CN101803043B - 太阳能发电设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种太阳能发电设备。该太阳能发电设备包括：多个第一支撑部件，位于太阳能发电设备的前端；主框架，铰接至对应的第一支撑部件；多个第二支撑部件，位于主框架的后端；多个子框架，可旋转地安装在主框架上，并且彼此平行地布置；光伏模块，安装在对应的子框架上；以及旋转装置，同时使子框架相对于主框架、在前后方向上旋转以预定角度。

Description

太阳能发电设备

技术领域

本发明涉及具有太阳跟踪装置的太阳能发电设备，更具体地，涉及具有能够增加光伏模块收集效率的太阳跟踪装置的太阳能发电设备。

背景技术

太阳能发电技术不同于利用从太阳发出的辐射热能的太阳热生成技术。利用无限清洁能源的太阳能发电技术具有若干优点，包括：无需额外能量或驱动源，无论其是小系统或者大系统都具有简单的结构，以及对环境限制无任何压力。

在另一方面，太阳能发电技术的缺点是生成的能量(amount ofenergy)可能随着日照时间而变化。另外，需要大量的光伏模块来产生相对大量的电力，并且基于太阳能发电技术生成的电力与市电(commercial power)相比更昂贵。此外，首先获得的是直流电力。光伏模块被分类为：跟踪型，以电力驱动方式或者通过设备操纵来跟踪太阳，以允许直射的阳光波始终沿垂直方向进入光伏模块的前表面，以使发电效率最大；半固定型，可按照季节或者月份在位置上垂直地调节光伏模块；以及固定型，不管相对于太阳的高度而固定光伏模块的位置。

太阳跟踪装置在跟踪太阳移动的同时移动太阳能收集器或透镜，以便增加收集效率。太阳跟踪方法大体上被分为程序跟踪和基于传感器跟踪。在前一种跟踪方法中，对基于地球在其轴线上自转和地球围绕太阳公转的太阳移动进行编程，并且旋转光伏模块。在后一种跟踪方法中，检测阳光的移动并控制光伏模块的方向。随着在各种应用中相关技术的发展，做出了很多的改进。太阳跟踪装置采用包括太阳位置检测、使用跟踪部件、跟踪驱动系统等的各种技术。

第044021号韩国专利公开了一种使用太阳跟踪装置的太阳跟踪方法。在所公开的太阳跟踪方法中，太阳跟踪装置被构造成当光伏模块的正常方位比太阳方位滞后第一角度时，光伏模块的正常方位可比太阳方位超前第二角度。

第0483291号韩国专利公开了一种用于太阳热系统的太阳位置跟踪方法。第0369897号韩国专利公开了一种用于聚焦型太阳热收集器的复合太阳跟踪控制器。

如上所述，传统的太阳跟踪装置由于其相对复杂的结构、不精确的定位等而具有若干缺点。尤其是，很难随着太阳同时驱动多个光伏模块。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种具有太阳跟踪装置的太阳能发电设备，其能通过使用光伏模块向西地跟踪太阳和简化向北的高度调节，来增加光伏模块的聚焦效率。

本发明的另一个目的是提供一种具有太阳跟踪装置的太阳能发电设备，其能够通过分离光伏模块而降低风压阻力(leeway resistance)，并且使光伏模块跟踪向西的太阳。

本发明的又一个目的是提供一种具有太阳跟踪装置的太阳能发电设备，其能够调节跟踪光伏模块向北的倾斜方向。

技术方案

根据本发明的一个方案，提供一种太阳能发电设备，该太阳能发电设备包括：多个第一支撑部件，位于太阳能发电设备的前端；主框架，铰接至对应的第一支撑部件；多个第二支撑部件，位于主框架的后端；多个子框架，可旋转地安装在主框架上，并且彼此平行地布置；光伏模块，安装在对应的子框架上；以及旋转装置，同时使子框架相对于主框架、在前后方向上旋转预定角度。

在本发明中，所述太阳能发电设备进一步包括升降装置，该升降装置安装在多个第二支撑部件的至少一个上，用于向上和向下移动主框架。该升降装置可包括：第一连杆，可旋转地支撑在第二支撑部件上，并且其两端从第二支撑部件突出；第二连杆，每个第二连杆的两端铰接至到每个第一连杆的一端和每个主框架的后端；以及每个安装在第二支撑部件处并铰接到第二连杆的另一端以旋转第一连杆。

所述旋转装置包括：可旋转连杆，能够同时使安装在主框架上的子框架相对于主框架旋转，可旋转连杆安装在对应子框架的旋转轴上或子框架上；连接杆，连接对应的可旋转连杆的端部；以及致动器，安装在第一支撑部件上以连接至子框架之一或连接杆，用于在前后方向上旋转旋转轴，或者使连接杆来回往复运动。

