CN113067540A - 自洁型阳光追踪太阳能发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自洁型阳光追踪太阳能发电装置，涉及清洁能源、能源转化领域。本发明包括太阳能板、安装底座、自清洁机构和阳光追踪机构，自清洁机构包括清洁杆、万向传动件和旋转传动杆；清洁杆位于太阳能板上表面；旋转传动杆设置于太阳能板背面，且旋转传动杆的上端通过所述万向传动件穿过太阳能板中心与清洁杆中部相连；旋转传动杆的下端连接S型挡片；安装底座上设置有与S型挡片配合的弧形段；当S型挡片经过弧形段时，在短挡杆和长档杆的限位作用下，S型挡片发生自转，从而带动清洁杆转动。本发明自清洁机构可随太阳能板的摆动角度而实现自转动，从而节约自清洁动力能源，降低太阳能发电装置能耗，提高整体能源产生率。

Description

自洁型阳光追踪太阳能发电装置

技术领域

本发明涉及清洁能源、能源转化领域，尤其涉及太阳能发电装置技术领域，更具体地说涉及一种自洁型阳光追踪太阳能发电装置。

背景技术

随着国家战略规划：碳达峰及碳中和的提出，经济的高速发展，城市化水平和人民生活水平不断提高，与此同时地球能源的消耗速度也加快，而化石能源的使用带来了无数的环境问题，致使人们不断寻求新的清洁能源。在此基础上产生了诸如太阳能、风能、水能等清洁能源的利用。能源储量日益紧缩的当下，如何充分开发、利用、改善清洁能源是值得我们研究探讨的。

目前，有关新能源的研究较多，太阳能发电、风力发电、水力发电技术层出不穷。通过调查与太阳能发电相关的研究，虽然太阳能发电日益成熟，但是还存在很多需要改进的地方。其一：随着太阳的移动，太阳能发电板如果不发生跟随太阳的转动，会导致阳光斜射到发电板，部分阳光被反射从而降低发电效率。据研究表明，太阳光每偏斜25°太阳能发电效率会降低10%，相较于朝向固定不变的太阳能发电系统，太阳追踪系统总体能够提升发电效率约20%~30%。其二：太阳能发电板通常暴露在室外比较干燥的，阳光充足的地方，由于长时间的静置，会导致太阳能发电板上积满灰尘，阳光照射大打折扣从而大幅降低发电效率。尤其在一些空气质量不好的地区，平均每两三天就会使太阳能发电板上积满灰尘，而据文献表明，太阳能发电板积尘会导致太阳能发电效率至少降低20%。

因此，为了能将太阳能更加充分的利用，在对太阳光进行追踪的同时解决太阳能发电板清洁的问题是必要的。

国家知识产权局于2009年8月26日，公开了一件公开号为CN101515767A，名称为“能除尘雪自动追踪太阳发电结构”的发明专利申请，该发明专利包括左右轴承固定座、座内固定转动轴两头装置轴承、轴两边装置固定杆、杆上面装置活动框架、框架上面装置太阳能光电板，在光电板上面、装置电动雨括，电动机转动带动雨括运动、电机正反转，带动光电板面上雨括扇形；来回走动，推动落在光电板面上的雪花、尘土清除干净的同时光电板设有太阳光追踪轨道装置，光电板通过下面电机齿轮转动，带动弧度齿轮上下运动，电机转动经实践继电器控制光电板的板面接收太阳光保持最好角度，达到和太阳光的轨道通齿行走，起到提高太阳光电转换效率作用。

