CN101646907A - 双轴太阳跟踪器 - Google Patents

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CN101646907A CN200780050920A CN200780050920A CN101646907A CN 101646907 A CN101646907 A CN 101646907A CN 200780050920 A CN200780050920 A CN 200780050920A CN 200780050920 A CN200780050920 A CN 200780050920A CN 101646907 A CN101646907 A CN 101646907A
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Abstract

本发明包括支承圆形轨道(2)的固定平台(1)、支承滚动元件，具有倾斜结构(5)的可移动框架(4)附着到该滚动元件上，所述倾斜结构保持多个按排(H)组合的太阳能电池板(P)，各排(H)电池板(P)连接到支承在所述倾斜结构(5)上的相应支承轴(E1－E4)上，和用于根据一预定结构来移动所述框架(4)和轴(E1－E4)的装置。框架(4)包括其上附着有所述滚动元件的底座(B)，并且倾斜结构(5)被从固定平台(1)上提升一距离到所述底座(B)上面并由两个支承梁(6、7)形成，所述支承梁限定出了倾斜面并且相互分开大于圆形轨道(2)的直径的距离。

Description

双轴太阳跟踪器
技术领域
本发明涉及光电太阳能设施领域，旨在通过将太阳能直接转化成电能来使用太阳能，更特别是涉及基于通过时刻与太阳的位置同步地来非常准确地控制其运动并且结合或组合有多个光电模块或电池板的主动(active)太阳跟踪器(即，在可定向双轴支承结构上)的那些设施。跟踪器的支承结构允许通过其几个部件的协调运动从太阳在东方升起到在西方落下时跟踪太阳的轨迹，以使太阳能电池板始终直接面对太阳。
背景技术
已知了与太阳跟踪器有关的、亦称为太阳定向设备的不同方案，为了获得太阳能的最大利用，该方案是由控制机构和允许整个白天定向一系列太阳能电池板以使太阳按实质上垂直的方式照射它们的系统组成的。
实用新型ES-A-1050814涉及了一种所述的太阳跟踪器，其是由支柱保持的圆形轨道限定的固定平台组成的，所述支柱将其抬离地面并且保持其水平以允许位于上方并且装备有轮子的可旋转平台旋转而按方位角来定向。该可旋转平台支承以排和列布置在倾斜表面上的多个太阳能电池板。而，各排太阳能电池板可以关于其全体的公共轴旋转，以从其在日出时接收太阳射线的垂直位置直到其到达在太阳最高的正午时的最大倾角位置来定向。另外，通过将齿轮传动电动机连接到轮子上来与电池板的角度同时地执行该活动平台的方位角旋转，其可旋转到210°，等于从日出到日落的可见太阳路径的十四个小时。
实用新型ES-A-1059027提出了一种由U形圆形轨道形成的用于太阳能电池板设备的可旋转底座，该可旋转底座位于由支柱根据区域的山岳形态学来水平保持的固定平台或底板上，其中将在该轨道上安装或限定出可移动的倾斜结构，在该倾斜表面上按排和列布置有多个太阳能电池板。该倾斜结构通过垂直轴承附着和连接到固定的圆形轨道上以使其具有角移动性，以及用作旋转运动的引导件。
ES-A-1050814的倾斜表面的底座(其中被称为可转动平台)和ES-A-1059027的总称为活动倾斜结构的等同物都是可旋转地直接连接到各自的圆形轨道上的，因此所述圆形轨道的直径实质上等于两个斜面之间的距离，其强加了希望克服的设计限制，特别是关于跨距。
另外，ES-A-1050814的太阳能电池板组的支承斜面的倾斜度和电池板排的分布在日照的某些时期确定了电池板的定向，其在相邻的电池板上产生了阴影从而损失了该设施的产出率。