可选地，根据本发明的另一方案，提供一种太阳能发电设备，该太阳能发电设备包括：多个第一支撑部件，位于前端处；多个第二支撑部件主框架，铰接至主框架的后端；多个子框架，可旋转地安装在主框架上，并且彼此平行地布置；光伏模块，安装在对应的子框架上；以及旋转装置，旋转旋转轴或者子框架中的一个，并且包括从对应子框架的底面向下延伸的延伸支架、互连延伸支架的联接支架、和安装在主框架上或子框架上的致动器。

这里，太阳能发电设备可进一步包括升降装置，该升降装置安装在第二部件和主框架之间并且向上和向下升降主框架。

附图说明

图1为根据本发明的实施方式的太阳能发电设备的平面图；

图2为根据本发明的实施方式的太阳能发电设备的立体图；

图3为图2所示的本发明的太阳能发电设备的另一实施例的立体图；

图4为图1所示的太阳能发电设备的侧视图；

图5为图3所示的太阳能发电设备的截面图；

图6为太阳能发电设备的旋转装置的分解立体图；

图7为根据本发明另一实施方式的太阳能发电设备的平面图；

图8为图7所示的太阳能发电设备的立体图；

图9为图7所示的太阳能发电设备的侧视图；

图10为用于使太阳能发电设备的光伏模块旋转的旋转装置的侧视图；

图11为根据本发明又一实施方式的太阳能发电设备的立体图；

图12为示出图11所示的太阳能发电设备的运行状态的侧视图；

图13为根据本发明的又一实施方式的太阳能发电设备的立体图；以及

图14为示出图13中所示的太阳能发电设备的运行状态的侧视图。

具体实施方式

根据本发明的太阳能发电设备从东向西跟踪太阳的周日运动，并且相对于太阳调节其高度，由此生成电。根据本发明实施方式的太阳能发电设备在图1至图6中示出。

参考图1至图6，太阳能发电设备10包括：第一和第二支撑部件11和12，安装在地面、倾斜地面或建筑物上并且具有相同或不同高度；主框架13和14，铰接至对应的第一支撑部件11和第二支撑部件12；子框架15，在平行于主框架13和14的方向上(例如，向北)被安装；光伏模块100，安装在对应的子框架15上；以及旋转装置20，同时旋转具有光伏模块100的子框架15。

当安装用于主框架13和14的子框架15时，分别将第一和第二轴台31和32安装在对应于第一和第二支撑部件11和12的主框架13和14上，分别将第一和第二旋转轴33和34可旋转地安装到安装在子框架15向北的相对侧的第一和第二轴台31和32上。在子框架15上安装有一个或多个光伏模块100。主框架13和14分别由第一和第二支撑部件11和12支撑，并且彼此平行地布置。然而，主框架13和14的布置并不局限于示出的实施例，矩形布置也是可以的。换句话说，第一和第二支撑部件13和14的高度可以根据其安装位置(即，纬度)而变化。例如，在天球赤道区域内，用于安装具有基本相同高度的对应光伏模块100的子框架15优选地被维持在水平位置。优选地，使第一和第二支撑部件11和12之间的高度差较大，以使得子框架15(即，安装在子框架15上的光伏模块100)的倾斜角作为从天球赤道区域到南极或北极的位置偏移。

旋转装置20通过同时使对应的子框架15随着太阳向西、相对于主框架13和14旋转而实现跟踪。如图2至图5所示，旋转装置20包括：链接支架21，从对应子框架15的每个的底面向下延伸；连接杆22，链接支架21可旋转地铰接到连接杆22上。为了增强结构刚性，链接支架21安装在对应子框架15的每个的底面上。链接支架21可具有第一部件21a和第二部件21b，第一部件21a和第二部件21b的端部铰接至位于子框架15下方的铰轴中的一个。如图6所示，在没有光伏模块100的情况下，包括第一部件21a和第二部件21b的链接支架21优选地安装在子框架15的端部处。在这种情况下，即使子框架15的旋转角度增加，也可以避免子框架15或光伏模块100与链接支架21之间的干扰。

另外，用于使连接杆22来回(back and forth)往复运动的致动器23安装在连接杆22的端部处。致动器23可包括但不限于螺旋千斤顶(screw jack)，所述螺旋千斤顶具有能够将电动机的驱动力通过减速器传递到螺杆的结构，如图2所示。