上述现有技术中的能除尘雪自动追踪太阳发电结构，可以实现尘雪的自动清洁，也可以实现阳光的自动追踪。但是上述现有技术中实现阳光的自动追踪是需要一套驱动设备驱动光电板随阳光偏移角转动的，实现尘雪自动清洁也是需要一套单独的驱动设备驱动雨括运动。一般均采用电机驱动，即需要至少两台电机驱动；这种结构最大的问题就在于，光电板本身的发电量是较小的，而两台电机分别驱动追踪太阳和自清洁，能耗较高，虽然可以提高光电转换效率，但是其自身的能耗也较大，整体来看，对于整体发电量并没有太大的提升，且采用两套驱动机构分别实现太阳追踪和自清洁，设备成本也较高。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种自洁型阳光追踪太阳能发电装置，本发明的发明目的在于解决现有技术中自动清洁尘、雪、雨水且能追踪阳光的太阳能发电装置能耗高，整体能源产生率低的问题，更具体地说解决自动清洁的驱动问题。本发明的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，可以实现现有技术中的阳光追踪，同时也可以实现自清洁，本发明技术方案中自清洁的动力依靠于阳光追踪的动力，即自清洁机构可随太阳能板的摆动角度而实现自转动，从而节约自清洁动力能源，降低太阳能发电装置能耗，提高整体能源产生率。

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的：一种自洁型阳光追踪太阳能发电装置，包括太阳能板、安装底座、自清洁机构和阳光追踪机构，所述太阳能板活动安装于安装底座上，并与阳光追踪机构相连，在阳光追踪机构的驱动下相对于安装底座转动；所述自清洁机构包括清洁杆、万向传动件和旋转传动杆；清洁杆位于太阳能板上表面；旋转传动杆设置于太阳能板背面，且旋转传动杆的上端通过所述万向传动件与清洁杆中部相连；旋转传动杆的下端连接S型挡片；所述安装底座上设置有与所述S型挡片配合的弧形段；所述弧形段上交错布置有若干长挡杆和若干短档杆，S型挡片上开设有供短档杆穿过的开槽；阳光追踪机构驱动太阳能板转动时，S型挡片在旋转传动杆的带动下与太阳能板同步摆动；当S型挡片经过安装底座的弧形段时，在短挡杆和长档杆的限位作用下，S型挡片发生自转，带动旋转传动杆自转，从而带动清洁杆在太阳能板上表面转动。

所述太阳能板通过一弧形支架安装于安装底座上，弧形支架的两个端部分别与所述太阳能板的上端和下端连接；弧形支架的弧形部与安装底座活动配合连接。

所述弧形支架的两个端部设置有用于调节太阳能板偏斜角度的调节旋钮。

所述安装底座上设置有安装导套，所述安装导套与所述弧形支架适配，弧形支架置于安装导套内，且在安装导套内滑动。

所述安装导套呈弧形，即为所述弧形段。

所述阳光追踪机构包括驱动电机和控制器，控制器与驱动电机相连，控制驱动电机动作，驱动电机的输出轴端安装有齿轮，所述弧形支架上设置有与所述齿轮啮合的传动齿，驱动电机的输出轴端的齿轮与弧形支架上的传动齿啮合以驱动弧形支架移动。

所述太阳能板为圆形，清洁杆的长度与太阳能板的直径相同。

所述清洁杆上与太阳能板接触的一面上一半安装有扫尘刷，一半安装有刮水片。

所述万向传动件为万向传动轴或钢绞线。

所述万向传动件包括半刚性传力件和单向传动齿轮组，所述半刚性传力件一端与旋转传动杆相连，另一端与单向传动齿轮组相连，单向传动齿轮组连接清洁杆中部。

与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：

1、本发明的太阳能发电装置结构简单，整个太阳能发电装置仅设置阳光追踪机构一套能耗设备，而太阳能板的自清洁，本申请采用全机械结构设置，且是利用太阳能板的追光变换，实现太阳能板的自清洁。本申请取消了太阳能板自清洁的能耗设备，完全采用机械结构，降低了太阳能发电装置的能耗，进而提高发电装置的整体发电量，使得太阳能发电装置可以输出更多的电能。

2、本发明中可设置多组长、短档杆，使得清扫频率增加，达到不同环境条件下对清扫频率的需求。

3、本发明的结构简单，且能够实现双轴阳光追踪，保证太阳能板能够跟随太阳转动，太阳光垂直照射到太阳能板上，从而提高发电效率。天气干燥时能够按时自动清洁太阳能板表面的积灰，而下雨天能够自动刮去太阳能板上的水渍，从而提高发电效率。