专利US-A-5191875涉及一种太阳能煮器，其包括可枢转地连接到一结构上的太阳能电池板，该结构可以关于包括轨道的底座旋转，固定到可旋转结构上的轮子在该轨道上行进。所述结构是由一系列支承臂和横向构件组成的以使其有一定刚度，但是尽管其结构还具有两个所提到的文件的缺陷，即，结构的底座可旋转地直接连接到各自的圆形轨道上，圆形轨道的直径实质上等于该结构的宽度和电池板的宽度，其包括所提到的关于跨距的设计限制。
另外，有一些建议旨在减小倾斜结构的倾斜角(为了减小电池板面对水平风的面积的目的)、跟踪器的总高度以及翻倒力矩，这些都是为了获得在结构中的材料的潜在节省，由于风作用在具有较小倾斜角的结构上的力较小。例如，在先前提到的实用新型中，所述结构在ES-A-1050814中具有13°的倾斜和在ES-A-1059027中具有28°的倾斜。
通过建造具有稍微减小的倾斜度的倾斜结构获得的可能好处引起了必须在成排的电池板之间提供更大的距离以防止自遮蔽的缺点，其意味着也必须增大倾斜结构的长度(因为必须增大行之间的距离)，从而该结构中材料的潜在节省(因为，其不需要承受如在具有更大倾斜角的结构中的风的强作用力)可以被由于所提到的必须增大结构的长度而使用的额外材料的量所抵消。
关于太阳能电池板围绕旋转轴的旋转，存在不同的机构来负责实现所述任务，其中的一些机构同时旋转所有排的所有轴，如在实用新型ES-A-1050814中所提议的机构的情况。
实用新型ES-A-1046171描述了一种负责枢转多个太阳能电池板的轴的机构，所述机构是由拖绳形成的，该拖绳通过滑轮引导来移动连接到所述轴上的半圆形部件。
由前述内容可理解，光电设施的产出量不仅由高效光电电池板的使用来调节，而且其上放置有电池板的支承结构可以产生相当大的差异并且允许达到更高效的产出量。
发明内容
本发明的目的是克服在前面段落中所描述的传统太阳跟踪器的缺陷，提供一种具有比由传统的简单倾斜结构所形成的框架更精巧的框架的太阳跟踪器，其允许抬起所提到的倾斜结构，并且同样地利用其来支承成排的电池板，以及避免所提到的设计限制，特别是就跨距而言，能够使倾斜结构的跨距(就其宽度而言)具有比允许转动太阳跟踪器的圆形轨道的直径更大的尺寸，而同时为太阳跟踪器提供很高的坚固性和对风的抵抗力。
另外，本发明的另一目的还是提供了一种太阳跟踪器，为了覆盖更小的地面面积的目的，其倾斜结构具有比传统跟踪器的倾斜角更大的倾斜角，但是其仍然被设计成提供优良风阻的特性。
为此目的，本发明涉及一种适用于光电太阳能设施的双轴太阳跟踪器，该类型的太阳跟踪器包括支承圆形路径或者轨道的水平固定平台，滚动元件，该滚动元件支承在所述轨道上，并且该滚动元件连接有活动框架，该框架包括倾斜结构，该倾斜结构具有与其相关联的多个太阳能电池板(solar panels)，该多个太阳能电池板被组合成排，各排的电池板被连接到相应的支承轴上，该支承轴被支承在所述倾斜结构上，以及用于移动所提到的框架和所提到的轴的装置，以始终根据预定结构来定向太阳能电池板。
如先前所指出的，不同于传统的跟踪器，其中框架是通过相应的滚动元件安置在圆形轨道上的实际上的倾斜结构，本发明提出的太阳跟踪器的框架包括：
-底座，有连接到其上的所述滚动元件，和
-倾斜结构，其通过中间元件被抬起并且安置在所述底座上，该中间元件将其与所提到的固定平台隔开，并且其由两个或多个界定出倾斜平面的支承梁形成，该支承梁彼此被分开大于圆形轨道直径的距离。
对于一个太阳跟踪器的相同直径的圆形轨道，本发明提出的框架允许为成排的太阳能电池板提供比传统跟踪器所提供的倾斜支承面大得多的倾斜支承面，因此提供了比传统跟踪器的日光捕获表面更大的日光捕获表面。
对于所提到的优选实施例，成排的太阳能电池板的支承轴在它们的两端处突出超过所述支承梁，由此总日光捕获表面甚至大得多，由于其不限制于倾斜结构的宽度，依次，如所说明的，也不限制于圆形轨道的直径。
为了结合足够的所提到的坚固性和风阻的特性，在本发明提出的太阳跟踪器中，所提到的支承梁被倾斜一角度，该角度实质上等于由各电池板可采用的最小倾斜角加上在所述最小倾斜角和由各电池板可采用的最大倾斜角之间的平均角度，全部所述角度都是关于水平面所取的。通过将支承梁倾斜该角度，优化了其长度，即，使用了可能的最短的支承梁而不引起所提到的自遮蔽。