如图6所示，致动器23可以可旋转地安装在第一支撑部件11和第二支撑部件12的任一侧处，或者可以可旋转地安装在单独的支撑部件24处。

图7为根据本发明的另一实施方式的太阳能发电设备的平面图，而图8为图7所示的太阳能发电设备的立体图。

图7至图9示出了根据本发明的旋转装置的其他实施例，其中相同的标号表示相同的组件。如图所示，旋转装置40包括：可旋转连杆41，安装在可旋转地安装在主框架13和14上的对应子框架15的第一旋转轴33处；以及驱动连杆42，铰接至可旋转连杆41的端部。另外，旋转装置40包括作为角度调节装置的致动器43，致动器43通过使驱动连杆42来回往复运动而旋转对应子框架15的一个或两个，来调节连接至可旋转连杆41和驱动连杆42的对应子框架15的角度(参见图8)。致动器43可旋转地安装在第一支撑部件11或主框架13和14处，并且可包括具有上面所描述的结构的千斤顶螺杆。如图9所示，致动器43可以是可旋转地安装在第一支撑部件11上的电动机45，用于在前后(forward and reverse)方向旋转对应子框架15中的一个的第一旋转轴33。

可选地，如图10所示，致动器43可以是安装在第一支撑部件11上并使驱动连杆42来回往复运动的汽缸或者千斤顶螺杆。

图11和图12示出了根据本发明又一实施方式的太阳能发电设备。

参见图11和图12，太阳能发电设备50包括：第一支撑部件51，安装在地面、倾斜地面或者建筑物上；主框架52，铰接至第一支撑部件51；第二支撑部件53，安装在主框架52的后端；以及升降装置，安装在第二部件53上并且关于第一支撑部件51向上和向下升降主框架52。主框架52可以形成为矩阵型(matrix type)，从而稍后将要描述的子框架可彼此平行地布置。

可以通过将第一支架54a和第二支架54b安装在第一支撑部件51和主框架52的相应部分处并通过铰链销54c联接，实现第一支撑部件51和主框架52之间的铰链联接。

升降装置60包括：驱动轴61，由第二支撑部件53支撑；第一连杆62，连接至驱动轴61；以及第二连杆63，连接对应的第一连杆62的端部与主框架的后端。第三连杆64安装在驱动轴61处，第三连杆64通过安装在第二支撑部件53上的可旋转致动器65旋转预定角度。这里，可旋转致动器65可包括千斤顶螺杆，千斤顶螺杆具有通过在前后方向由汽缸或电动机旋转而来回往复运动的导螺杆。

升降装置并不限于示出的实施例，而是可以采用任何结构，只要该结构能够使主框架52绕着第一支撑部件51旋转。

如上所述，太阳能发电设备50包括：多个子框架15，可旋转地安装在主框架52上，并彼此平行地布置；以及光伏模块100，安装在对应的子框架15上；以及旋转装置20，用于使子框架15相对于主框架52、在前后方向上旋转预定角度。旋转装置20与先前的实施方式基本相同，因此将不再给出其详述。自然，在旋转子框架15时没有任何干扰。

同时，用于防止主框架52相对于第二支撑部件53突然上升或下降的阻尼装置可分离地设置在具有升降装置60的第二支撑部件53中。例如，阻尼装置优选地为缓冲器。

图13为根据本发明的又一实施方式的太阳能发电设备的立体图。

参照图13，太阳能发电设备包括：主框架73，通过铰接部72被安装以通过主支撑部件71旋转预定角度；子框架74，安装在主框架73上；光伏模块100，安装在子框架74上；以及第一角度调节装置80和第二角度调节装置90，安装在主支撑部件71的相反侧处，并且使主框架73旋转预定角度和调节主框架73的高度。

铰接部72可以是能够调节主框架73旋转预定角度的万向接头或者球形接头(ball joint)。

第一角度调节装置80可包括：第一驱动器84，具有可旋转地安装在主支撑部件71任一侧的第一旋转轴81；第一可旋转连杆82，安装在第一旋转轴81处；以及第二可旋转连杆83，连接第一可旋转连杆82和主框架83。这里，第二可旋转连杆83和主框架73通过铰链联接而彼此联接。如上所述，铰链联接能够通过万向接头或球形接头实现。另外，第一驱动器84可设置在第一旋转轴81的端部。

第一驱动器84可包括千斤顶螺杆84b，千斤顶螺杆84b通过连杆84a连接至第一旋转轴81。

第二角度调节装置90可具有与第一角度调节装置基本相同的结构。第二角度调节装置90可包括：第二驱动器94，具有可旋转地安装在主支撑部件71另一侧的第二旋转轴91；第三可旋转连杆92，安装在第二旋转轴91处；以及第四可旋转连杆93，连接第三可旋转连杆92和主框架73，第二驱动器94设置在第二旋转轴91的端部处用于使第二旋转轴旋转预定角度。这里，第二驱动器94中的每个可包括千斤顶螺杆94b，千斤顶螺杆94b通过连杆94a连接到第二旋转轴91。

