出轴与摩擦体之间设置轴密封圈。
考虑到承载能力的要求不同，所述动力输出轴与摩擦体之间可设置锥形滚子轴承或其他轴承，上述轴密封圈将所述锥形滚子轴承密封于所述动力输出轴与摩擦体之间。
为了尽可能多地将外来有害载荷转换为摩擦力，所述动力输出轴伸出所述壳体的一端通过输出法兰与所述举臂的下端刚性连接。
该太阳跟踪装置还设置有固定于所述举臂与支架系统之间并对所述支架系统进行高度角调节的高度角驱动装置，该高度角驱动装置与上述方位角驱动装置（即凸轮转盘）相互结合对太阳跟踪装置的光伏组件支撑机构进行太阳运动轨迹全拟合跟踪，从而可最大限度地利用太阳光，提高光照的利用率。
本发明具有如下有益效果：
（1）针对现有的太阳跟踪装置而言，本发明提供的太阳跟踪装置采用凸轮转盘作为方位角驱动装置来对安装光伏组件的支撑机构进行方位角调整，该凸轮转盘通过控制装置对整个太阳跟踪装置所承载的有害外来冲击载荷转化为摩擦力而转移消减掉，从而有利于保护后续驱动装置因为冲击载荷过大而被损坏，特别是保护控制涡轮的精度不受影响，并且进一步延长了整个太阳跟踪装置的使用寿命，其安全性能高，承载能力大。
（2）在上述太阳跟踪装置中，对于作为方位角驱动装置的凸轮转盘而言，其还具备自动消除间隙功能，即由于控制涡轮的启动时间和速度相对于驱动涡轮而言具有滞后性，因此控制涡轮通过作用于凸轮，该凸轮将摩擦片向摩擦体方向挤压，从而对凸轮转盘内各部件在装配时或在使用一段时间后由于各部件的磨损而产生的间隙进行调整消除，节约了消除上述间隙的人工成本，其结构紧凑，使用安全方便。
（3）本凸轮转盘采用心形凸轮，并且该心形凸轮的凹陷曲面与摩擦片贴合，同时凸轮与摩擦片、摩擦片与摩擦体之间均采用面接触的方式，因此可将它们之间的摩擦接触面最大，因此可最大限度地将有害的外来冲击载荷转化为摩擦力而有效转移或消减掉，并且该心形凸轮的凹陷曲面可根据需要转移或消耗的冲击载荷的多少来灵活设定，其结构简单，经济适用；就该凸轮转盘本身而言，其可广泛适用于起重运输机械、采掘机械、建筑工程机械、港口机械和太阳跟踪器等大型回转机械装置上，适于市场推广。
（4）本发明在采用凸轮转盘作为太阳跟踪装置的方位角驱动装置来对太阳运动轨迹进行跟踪之外，还在举臂与支架系统之间设置了对支架系统进行高度角调节的高度角驱动装置，该高度角驱动装置与方位角驱动装置（即凸轮转盘）综合作用，使太阳跟踪装置的光伏组件支撑机构实现了对太阳运动轨迹的全拟合跟踪，从而最大限度地收集了日升至日落期间的光照辐射，大大提高了太阳光的利用率。
附图说明
图1为本发明实施例所述的太阳跟踪装置的结构图。 
图2为图1中凸轮转盘的主视图。
图3为图2的A-A向剖视图。
图4为图2所示凸轮转盘内部结构的立体图。
图5为实施例中所述凸轮转盘中凸轮与摩擦装置贴合时的结构示意图。
上述图中，标记1为光伏组件；标记2为凸轮转盘；标记2-1为壳体；标记2-2为凸轮；标记2-3为动力输出轴；标记2-4为驱动电机；标记2-5为驱动蜗杆；标记2-6为驱动涡轮；标记2-7为控制电机；标记2-8为控制蜗杆；标记2-9为滑动套；标记2-10为控制涡轮；标记2-11为隔套；标记2-12为摩擦体；标记2-13为摩擦片；标记2-14为凸轮2-2的凹陷曲面；标记3为立柱；标记4为举臂；标记5为支架系统；标记6为端盖；标记7为轴密封圈；标记8为输出法兰；标记9为高度角驱动装置；标记10为螺钉；标记11为锥形滚子轴承；标记12为螺栓；标记13为O型密封圈。