应该指出，提供了抬起的倾斜结构，并且因此许多抬起的太阳能电池板，允许避免太阳跟踪器所处地形的可能不规则性或倾斜所引起的负面影响，该负面影响可以由在最靠近地面的电池板中投射不希望的阴影引起。
为了设计和安装有多个象本发明提出的太阳跟踪器的光电太阳能设施，可以使用具有根据各太阳跟踪器将处的位置而分别抬起不同高度的倾斜结构的太阳跟踪器，来避免所提到的由地形的不规则性或倾斜或者由其他相邻的太阳跟踪器或者由光电设施的其他元件所引起的不希望的阴影。
附图说明
从以下参照附图的几个实施例的详细说明中将更清楚地理解前述的和其他优点和特征，其是图解性的和非限制性的说明，并且其中：
图1是本发明提出的太阳跟踪器的后部透视图，
图2是图1的太阳跟踪器的侧视图，
图3是图2的太阳跟踪器的一部分的侧面剖视图，作为一个实施例，其显示了围绕它们的旋转轴旋转成排的太阳能电池板的机构，
图4是轨道的一部分的放大剖面图，所提出的太阳跟踪器的滚动元件在其内移动，
图5是本发明提出的用于图1的备选实施例的太阳跟踪器的一部分的侧视图，
图6显示了图5所图解的太阳跟踪器的元件加上形成其不同排的太阳能电池板，
图7是图5所图解的用于相同实施例的太阳跟踪器的元件组合的主透视图，和
图8是由图6所图解的相同太阳跟踪器的主透视图。
具体实施方式
附图图解了本发明提出的太阳跟踪器的两个实施例，其包括一系列公共元件，然而它们也具有一些备选元件或结构。
图1到3中图解了第一实施例，而图5到8中图解了第二实施例。
两个实施例都显示了形成(如先前所描述过的)本发明提出的太阳跟踪器的主要元件，该类型的太阳跟踪器包括支承圆形路径或者轨道2的水平固定平台1、滚动元件R(参见图4)，该滚动元件支承在所述轨道2上，并且该滚动元件连接有活动框架4，该框架包括倾斜结构5，该倾斜结构具有与其相关联的多个太阳能电池板P，该多个太阳能电池板被组合成排H，各排H的电池板P被连接到相应的支承轴上，该支承轴在图1到3中所示的第一实施例中为标记为E1-E4的四个，并且在图5到8中所示的第二实施例中为标记为三个。
各所述支承轴E1-E4或E1-E3被支承在所述倾斜结构5上，并且太阳跟踪器还包括用于移动所提到的框架4和所提到的支承轴E1-E4或E1-E3的装置，以始终根据预定结构来定向太阳能电池板P。
在图4中(通用于两个实施例)，可以观察到如何将滚动元件R中的一个引入到圆形轨道2中，并且由板3来支承，该板被依次固定到活动框架4的底座B上。
框架4包括其上连接有所述滚动元件R的底座B，而倾斜结构5在离所提到的固定平台1的一定距离处被提升到所述底座B上方并且由两个支承梁6、7形成，该支承梁界定了倾斜面并且彼此被分开大于圆形轨道2的直径的距离(如可以在图1中看到的)。
如在前面段落中所讨论的，在本发明提出的太阳跟踪器中，所提到的支承梁6、7被倾斜一角度，该角度实质上等于由各电池板P可采用的最小倾斜角加上在所述最小倾斜角和由各电池板P可采用的最大倾斜角之间的平均角度，全部所述角度都是关于水平面所取的，即，梁6、7的倾斜角等于：
Figure G2007800509202D00061
对于图1到3所示的实施例，可以形成电池板P的所述倾斜角，因为各排H电池板P关于其各自的支承轴E1-E4枢转。
对于所图解的两个实施例(参见图2、3、5和6)，支承梁6、7被倾斜实质上45度的角度，其适合于各电池板P可采用的最小倾斜角实质上为10度以及各电池板P可采用的最大倾斜角实质上为80度。
对于其他未图解的实施例，电池板P可以在10到90度之间被倾斜，支承梁6、7被倾斜实质上50度的角度。
梁6、7(即，倾斜结构5)的所述倾斜与各排H太阳能电池板P的支承轴E1-E4或E1-E3横过彼此分开足够距离的所述支承梁6、7的事实相结合，避免了太阳在一排H电池板P上的垂直入射在各排H电池板P可采用的任何位置中的另一排电池板P上产生阴影，只要电池板P的所述倾斜角被包含在最小角度到最大角度之间，对于所图解的实施例该最小角度和最大角度已经被认为分别是10和80度。
