基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构的利记博彩app
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构，包括支座和安装在支座上的日追踪模块、四季追踪模块和电气设备，日追踪模块上安装有cpc型聚光器；日追踪模块，包括俯仰轴架、极轴架、蜗轮蜗架电机组和支持板；俯仰轴架一端与支座边沿铰接，蜗轮蜗架电机组安装在俯仰轴架中部的支持板上，并通过极轴架与支座连接，极轴架与支座之间滑动连接；四季追踪模块，包括滑轨、丝杆螺母组、滑块和手轮组；滑块安装在滑轨上，丝杆螺母组一端与支座铰接，另一端穿过滑块与手轮组相连。本实用新型本成本低、易批量生产、现场安装方便、运行可靠且节能的优点，在保证机构简单、运行稳定的同时实现太阳有效光照利用时间的延长。
【专利说明】
基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及太阳能利用应用技术领域，尤其涉及一种基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构。【背景技术】
[0002]太阳能作为一种可以持续利用的情节能源，是理想的可再生能源。由于我国的国土面积非常辽阔，太阳能资源相当丰富，全国2/3以上的地区的年辐射量达到5020MJ/M3,年日照数在2000h以上，因此我国的太阳能发电的发展潜力巨大。
[0003]目前我国制约太阳能发电产业的主要因素是光电转换成本高，发电量波动大，以及不适合远距离运输。最大限度提高太阳能的利用率的解决方案主要有两种:一是提高设备的能量接受率，二是太阳能设备的能量转换率，太阳能追踪设备是建立在第二种方法之上，采用自动跟踪装置可延长太阳能发电时间，增加发电量，一定程度上减弱发电量的波动，降低太阳能发电成本，有效提高太阳能的利用率。
[0004]在中国发明专利CN201210306130.9中公开了一种联动式单轴太阳能追踪器系统及其转动驱动机构，追踪器系统包括构成追踪器阵列的至少两列单轴太阳能追踪器和驱动装置，同一列追踪器中的各单轴太阳能追踪器具有同一转轴，且各转轴的转动轴线相互平行;在各列追踪器的转轴上均固定连接垂直的转动臂;驱动装置包括至少一个转动驱动器， 如回转减速机，其转动轴与各列追踪器的转动轴线平行，转动轴上固定连接垂直的驱动转动臂;驱动转动臂与各列追踪器转轴上的转动臂通过刚性的连杆依次铰接连接，所述的连杆与各列追踪器转轴垂直。转动驱动器转动时带动驱动转动臂转动，依次相连的连杆中产生线性推拉运动，带动与之相连的转动臂推动各列追踪器绕其转轴转动。该专利能够起到一定的跟踪太阳转动的效果，但是无法高精度的根据太阳的日间运动和四季运动进行跟踪。目前大多太阳能收集装置大多不具备跟踪功能，或者跟踪功能简单，无法有效提高太阳能的利用率。【实用新型内容】
[0005]本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中跟踪太阳运动轨迹不够精确的缺陷，提供一种既能进行日追踪，也能进行四季追踪的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]本实用新型提供一种基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构，包括支座和安装在支座上的日追踪模块、四季追踪模块和电气设备，日追踪模块上安装有cpc型聚光器；
[0008]所述日追踪模块，包括俯仰轴架、极轴架、蜗轮蜗架电机组和支持板;俯仰轴架一端与支座边沿铰接，俯仰轴架的中部设置有支持板;蜗轮蜗架电机组安装在支持板上，并通过极轴架与支座连接，极轴架与支座之间滑动连接；
[0009]所述四季追踪模块，包括滑轨、丝杆螺母组、滑块和手轮组;滑块安装在滑轨上，丝杆螺母组一端与支座铰接，另一端穿过滑块与手轮组相连。
[0010]进一步地，本实用新型的所述支座还包括铰接件和角钢，角钢安装在支座的四角位置。
[0011]进一步地，本实用新型的该装置还包括设置在俯仰轴架和极轴架之间的铰接支撑架。
[0012]进一步地，本实用新型的该装置还包括设置在俯仰轴架和cpc型聚光器之间的轴承座组。
[0013]进一步地，本实用新型的该装置还包括连接丝杆螺母组和滑块的连杆。
