实用太阳智能跟随系统的制作方法
【专利摘要】实用太阳智能跟踪系统属新能源光电光热应用领域，尤其用于光伏发电。此专利是在本人2006100486373专利基础上的优化改进。突出特点：智能避疾风，去暴雪；大面积跟踪，10到20千瓦极易做到；廉价，不用程序及经纬度控制；可在地球表面任随意放置通用；制作无须专用设备及特殊原材料。故特别适用于我国光热资源丰富而又多疾风暴雪的西北高寒地区。大面积跟踪不但极大地提高了跟踪的投入产出比，更使光伏发电效率提升30%以上，从而使电价从1元下降到与常规火电相当的7毛，使光伏突破高价瓶颈。不惧风雪，安全可靠高效实用,特别适用于建筑屋顶,更能灵活与各种属性建筑物深度融合。稍加改装即可用于各种形式光热发电的跟踪。
【专利说明】实用太阳智能跟随系统
【技术领域】
[0001]实用太阳智能跟随系统，属太阳能、新能源应用领域，尤其是应用于光伏发电，光热发电。
[0002]【背景技术】在
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能源是人类最重要的生活和生产资料，但由于常规能源稀缺性和对环境的影响，人们不得不寻求新能源。太阳能就是比较理想的新能源。但如何提高效率，降低成本却是最大的瓶颈。跟随是一个不错的选择。跟随可使光伏发电提高效率30%以上，换言之，因为效率提高30%以上，则意味着少用硅料30%，或提高了电池的转化率30%以上一由18%提高到24%，或使电价降低成本30%以上，由上目前的I元降到7-8角钱。尤其是当光伏目前电价已接近I元/度时，如果有廉价实用可靠的太阳智能跟踪系统给力光伏发电，则光伏发电的电价就大踏步地接近化石能源的价格了。目前跟踪的技术和方法多样，概括起来就是平单轴，斜单轴和单立柱支撑式的双轴跟踪。但投入使用的并不多，主要是性价比和实用性差，说白了就量怕疾风暴雪，安全性差，因而面积不能做大。
[0003]
【发明内容】
[0004]本发明专利是在本人2006100486373发明专利(太阳智能跟踪装置)的基础之上优化改进而成的。利用原发明专利的传感器及电路。但安全性，可靠性，性价比，却大大提高，能避疾风去暴雪，大面积跟随，能可靠地与建筑物深度融为一体。故命名为实用太阳智能跟随系统。
[0005]本专利主要内容是从支架方面着手，由一根单支撑柱支撑变为多根同心园网状支撑，解决了实用性差和性价比低的问题。实用性差是指原专利怕疾风，怕暴雪，因而不安全，可靠性更差。跟随面积小，因而性价比也不可能提高，一句话，实用性差。
[0006]本发明专利主要组成:复合轴承、旋转动态电路接口、多轴平行链轮组合、电池板的‘非对称’安装方法(或加装可调阻风板)及与建筑物的深度融合五部分组成。而且增加了工作状态显示、人工室内遥控电动调整电池板姿态、与建筑物结合的防震等内容。
[0007]复合轴承:如图2，由底部的承重轴承，侧面的限位轴承和上部的安保轴承三个轴承构成一个轴承爪，由不少于三个轴承爪夹住图1的圆形盘，使圆盘不能左右上下前后移动，只能绕其几何中心旋转，任选择至少一个承重轴承作为主动轴，用以驱动圆盘转动。复合轴承的园盘大小和承重轴承多少，根据电池板面积或重量的需求决定，承重轴承和安保轴承的安装方向都与所夹圆盘的理论中心为园心的同心园半径平行，于是该复合轴承便形成。大型超大型复合轴承尚可在其底部均匀增加适当的承重轴承或轴承爪(这些单个承重轴承或轴承爪组成同心园状，当然须有圆盘底部的导轨与之相配套，)用以平均分担光伏电池架的重量。复合轴承是用来承载光伏电池支架的。对支架稍加改进，把光电池板改换成抛物线槽就可用于光热发电。换上凹面镜或透镜就可使凹面镜透镜聚光跟随。有了复合轴承，承重支架由原来的一根单柱支撑变成随意多根环网柱支撑，电池板承重由原来的一根单轴承变成一个可大可小的复合轴承平面承重，如此以来，此支架面积(复合轴承面积及其上支架向外伸延部分面积)可根据所需功率大小设计。
