一种并联四杆机构式逐日装置[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 208461756 U(45)授权公告日 2019.02.01

(21)申请号 201820909377.2(22)申请日 2018.06.13

(73)专利权人 山东交通学院

地址 250357 山东省济南清大学科技

园海棠路5001号(72)发明人 　王雷　李琳　(51)Int.Cl.

H02S 20/32(2014.01)F24S 25/70(2018.01)F24S 30/45(2018.01)F24S 50/20(2018.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书1页 说明书4页 附图4页

CN 208461756 U()实用新型名称

一种并联四杆机构式逐日装置(57)摘要

一种并联四杆机构式逐日装置，包含基座、俯仰机构、太阳能电池板，所述俯仰机构为平面单自由度全转动副四杆机构，由机架上的电动机驱动实现单自由度俯仰运动，机架通过转动副安装在基座上，在电动机驱动下可实现回转运动；

通过机架回转太阳能电池板安装在俯仰机构上，

及俯仰机构的俯仰运动可进行两自由度姿态调整。该逐日装置相比传统串联结构不仅具有结构刚度大、抗风能力强等优势，而且驱动电动机安装在机架上，运动惯量小，系统运行更加平稳。该逐日装置根据太阳相对地面点运动轨迹随时间变化的规律，确定任意时刻下太阳相对该地面点的位置，在计算机控制下实现俯仰机构的回转以及俯仰运动，进而使太阳能电池板始终以最佳角度接收太阳光。

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权　利　要　求　书

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1.一种并联四杆机构式逐日装置，包含基座、俯仰机构、太阳能电池板，其特征在于：所述俯仰机构为平面单自由度全转动副四杆机构，包含机架、主动杆、连杆、支撑架，所述机架通过第一转动副与基座连接，所述主动杆一端通过第二转动副与机架连接，另一端通过第三转动副与连杆一端连接，所述连杆另一端通过第四转动副与支撑架连接，所述支撑架通过第五转动副与机架连接，所述第一转动副、第二转动副均为主动副，分别由第一电动机和第二电动机驱动，所述太阳能电池板安装在支撑架上。

2.根据权利要求1所述一种并联四杆机构式逐日装置，其特征在于：所述第一电动机和第二电动机均为伺服电动机。

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一种并联四杆机构式逐日装置

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技术领域

[0001]本发明涉及太阳能逐日装置，特别是一种并联四杆机构式逐日装置。

背景技术

[0002]随着化石燃料的不断减少，太阳能作为一种可再生能源，在人类获取能源的过程中变的越来越重要。当前，太阳能的利用主要有光热转换和光电转换两种形式，而光电转换已成为人类获取新能源的最佳、最有效的途径。由于地球的自转和绕太阳公转，太阳的高度角随季节和时间不同而随时变化，但是，为了保证可靠性和低故障率，目前多数太阳能光伏发电装置的太阳能电池板是固定的，电池板的姿态无法随着太阳位置变化而调整，造成该种太阳能光伏发电装置光电转换效率低下。为了最优化太阳光使用，使太阳能光伏发电装置中太阳能电池板通过改变姿态随时正对太阳，保证太阳光线时刻垂直照射太阳能电池板，从而最大程度提高光电转换效率，现有光伏发电装置已开始应用太阳能逐日系统。现有太阳能逐日系统主要有太阳运动轨迹跟踪和光电跟踪两种基本类型，其中以太阳运动轨迹跟踪为主的太阳能逐日系统，因不受天气影响，可靠性高而得到了大量应用。虽然应用太阳能逐日系统的光伏发电装置有效提高了光电转换效率高以及发电量，但也存着诸多问题。首先，应用太阳能逐日系统的现有光伏发电装置多采用串联结构，存在结构刚度差、抗风能力弱等问题；其次，现有太阳能逐日系统的驱动电动机多安装在太阳能光伏发电装置的关节上，造成系统运行运动惯量大、动态稳定性差等问题；另外，受串联结构影响，现有逐日系统关节处无法采用大功率电动机及传动系统，造成现有光伏逐日系统的单机功率小，成本高，无法适用于大规模光伏发电场。

[0003]如何基于数控机构等机电一体化技术，结合机构学相关原理提出并设计一种并联四杆机构式逐日装置，在具有较高的光电转换效率，机械结构简单、低故障率等特点的同时，具有结构刚度大、运动惯量小等优势，不仅具有较好的抗风能力和动态稳定性，而且能实现较大的单机发电功率，满足大规模发电厂需要，已成为一个亟需解决的工程问题。发明内容