[0014]进一步地，本实用新型的所述电气设备包括第一步进电机、第二步进电机、光电传感器组和M⑶控制器盒，光电传感器组安装在蜗轮蜗杆电机组和减速齿轮电机组上，M⑶控制器盒安装在蜗轮蜗杆电机组的支撑板上，MCU控制器盒内设有用于接受传感器组信号的信号接受单元、MCU核心控制单元、时钟芯片以及信号输出单元。
[0015]进一步地，本实用新型的所述蜗轮蜗杆电机组包括第一步进电机、蜗轮蜗杆减速器、第一联轴器以及极轴齿轮;第一步进电机通过第一联轴器与蜗轮蜗杆减速器相连，蜗轮与极轴齿轮相连接。
[0016]进一步地，本实用新型的所述减速齿轮电机组包括第二步进电机、丝杆接头、第一减速齿轮、第二减速齿轮;丝杆与丝杆接头焊接，第二减速齿轮装在丝杆接头上，并与第一减速齿轮配合。
[0017]进一步地，本实用新型的所述光电传感器组由方柱型构件以及四个光敏电阻组成，四个光敏电阻分别贴在柱形构件的四个面上，光电传感器组沿极轴的轴线安装在复合抛物面组件的边沿。
[0018]本实用新型产生的有益效果是:本实用新型的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构，通过日追踪模块和四季追踪模块，对一年的南北方向的角度变化和每天的东西方向的角度变化随时间的规律性运动的不同特点，采用间歇开环式双轴追踪结构，解决了目前聚光太阳能系统追踪机构结构的跟踪精度与制造运行成本之间的矛盾;本装置成本低廉、易批量生产、现场安装方便、运行可靠且节能的优点，在保证机构简单、运行稳定的同时实现太阳有效光照利用时间的延长。【附图说明】
[0019]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0020]图1是本实用新型实施例的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构的整体示意图；
[0021]图2是本实用新型实施例的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构的日追踪t旲块不意图；
[0022]图3是本实用新型实施例的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构的四季追踪模块示意图；
[0023]图4是本实用新型实施例的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构的开环控制原理示意图；
[0024]图中，1-铰接件，2-滑轨，3-角钢，4-俯仰轴架，5-极轴架，6-蜗轮蜗杆电机组，7-支持板，8-轴承座组，9-铰接支撑架，10-丝杆螺母组，11-cpc型聚光器，12-滑块，13-连杆，14-手轮组，15-MCU控制器盒，16-蜗轮蜗杆减速器，17-光电传感器组。【具体实施方式】
[0025]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0026]如图1所示，本实用新型的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构，包括支座和安装在支座上的日追踪模块、四季追踪模块和电气设备，日追踪模块上安装有cpc型聚光器11;
[0027]如图2所示，日追踪模块，包括俯仰轴架4、极轴架5、蜗轮蜗架电机组6和支持板7; 俯仰轴架4一端与支座边沿铰接，俯仰轴架4的中部设置有支持板7 ;蜗轮蜗架电机组6安装在支持板7上，并通过极轴架5与支座连接，极轴架5与支座之间滑动连接；[〇〇28] 如图3所示，四季追踪模块，包括滑轨2、丝杆螺母组10、滑块12和手轮组14;滑块12 安装在滑轨2上，丝杆螺母组10—端与支座铰接，另一端穿过滑块12与手轮组14相连。
[0029]支座还包括铰接件1和角钢3，角钢3安装在支座的四角位置，角钢3用配套铰接件1 连接起来，滑轨2铆接在支撑架9长边上。装置还包括设置在俯仰轴架4和极轴架5之间的铰接支撑架9，还包括设置在俯仰轴架4和cpc型聚光器11之间的轴承座组8，还包括连接丝杆螺母组10和滑块(12)的连杆13。
[0030]如图4所示，电气设备包括第一步进电机、第二步进电机、光电传感器组17和M⑶控制器盒15,光电传感器组17安装在蜗轮蜗杆电机组6和减速齿轮电机组上，M⑶控制器盒15 安装在蜗轮蜗杆电机组6的支撑板7上，MCU控制器盒内设有用于接受传感器组信号的信号接受单元、MCU核心控制单元、时钟芯片以及信号输出单元。
