CN102184983B - 大型叁轴太阳能电池板承载装置 - Google Patents

Abstract

本发明大型叁轴太阳能电池板承载装置，属太阳能光状发电领域，垂直轴是由地基连接立柱、底盘和垂直钢构架组成的垂直架轴，四座垂直钢构架安装在底盘内接正方形的四角，并通过其构架之轴承圈与地基连接立柱的表面抱接，双水平轴分别与电池板搁架固接，并分别通过轴承与前高、后低两排垂直钢构架的顶部轴承座对应配合连接，仰角平衡与支撑调节机构其移动平衡体滑动轮配合在上滑道、其工字形撑杆之上下横杆分别滑动配合在上下滑道而连接在电池板搁架与垂直架轴之间，因此本发明为高承载强度下的平稳运行提供了稳定可靠的保障，显著提高了太阳能电池板装置的承载能力、运行稳定性，提升了装置在恶劣自然环境条件下的耐候性。

Description

大型叁轴太阳能电池板承载装置

技术领域

本发明大型叁轴太阳能电池板承载装置，属太阳能光状发电领域，涉及太阳能电池板承载及跟随太阳方位角和仰角的机械装置领域。

背景技术

当今，低碳环保和清洁能源的开发利用已是全球共同关心的重大课题，太阳能发电是关系社会经济发展可持续发展的重要领域，目前，光伏电站太阳能电池板承载装置多采用由单一垂直轴和单一水平轴构成双轴跟踪系统，但是此类双轴跟踪系统太阳能电池板承载装置的结构在一定范围内制约了光伏电站单机容量的提升和光伏发电产业的发展，存在的主要问题表现在以下两方面：

一、单一垂直轴的承载问题

目前太阳能电池板承载装置采用的双轴跟踪系统，是由单一垂直轴和单一水平轴组成。水平轴及其轴上电池板的全部重量均由该垂直轴承载，为了提高装置的承载力，通常是采用大直径垂直轴，对于粗大的垂直轴，其跟随太阳方位角时需用大功率电机方可驱动。尽管现有技术已经尽可能地将垂直轴直径加大、变粗，但相对于其力臂而言，仍然太小。因其力臂过小，减速机涡轮蜗杆拨动粗大的垂直轴时其灵活性和稳定性均较差，特别是当风力加大，电池板张力增大时，其电机驱动功率在一定范围内不可能随张力增大而无限增大，因此跟随太阳方位角时很困难，且电机和推杆均易被损坏，此类单一垂直轴的结构及其运转方式影响装置的承载和使用寿命，应该改变。

二、单一水平轴和仰角的平衡稳定问题

水平轴和其轴上全部电池板的重量均由垂直轴承载，而两轴之间的接触面却甚小，就像是一张大大的帆挂靠在一根细细的桅杆上，哪怕就是在静止的状态下，水平轴和其轴上全部电池板的重量都不可能均匀地分部在垂直轴的四周，更何况电池板在大风中跟随太阳仰角时，电池板面积与其张力成正比，面积较大的电池板将承受大大超出常态下的牵拉力，而此时水平轴上电池板的稳定及其仰角的固定单纯靠单一垂直轴和减速机涡轮蜗杆的丝杆二者来顶、撑也是远远不够的。

