專利名稱：太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤聯(lián)動機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太陽能聚 光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤聯(lián)動機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
太陽能是一種清潔無污染的可再生能源，取之不盡，用之不竭， 充分開發(fā)利用太陽能不僅可以節(jié)約日益枯竭的常規(guī)能源，緩解嚴(yán)峻的 資源短缺問題，而且還可以減少污染，保護(hù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境。 在眾多的太陽能利用技術(shù)中，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)了直接將太陽 能轉(zhuǎn)化為電能，是一種最方便的利用方式，它具有運行安全可靠、無 需燃料、無噪聲、無污染、可就地利用、使用維護(hù)簡便、規(guī)?？纱罂?小等優(yōu)點，因而受到了世界各國的重視。
雖然太陽能光伏發(fā)電具有很多優(yōu)點，但在光伏發(fā)電的發(fā)展過程 中，使用成本過高一直是制約其迅速推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。其重要原 因之一是用于生產(chǎn)太陽能電池的半導(dǎo)體材料價格昂貴，消耗量大， 導(dǎo)致以太陽能電池為核心的光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本難以大幅度降低。
常規(guī)的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是將太陽能電池固定安裝，價格居高不 下，難以迅速推廣應(yīng)用。根據(jù)太陽能電池在一定條件下輸出的電流與 接受的光照強(qiáng)度成正比增加而又不至于影響光伏電池壽命的特征，人 們開始研究采用聚光和跟蹤技術(shù)，希望在獲得同樣電能的情況下減少 太陽能電池的用量，而增加的跟蹤聚光的成本遠(yuǎn)低于所節(jié)約的太陽能 電池的成本相當(dāng)于用普通的金屬玻璃等材料代替昂貴的半導(dǎo)體材料。 德國、美國、西班牙、澳大利亞等國都分別開發(fā)了菲涅爾透鏡聚光、 反射聚光等各種聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)，現(xiàn)有折射聚光的缺點是光強(qiáng)均勻 性較差，透過率難以提高，制造成本較高，大型拋物面反射聚光的缺 點是拋物面反射鏡制造難度大，成本較高，反射鏡容易破碎，機(jī)構(gòu)整 體防風(fēng)性能差。這些均導(dǎo)致整套系統(tǒng)性價比提高不明顯，使得聚光光 伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢難以體現(xiàn)。到目前為止，僅有少量試驗、示范性質(zhì) 的聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)投入運行。
我國太陽能光伏組件產(chǎn)量幾乎以每年翻番的速度增長，但太陽能 光伏技術(shù)開發(fā)和利用的水平不僅遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，也落后于印度、巴 西等發(fā)展中國家。盡管我國有著很好的太陽能資源和光伏電池制造能 力，但是太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的整體水平與發(fā)達(dá)國家還有很大的差距，一是太陽能電池所使用的晶體硅原料的生產(chǎn)依賴進(jìn)口，原料緊缺，目前 乃至今后很長一段時期，成本下降的空間較小，二是太陽能光伏系統(tǒng) 應(yīng)用還很少。
近幾年來，國內(nèi)外聚光光伏發(fā)電技術(shù)一般采用單立柱和軌道式二 維跟蹤太陽運行，因采用單機(jī)二維跟蹤，其跟蹤成本高。為了降低跟 蹤成本，現(xiàn)主要采用一套跟蹤機(jī)構(gòu)帶動一臺大型聚光器運行，但隨著 機(jī)型尺寸放大，其成本也成倍增加、穩(wěn)定性較差，幾十噸的大型聚光 器對使用場所的基礎(chǔ)要求也很高，這大大限制了聚光光伏發(fā)電技術(shù)的 推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種易于制造、成本低廉、性價比高、具 有較高跟蹤精度和抗大風(fēng)的太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤聯(lián) 動機(jī)構(gòu)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
本發(fā)明是一種太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤聯(lián)動機(jī)構(gòu)，它 包括太陽能聚光器陣列、高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)、方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)和支架； 所述的太陽能聚光器陣列由多個太陽能聚光器構(gòu)成，每個太陽能聚光 器的一個側(cè)邊鉸接在支架上，在該側(cè)邊上同時連接方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)， 每個太陽能聚光器的另一側(cè)邊鉸接在高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)上。
所述的高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)由軸承座、可升降框架、平行四邊形連桿、 絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)或鏈輪鏈條驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成；每一個小型聚光器一側(cè) 邊中部置于軸承座上，軸承座鉸接可升降框架上，小型聚光器另一側(cè) 邊中部鉸接在三角支架上。