[0008]当然，也可以把导轨安放在支撑(柱)腿上，使园盘在其上转动。
[0009]正常情况下，复合轴承设计成自西向东模拟地球绕日自转。即:在北半球北温带和
北寒带-即北纬23度半以北永远顺时针水平转动,在南半球的南温带和南寒带-即南
纬23度半以南则是反时针转动，热带地区(南北纬23度半之间)正反转时针旋转均可(但由于太阳直射点的穿越赤道变化(3月22和9月22)，最好设置改变水平方向旋转按纽。并要求垂直跟随的角度调到90+24=114度)。
[0010]遇强风时，随风左右依风向转动。
[0011]旋转动态电路接口:如图3，在一根绝缘棒上固定数片导电金属小圆片(根据所需电路多少而定)，在每一个圆片的上下两面相对位置设置一对用导电材料制成的弹簧夹子，从而使片与夹之间电流构成通路，无论是片转夹定还是片定夹绕片转动，都可使动、定部件之间的电流接通。而且转动角度不限，正反转也无妨，在一定范围内平动也行。园片大小要适当，如果片过小，则对复合轴承导轨和圆盘边缘的制作精度和安装精度要求高，它的大小决定着制作和安装精度(特别对于安装于圆盘中心的片定夹动式的动态电路接口)。片定夹动的一组旋转电路接口的定片轴置于复合轴承圆盘理论中心的小园孔位置中，如图1中圆盘中的小孔，与中心承重轴承的支撑腿柱固连。动夹则固定于复合轴承的圆盘上中心小圆的边缘，主要用于把总体光伏电流输出。另一组是片动夹定式的，用于图5中每横列的每列光伏电池组的分支电流汇聚。安置旋转动态电路接口的动片轴与其光伏电池板的横轴为同一轴，只要加装圆动片即可。定夹则固定于与电池板横轴相垂直的桁架上。
[0012]复合轴承圆盘理论中心有一个小孔，如图3的旋转动态电路接口的圆片定轴通过此孔固定于地面上的中心承重轴承支撑腿上。小孔的边缘底部也装上I一2个单个承重轴承作为复合轴承的中部承重支撑点。
[0013]旋转动态电路接口用于疾风时复合轴承的水平园盘随风旋转及电池板绕横轴随风旋转时，电路电线保持性能完好。
[0014]图5是多轴平行链轮组合:无须赘述，一看就明白，由链条串起各电池板的横轴上的轮齿，在动传感器的指示下同向追日转动。遇风时，随风向转动。
[0015]电池板非对称安装:非对称有两个意思，其一是指相对于处于圆盘中心中部的链轮组合位置的左右而言，光伏电池板的安装面积多少不等，如图5中左右的电池板数量，具体比例要根据当地风力而定。其二，是指每列横轴上的电池板相对于自己的旋转横轴而言，电池板面积也是非对称安置，如图5中的上排电池板，一句话，相对于纵横两个旋转轴而言，电池板面积是不等的，再比如图4是小型家用光伏电池板的非对称图示。为什么要非对称安置呢？就是为了避疾风，去暴雪。当疾风向是水平的时候，由于纵轴安置的不对称，使电池板左右受力不均而产生水平方向旋转力矩导致复合轴承之圆盘整体像风向标一样转向而使电池板侧向受力，而不致其正面因抗风而受损。当风向变为上下湍流时，同理由于横轴不对称安装而产生竖直方向力矩而使电池板绕横轴旋转而免受风害。同理，暴雪来临，由于第二种不对称安装导致承雪的面积不等，从而产生的重力不等，也导致横轴旋转力矩使积雪倾倒不滞留，风雪越急越大效果越好。任凭疾风暴雪同时袭击，由复合轴承、旋转动态电路接口与电池板不对称安装的综合功能和作用组成的实用太阳智能跟随系统都可从容应对 。
[0016]若要消除因非对称安装的结果会造成重量不对称而影响运转平稳时，可用附加重物的办法予以平衡，从而使运动平稳。
[0017]加阻风板:也可在对称安装的电池板横轴的一端添加阻风板，使复合轴承上的电池板架有风时产生扭转力拒，从而避风。阻风板尚可设计成面积大小可调的，以利改变面积和角度调整风阻从而调整力矩，适应风力大小。