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～5所示，一种太阳跟踪装置，包括用以安装光伏组件1的支撑机构和固定于所述支撑机构上并对该支撑机构进行方位角调整的方位角驱动装置，所述方位角驱动装置为凸轮转盘2；所述凸轮转盘2包括壳体2-1、设置在所述壳体2-1上的驱动装置、由所述驱动装置驱动并带有凸轮2-2的动力输出轴2-3和设置在所述动力输出轴2-3上对外来冲击载荷进行转移的控制装置；所述驱动装置包括设置在所述壳体2-1上的驱动电机2-4（本实施例中该驱动电机2-4采用恒扭矩电机）、连接在所述驱动电机2-4动力输出端的驱动蜗杆2-5和固定设置在所述动力输出轴2-3上并与所述驱动蜗杆2-5啮合的驱动涡轮2-6；所述控制装置包括设置在所述壳体2-1上的控制电机2-7、连接在所述控制电机2-7动力输出端的控制蜗杆2-8、通过滑动套2-9配装在所述动力输出轴2-3上并与所述控制蜗杆2-8啮合的控制涡轮2-10和与所述凸轮2-2面接触的摩擦装置，其中，所述控制涡轮2-10设置于所述凸轮2-2与驱动涡轮2-6之间，并且所述控制涡轮2-10与驱动涡轮2-6之间采用套装在所述动力输出轴2-3上的隔套2-11隔开并平行设置在所述动力输出轴2-3上；所述摩擦装置包括与所述凸轮2-2面接触并固定于所述壳体2-1上的摩擦体2-12和设置在所述凸轮2-2与摩擦体2-12之间的摩擦片2-13，该摩擦片2-13与所述摩擦体2-12和凸轮2-2均贴合；所述摩擦体2-12通过螺钉10固定于所述壳体2-1上；所述凸轮2-2呈心形，所述摩擦片2-13与心形凸轮2-2的凹陷曲面2-14相贴合；所述动力输出轴2-3与摩擦体2-12之间设置有锥形滚子轴承11；所述支撑机构包括立柱3、举臂4和支架系统5，所述举臂4的下端通过所述凸轮转盘2与所述立柱3连接，上端与所述支架系统5连接，所述支架系统5上安装光伏组件1；所述动力输出轴2-3的一端位于所述壳体2-1内，另一端伸出所述壳体2-1并与所述举臂4的下端连接；并且，所述壳体2-1对应于未伸出该壳体2-1的动力输出轴2-3的一端设置有端盖6，该端盖6通过螺栓12固定于所述壳体2-1上；另一端在所述动力输出轴2-3与摩擦体2-12之间设置轴密封圈7，该轴密封圈7将所述锥形滚子轴承11密封于所述动力输出轴2-3与摩擦体2-12之间；所述动力输出轴2-3伸出所述壳体2-1的一端通过输出法兰8与所述举臂4的下端刚性连接；所述摩擦体2-12与壳体2-1之间、所述端盖6与壳体2-1之间均设置有O型密封圈13；该太阳跟踪装置还设置有固定于所述举臂4与支架系统5之间并对所述支架系统5进行高度角调节的高度角驱动装置9。
该太阳跟踪装置在使用时，先启动所述驱动电机2-4，后启动所述控制电机2-7，并且将所述控制电机2-7的转速设置为低于所述驱动电机2-4的转速10%左右，此时所述控制电机2-7通过所述控制蜗杆2-8和控制涡轮杆2-10带动所述摩擦片2-13转动（该控制涡轮2-10只约束摩擦片2-13的圆周运动，对径向运动不作约束），且与所述驱动电机2-4同向运行，以对所述驱动电机2-4产生的扭矩进一步释放，短暂延时后停止所述驱动电机2-4；由于所述凸轮2-2与动力输出轴3为整体件，并且所述控制电机2-7的启动时间稍晚于所述驱动电机2-4的启动，即两电机的启动时间留有一定的延时和速差，故当外来冲击载荷较大时，该冲击载荷通过所述凸轮2-2作用于所述摩擦片2-13，并转化为所述摩擦片2-13与摩擦体2-12之间的摩擦力，从而将这部分有害的外来冲击载荷进行有效转移和消减，有效保护所述控制涡轮10的精度免受影响；关于需要转移和消减的冲击载荷的多少可以通过对所述凸轮2-2的凹陷曲面2-14进行设计来加以控制；在上述工作过程中，所述控制涡轮杆2-10通过作用于所述凸轮2-2，该凸轮2-2将所述摩擦片2-13向摩擦体2-12方向挤压，从而将凸轮转盘2内各部件在装配时或在使用一段时间后由于各部件的磨损而产生的间隙消除。