[0004]本实用新型的目的是提供一种并联四杆机构式逐日装置，在具有较高的光电转换效率，机械结构简单、故障率低等特点的同时，具有结构刚度大、运动惯量小等优势，不仅较好的抗风能力和动态稳定性，而且能实现较大的单机发电功率，能较好的适用于大规模发电厂。

[0005]本实用新型通过以下技术方案达到上述目的：[0006]一种并联四杆机构式逐日装置，包含基座、俯仰机构、太阳能电池板，所述俯仰机构为平面单自由度全转动副四杆机构，包含机架、主动杆、连杆、支撑架。[0007]所述机架通过第一转动副与基座连接，所述主动杆一端通过第二转动副与机架连接，另一端通过第三转动副与连杆一端连接，所述连杆另一端通过第四转动副与支撑架连接，所述支撑架通过第五转动副与机架连接，所述第一转动副、第二转动副均为主动副，分

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别由第一电动机和第二电动机驱动，所述机架在第一电动机的驱动下可绕基座转动，所述支撑架在第二电动机驱动下，可实现俯仰运动，所述太阳能电池板安装在支撑架上。[0008]所述第一电动机和第二电动机均为伺服电动机，在计算机程序的控制下，通过两电动机的耦合驱动，可以使安装在支撑架上的太阳能电池板随俯仰机构实现两自由度可控转动和俯仰运动，由于俯仰机构为单闭环并联机构设计的平面单自由度全转动副四杆机构，相比现有逐日系统采用的串联结构，不仅具有更好的结构刚度、承载能力和抗风能力，而且相比串联逐日装置将驱动电动机安装在关节处，该逐日装置的驱动电动机安装在机架上，有效降低了运动惯量，提升了系统运行稳定性，该种并联四杆机构式逐日装置可以满足大型太阳能电池板及光伏矩阵的支撑和姿态调节需要。[0009]在工程应用中，所述的并联四杆机构式逐日装置采用被动逐日方式，具体实现方法是根据太阳相对地面点的运动轨迹随时间变化的规律，确定任意时刻下太阳相对该地面点的位置，在此基础上，通过对系统中第一电动机和第二电动机的控制，进而使太阳能电池板通过可控回转运动和俯仰运动不断进行姿态调整，始终维持以最佳角度接收太阳光。[0010]该种并联四杆机构式逐日装置相比现有逐日系统最重要的特点是具有较强的结构刚性和承载能力，同时运动惯量小，抗风能力强，可以满足大型太阳能电池板以及光伏矩阵的姿态调节需要，另外，该种逐日装置采用被动式逐日方式，姿态调节的过程不依赖传感器，因而具有更高的可靠性。

[0011]该种并联四杆机构式逐日装置具有较高的光电转换效率，由于采用连杆机构控制太阳能电池板俯仰，不仅具有机械结构简单、故障率低、结构刚度大等特点，而且由于电动机安装在机架上，具有俯仰机构运动惯量小、运动平稳等特点，使该并联四杆机构式逐日装置既能实现较大的单机发电功率，又具有较好的抗风能力和动态稳定性，通过多个俯仰机构组成阵列，能较好的适用于大规模发电厂。[0012]与现有技术相比，本实用新型的突出优点在于：

[0013]1.相比太阳能电池板采用固定方式的光伏发电装置，该种并联四杆机构式逐日装置可通过基座回转以及俯仰机构的数控俯仰运动，实现太阳能电池板回转运动和俯仰运动，进而实现两自由度姿态调整，以最佳角度接收太阳光，大幅提高了光电转换效率。[0014]2.该种并联四杆机构式逐日装置的俯仰机构采用单闭环并联机构设计，相对现有逐日系统采用的串联结构，具有结构刚度大、承载能力强等特点，不仅使该种并联四杆机构式逐日装置具有更好的抗风能力，而且该种俯仰机构可支撑更大尺寸规格的太阳能电池板，进而大幅提高单机发电功率。

[0015]3.该种并联四杆机构式逐日装置中，驱动俯仰机构的伺服电动机及传动系统安装在机架上，大幅降低了俯仰机构的运动惯量和重心，使该种并联四杆机构式逐日装置具有优异的动态稳定性能；另外，由于伺服电动机安装在机架上，不再受制于空间，可采用尺寸较大的大功率电传动系统。

[0016]4.该种并联四杆机构式逐日装置在具有机械结构简单、故障率低等特点的同时，具有结构刚度大、运动惯量小等优势，不仅具有较好的抗风能力和动态稳定性，而且在太阳运动轨迹跟踪技术的支持下，能实现较大的单机发电功率，可较好的适用于大规模广发发电厂，相比现有太阳能光伏发电系统，具有巨大的技术优势。