[0018]当阻风板重叠且垂直于电池板平面安装时，阻风板面积为零，当阻风板并列伸展且旋转90度时(与电池板平面平行)，风阻最大，其他情况风阻则介于前两者之间，连续无级可调。
[0019]与建筑物的深度融合:以复合轴承的支撑脚柱作为建筑物的支柱，以建筑物的所需高度(或层数)并参考光伏电池板所复盖的地面用途来决定支撑脚柱的高度，以复合轴承的圆盘作为建筑物的屋顶，把建筑物的面积、所复盖的地面面积、用途与复合轴承面积及光伏总功率统筹安排。还由于整体重量集中于支撑脚柱，在这些脚柱采取弹性防震措施即可使整体建筑物避震。总之，综合考虑建筑物的用途以与复合轴承深度融合，使主要构件功能互为利用，经济性大大提高。甚至还可把建筑物悬吊在圆盘骨架的底部或安置在圆盘的上部随太阳同步转动，其乐无穷。这些不同的建筑物如:城市的，农村的，牧区的，厂区的，路面的，田间的，矿山的，机关的，海岛的，边防的，高原的，平原的，山区的……农舍，别墅，景点观光的，机动车辆加油充电复合站，暖棚，烤烟房，养殖场，哨所……均可按需设计。
[0020]电池板大面积安装也不惧风雪，可靠性，安全性，经济性便大大提高了。若置于房顶，可把支撑轴承的脚腿底部钢材直接与楼房顶部的钢筋混凝土中钢材固连。
[0021]静传感器可安置于复合轴承理论中心轴定夹动式的旋转动态电路接口定轴的顶端。静传感器的透明罩作成园锥状，以免积雪和灰尘堆积。两个动传感器的安装位置及方法不变。
[0022]电池板横轴正常情况下正反转运动，强风时，随风转。去掉了原专利水平方向旋转的正反向行程开关；把横轴旋转的正反转行程开关电路改为一个自锁式接触器来代替，触发部件要用微动开关代替(这个接触器的线圈串入微动开关)；增加了一个时间继电器，用于调节控制跟随时间的间隔，使跟随时间可调而且消除了继电器的磁滞现象，使跟随更加准确、可控可调。
[0023]在静传感器电路、水平电机、电垂电机电路分别接入信号显示电路，使工作状态显示在室内，工作状态一目了然；另外再增加电机直控电路，按纽置于室内以便遥控电池板姿态。
[0024]由于复合轴承的使用，把原来的一根竖轴变成了一个平面；又由于旋转动态电路接口的使用和电池板的非对称安置(或加阻风板)，可以避风除雪。
[0025]把图5的电池板支架安置于复合轴承圆盘上。电池板的支架可适当外延大于复合轴承的圆盘面积。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是复合轴承的圆盘，可用钢材或钢筋混凝土制做，图2为轴承爪，图3为旋转动态电路接口中，，图4为小型超小型功率电池板的非对称安装(还可在支架底部适当位置装一个滾珠轴承支撑脚以增强支架的强度)，图5为多轴平行链轮组合及电池板的非对称安装示意图。
【具体实施方式】
[0027]用图2的轴承爪及单个承重轴承各若干个挟持支撑住图1的圆盘，让图3的动态电路接口(片静夹动式的)穿过图1圆盘的中心小圆孔固定于中心承重轴承的支撑腿柱上，置图5的光伏电池架于圆盘上(当然包括链轮组合及其上的各横轴上片定夹动式动态电路接口、电池板的不对称安置)。也应综合考虑与其相融合的建筑物的特殊属性决定轴承爪及承重轴承的支撑腿长度、强度数量及圆盘的各项参数。
[0028]在全球任意点放置而无需考虑其他因素。
[0029]试运行描述
分为工作时段、非工作时段并同时考虑两时段遭遇疾风暴雪时的恶劣工作环境。