在采用凸轮转盘2作为太阳跟踪装置的方位角驱动装置的同时，该太阳跟踪器还设置有固定于所述举臂4与支架系统5之间并对所述支架系统5进行高度角调节的高度角驱动装置9（本实施例采用电动推杆作为该高度角驱动装置9），在凸轮转盘2对所述支架系统5进行方位角驱动调整的过程中，所述高度角驱动装置9同时对所述支架系统5进行高度角调整，从而使设置在所述支架系统5上的光伏组件1对太阳运动的轨迹进行全拟合跟踪。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳跟踪装置，包括用以安装光伏组件(1)的支撑机构和固定于所述支撑机构上并对该支撑机构进行方位角调整的方位角驱动装置，其特征在于：所述方位角驱动装置为凸轮转盘(2)；所述凸轮转盘(2)包括壳体(2-1)、设置在所述壳体(2-1)上的驱动装置、由所述驱动装置驱动并带有凸轮(2-2)的动力输出轴(2-3)和设置在所述动力输出轴(2-3)上对外来冲击载荷进行转移的控制装置；所述控制装置包括设置在所述壳体(2-1)上的控制电机(2-7)、连接在所述控制电机(2-7)动力输出端的控制蜗杆(2-8)、通过滑动套(2-9)配装在所述动力输出轴(2-3)上并与所述控制蜗杆(2-8)啮合的控制涡轮(2-10)和与所述凸轮(2-2)面接触的摩擦装置。
2.根据权利要求1所述的太阳跟踪装置，其特征在于：所述驱动装置包括设置在所述壳体(2-1)上的驱动电机(2-4)、连接在所述驱动电机(2-4)动力输出端的驱动蜗杆(2-5)和固定设置在所述动力输出轴(2-3)上并与所述驱动蜗杆(2-5)啮合的驱动涡轮(2-6)；所述控制涡轮(2-10)设置于所述凸轮(2-2)与驱动涡轮(2-6)之间，并且所述控制涡轮(2-10)与驱动涡轮(2-6)之间采用套装在所述动力输出轴(2-3)上的隔套(2-11)隔开并平行设置在所述动力输出轴(2-3)上。
3.根据权利要求2所述的太阳跟踪装置，其特征在于：所述摩擦装置包括与所述凸轮(2-2)面接触并固定于所述壳体(2-1)上的摩擦体(2-12)和设置在所述凸轮(2-2)与摩擦体(2-12)之间的摩擦片(2-13)，该摩擦片(2-13)与所述摩擦体(2-12)和凸轮(2-2)均贴合。
4.根据权利要求3所述的太阳跟踪装置，其特征在于：所述凸轮(2-2)呈心形，所述摩擦片(2-13)与心形凸轮(2-2)的凹陷曲面(2-14)相贴合。
5.根据权利要求4所述的太阳跟踪装置，其特征在于：所述支撑机构包括立柱(3)、举臂(4)和支架系统(5)，所述举臂(4)的下端通过所述凸轮转盘(2)与所述立柱(3)连接，上端与所述支架系统(5)连接，所述支架系统(5)上安装光伏组件(1)。
6.根据权利要求5所述的太阳跟踪装置，其特征在于：所述动力输出轴(2-3)的一端位于所述壳体(2-1)内，另一端伸出所述壳体(2-1)并与所述举臂(4)的下端连接；并且，所述壳体(2-1)对应于未伸出该壳体(2-1)的动力输出轴(2-3)的一端设置有端盖(6)，另一端在所述动力输出轴(2-3)与摩擦体(2-12)之间设置轴密封圈(7)。
7.根据权利要求6所述的太阳跟踪装置，其特征在于：所述动力输出轴(2-3)伸出所述壳体(2-1)的一端通过输出法兰(8)与所述举臂(4)的下端刚性连接。
8.根据权利要求7所述的太阳跟踪装置，其特征在于：该太阳跟踪装置还设置有固定于所述举臂(4)与支架系统（5）之间并对所述支架系统(5)进行高度角调节的高度角驱动装置(9)。
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