为满足发展清洁能源的需求，进一步提高光状系统发电量，必须解决制约太阳能光状发电站单机容量的扩大和发展的承载装置存在的问题，迫切需要开发用于太阳能光状发电站的具有高承载力、高安全性，高耐候性的大型太阳能电池板承载装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型叁轴太阳能电池板承载装置，以显著提高太阳能电池板承载装置的承载能力和运行稳定性，提升装置在恶劣自然环境且荷载加大条件下的耐侯性，并且能降低装置自身的动力驱动能耗，节能降耗。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明大型叁轴太阳能电池板承载装置，由垂直轴、水平轴、电池板搁架、仰角平衡与支撑调节机构、以及自动跟踪控制器组成，特点是垂直轴是由地基连接立柱、底盘和垂直钢构架组成的可旋转垂直架轴，其底盘内有方位角调节轮，其底部装有支承脚轮，地基连接立柱设置在底盘的中央与地基固接，四座垂直钢构架装于底盘内接正方形的四角，并通过其构架之轴承圈径向抱接在地基连接立柱的表面，四座垂直钢构架随底盘受控围绕地基连接立柱表面旋转以跟随太阳方位角，以跟随太阳方位角时朝向太阳的一面为前，四座垂直钢构架之前排两座垂直钢构架的高度高于后排两座垂直钢构架的高度；水平轴为两个，电池板搁架由中部主搁架和左右侧搁架经连杆连接，两个水平轴分别与中部主搁架、左右侧搁架固接，并分别通过轴承与前高、后低两排垂直钢构架的顶部轴承座对应配合连接，电池板搁架受控随其水平轴在前、后两排垂直钢构架的顶部轴承座内运转，以跟随太阳仰角；仰角平衡与支撑调节机构由上下滑道、移动平衡体、工字形撑杆及电机-减速机组成，上滑道设有上下两层滑轨，每层各两条滑轨对称固接在中部主搁架的中心纵梁上，下滑道的两条水平滑轨对称固接在前后钢构架的左右两侧，工字形撑杆之上下横杆两端的滑轮分别与上下滑道滑动配合而连接在垂直架轴、电池板搁架之间，移动平衡体的滑轮配合在上滑道的上层滑轨中，工字形撑杆的滑轮配合在上滑道的下层滑轨中，工字形撑杆的中心竖杆经丝杆与减速机涡轮蜗杆连接。

本发明装置设计创新，本发明不仅在垂直架轴与双水平轴之间所形成了多接触面平衡稳定的承载，而且在电池板搁架与垂直架轴之间设置连接有仰角平衡与支撑调节机构，因此，为本装置高承载强度和平稳运行提供了稳定可靠的保障。其创新优势主要体现在以下两方面：

一、本发明垂直轴创造性采用垂直架轴设计，本垂直架轴由地基连接立柱、底盘和四个垂直钢构架组成的，四座钢构架与底盘固接为一整体，并经轴承与地基连接立柱径向抱接，整套设备的重量除了由四座钢构架垂直传导至底盘，受底盘的八只脚轮支撑外，并得到设置在底盘中心的地基连接立柱的依托，四座垂直钢构架随底盘构成盘状运转方式，故承载力强大，且底盘半径大，相对转动的力臂较长，不仅重心低稳，抗气象灾害能力强，而且四个垂直钢构架跟随太阳方位角绕地基连接立柱运行性能优异，其运转灵活自如。

二、本发明采用的双水平轴和平衡调节机构设计，使本发明双水平轴上的电池板搁架跟随太阳仰角时其重心始终保持相对平衡。本发明电池板搁架分别与双水平轴连接并在垂直架轴顶端转动，两根水平轴既有效地增加了所搁置的电池板面积，又有利于本装置的自身平衡性，同时，工字形撑杆分别与电池板中部主搁架的上滑道、垂直架轴上的下滑道滑动配合，主搁架通过电池板搁架连杆带动左右侧架使双水平轴联动平衡，同时带动电池板主搁架、左右侧架仰角一致；由于电池板中部主搁架上滑轨设有上下两层滑道，工字形撑杆的上、下横杆分别与上滑轨的下层滑道、垂直架轴上的下滑道滑动配合连接，而移动平衡体则滑动配合在上滑轨的上层滑道中，当双水平轴上的电池板搁架跟随太阳仰角时，在仰角调节范围10度至80度的过程中，首先由移动平衡体向滑道的一端滑动，当水平轴上的电池板搁架重心向后(电池板背着太阳的一面为后)或向前(电池板朝向太阳的一面为前)倾时该平衡体停止移动。与此同时，工字形撑杆开始滑动，水平轴上的电池板搁架相对于垂直架轴的角度也随之发生相应改变，其无论处于何种仰角均由移动平衡体滑动配合工字形撑杆滑动来完成，当达到预定角度时与减速机涡轮蜗杆连接的工字形撑杆随即被锁定，即由于平衡调节机构的作用，使本双水平轴上的电池板搁架跟随太阳仰角时具有优良的灵活性和动平衡性。

