[发明专利]一种基于超声马达的双轴太阳能跟踪发电装置及跟踪方法

说明书

一种基于超声马达驱动的双轴太阳能跟踪装置。该机械系统由一个立柱、一个两自由度的旋转机构、转架、上框架、太阳能电池板、PSD传感器组成。旋转机构分上下两部分。上下两部分通过紧固件连接。下部分由固定支撑板、水平固定基座、水平压电振子、摩擦材料、水平转子、水平转盘、螺栓、紧固件等构成。上部分由上支撑板，竖直压电振子、竖直转子、摩擦材料、竖直转盘、竖直连接板、螺栓、紧固件、水平轴、轴承等构成。本发明相比单轴跟踪该双轴跟踪装置能够大幅度提高太阳能利用率，相比基于传统电机的太阳能跟踪装置，该装置无需齿轮、涡轮蜗杆等减速机构，用超声马达转子直接带动太阳能跟踪装置，简化了跟踪装置的机械结构，并且安装较为方便。

技术领域

本发明涉及太阳能跟踪设备及方法领域，特别是涉及一种基于超声马达的双轴太阳能跟踪发电装置及跟踪方法。

背景技术

随着经济的快速发展，人们对能源的需求不断上升，而石油、煤炭等不可再生能源日趋减少，使得发展利用可再生绿色能源成为未来发展的方向。太阳能作为一种清洁、安全、可再生的自然资源，近年来受到人们的广泛关注。但由于太阳能本身的特点，决定了太阳能利用具有稀薄性、随机性、间歇性、地区性的特点。目前太阳能利用技术主要用于光伏发电，目前光伏发电存在的问题就是太阳能利用率较低。提高太阳能利用率主要有两种途径，一是提高太阳能接收板转换率，二是提高太阳能接收板的接收率，后一种方法较前一种方法更易于实现，因此对太阳光伏发电跟踪系统的研究与设计成为解决问题的关键。研究表明，与固定式安装相比，典型的单轴跟踪器可提高27-32％的发电量；而典型的双轴跟踪器可进一步提高6％量，与固定式板相比，可增加35-40％的发电量，故本发明设计了一种双轴太阳能跟踪发电装置。

现今的太阳能自动跟踪发电装置大都采用步进电机等传统的电磁型电机来实现对机械传动元件的驱动，而超声马达是一种全新原理和概念的电机，它是利用压电陶瓷的逆压电效应使马达定子表面产生连续的椭圆运动，进而通过摩擦耦合将振动能量转化为转子的动能。与传统的电磁型电机相比有诸多优点：其转矩/质量比大，结构简单、紧凑；低速大转矩，无需齿轮减速机构，定位精度高，可实现直接驱动，而传统电机用于这种场合时只能通过减速机构来实现低速大转矩，因此随之带来了摩擦、噪声、传动精度和效率低等问题；动作响应快，可达毫秒级，控制性能优越；切断电源时可自锁；不产生磁场，也不受外界磁场干扰；运行噪声小，减少了对周围环境的污染。基于超声马达的这些特点，尤其是低速大转矩、定位精度高、响应快、可断电自锁等特点；再加上对太阳运行规律的研究，考虑到每天白天太阳高度角和方位角都是以极小的速度缓慢变化，分析得出超声马达特别适合光伏发电跟踪太阳的需要。因此本发明选用超声马达代替传统的电磁型电机来驱动双自由度的太阳能跟踪发电装置，并配套相应的优化跟踪方法以达到最佳发电效果。

发明内容