[0031]蜗轮蜗杆电机组6包括第一步进电机、蜗轮蜗杆减速器、第一联轴器以及极轴齿轮;第一步进电机通过第一联轴器与蜗轮蜗杆减速器相连，蜗轮与极轴齿轮相连接。
[0032]减速齿轮电机组包括第二步进电机、丝杆接头、第一减速齿轮、第二减速齿轮;丝杆与丝杆接头焊接，第二减速齿轮装在丝杆接头上，并与第一减速齿轮配合。
[0033]光电传感器组17由方柱型构件以及四个光敏电阻组成，四个光敏电阻分别贴在柱形构件的四个面上，光电传感器组沿极轴的轴线安装在复合抛物面组件的边沿。
[0034]在本发明的另一个实施例中，支座的角钢3用配套铰接件1连接起来，滑轨2铆接在支撑架9长边上。日追踪模块包括俯仰轴架4、极轴架5、涡轮蜗杆电机组支持板7和涡轮蜗杆电机组6,涡轮蜗杆电机组支持板7固定在俯仰轴架4上，极轴架5固定在涡轮蜗杆电机组支撑板7上，涡轮蜗杆电机组6与极轴的中端连接，蜗轮蜗杆电机组6从极轴中部驱动其转动， 用以控制复合抛物面系统跟踪太阳的时角，整个极轴架5则跟随俯仰轴架4摆动。[〇〇35]四季追踪模块包括丝杆螺母组10、轴承座组8、铰接支撑架9、滑块12、连杆13和手轮组14等，轴承座组8固定在支座上，丝杆螺母组10的丝杆两端与轴承座配合，且一端还与手轮组14相连，铰接支撑架9 一端与俯仰轴架4相连，另一端与滑块12相连，滑块12固定在滑轨2上，连杆13将丝杆上的螺母和滑块组12连接，这样，手轮组驱动丝杆转动并带动其上的螺母移动，螺母的移动通过连杆13带动滑块组12在滑轨2上移动，滑块12移动牵引铰接支撑架9的移动，从而控制俯仰轴架5的转动，即控制复合抛物面系统跟踪太阳的赤炜角。
[0036]电气设备包括第一步进电机以及M⑶控制器盒15;光电传感器组17安装在蜗轮蜗杆减速电机组和减速齿轮电机组上，MCU控制器盒15安装在蜗轮蜗杆电机组支撑板上，MCU 控制器盒15内设有用于接受传感器组信号的信号处理系统、M⑶核心控制单元、时钟芯片以及信号输出单元。
[0037]蜗轮蜗杆电机组6包括第一步进电机6、蜗轮蜗杆减速器16、第一联轴器以及极轴齿轮;第一步进电机6通过第一联轴器与蜗轮蜗杆减速器16相连，蜗轮与极轴齿轮相连接。 手轮组包括丝杆接头、第一减速齿轮;为保证精度，丝杆与丝杆接头17焊接。[〇〇38]本实用新型实施例的技术方案主要包括以下三个部分:基于极轴坐标系下的双轴逐日追踪技术，cpc装置的接收角内的间歇式双轴追踪机构，和双轴追踪的开环环控制系统。
[0039]基于极轴坐标系下的双轴逐日追踪技术:cpc装置的接收面板在白天始终对准太阳的周日式运动轨迹，使得太阳入射光线始终在cpc装置的接收角范围内射入，并反射到太阳能电池板上。换言之，即在保证cpc装置的接收角精度范围内，将cpc装置的椭圆跟踪轨迹转化为绕旋转轴(极轴)的旋转来跟踪太阳时角，与此同时，cpc装置也绕跟踪器的俯仰轴转动来跟踪赤炜角。
[0040]基于极轴坐标系下的双轴逐日追踪技术:在工作时，cpc装置绕极轴运动，其转速设定与太阳自传方向相反以跟踪太阳时角；由于太阳赤炜角的日变化甚微，故只需人为定期手动调整。考虑到尽可能提高跟踪精度，本发明设置在太阳下山后，cpc装置继续绕轴转动回归到早晨的起始位置，并关机等待第二天的日出。考虑到尽可能提高跟踪精度。[0041 ] cpc装置的接收角内的间歇式双轴追踪机构，由两部分组成:一部分是在跟踪过程中结构不断运动的机构体系，一部分是支撑结构体系。同时，由于cpc装置有一定的接收角 (本装置为30度)，故我们采用的是间歇式追踪机构，考虑到cpc装置日转动次数(本装置为六次)和装置运动的平稳性，我们推导并实验了最佳的转速。[〇〇42] 双轴闭环控制系统，是由光敏传感器和M⑶控制器15联合控制，一方面给M⑶控制器15写入每一天太阳每一时刻所运动到的角度信息，使MCU控制器15在内置电子时钟的配合下，不断记录太阳每一时刻的理论位置，并在每天的6点、9点、12点、15点、18点启动电机运转至cpc装置11运动到确定角度;另一方面，光敏传感器判断当时的天气情况，在太阳升起时，启动整体装置运行;在太阳落下时，断开整体装置的运行;在判断天气情况时，不同于普通平板太阳能追踪装置的是，我们的cpc装置11具有聚光性能，能收集一定的散射光，因此我们的光敏传感器装在电池板附近，判断当时的光照情况是否在系统有效产能的阈值内，而决定是否让整个装置处于休眠状态。