附图说明

图1本发明装置后视结构示意图

图2本发明装置俯视结构示意图

图3本发明垂直架轴之地基连接立柱示意图

图4本发明垂直架轴之带脚轮的底盘与钢构架示意图

图5本发明装置垂直架轴示意图

图6本发明装置垂直架轴与下滑轨及工字形撑杆相关连接示意图

图7本发明装置平衡调节机构之上滑轨和移动平衡体及工字形撑杆与上下滑轨连接示意图

图8本发明装置侧视结构示意图

具体实施方式

现结合附图1-8说明本发明是如何实施的：

本发明大型叁轴太阳能电池板承载装置，垂直架轴由地基连接立柱1、底盘2和垂直钢构架3组成，底盘2内有方位角调节轮4，其底部装有支承脚轮2a，地基连接立柱1设置在底盘2的中央与混凝土地基固接，四座垂直钢构架3之间由支架相互交错固接，其底部与底盘2内接正方形的四角固接，并通过其支架上的轴承圈径向抱接在地基连接立柱1的表面，四座垂直钢构架可随底盘受控围绕地基连接立柱表面旋转以跟随太阳方位角，四座垂直钢构架3的前排(跟随太阳方位角时朝向太阳的一面为前，以下相同)两座垂直钢构架3a的高度高于后排两座垂直钢构架3b的高度，自动跟踪控制器K设置在垂直钢构架上；

水平轴上的电池板搁架由纵梁和横梁垂直交错组成，搁架6分中部主搁架6a和左右侧架6b，两部分分别由电池板搁架连杆w连接组成，前后设置的两个水平轴5a、5b分别与中部主搁架6a、左右侧搁架6b的纵梁固接，该前后水平轴5a、5b的中心部位分别通过轴承与前、后两排垂直钢构架3a、3b顶部轴承座对应配合连接，电池板搁架即可随水平轴受控在该轴承座内相对水平面作仰、俯转动；

仰角平衡与支撑调节机构连接在垂直架轴、电池板搁架之间，该机构由上下滑道、移动平衡体、工字形撑杆和电机-减速机组成：上滑道7设有上下两层滑轨，每层各两条滑轨对称固接在中部主搁架6a的中心纵梁上，下滑道8的两条水平滑轨8z、8y分别与左右两侧的前后钢构架固接，工字形撑杆9连接在上下滑道之间，其上横撑杆9s两端的滑轮分别与上滑道7的下层滑轨配合连接，其下横撑杆9x两端的滑轮与下滑道8的两条滑轨8z、8y配合连接，电机-减速机设置在上滑轨7的两条滑轨远离水平轴的末端，工字形撑杆9的中心竖杆中部由丝杆与电机-减速机涡轮蜗杆J连接，移动平衡体10通过其滑轮配合连接在上滑道7的上层滑轨中。上述各部件在市售产品自动跟踪控制器的设定指令下，分别完成跟随太阳方位角和仰角及不同角度的自动锁定等功能。

关于本装置的实际运行：

1.跟随太阳方位角：自动跟踪控制器k将方位角动作信号传导至底盘2上与方位角调节轮4轴心相连的电机-减速机，该电机运转时驱动方位角调节轮4由此带动底盘转动，其正向或反向运转时底盘2及底盘2上的四座钢构架3通过轴承环绕地基连接立柱1转动，至预定方位角时停止转动，随即方位角调节轮4被减速机涡轮蜗杆锁定，由于底盘2较大，带动该垂直架轴的力臂相对较长，因此，尽管垂直架轴上有较大的荷载(电池板搁架和电池板等重量)，其运转只需小功率电机驱动便可灵活自如。在常态下，本装置全部重力垂直传导至底盘2的八只脚轮2a上，由于其重心极低，装置的稳定性很好，在恶劣的气候环境中(如大风)本装置可依托地基连接立柱1免除外力对其结构及功能的影响。因此，本装置在恶劣自然环境中，哪怕荷载增加若干倍也仍能正常运转，其耐候性是极强的。