4、本发明的太阳能发电装置结构简单，能够生产成多种尺寸规格的标准件，使用时可以组合安装，方便快捷；阳光追踪功能和清洁功能皆为简单的机械结构，无需频繁的人工维护和更换部件。

5、本发明中，万向传动件包括半刚性传力件和单向传动齿轮组，所述半刚性传力件一端与旋转传动杆相连，另一端与单向传动齿轮组相连，单向传动齿轮组连接清洁杆中部。单向传动齿轮组的结构类似于自行车的飞轮结构，可以防止突发事故而导致旋转传动杆卡杆。半刚性传力件可以旋转具有一定强度和韧性的钢绞线。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明发电装置中清洁杆、太阳能板和旋转传动杆之间的连接结构示意图。

图3为本发明太阳能板与清洁杆的安装结构示意图。

图4为本发明清洁杆的结构示意图。

图5为本发明S型挡片与长档杆和短档杆之间的运行结构示意图。

图6为本发明S型挡片另一运动方向的运动结构示意图。

附图标记：1、太阳能板，2、安装底座，3、清洁杆，4、万向传动件，5、旋转传动杆，6、S型挡片，7、弧形段，8、长档杆，9、短档杆，10、弧形支架，11、调节旋钮，12、安装导套，13、驱动电机，14、控制器，15、齿轮，16、传动齿，17、扫尘刷，18、刮水片。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明的技术方案作出进一步详细的阐述。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

作为本发明一种实施方式，参照说明书附图1和2，公开了一种自洁型阳光追踪太阳能发电装置，包括太阳能板1、安装底座2、自清洁机构和阳光追踪机构，所述太阳能板1活动安装于安装底座2上，并与阳光追踪机构相连，在阳光追踪机构的驱动下相对于安装底座2转动；如图2所示，所述自清洁机构包括清洁杆3、万向传动件4和旋转传动杆5；清洁杆3位于太阳能板1上表面；旋转传动杆5设置于太阳能板1背面，且旋转传动杆5的上端通过所述万向传动件4与清洁杆3中部相连；旋转传动杆5的下端连接S型挡片6；所述安装底座2上设置有与所述S型挡片6配合的弧形段7；所述弧形段7上交错布置有若干长挡杆和若干短档杆9，S型挡片6上开设有供短档杆9穿过的开槽；阳光追踪机构驱动太阳能板1转动时，S型挡片6在旋转传动杆5的带动下与太阳能板1同步摆动；当S型挡片6经过安装底座2的弧形段7时，在短挡杆和长档杆8的限位作用下，S型挡片6发生自转，带动旋转传动杆5自转，从而带动清洁杆3在太阳能板1上表面转动。

参照说明书附图1和5，旋转传动杆5近似垂直于太阳能板1设置，当太阳能板1跟踪太阳位置变化为发生角度变化时，旋转传动杆5的运动可看作是绕太阳能板1中心的圆弧运行，即旋转传动杆5下端的S型挡片6做弧形运动。此时由于安装底座2是相对于太阳能板1静止不动的，S型挡片6相对于安装底座2运动，而安装底座2上设置与S型挡片6运行轨迹相同的弧形段7，并在弧形段7上设置长档杆8和短档杆9，S型挡片6上设置可供短档杆9穿过的开槽。即S 型挡片做弧形运动时，会与安装底座2上的弧形段7发生相互干涉，长档杆8会拨动S型挡片6转动，短档杆9可避让开。

具体运动过程参照说明书附图5和图6，旋转传动杆5下端的S型挡片6的运动中心线与弧形段7的中心线重合，当S型挡片6的靠近中心部位与短档杆9接触后，在短档杆9的限位作用下，S型挡片6发生一定角度的转动，当短档杆9位于远离S型挡片6中心位置处时，从开槽位置穿过，之后由长档杆8拨动S型挡片6运动。

