三伸缩杆驱动的光伏板视日追踪系统设计与研究

摘要

视日追踪系统能够显著地提高光伏板接收太阳能的效率。相较于串联式,并联式视日追踪系统以其追踪精度高、功耗小和耗材少等优点在太阳能追踪中具有很大的应用潜力,但相关研究尚属起步阶段且并不能满足实际需求。基于3-RPS并联机构,提出了一种新型三伸缩杆驱动的光伏板视日追踪系统。其中,三根伸缩杆结构相同,且呈正三角形布置;每根伸缩杆的上端通过复合铰链与光伏板相连,下端通过转动铰链与基座相连;通过改变三根伸缩杆的长短驱动光伏板运动,实现对太阳的实时追踪。首先,结合太阳运动规律和3-RPS的机构性质,根据空间几何学,建立了追日过程中的相关数学模型。在此基础上,针对特定的追踪地点、日期和机构尺寸,对系统分别在夏至日和冬至日当天进行了仿真分析。进而,针对每条支链所需伸缩杆节数过多的问题,提出了动平台质心高度可动的控制策略。对于目前商业化球铰转动范围不足的问题,采用虎克铰链加转动铰链组成的复合铰链代替球铰的结构方案,同时,得到了复合铰链绕其各转动轴线的转动角度。然后,由于追日过程是一个缓慢的过程,通过建立系统的瞬时静力学模型,仿真得到了系统所需的驱动力和驱动功率,最大驱动力为164.65 N,总的最大驱动功率为2.94×10–3 W。最后,实施了系统的追日实验,验证了理论和仿真分析的正确性,同时得到了系统的追踪精度在±0.4°以内。