一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构

1.本发明涉及生态仿生光伏发电系统领域，特别是一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构。


背景技术：

2.光伏发电装置主要通过光伏板实现光电转换，常见于远郊光伏发电场以及乡村并网发电系统，城市环境下光伏发电多应用于道路照明，当前大多数光伏发电装置结构简单，光伏板多通过框架结构安装在同一平面上，占地面积相对较大，外形不美观，光电转换效率低。为了进一步扩大光伏发电的适用场景，并使光伏发电装置更具观赏性，国内外公司及机构推出了一种生态仿生光伏发电系统，该系统是将光伏发电系统与各种仿生树相结合，形成各种功能组合的多用途发电装置，最具代表性的作品是以色列sologic公司研发并推出的太阳能树（etree），以及国内信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司推出的光伏树。太阳能树（etree）由主干、枝干以及安装的多片光伏叶片构成，能提供电力充电、免费wi-fi以及冷水，其光伏叶片位于不同平面内，不仅坑风能力强，而且具有较好的发电效率；光伏树主要由仿生树干和安装在树冠上的大片光伏叶片列阵构成，光伏叶片列阵水平安装，该种光伏树虽然结构简单，但在抗风性、美观性及光电转换效率等方面相比太阳能树（etree），具有一定差距。
3.虽然近两年生态仿生光伏发电系统已取得了一定的成果，但不论太阳能树（etree）还是光伏树，系统运行后叶片空间位姿均无法调整，致使安装在仿生树上的光伏面板无法通过姿态调整而以最佳的角度接收太阳光，进而无法实现最佳的发电效率。为了提高光电转换效率，可采用光伏逐日和光伏叶片立体排列两种方案，光伏逐日即光伏叶片可通过实时姿态调整正对太阳光，即可提高光电转换效率；光伏叶片立体排列则主要通过增大光伏叶片受光面积来提高光电转换效率，节省占地面积。但如何在树状光伏发电装置在具有受光面积大、抗风能力强、光伏叶片可通过姿态调整正对太阳的前提下，具有较低的成本和造价，已成为一个亟需解决的工程问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是基于现代机构学原理提出一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构，不仅具有树状外形、抗风能力强，每片光伏叶片均可通过姿态调整正对太阳光，而且具有较低的成本和造价。
5.本发明通过以下技术方案达到上述目的：一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构，包含基座、主干、枝干、光伏叶片；所述基座水平安装在地面上，主干通过第一转动副垂直安装在基座上，枝干固定安装在主干上，光伏叶片通过第二运动副与枝干连接；所述第一转动副和第二转动副均为主动副，在伺服电机或者步进电机等控制电机驱动控制下，主干相对基座可做受控回转运动，光伏叶片相对枝干做受控转动，通过第一转动副与第二转动副的相互配合，光伏叶片可实现两自
由度姿态调整；第一转动副的回转轴线与水平面垂直，第二转动副的回转轴线与水平面平行，以此保证光伏叶片通过两自由度数控调整，随着太阳位置角的改变而改变，进而以最佳的角度接收阳光，大幅提高该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构光电转换效率。所述该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构含有的主干数量为1个，安装在主干上的枝干数量不少于2个，每个枝干上安装的光伏叶片数量不少于2个，枝干与主干与光伏叶片构成树状结构。
6.该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构上每片光伏叶片相对枝干拥有一个自由度，但在主干回转运动配合下，光伏叶片即可实现两自由度逐日功能。相比每片光伏叶片需要两个自由度的生态仿生光伏发电系统以及光伏逐日系统，大幅降低了驱动元件数量，使该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构具有较低的成本和造价，便于大范围推广应用。
7.与现有技术相比，本发明的突出优点在于：1.相比现有光伏发电装置，该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构采用树状设计，通过枝干的合理设计，光伏叶片可在枝干上立体排列，相比光伏叶片共面安装的方式，大幅提高了光伏叶片受光面积，同时具有较小的占地面积。
8.2.相比现有生态仿生光伏发电系统，通过主干的回转运动，以及枝干上每片光伏叶片姿态的独立调整，该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构每片叶片均以最佳的角度朝向太阳，大幅提高了光电转换效率，同时由于主干和每片光伏叶片仅需一个主动副，相比每片光伏叶片需要两主动副的生态仿生光伏发电系统，大幅降低了驱动元件数量，使该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构具有较低的成本和造价，便于大范围推广应用。
附图说明
9.图1为本发明所述一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构示意图。
10.图2为本发明所述一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构主干与枝干示意图。
11.图3为本发明所述一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构主干与枝干主视图。
12.图4为本发明所述一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构主干与枝干俯视图。
13.图5为本发明所述枝干示意图。
具体实施方式
14.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
15.对照图1、图2、图3、图4、图5，一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构，包含基座1、主干3、枝干4、光伏叶片5；所述基座1水平安装在地面上，主干3通过第一转动副2垂直安装在基座1上，枝干4固定安装在主干3上，光伏叶片5通过第二运动副6与枝干4连接；所述第一转动副2和第二转动副6均为主动副，在伺服电机或者步进电机等控制电机驱动控制下，主干3相对基座可做受控回转运动，光伏叶片5相对枝干做受控转动，通过第一转
动副2与第二转动副6的相互配合，光伏叶片5可实现两自由度姿态调整；第一转动副2的回转轴线与水平面垂直，第二转动副6的回转轴线与水平面平行，以此保证光伏叶片5通过两自由度数控调整，随着太阳位置角的改变而改变，进而以最佳的角度接收阳光，大幅提高该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构光电转换效率。所述该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构含有的主干数量为1个，安装在主干上的枝干数量不少于2个，每个枝干上安装的光伏叶片数量不少于2个，枝干4与主干3与光伏叶片5构成树状结构。
16.该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构上每片光伏叶片5相对枝干4拥有一个自由度，但在主干3回转运动配合下，光伏叶片即可实现两自由度逐日功能。相比每片光伏叶片5需要两个自由度的生态仿生光伏发电系统以及光伏逐日系统，大幅降低了驱动元件数量，使该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构具有较低的成本和造价，便于大范围推广应用。


技术特征：
1.一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构，包含基座、主干、枝干、光伏叶片；其特征在于：所述基座水平安装在地面上，主干通过第一转动副垂直安装在基座上，枝干固定安装在主干上，光伏叶片通过第二运动副与枝干连接；所述第一转动副和第二转动副均为主动副，由伺服电机或者步进电机驱动；第一转动副的回转轴线与水平面垂直，第二转动副的回转轴线与水平面平行；该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构含有的主干数量为1个，安装在主干上的枝干数量不少于2个，每个枝干上安装的光伏叶片数量不少于2个，枝干与主干与光伏叶片构成树状结构。

技术总结
一种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构，包含基座、主干、枝干、光伏叶片；所述基座水平安装在地面上，主干通过第一转动副垂直安装在基座上，枝干固定安装在主干上，光伏叶片通过第二运动副与枝干连接；所述第一转动副和第二转动副均为主动副，由伺服电机或者步进电机驱动；第一转动副的回转轴线与水平面垂直，第二转动副的回转轴线与水平面平行；该种光伏发电用主干可旋转树状光伏叶片支撑机构含有的主干数量为1个，安装在主干上的枝干数量不少于2个，每个枝干上安装的光伏叶片数量不少于2个，枝干与主干与光伏叶片构成树状结构。构。构。


技术研发人员：张林 赵海港 范德斌 孔惠民 郭子屹 杜中鹏 白鹏尧 李阳 邹庆华
受保护的技术使用者：山东交通学院
技术研发日：2020.06.30
技术公布日：2021/12/30