所述的方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)主要由多個齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)、多個 連桿長度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、多個連接桿、絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成；各連接桿 設(shè)置在兩齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)之間，多個齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)被 連接桿串聯(lián)在一條直線上，在各連接桿的中段設(shè)置調(diào)節(jié)長度的連桿長 度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述的絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝在最外連接桿的外端，用 于驅(qū)動連接桿、齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)沿直線左右移動。
所述的齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)由導(dǎo)軌、齒條、半圓齒輪、法蘭盤 組成；所述的齒條的本體滑接在導(dǎo)軌軌道內(nèi)，齒條齒牙與半圓齒輪嚙 合，半圓齒輪固定在法蘭盤上，法蘭盤套接在小型聚光器的傳動軸上， 小型聚光器的傳動軸通過軸承和軸承座鉸接在在支架上。
所述的方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)采用平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，所述的平行四 邊形連桿機(jī)構(gòu)由多根擺桿、可調(diào)連接桿組成；擺桿與聚光器一端固定， 可帶動聚光器擺動，擺桿和可調(diào)連接桿組成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，可帶動所有小型聚光器轉(zhuǎn)動20° —160° 。
所述的半圓齒輪的齒輪轉(zhuǎn)動角度為0° —180° 。
采用上述方案后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
(1) 由于本發(fā)明的整個太陽能聚光光伏發(fā)電陣列，只采用一套 太陽高度角驅(qū)動機(jī)構(gòu)和一套太陽方位角驅(qū)動機(jī)構(gòu)，就可實現(xiàn)整個陣列 的所有聚光器二維聯(lián)動跟蹤太陽運行，跟蹤成本低廉。而且由于太陽 高度角驅(qū)動機(jī)構(gòu)和太陽方位角驅(qū)動機(jī)構(gòu)完全為簡單的機(jī)械機(jī)構(gòu)構(gòu)成， 制造容易，跟蹤精度高，抗大風(fēng)能力強(qiáng)。
(2) 由于本發(fā)明由多行和多列的小型聚光器組成一個聚光陣列， 每個聚光器外形尺寸較小、重量輕、易于采用沖壓批量化加工，聚光 器的精度可得到保證，安裝工藝簡單，因此達(dá)到成本最低。
(3) 由于每個聚光器的尺寸小、重量輕，所以防風(fēng)性能好；整
個聚光陣列的重量均勻分布在整個場所，因此適合安裝在屋頂及地基 要求不高的場所，有利于在土地資源較緊張城市推廣太陽能利用。
(4) 由于采用二維聯(lián)動跟蹤太陽運行，電路上只需要采用一套 傳感器接收太陽運行信號，就可通過電路控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)跟蹤太陽，達(dá) 到電控成本最低。
(5) 由于太陽高度角每天變化很小，采用傾斜方式聯(lián)動跟蹤太 陽高度角，其高度角跟蹤所消耗的電能可達(dá)到最少。
綜上所述，本發(fā)明與其他大型聚光器相比，易于制造、成本低廉、 性價比高、具有較高跟蹤精度和抗大風(fēng)性能。
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明的俯視圖2A是本發(fā)明聚光器陣列高度角在60°位置跟蹤示意圖； 圖2B是本發(fā)明聚光器陣列高度角在90°位置跟蹤示意圖； 圖3A是本發(fā)明高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)在60。位置示意圖； 圖3B是本發(fā)明高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)在90。位置示意圖； 圖4A是本發(fā)明聚光器陣列方位角在45°位置齒輪齒條機(jī)構(gòu)跟蹤 示意圖4B是本發(fā)明聚光器陣列方位角在90°位置齒輪齒條機(jī)構(gòu)跟蹤 示意圖5是圖2在I處局部放大圖； 圖6是圖5沿A向視圖7A是本發(fā)明聚光器陣列方位角在45°位置平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)跟蹤示意圖7B是本發(fā)明聚光器陣列方位角在90。位置平行四邊形連桿機(jī) 構(gòu)跟蹤示意圖8是本發(fā)明單個聚光器光學(xué)原理示意圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2A所示，本發(fā)明是一種太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的 自動跟蹤聯(lián)動機(jī)構(gòu)，它包括太陽能聚光器陣列1、方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)2、 高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)3和支架5。
所述的太陽能聚光器陣列1由多個太陽能聚光器4 (4行121、 122、 123、 124和4列1U、 112、 113、 114)構(gòu)成，每個太陽能聚光 器4的一個側(cè)邊鉸接在支架5上，在該側(cè)邊上同時連接方位角聯(lián)動機(jī) 構(gòu)2，每個太陽能聚光器4的另一側(cè)邊鉸接在高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)3上。