[0030]正常工作时段:清晨，太阳从东方升起，安置于圆盘中心的片定夹动式动态电路接口顶端的静传感器受阳光照射，电阻变小，使与其串联的处于几乎断路的电路电流增大，使继电器触头接通，如此，则圆盘上水平动传感器和电池板横轴上的动传感器电路获得电源供应。于是先驱动水平电机(于圆盘底部的承重轴承之一)自西向东(北半球)旋转寻找太阳，瞄准后，水平动传感器电阻骤变大，切断水平电机电流并同时接通电池板横轴上的垂直方向电机电流，在横轴垂直动传感器的引导下从下向上旋转猫准太阳，猫准后，该动传感器电阻骤变大，切断链轮电机电源，同时又启动时间继电器计时。此时，电池以90度瞄准着太阳，时间继电器工作期间又切断其余电路供电以节电。到了预定时间，阳光也偏离动传感器，于是开始重新瞄准……如此周而复始，直到日落，静传感器切断全部电源，待明日再迎旭日东升。当偶遇疾风则圆盘在非对称安置(第一非对称安置)力矩克服圆盘摩擦力及电机力矩随风旋转调姿态，若有上下湍流，电池板横轴会因其上的电池板非对称安置(第二称安置)随风旋转转调姿态，从而智能避疾风，免受其害。若偶遇暴雪，也由于电池板的非对称安置而形成积雪重量不等从而产生扭转力矩使积雪跌落，智能去雪，使电池板免承重，且不遮光。风雪过后，一切又只恢复正常工作。
[0031]非正常工作时段:所有供电全断，没有了电机的力矩因素影响，一切情况与前述相仿佛，电池板任风雪姿意妄为而其姿态随遇而安，免遭风雪之害。
[0032]上述工况，均可通过监控室的指示灯出来，对积雪的去除，尚可通过室内人工遥控调姿方法除去。
[0033]试运行描述可同时参看专利2006100386373专利的试运行描述部分。
【权利要求】
1.实用太阳智能跟踪系统，包括复合轴承、动态旋转电路接口、光电池板面积非对称安置、链轮组合、与建筑物的深度融合，其特征在于:复合轴承，由下部的承重轴承，侧面的限位轴承和上部的安保轴承三个轴承构成一个轴承爪，由不少于三个轴承爪夹持住圆形盘，使圆盘不能左右上下前后移动，只可能绕其几何园心旋转，至少任选择一个承重轴承作为主动轴轴承，用以驱动圆盘转动，复合轴承的园盘大小和承重轴承多少，根据电池板面积或重量的需求决定，承重轴承和安保轴承的安装方向都与其所夹圆盘的理论中心为园心的同心园半径在空间上平行，大型超大型复合轴承尚可在其底部均匀增加适当的承重轴承或轴承爪(这些单个承重轴承或爪组成同心园状分布，当然须有圆盘底部的导轨与之相配套)，用以平均分担光伏电池架的重量，复合轴承是用来承载光伏电池支架的，稍加改进，把光电池板改换成抛物线槽就可用于光热发电，放上凹面镜或透镜就可使凹面镜透镜聚光跟随，也可放置太阳能热水器；旋转动态电路接口，在一根绝缘棒上固定数片导电金属小圆片(片数根据所需电路多少而定)，在每一个圆片的上下两面相对位置设置一对用导电材料制作的弹簧夹子，从而使片与夹之间电流构成通路，无论是片转夹定还是片定夹绕片转动，都可使旋转着的动、定部件之间的电路电流接通；多轴平行链轮组合，由链条串起各电池板横轴上的轮齿，在动传感器的指示下同向追日转动，遇风时，随风向转动；电池板非对称安装，相对于纵横两旋转轴而言电池板面积安置不等；与建筑物的深度融合，以复合轴承的支撑脚柱作为建筑物的支柱，以建筑物的所需高度(或层数)并参考光伏电池板所复盖的地面用途来决定支撑脚柱的高度，以复合轴承的圆盘作为建筑物的屋顶，把建筑物的面积、所复盖的地面面积、用途与复合轴承面积及光伏总功率统筹安排，优选组合。
2.根据权利要求1所说的实用太阳智能跟踪系统其特征在于:工作状态实时显示在室内，便于了解工作状况，并判断故障大致范围。
3.根据权利要求1所说的实用太阳智能跟踪系统其特征在于:室内可人工遥控调整电池板姿态，当非智能控制时，可人工干预调姿。
4.根据权利要求1所说的实用太阳智能跟踪系统其特征在于:由于在承重要轴承的支撑腿采用合适措施应对地震，整个系统具有防御地震功能。
【文档编号】G05D3/00GK103472851SQ201210188862
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年6月9日 优先权日:2012年6月9日
【发明者】张建民 申请人:张建民