阅读说明：本技术 一种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构 (Rotatable arborescent photovoltaic blade supporting mechanism of branch for photovoltaic power generation ) 是由 张�林 杜中鹏 汪维晋 魏恒建 肖宇航 马超 白鹏尧 刘晓枫 郭琪 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：一种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构,包含基座、主干、枝干、光伏叶片；其特征在于：所述基座水平安装在地面上,主干垂直固定安装在基座上,所述主干的数量为1,主干上安装的枝干数量不少于2,每个枝干上安装的光伏叶片数量不少于2；所述枝干通过第一转动副安装在主干上,光伏叶片通过第二转动副与枝干连接；所述第一转动副的回转轴线与第二转动副的回转轴线垂直；所述第一转动副、第二转动副均为主动副,由伺服电机或者步进电机驱动。该种光伏发电支撑机构外形美观,光电转换效率高,发电功率大,非常适用于户外广场等场合。(A tree-shaped photovoltaic blade supporting mechanism with rotatable branches for photovoltaic power generation comprises a base, a trunk, the branches and photovoltaic blades; the method is characterized in that: the base is horizontally arranged on the ground, the trunks are vertically and fixedly arranged on the base, the number of the trunks is 1, the number of the branches arranged on the trunks is not less than 2, and the number of the photovoltaic blades arranged on each branch is not less than 2; the branches are mounted on the trunk through a first revolute pair, and the photovoltaic blades are connected with the branches through a second revolute pair; the rotary axis of the first rotary pair is vertical to the rotary axis of the second rotary pair; the first rotating pair and the second rotating pair are driving pairs and are driven by a servo motor or a stepping motor. The photovoltaic power generation supporting mechanism is attractive in appearance, high in photoelectric conversion efficiency and high in power generation power, and is very suitable for occasions such as outdoor squares.)

一种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构

技术领域

本发明涉及生态仿生光伏发电系统领域，特别是一种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构。

背景技术

光伏发电支撑机构主要通过光伏板实现光电转换，常见于远郊光伏发电场以及乡村并网发电系统，城市环境下光伏发电多应用于道路照明，当前大多数光伏发电支撑机构结构简单，光伏板多通过框架结构安装在同一平面上，占地面积相对较大，外形不美观，光电转换效率低。为了进一步扩大光伏发电的适用场景，并使光伏发电支撑机构更具观赏性，国内外公司及机构推出了一种生态仿生光伏发电系统，该系统是将光伏发电系统与各种仿生树相结合，形成各种功能组合的多用途发电装置，最具代表性的作品是以色列Sologic公司研发并推出的太阳能树（eTree），以及国内信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司推出的光伏树。太阳能树（eTree）由主干、枝干以及安装的多片光伏板构成，能提供电力充电、免费Wi-Fi以及冷水，其光伏板位于不同平面内，不仅坑风能力强，而且具有较好的发电效率；光伏树主要由仿生树干和安装在树冠上的大片光伏板列阵构成，光伏板列阵水平安装，该种光伏树虽然结构简单，但在抗风性、美观性及光电转换效率等方面相比太阳能树（eTree），具有一定差距。

虽然近两年生态仿生光伏发电系统已取得了一定的成果，但不论太阳能树（eTree）还是光伏树，系统运行后叶片空间位姿均无法调整，致使安装在仿生树上的光伏面板无法通过姿态调整而以最佳的角度接收太阳光，进而无法实现最佳的发电效率。为了提高光电转换效率，可采用光伏逐日和光伏板立体排列两种方案，光伏逐日即光伏板可通过实时姿态调整正对太阳光，即可提高光电转换效率；光伏板立体排列则主要通过增大光伏板受光面积来提高光电转换效率，节省占地面积。但如何在树状光伏发电支撑机构在具有受光面积大、抗风能力强、光伏叶片可通过姿态调整正对太阳的前提下，具有较低的成本和造价，已成为一个亟需解决的工程问题。

发明内容

本发明的目的是基于现代机构学原理提出一种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构，不仅具有树状外形、抗风能力强，每片光伏叶片均可通过姿态调整正对太阳光，而且具有较低的成本和造价。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构，包含基座、主干、枝干、光伏叶片；所述基座水平安装在地面上，主干垂直固定安装在基座上，所述主干的数量为1，主干上安装的枝干数量不少于2，每个枝干上安装的光伏叶片数量不少于2；