如圖2A、圖2B所示，所述的太陽能聚光光伏發(fā)電陣列1由一個 高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)3推動所有太陽能聚光器4傾斜到每一時刻太陽高度 角位置，如圖2A所示的60。和如圖2B所示9(T不同位置，從而實
現(xiàn)太陽高度角聯(lián)動跟蹤。
如圖3A、圖3B所示，所述的高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)3由軸承座31、可 升降框架32、平行四邊形連桿33、絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)34或鏈輪鏈條 驅(qū)動機(jī)構(gòu)(圖中未標(biāo)注)組成。每一個小型聚光器4一側(cè)邊中部通過 軸承置于軸承座31上，軸承座31鉸接可升降框架32上，小型聚光 器4另一側(cè)邊中部鉸接在三角支架5上。所述的可升降框架32的兩 端鉸接在平行四邊形連桿33，絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)34鉸接在平行四邊 形連桿33的結(jié)合處。
所述的高度角驅(qū)動機(jī)構(gòu)34推動平行四邊形連桿33運動，由平行 四邊形連桿33驅(qū)動可升降框架32上下平行運動，確保所有小型聚光 器4傾斜角度一致，達(dá)到太陽能聚光光伏發(fā)電陣列高度角的聯(lián)動跟
蹤o
如圖4A、圖4B所示，所述的方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)2主要由多個齒輪 齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)21、多個連桿長度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)22、多個連接桿23、 絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)24組成。各連接桿23設(shè)置在兩齒輪齒條傳動嚙合 機(jī)構(gòu)21之間，多個齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)21被連接桿23串聯(lián)在一 條直線上，在各連接桿23的中段設(shè)置調(diào)節(jié)長度的連桿長度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 22，所述的絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)24安裝在最外連接桿23的外端，用于 驅(qū)動連接桿23、齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)21沿直線左右移動。
長度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)22、連接桿23和齒條212串聯(lián)在一條直線上，通 過長度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)22調(diào)節(jié)各個聚光器121、 122、 123、 124方位角的初始值一致。由絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)24推動連接桿23直線移動，由連接 桿23推動所有齒條212帶動齒輪213轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)太陽能聚光光伏發(fā) 電陣列方位角的聯(lián)動跟蹤。
如圖5、圖6所示，所述的齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)21由導(dǎo)軌211、 齒條212、半圓齒輪213、法蘭盤214組成。所述的導(dǎo)軌211安裝在 支架5上，齒條212的本體滑接在導(dǎo)軌211軌道內(nèi)，齒條212齒牙與 半圓齒輪213嚙合，半圓齒輪213固定在法蘭盤214上，法蘭盤214 套接在小型聚光器4的傳動軸41上，小型聚光器4的傳動軸41通過 軸承42和軸承座43鉸接在在支架5上。所述的半圓齒輪213的齒輪 轉(zhuǎn)動角度為0° —180° 。
所述的多個齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)21齒條212靠多個連桿長度 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)22、多個連接桿23串聯(lián)在一條直線上，由電動推桿帶動連 接桿23作直線運動，實現(xiàn)機(jī)組方位角聯(lián)動；由于滑接齒條212的導(dǎo) 軌211安裝在支架5上，使得高度角的跟蹤不影響齒輪齒條的傳動； 且齒條212置于齒輪213上方，運動時，靠導(dǎo)軌211保證正常傳動間 隙，不跟蹤時，靠齒條212及其各連接桿23的自重消除齒輪213間 隙，最大限度減少小型聚光器4聚光架受到風(fēng)載時產(chǎn)生晃動。
如圖7A、圖7B所示，方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)2也可采用平行四邊形連 桿機(jī)構(gòu)7實現(xiàn)聯(lián)動，所述的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)7主要由多個連桿 71、多個連桿長度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)72、絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)73組成。所述的 連桿71與聚光器4鉸接在一起，形成一組平行四邊形連桿，通過絲 桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)73推動平行四邊形連桿左右擺動，從而帶動所有聚 光器實現(xiàn)方位角2(T —160°跟蹤。通過調(diào)整連桿長度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)72， 使所有聚光器4的初始角度一致。
