[发明专利]季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统

说明书

本发明公开了一种季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统，从光伏电池板获取能量输入，包括一个基于电容器的短时电能储存子系统和一个基于配重块势能的机械能储存子系统，所储能量用于驱动季节可调单轴光伏跟踪支架按太阳高度角的年变化规律动作。针对季节可调光伏跟踪支架一年一个往返的超慢动作特征，设计了电容器小电流慢速充电，大电流短时放电驱动电机的间歇式工作方式，有效减小了电池板和电源变换器的功率需求，进而降低了设备整体造价。

技术领域

本发明属于太阳跟踪装置技术领域，涉及季节可调单轴光伏跟踪支架的蓄能式驱动系统。

背景技术

光伏跟踪支架广泛应用于太阳能光伏发电领域，其功能是通过调整跟踪支架的工作角度，使支架上安装的光伏电池板跟踪太阳的空间位置，达到最大化接收太阳辐射能量的目的。

完全跟踪太阳的空间运动需要方位角和俯仰角两个角度的跟踪，这种支架称为双轴跟踪支架。为了提高光伏跟踪支架的费效比，可以将方位角和俯仰角中的一个固定而只跟踪另一个，这种跟踪支架称为单轴跟踪支架。旋转轴近似平行地平面的单轴光伏跟踪支架称为平单轴。平单轴光伏跟踪支架又可以分为“南北平单轴”和“东西平单轴”两种。

所谓南北平单轴是指主旋转轴南北向布置，电池板平面的法线自东向西跟踪太阳方位角的变化；所谓东西平单轴是指主旋转轴东西向布置，电池板法线方向跟踪太阳高度角的变化。南北平单轴需要每天自西向东跟踪太阳方位角变化，并在太阳落下后返回。

由于一天之中太阳高度角的变化范围较小，电池板与太阳光之间的余弦效应较弱，因此东西平单轴跟踪支架通常不考虑跟踪每天太阳高度角的变化，只需要随一年中季节变化调整光伏跟踪支架的平均俯仰角即可。这种按一年中季节变化调整俯仰角度的东西平单轴光伏跟踪支架也被称为“季节可调单轴光伏跟踪支架”。

由于跟踪动作的规律不同，每日实时跟踪太阳方位角的南北平单轴与按季节调整俯仰角的东西平单轴跟踪支架在结构上有以下重要区别：

在驱动系统机械结构方面，南北平单轴由于动作频繁，每天一个调节往返，因此其末级驱动机构多采用盘式减速机和电动推杆等有轴承和润滑的结构。季节可调东西平单轴每年一个调节往返，其动作频次显著低于南北平单轴，全使用寿命周期内只有数十次调节往返，因此其末级驱动机构多采用剪式千斤顶和齿轮齿条等简易驱动结构。

在驱动系统跟踪动作原理方面，实时动作的南北平单轴通常需要采用电动机驱动，因此需要配备电源和供电电缆等设备以支持电动驱动系统工作。南北平单轴的驱动电源通常有“厂用电集中配送”和“现场光伏电池板取电”两种工作模式。采用厂用电集中配送方式时需要在光伏发电厂内敷设大量的供电专用电缆，施工复杂成本较高。采用现场光伏电池板直接取电的供电方式时通常要求电池板功率与驱动电机功率相当。并需要为供电系统配备大容量蓄电池，用于确保在太阳辐照度下降光伏电池板发电量不足时，跟踪系统具有足够电能将电池板回转复位到第二天的发电位置，或者在极端天气下无法发电时将电池板旋转至抗风复位位置。由于需要较大容量的光伏发电装置和储能蓄电池，传统的光伏电池板现场自取电工作方式设备投资较大。

而东西平单轴由于角度变化速度极慢，通常采用人工按季节或月份进行手动调节的工作原理，省去了昂贵的电气系统，有效降低了跟踪支架系统的成本。由于季节可调东西平单轴光伏跟踪支架多采用人工按季节手动调整的工作方式，因此这种光伏跟踪支架也被简称为“手动可调支架”。

季节可调光伏跟踪支架采用按季节人工手动调整的工作方式，调整的时间间隔大，导致跟踪支架动作不及时，电池板与太阳光线之间的平均余弦效应加大，损失了一定比例的光伏发电量。

季节可调光伏跟踪支架的初始建设成本较低，但是电站运行过程中人工手动调整的工作量较大，导致后期的维护成本较高。

发明内容