对于所图解的实施例，特别是在图1和7中可以看到，框架4包括起始部分，该起始部分使几个分岔支柱8(在图1和7中为四个)成为整体，该分岔支柱通过横向加固梁9在靠近它们的自由端8a的点处连接，这给予了它们坚固性。
被所述自由端8a包围的关于底座B扩大了的上部区段或平面限定了用于正方形部件或支架10的支承件，该正方形部件或支架10连接到形成倾斜结构5的所述支承梁6、7上，因此其通过在前面段落中被总得称为中间元件的部件来安置在底座B上，用于所描述和图解的实施例中的中间元件是由所提到的分岔支柱8形成的，依次由所提到的加固梁9来连接。
在图7中看到其中所图解的太阳跟踪器是如何具有四个所提到的加固梁9的，虽然所述数字可以与未图解的其它实施例的不同。
如前面所提到的，在宽度方面，所提出的太阳跟踪器的跨距并不限制于支承梁6、7之间的距离，而是，如图1和8中可见，对于几个优选实施例，排H的太阳能电池板P的支承轴E1-E4或E1-E3在它们的两端处突出超过所述支承梁6、7，因此提供了宽度比圆形轨道2的直径大得多的日光捕获表面。
如两个优选实施例所描述的，图7图解了具有三个支承轴E1-E3的太阳跟踪器，并且图1图解了具有四个支承轴E1-E4的一个太阳跟踪器，因为本发明提出的太阳跟踪器优选地具有三到五个之间的支承轴，有为10°的电池板P的最小倾斜角，为80°的电池板P的最大仰角，电池板P的组件的宽度比其高度宽两到四倍之间，并且倾斜结构5的倾斜角为45°。
对于所图解的实施例，所提到的用于移动太阳能电池板P的排H的支承轴E1-E4、E1-E3的装置包括应用到单个轴E3上的驱动机构11(详细参见图3)(与实用新型ES-A-1050814中的提议不同)和由连接杆12与杠杆13形成的将运动传递到其它轴(对于第一实施例的E1、E2、E4和对于第二实施例的E1、E2)上的传动机构。
与在实用新型ES-A-1046171中一样，驱动机构11还包括邻接于电池板P的半圆形部件14，但是代替使用沿滑轮移动的拖绳，其使用由相应电动机通过齿轮或有齿的轮16来移动的链15。
对于所提到的图1到3中所图解的第一实施例，支承轴E1-E4起电池板P的旋转轴的作用，在该旋转的情况下，所提到的驱动机构11和所述传动机构被构造成关于它们自身来旋转支承轴E1-E4，为了该目的，如可以在图3中看到的，各所述杠杆13在第一端处被固定到各自的一个所述支承轴E1-E4上并且在第二端处关于所述连接杆12中的一个或多个的端部被铰接(末端排H的杠杆13各铰接到仅一个连接杆12上，并且中间排H的杠杆13各铰接到两个连接杆12上)。
作为前段中所描述的替代，对于所提到的图5到8中图解的第二实施例，支承轴E1-E3不是旋转轴，而它们适合于关于平行轴G1-G3旋转，所提到的驱动机构11和所提到的传动机构被构造成关于所述平行轴G1-G3旋转支承轴E1-E3，为了该目的，如可以在图5-7中看到的，各所述杠杆13在第一端处被铰接到各自的一个所述平行轴G1-G3上，在离所述第一端一定距离处的一部分处固定到各自的一个所述支承轴E1-E3上并且在第二端处关于所述连接杆12中的一个或多个的端部被铰接。
如前段中所描述的用于第二实施例的传动机构的构造的目的，即该传动机构允许太阳能电池板P的排H不关于它们各自的支承轴E1-E3旋转(如在图1到3中所图解的第一实施例的情况)，而是关于隔开一定距离处的或远处的平行轴G1-G3旋转，该目的是实现，在所述传动机构的机械元件断开的情况下，太阳能电池板P的排H通过重力被水平地定位，关于它们各自的平行的或远处的轴G1-G3枢转，以便提供最小的风阻，即，排H可以在水平位置上提供稳定平衡的位置。
在图7中，可以看到所描述的传动机构是如何仅被布置在支承梁6上的，虽然对于其他实施例，设想到将至少另一个相似的传动机构布置在另一个支承梁7中的可能性。
本领域技术人员可以在所描述的实施例中引入变化和改进而不脱离如权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (10)