第一和第二角度调节装置并不限于示出的实施例，而是可以使用任何结构，只要该结构能够独立地升降由主支撑部件71所支撑的主框架73。

上述太阳能发电设备按如下运行。在日出时，太阳能发电设备10运行，从而升降装置60被驱动以旋转安装在子框架15上的光伏模块100使其与太阳对准。这里，如果安装在子框架15上的光伏模块100与太阳对准，则它们最大地暴露于太阳，表示照射了大量的阳光。

在这种状态下，当太阳随着时间跟随黄道线时，太阳方位角变化。传感器(未示出)检测光伏模块的方位角和太阳方位角，并且基于从传感器获得的信息而驱动致动器(23或40)，由此使对应子框架15旋转预定角度。

因此，光伏模块100可以一整天都跟踪太阳，从而使发电效率最大。

同时，由于高度的季节性变化，安装在主框架51上的升降装置60的高度可以在南-北方向进行调节，即在太阳跟随黄道线的方向进行调节。

换句话说，可旋转致动器65被驱动以使第一连杆62旋转，从而使第二连杆63旋转以使连接第一连杆62和主框架52后端的第二连杆63旋转，并通过升降主框架52的后端来调节主框架52的高度。

与使用太阳方位高度的传统太阳跟踪系统相比，根据本发明的太阳跟踪系统能够使光伏模块100的效率最大，并且简化了光伏模块100的结构。

特别地，如图1至图5所示，由于具有以相对于主框架13和14的预定角度、可旋转地安装有光伏模块100的子框架15能够通过致动器(即，螺旋千斤顶23)使光伏模块100旋转预定角度，所以能够改善太阳跟踪性能，并且与固定型光伏模块相比还能够增强发电效率。

参照图13和图14，通过主支撑部件71和铰接部72可旋转地安装的主框架73选择性地使第一角度调节装置80和第二角度调节装置90的第一驱动器84和第二驱动器94旋转，从而使第一或第二旋转轴81或91旋转。在这种方式中，能够根据角度和高度，对通过第一和第二旋转轴81和91以及第一和第二可旋转连杆82和83或者第三和第四可旋转连杆92和93连接的主框架73、尤其光伏模块进行调节。

如上所述，根据本发明的太阳能发电设备能够通过在南-北方向旋转主框架并且随着黄道线(即，向西)跟踪太阳来增加收集效率，同时通过根据光伏模块随月份或季节的高度手动或自动调节光伏模块的角度而使发电效率最大。另外，由于根据本发明的太阳跟踪较简单，所以能够实现高度的设计自由。此外，简化的结构能够减小与根据本发明的太阳能发电设备的相关制造成本。

由于根据本发明的太阳能发电设备能通过在南-北方向上升降子框架来调节高度，以及能通过在东-西方向上旋转子框架来跟踪太阳，所以能够提高阳光的收集效率。另外，能够根据太阳在一年的季节或月份的方位角来调节光伏模块的角度，由此使发电效率最大。

虽然结合示例性实施方式具体地示出并描述了本发明，但是本领域的即使人员可以理解在不背离由以下权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以作出形式上和细节上的多种改变。

因此，希望本发明的实施方式在各方面都被认为是示例性的而非限制性的，本发明的范围由所附的权利要求表示，而不是由上述描述表示。

工业应用

由于根据本发明的太阳能发电设备能被设计并构造在任意安装位置处(例如，倾斜地面、山区或者建筑物)，没有空间上的限制，所以其可以广泛应用于光伏发电领域中。

Claims (2)

1.一种太阳能发电设备，包括：

多个第一支撑部件，位于所述太阳能发电设备的前端；

主框架，铰接至对应的第一支撑部件；

多个第二支撑部件，位于所述主框架的后端；

多个子框架，可旋转地安装在所述主框架上，并且彼此平行地布置；

光伏模块，安装在对应的子框架上；

旋转装置，同时使所述子框架相对于所述主框架、在前后方向上旋转预定角度；以及

升降装置，安装在所述多个第二支撑部件中的至少一个上，用于向上和向下移动所述主框架，

其中，所述升降装置包括：第一连杆，被可旋转地支撑在所述第二支撑部件上，并且所述第一连杆的两端从所述第二支撑部件突出；第二连杆，每个所述第二连杆的两端铰接至每个所述第一连杆的一端和每个所述主框架的后端；以及每个安装在所述第二支撑部件处并且铰接至所述第二连杆的另一端以旋转所述第一连杆。

2.如权利要求1所述的太阳能发电设备，其中，所述旋转装置包括：

可旋转连杆，能够同时使安装在所述主框架上的子框架相对于所述主框架旋转，所述可旋转连杆安装在对应子框架的旋转轴上或所述子框架上；

连接杆，连接对应的可旋转连杆的端部；以及

致动器，安装在所述第一支撑部件上以连接至所述子框架中的一个或所述连接杆，用于在前后方向上旋转所述旋转轴、或者使所述连接杆来回往复运动。

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