[0043]本装置采用间歇式的双轴追踪装置，与普通单轴或平板太阳能装置相比，太阳能接受效率更高;与现有的双轴追踪系统相比，由于其聚光装置具有接收角的优势，其间歇式追踪的结构更为简单，装置可靠性和实用性增强；由于增加了光敏传感器，在对光照条件的判断下，相比于传统的阴晴判断，增加的散射光的可利用情况，我国由于其地理条件和雾霾情况，散射光的地区较多，其实用性大大增强。
[0044]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种基于CPC结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪结构，其特征在于， 包括支座和安装在支座上的日追踪模块、四季追踪模块和电气设备，日追踪模块上安装有 CPC型聚光器(11);所述日追踪模块，包括俯仰轴架(4 )、极轴架(5 )、蜗轮蜗架电机组(6)和支持板(7);俯 仰轴架(4) 一端与支座边沿铰接，俯仰轴架(4)的中部设置有支持板(7);蜗轮蜗架电机组 (6)安装在支持板(7)上，并通过极轴架(5)与支座连接，极轴架(5)与支座之间滑动连接；所述四季追踪模块，包括滑轨(2)、丝杆螺母组(10)、滑块(12)和手轮组(14);滑块(12) 安装在滑轨(2)上，丝杆螺母组(10) —端与支座铰接，另一端穿过滑块(12)与手轮组(14)相 连。2.根据权利要求1所述的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪 结构，其特征在于，所述支座还包括铰接件(1)和角钢(3)，角钢(3)安装在支座的四角位置。3.根据权利要求1所述的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪 结构，其特征在于，该装置还包括设置在俯仰轴架(4)和极轴架(5)之间的铰接支撑架(9)。4.根据权利要求1所述的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪 结构，其特征在于，该装置还包括设置在俯仰轴架(4)和cpc型聚光器(11)之间的轴承座组 ⑶。5.根据权利要求1所述的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪 结构，其特征在于，该装置还包括连接丝杆螺母组(10)和滑块(12)的连杆(13)。6.根据权利要求1所述的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪 结构，其特征在于，所述电气设备包括第一步进电机、第二步进电机、光电传感器组(17)和 MCU控制器盒(15)，光电传感器组(17)安装在蜗轮蜗杆电机组(6)和减速齿轮电机组上，MOT 控制器盒(15)安装在蜗轮蜗杆电机组(6)的支撑板(7)上，MCU控制器盒内设有用于接受传 感器组信号的信号接受单元、MCU核心控制单元、时钟芯片以及信号输出单元。7.根据权利要求6所述的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪 结构，其特征在于，所述蜗轮蜗杆电机组(6)包括第一步进电机、蜗轮蜗杆减速器、第一联轴 器以及极轴齿轮;第一步进电机通过第一联轴器与蜗轮蜗杆减速器相连，蜗轮与极轴齿轮 相连接。8.根据权利要求6所述的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪 结构，其特征在于，所述减速齿轮电机组包括第二步进电机、丝杆接头、第一减速齿轮、第二 减速齿轮;丝杆与丝杆接头焊接，第二减速齿轮装在丝杆接头上，并与第一减速齿轮配合。9.根据权利要求6所述的基于cpc结构的聚光太阳能利用系统的间歇开环式双轴追踪 结构，其特征在于，所述光电传感器组(17)由方柱型构件以及四个光敏电阻组成，四个光敏 电阻分别贴在柱形构件的四个面上，光电传感器组沿极轴的轴线安装在复合抛物面组件的 边沿。
【文档编号】G05D3/12GK205594463SQ201620345269
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月22日
【发明人】李鹏, 张信韬, 张吉, 陈朝雷, 陈慧玲, 李文婷, 陈陆建
【申请人】武汉理工大学, 青海新能源(集团)有限公司