1.一种适用于光电太阳能设施的双轴太阳跟踪器，该类型的太阳跟踪器包括支承圆形路径或者轨道(2)的水平固定平台(1)，滚动元件(R)，该滚动元件(R)支承在所述轨道(2)上，并且该滚动元件(R)连接有活动框架(4)，该框架(4)包括倾斜结构(5)，该倾斜结构(5)具有与其相关联的多个太阳能电池板(P)，该多个太阳能电池板(P)被组合成排(H)，各排(H)的电池板(P)被连接到相应的支承轴(E1，…En)上，该支承轴(E1，…En)可旋转并且适合于关于另一平行轴(G1，…Gn)旋转，该支承轴(E1，…En)被支承在所述倾斜结构(5)上，以及用于移动所提到的框架(4)和所提到的支承轴(E1，…En)的装置，以始终根据预定结构来定向太阳能电池板(P)，其特征在于，所述框架(4)包括底座(B)，该底座(B)有连接到其上的所述滚动元件(R)，并且在于，该倾斜结构(5)在离所提到的固定平台(1)的一定距离处被抬起到所述底座(B)上方，并且由至少两个支承梁(6、7)形成，该支承梁(6、7)界定出倾斜平面并且彼此被分开大于圆形轨道(2)的直径的距离。
2.根据权利要求1所述的太阳跟踪器，其特征在于，所述支承梁(6、7)被倾斜-角度，该角度实质上等于由各电池板(P)可采用的最小倾斜角加上在所述最小倾斜角和由各电池板(P)可采用的最大倾斜角之间的平均角度，全部所述角度都是关于水平面所取的。
3.根据权利要求2所述的太阳跟踪器，其特征在于，所述支承梁(6、7)被倾斜实质上45度的角度，各电池板(P)可采用的所述最小倾斜角为实质上10度以及各电池板(P)可采用的所述最大倾斜角为实质上80度，全部所述角度都是关于水平面所取的。
4.根据权利要求2所述的太阳跟踪器，其特征在于，所述支承梁(6、7)被倾斜实质上50度的角度，各电池板(P)可采用的所述最小倾斜角为实质上10度以及各电池板(P)可采用的所述最大倾斜角为实质上90度，全部所述角度都是关于水平面所取的。
5.根据权利要求2、3或4所述的太阳跟踪器，其特征在于，各排(H)太阳能电池板(P)的所述支承轴(E1，…En)横过彼此分开足够距离的所述支承梁(6、7)，从而在各排(H)电池板(P)可采用的任何位置中，太阳在一排(H)电池板(P)上的垂直入射不会在另一排电池板(P)上产生阴影，只要电池板(P)的所述倾斜角被包含在该最小角度到该最大角度之间。
6.根据权利要求1所述的太阳跟踪器，其特征在于，该框架(4)包括起始部分，该起始部分使几个分岔支柱(8)成为整体，该分岔支柱(8)通过横向加固梁(9)在靠近它们的自由端(8a)的点处连接，由所述自由端(8a)包围的关于底座(B)被扩大了的上部区段限定了用于正方形部件或支架(10)的支承件，该正方形部件或支架(10)连接到形成该倾斜结构(5)的所述支承梁(6、7)上。
7.根据权利要求1所述的太阳跟踪器，其特征在于，用于移动太阳能电池板(P)的排(H)的支承轴(E1，…En)的所述装置包括应用到轴(E3)上的驱动机构(11)和由连接杆(12)与杠杆(13)形成的将运动传递到其它轴上的传动机构。
8.根据权利要求7所述的太阳跟踪器，其特征在于，所述驱动机构(11)和所述传动机构被构造成关于它们自身来旋转所述支承轴(E1，…En)，各所述杠杆(13)在第一端处被固定到各自的一个所述支承轴(E1，…En)上并且在第二端处关于所述连接杆(12)中的至少一个的端部被铰接。
9.根据权利要求7所述的太阳跟踪器，其特征在于，所述驱动机构(11)和所述传动机构被构造成关于所述平行轴(G1，…Gn)旋转所述支承轴(E1，…En)，各所述杠杆(13)在第一端处被铰接到各自的一个所述平行轴(G1，…Gn)上，在离所述第一端一定距离处的一部分处固定到各自的一个所述支承轴(E1，…En)上并且在第二端处关于所述连接杆(12)中的至少一个的端部被铰接。
10.根据权利要求1所述的太阳跟踪器，其特征在于，排(H)的太阳能电池板(P)的所述支承轴(E1，…En)在它们的两端处突出超过所述支承梁(6、7)。
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