所述枝干通过第一转动副安装在主干上，光伏叶片通过第二转动副与枝干连接；

所述第一转动副的回转轴线与第二转动副的回转轴线垂直；所述第一转动副、第二转动副均为主动副，在伺服电机或者步进电机等控制电机驱动控制下，枝干绕第一转动副轴线可做受控转动，光伏叶片相对第二转动副轴线做受控转动，通过第一转动副和第二转动副的相互配合，光伏叶片可实现两自由度姿态调整；第一转动副的回转轴线与第二转动副的回转轴线垂直，以此保证随太阳位置角的改变，光伏叶片通过两自由度数控调整，能以最佳的角度接收阳光，进而大幅提高该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构光电转换效率。

该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构的主干与基座固定安装，通过枝干和光伏叶片的转动实现姿态调整，相比主干旋转型生态仿生光伏发电系统，虽然驱动枝干需要更多的驱动元件，但有效降低了该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构转动惯量，提高了稳定性。该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构每片光伏叶片仅需拥有一个主动副，每个枝干需要一个主动副，通过一个枝干上安装多个光伏叶片，可以有效降低驱动元件的总数量，进而使该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构具有较低的成本和造价，便于大范围推广应用。

通过合理设计枝干形状，实现光伏叶片立体排列，可进一步获得较大的受光面积，提高发电功率。

该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构外形美观，非常适用于户外广场、道路环岛等场合。

与现有技术相比，本发明的突出优点在于：

1.相比现有光伏发电支撑机构，该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构采用树状设计，光伏板在枝干上立体排列，相比光伏板共面方式，大幅提高了光伏板受光面积，同时具有较小的占地面积。

2.相比现有生态仿生光伏发电系统，光伏叶片通过两自由度数控调整，能以最佳的角度接收阳光，进而大幅提高该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构光电转换效率。

3.该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构的主干与基座固定安装，通过枝干和光伏叶片的转动实现姿态调整，相比主干旋转型生态仿生光伏发电系统，虽然驱动枝干需要更多的驱动元件，但有效降低了该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构转动惯量，提高了稳定性。

4.该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构每片光伏叶片仅需拥有一个主动副，每个枝干需要一个主动副，通过一个枝干上安装多个光伏叶片，可以有效降低驱动元件的总数量，进而使该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构具有较低的成本和造价，便于大范围推广应用。

附图说明

图1为本发明所述光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构示意图之一。

图2为本发明所述光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构示意图之二。

图3为本发明所述光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构主干、枝干、光伏叶片示意图。

图4为本发明所述光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构主干与枝干示意图。

图5为本发明所述枝干示意图。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

对照图1、图2、图3、图4、图5，一种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构，包含基座1、主干2、枝干3、光伏叶片5；所述基座1水平安装在地面上，主干2垂直固定安装在基座1上，所述主干1的数量为1，主干上安装的枝干3数量不少于2，每个枝干上安装的光伏叶片5数量不少于2；

所述枝干3通过第一转动副4安装在主干2上，光伏叶片5通过第二转动副6与枝干3连接；

所述第一转动副4的回转轴线与第二转动副6的回转轴线垂直；所述第一转动副4、第二转动副6均为主动副，在伺服电机或者步进电机等控制电机驱动控制下，枝干3绕第一转动副轴线可做受控转动，光伏叶片5相对第二转动副6轴线做受控转动，通过第一转动副4和第二转动副6的相互配合，光伏叶片5可实现两自由度姿态调整；第一转动副4的回转轴线与第二转动副6的回转轴线垂直，以此保证随太阳位置角的改变，光伏叶片5通过两自由度数控调整，能以最佳的角度接收阳光，进而大幅提高该种枝干3可旋转树状光伏发电支撑机构光电转换效率。

对照图1、图2、图3、图4、图5，该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构的主干2与基座1固定安装，通过枝干3和光伏叶片5的转动实现姿态调整，相比主干旋转型生态仿生光伏发电系统，虽然驱动枝干3需要更多的驱动元件，但有效降低了该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构转动惯量，提高了稳定性。该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构每片光伏叶片5仅需拥有一个主动副，每个枝干3需要一个主动副，通过一个枝干3上安装多个光伏叶片5，可以有效降低驱动元件的总数量，进而使该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构具有较低的成本和造价，便于大范围推广应用。

对照图3、图4、图5，通过合理设计枝干5形状，实现光伏叶片5立体排列，可进一步获得较大的受光面积，提高发电功率。

对照图1、图2，该种光伏发电用枝干可旋转树状光伏叶片支撑机构外形美观，非常适用于户外广场、道路环岛等场合。