在本实施例中，阳光追踪机构可以采用现有技术中的结构，太阳能板1和安装底座2也可以采用现有结构。本实施方式中，只需要在安装底座2上设置一与S型挡片6运动轨迹匹配的弧形段7即可。可设置多组长、短档杆9，使得清扫频率增加，达到不同环境条件下对清扫频率的需求。

作为本发明又一种实施方式，所述太阳能板1通过一弧形支架10安装于安装底座2上，弧形支架10的两个端部分别与所述太阳能板1的上端和下端连接；弧形支架10的弧形部与安装底座2活动配合连接。所述弧形支架10的两个端部设置有用于调节太阳能板1偏斜角度的调节旋钮11。所述安装底座2上设置有安装导套12，所述安装导套12与所述弧形支架10适配，弧形支架10置于安装导套12内，且在安装导套12内滑动。

本实施例中限定了太阳能板1与安装底座2的连接结构，这种结构相对较为简单，与上一实施方式相比，进一步限定了太阳能板1与安装底座2之间的连接关系，能够生产成多种尺寸规格的标准件，使用时可以组合安装，方便快捷；阳光追踪功能和清洁功能皆为简单的机械结构，无需频繁的人工维护和更换部件。

更进一步的，将安装导套12设置成弧形，即为所述弧形段7，在本实施方式的结构限定下，不需要单独增加弧形段7，将安装导套12作为弧形段7即可实现，能够保持较好的对中性，也进一步简化了结构。

作为本发明又一中实施方式，参照说明书附图1，所述阳光追踪机构包括驱动电机13和控制器14，控制器14与驱动电机13相连，控制驱动电机13动作，驱动电机13的输出轴端安装有齿轮15，所述弧形支架10上设置有与所述齿轮15啮合的传动齿16，驱动电机13的输出轴端的齿轮15与弧形支架10上的传动齿16啮合以驱动弧形支架10移动。控制器14可以为定时控制器14，定时控制驱动电机13转动设定角度。

作为本发明又一种实施方式，如图3所示，所述太阳能板1为圆形，清洁杆3的长度与太阳能板1的直径相同。如图2所示，清洁杆3中部设置有转轴，转轴穿过太阳能板1中心与万向传动件4相连。

作为本发明又一种实施方式，如图4所示，所述清洁杆3上与太阳能板1接触的一面上一半安装有扫尘刷17，一半安装有刮水片18。

作为本发明又一种实施方式，所述万向传动件4为万向传动轴或钢绞线。采用万向传动轴作为万向传动件4，可以允许一定的偏移误差，避免太阳能板1转动时，旋转传动杆5发生偏移，而影响清洁杆3转动。

作为本发明又一种实施方式，所述万向传动件4包括半刚性传力件和单向传动齿16轮15组，所述半刚性传力件一端与旋转传动杆5相连，另一端与单向传动齿16轮15组相连，单向传动齿16轮15组连接清洁杆3中部。单向传动齿16轮15组的结构类似于自行车的飞轮结构，可以防止突发事故而导致旋转传动杆5卡杆。半刚性传力件可以旋转具有一定强度和韧性的钢绞线。

作为本发明又一种实施方式，高原某地的一体化污水处理系统采用本发明装置提供电能，收到请求后，工作人员带着本发明装置前往安装调试。通过实地勘察，得知当季该地的日照时间为15小时（7:00～22:00），正午时太阳高度角为70°。

安装人员使支架两端朝向为东西方向进行安装，并将单晶硅太阳能板1（直径1.13m、1m²）、控制器14、直流减速电机（24V、40W、扭矩200kg）、锂电池组（输出电压24V）、一体化污水处理设备的线路连接好。在安装完毕后，随即调试人员对装置进行调试，通过调节旋钮11将太阳能板1调至偏斜南方约20°，达到板面随时能够垂直入射阳光的目的；之后运行电机让太阳能板1面向太阳升起时的方向，并设定控制器14使电机能够匀速转动15小时，使太阳能板1从太阳升起方向转向落山方向，随后反向转动，在7:00前转回起始位置待机休息；随后调试人员检验装置的挡板、挡杆、清洁杆3，均能够正常运行；最后调试人员在第二天的7:00打开线路开关，装置按设定程序并能够正常发电。