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附图说明

[0017]图1为本实用新型所述并联四杆机构式逐日装置示意图。[0018]图2为本实用新型所述俯仰机构示意图。

[0019]图3为本实用新型所述俯仰机构及电动机示意图。[0020]图4为本实用新型所述机架示意图。

[0021]图5为本实用新型所述并联四杆机构式逐日装置俯仰姿态调整示意图。[0022]图6为本实用新型所述并联四杆机构式逐日装置三维示意图。

具体实施方式

[0023]以下通过附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。[0024]对照图1、图2，一种并联四杆机构式逐日装置，包含基座1、俯仰机构、太阳能电池板9，所述俯仰机构为平面单自由度全转动副四杆机构，包含机架2、主动杆4、连杆6、支撑架8。

[0025]对照图1、图2、图3、图4，所述机架2通过第一转动副13与基座1连接，所述主动杆4一端通过第二转动副3与机架2连接，另一端通过第三转动副5与连杆6一端连接，所述连杆6另一端通过第四转动副7与支撑架8连接，所述支撑架8通过第五转动副10与机架2连接，所述第一转动副13、第二转动副3均为主动副，分别由第一电动机11和第二电动机12驱动，所述机架2在第一电动机11的驱动下可绕基座1转动，所述支撑架8在第二电动机12驱动下，可实现俯仰运动，所述太阳能电池板9安装在支撑架8上。[0026]对照图3、图5、图6，所述第一电动机11和第二电动机12均为伺服电动机，在计算机程序的控制下，通过两电动机的耦合驱动，可以使安装在支撑架8上的太阳能电池板9随俯仰机构实现两自由度可控转动和俯仰运动，由于俯仰机构为单闭环并联机构设计的平面单自由度全转动副四杆机构，相比现有逐日系统采用的串联结构，不仅具有更好的结构刚度、承载能力和抗风能力，而且相比串联逐日装置将驱动电动机安装在关节处，该逐日装置的驱动电动机安装在机架上，有效降低了运动惯量，提升了系统运行稳定性，该种并联四杆机构式逐日装置可以满足大型太阳能电池板9及光伏矩阵的支撑和姿态调节需要。[0027]在工程应用中，所述的并联四杆机构式逐日装置采用被动逐日方式，具体实现方法是根据太阳相对地面点的运动轨迹随时间变化的规律，确定任意时刻下太阳相对该地面点的位置，在此基础上，通过对系统中第一电动机11和第二电动机12的控制，进而使太阳能电池板9通过可控回转运动和俯仰运动不断进行姿态调整，始终维持以最佳角度接收太阳光，具体控制实施方式为：[0028]（1）首先确定并联四杆机构式逐日装置安装的地面点位置，并确定太阳相对该地面点的运动轨迹随时间变化的规律。[0029]（2）根据太阳相对该地面点的运动轨迹随时间变化的规律，计算当前时刻下，太阳相对该地面点的位置方位。[0030]（3）根据太阳相对该地面点的位置方位，通过计算机程序确定并联四杆机构式逐日装置中第一电动机11和第二电动机12的输入参数，实现伺服电动机数字控制，进而实现基座1回转运动以及俯仰机构俯仰运动，从而使太阳能电池板通过回转运动和俯仰运动进

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行姿态调整，以最佳角度接收太阳光。[0031]（4）随着时间的不断改变，该种并联四杆机构式逐日装置根据太阳相对系统安装地面点的运动规律，持续计算当前时刻下太阳相对该地面点的位置方位，并通过对数控调节装置中的电动机持续控制，使太阳能电池板9不断通过回转运动和俯仰运动进行姿态调整，以维持最佳角度接收太阳光。

[0032]该种并联四杆机构式逐日装置相比现有逐日系统最重要的特点是具有较强的结构刚性和承载能力，同时运动惯量小，抗风能力强，可以满足大型太阳能电池板9以及光伏矩阵的姿态调节需要，另外，该种逐日装置采用被动式逐日方式，姿态调节的过程不依赖传感器，因而具有更高的可靠性。

[0033]该种并联四杆机构式逐日装置具有较高的光电转换效率，由于采用连杆机构控制太阳能电池板俯仰，不仅具有机械结构简单、故障率低、结构刚度大等特点，而且由于电动机安装在机架上，具有俯仰机构运动惯量小、运动平稳等特点，使该并联四杆机构式逐日装置既能实现较大的单机发电功率，又具有较好的抗风能力和动态稳定性，通过多个俯仰机构组成阵列，能较好的适用于大规模发电厂。

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