如圖8所示，每一個聚光器4由電池板401、平面鏡402、聚光 架403組成。平面鏡402安裝在聚光架403上，電池板401安裝在聚 光架403頂部，通過方位角和高度角的自動跟蹤聯(lián)動機(jī)構(gòu)，使得太陽 光線始終垂直聚光器4頂部的電池板401，確保太陽光線經(jīng)平面鏡發(fā) 射后，均勻地照射在電池板401上，達(dá)到數(shù)倍聚光。
權(quán)利要求
1、一種太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤聯(lián)動機(jī)構(gòu)，其特征在于它包括太陽能聚光器陣列、高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)、方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)和支架；所述的太陽能聚光器陣列由多個太陽能聚光器構(gòu)成，每個太陽能聚光器的一個側(cè)邊鉸接在支架上，在該側(cè)邊上同時連接方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)，每個太陽能聚光器的另一側(cè)邊鉸接在高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤 聯(lián)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)由軸承座、可升降框 架、平行四邊形連桿、絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)或鏈輪鏈條驅(qū)動機(jī)構(gòu)組成； 每一個小型聚光器一側(cè)邊中部置于軸承座上，軸承座鉸接可升降框架 上，小型聚光器另一側(cè)邊中部鉸接在三角支架上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤 聯(lián)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)主要由多個齒輪齒條 傳動嚙合機(jī)構(gòu)、多個連桿長度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、多個連接桿、絲桿螺母驅(qū)動 機(jī)構(gòu)組成；各連接桿設(shè)置在兩齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)之間，多個齒輪 齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)被連接桿串聯(lián)在一條直線上，在各連接桿的中段設(shè) 置調(diào)節(jié)長度的連桿長度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述的絲桿螺母驅(qū)動機(jī)構(gòu)安裝在最 外連接桿的外端，用于驅(qū)動連接桿、齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)沿直線左 右移動。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤 聯(lián)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的齒輪齒條傳動嚙合機(jī)構(gòu)由導(dǎo)軌、齒條、 半圓齒輪、法蘭盤組成；所述的齒條的本體滑接在導(dǎo)軌軌道內(nèi)，齒條 齒牙與半圓齒輪嚙合，半圓齒輪固定在法蘭盤上，法蘭盤套接在小型聚光器的傳動軸上，小型聚光器的傳動軸通過軸承和軸承座鉸接在在支架上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能聚光光伏發(fā)電陣列方位角的自動跟蹤聯(lián)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)采用平行四邊 形連桿機(jī)構(gòu)，所述的平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)由多根擺桿、可調(diào)連接桿組成；擺桿與聚光器一端固定，可帶動聚光器擺動，擺桿和可調(diào)連接桿組成平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)，可帶動所有小型聚光器轉(zhuǎn)動20。 一160° 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤 聯(lián)動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的半圓齒輪的齒輪轉(zhuǎn)動角度為0° — 180° 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能聚光光伏發(fā)電陣列的自動跟蹤聯(lián)動機(jī)構(gòu)，它包括太陽能聚光器陣列、高度角聯(lián)動機(jī)構(gòu)、方位角聯(lián)動機(jī)構(gòu)；太陽能聚光光伏發(fā)電陣列通過一套高度角驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動整個陣列的所有聚光器傾斜跟蹤太陽高度角，通過一套方位角驅(qū)動機(jī)構(gòu)帶動整個陣列的所有聚光器繞其傳動軸旋轉(zhuǎn)跟蹤太陽方位角。由于整個太陽能聚光光伏發(fā)電陣列，只采用一套太陽高度角驅(qū)動機(jī)構(gòu)和一套太陽方位角驅(qū)動機(jī)構(gòu)，就可實現(xiàn)整個陣列的所有聚光器二維聯(lián)動跟蹤太陽運行，跟蹤成本低廉。而且由于太陽高度角驅(qū)動機(jī)構(gòu)和太陽方位角驅(qū)動機(jī)構(gòu)完全為簡單的機(jī)械機(jī)構(gòu)構(gòu)成，制造容易，跟蹤精度高，抗大風(fēng)能力強(qiáng)。
文檔編號F24J2/38GK101504202SQ200910111178
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月2日
發(fā)明者侯達(dá)盤, 劉菊東, 張建一, 張耀明, 林忠華, 許志龍, 陳懷民 申請人:集美大學(xué);張耀明