2.跟随太阳仰角：自动跟踪控制器k发出调节信号至移动平衡体10驱动电机，该电机驱动移动平衡体10向上滑道7一端滑动，当水平轴上的电池板重心开始向后(电池板背着太阳的面为后)或向前(电池板朝向太阳的一面为前)倾时，该平衡移动体10停止滑动，与此同时，工字形撑杆9开始滑动至所需仰角的位置，由此带动水平轴5上的电池板跟随太阳仰角，该电池板无论变换何种仰角均由平衡移动体10滑动配合工字形撑杆9滑动来完成，达到所需角度后工字形撑杆9被与其连接的减速机涡轮蜗杆j锁定。水平轴5a上的电池板无论处于何种仰角其上滑道滑轨与垂直架轴上的下滑道滑轨之间始终由工字形撑杆9支撑(电池板后倾时起支撑作用)或者牵拉(电池板前倾时起牵拉作用)着，当其由牵拉状态朝支撑状态转换时(大约为电池板相对垂直架轴前夹角10度开始)，首先由移动平衡体10向垂直于水平轴5a的远端滑动，使水平轴5a上电池板的重心向后倾，然后工字形撑杆9才开始向垂直于水平轴5a的远端滑动，其作用既可调节电池板的仰角又同时在所需仰角时起支撑作用，一旦水平轴5上的电池板重心向后倾(大约为电池板相对垂直架轴前夹角30度以上)，工字形撑杆9就处于承受重力的支撑状态，此时移动平衡体10将向垂直于水平轴5a的近端滑动，以减轻电池板朝后倾的重力，使工字形撑杆9能在水平轴上电池板重力相对平衡状态中完成仰角的调节。

3.仰角锁定方式：在常态下，电池板仰角锁定单靠减速机涡轮蜗杆连接丝杆j就能完成，但在恶劣的气候环境中(如大风)上述直接由涡轮蜗杆的锁定方式极不稳定，且易损坏相关设备。然而本发明装置是由减速机涡轮蜗杆连接丝杆j直接锁定工字形撑杆9，而由该撑杆在支撑电池板的同时间接锁定其仰角，如遇大风，电池板上由此增加的重力可像常态时一样由工字形撑杆9经垂直架轴3传导至底盘2上的脚轮2a，使本装置的运转始终处于轻松、灵活、稳定状态中。

本发明大型叁轴太阳能电池板承载装置，采用角钢、槽钢、钢管、钢板等不同规格的材料制成，其承载电池板重量或面积大小根据需要而定。在一定承载范围内，本发明大型叁轴太阳能电池板承载装置的尺寸规格，与太阳能电池板重量或面积大小成正比。

Claims (6)

1.大型叁轴太阳能电池板承载装置，由垂直轴、水平轴、电池板搁架、仰角平衡与支撑调节机构、以及自动跟踪控制器组成，其特征在于垂直轴是由地基连接立柱、底盘和垂直钢构架组成的可旋转垂直架轴，地基连接立柱设置在底盘的中央与地基固接，四座垂直钢构架装于底盘内接正方形的四角，并通过其构架之轴承圈径向抱接在地基连接立柱的表面，四座垂直钢构架随底盘受控围绕地基连接立柱表面旋转，以跟随太阳方位角，以跟随太阳方位角时朝向太阳的一面为前，四座垂直钢构架之前排两座垂直钢构架的高度高于后排两座垂直钢构架的高度；两根水平轴分别与电池板搁架之中部主搁架、左右侧搁架连接，并分别通过轴承与前、后排各两座垂直钢构架的顶部轴承座对应配合连接；电池板搁架受控随其水平轴在前、后两排垂直钢构架的顶部轴承座内运转，以跟随太阳仰角；仰角平衡与支撑调节机构由上下滑道、移动平衡体、工字形撑杆及电机-减速机组成，上滑道之滑轨对称固接在中部主搁架的中心纵梁上，下滑道的两条水平滑轨对称固接在前后钢构架的左右两侧，移动平衡体滑动配合在上滑道，工字形撑杆之上下横杆两端分别与上下滑道滑动配合连接在电池板搁架与垂直架轴之间。

2.根据权利要求1所述的大型叁轴太阳能电池板承载装置，其特征在于可旋转垂直架轴其底盘内有方位角调节轮，其底盘底部装有支承脚轮。

3.根据权利要求1所述的大型叁轴太阳能电池板承载装置，其特征在于电池板搁架之中部主搁架和左右侧搁架之间经连杆连接。

4.根据权利要求1所述的大型叁轴太阳能电池板承载装置，其特征在于上滑道之滑轨为上下两层，每层各有两条对应滑轨，移动平衡体滑动配合在其上层滑轨，工字形撑杆之上横杆滑动配合在其下层滑轨。

5.根据权利要求1所述的大型叁轴太阳能电池板承载装置，其特征在于工字形撑杆之上下横杆两端装有滑轮。

6.根据权利要求1所述的大型叁轴太阳能电池板承载装置，其特征在于工字形撑杆的中心竖杆经丝杆与减速机涡轮蜗杆连接。

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