1m²单晶硅太阳能板1发电功率约为172.8W，控制器14的功率约为10W，减速电机的功率为40W，因此1m²本发明装置产电功率能够达到120W左右。并且由于拥有阳光追踪和定时清洁板面功能，该发电效率几乎不会下降，相比传统的太阳能发电装置，能够提升发电效率约30%。

Claims (10)

1.一种自洁型阳光追踪太阳能发电装置，包括太阳能板（1）、安装底座（2）、自清洁机构和阳光追踪机构，所述太阳能板（1）活动安装于安装底座（2）上，并与阳光追踪机构相连，在阳光追踪机构的驱动下相对于安装底座（2）转动；其特征在于：所述自清洁机构包括清洁杆（3）、万向传动件（4）和旋转传动杆（5）；清洁杆（3）位于太阳能板（1）上表面；旋转传动杆（5）设置于太阳能板（1）背面，且旋转传动杆（5）的上端通过所述万向传动件（4）与清洁杆（3）中部相连；旋转传动杆（5）的下端连接S型挡片（6）；所述安装底座（2）上设置有与所述S型挡片（6）配合的弧形段（7）；所述弧形段（7）上交错布置有若干长挡杆和若干短档杆（9），S型挡片（6）上开设有供短档杆（9）穿过的开槽；阳光追踪机构驱动太阳能板（1）转动时，S型挡片（6）在旋转传动杆（5）的带动下与太阳能板（1）同步摆动；当S型挡片（6）经过安装底座（2）的弧形段（7）时，在短挡杆和长档杆（8）的限位作用下，S型挡片（6）发生自转，带动旋转传动杆（5）自转，从而带动清洁杆（3）在太阳能板（1）上表面转动。

2.如权利要求1所述的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，其特征在于：所述太阳能板（1）通过一弧形支架（10）安装于安装底座（2）上，弧形支架（10）的两个端部分别与所述太阳能板（1）的上端和下端连接；弧形支架（10）的弧形部与安装底座（2）活动配合连接。

3.如权利要求2所述的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，其特征在于：所述弧形支架（10）的两个端部设置有用于调节太阳能板（1）偏斜角度的调节旋钮（11）。

4.如权利要求2或3所述的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，其特征在于：所述安装底座（2）上设置有安装导套（12），所述安装导套（12）与所述弧形支架（10）适配，弧形支架（10）置于安装导套（12）内，且在安装导套（12）内滑动。

5.如权利要求4所述的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，其特征在于：所述安装导套（12）呈弧形，即为所述弧形段（7）。

6.如权利要求2所述的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，其特征在于：所述阳光追踪机构包括驱动电机（13）和控制器（14），控制器（14）与驱动电机（13）相连，控制驱动电机（13）动作，驱动电机（13）的输出轴端安装有齿轮（15），所述弧形支架（10）上设置有与所述齿轮（15）啮合的传动齿（16），驱动电机（13）的输出轴端的齿轮（15）与弧形支架（10）上的传动齿（16）啮合以驱动弧形支架（10）移动。

7.如权利要求1所述的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，其特征在于：所述太阳能板（1）为圆形，清洁杆（3）的长度与太阳能板（1）的直径相同。

8.如权利要求1或7所述的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，其特征在于：所述清洁杆（3）上与太阳能板（1）接触的一面上一半安装有扫尘刷（17），一半安装有刮水片（18）。

9.如权利要求1所述的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，其特征在于：所述万向传动件（4）为万向传动轴或钢绞线。

10.如权利要求1所述的自洁型阳光追踪太阳能发电装置，其特征在于：所述万向传动件（4）包括半刚性传力件和单向传动齿（16）轮（15）组，所述半刚性传力件一端与旋转传动杆（5）相连，另一端与单向传动齿（16）轮（15）组相连，单向传动齿（16）轮（15）组连接清洁杆（3）中部。

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