CN102799189B - 联动式单轴太阳能追踪器系统及其转动驱动机构 - Google Patents
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Abstract
一种联动式单轴太阳能追踪器系统及其转动驱动机构，所述的追踪器系统包括构成追踪器阵列的至少两列单轴太阳能追踪器和驱动装置，同一列追踪器中的各单轴太阳能追踪器具有同一转轴，且各转轴的转动轴线相互平行；在各列追踪器的转轴上均固定连接垂直的转动臂；所述驱动装置包括至少一个转动驱动器，如回转减速机，其转动轴与各列追踪器的转动轴线平行，转动轴上固定连接垂直的驱动转动臂；驱动转动臂与各列追踪器转轴上的转动臂通过刚性的连杆依次铰接连接，所述的连杆与各列追踪器转轴垂直。转动驱动器转动时带动驱动转动臂转动，依次相连的连杆中产生线性推拉运动，带动与之相连的转动臂推动各列追踪器绕其转轴转动。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能应用装置，特别是涉及一种同步驱动多个太阳能装置跟随太阳转动的联动式单轴太阳能追踪器系统及其转动驱动机构。
背景技术
太阳能等可再生能源成为解决能源问题，实现可持续性发展的关键选项。太阳能的优势主要表现在污染少、产能主要在白天与能源需求合拍和资源丰富。目前发展太阳能的主要挑战是成本太高。太阳能自动追踪器能帮助太阳能光电或光热装置(如光伏电池板等)以更好的入射角接受太阳光照射，用来提高发电效率，从而降低发电成本。
传统的独立式太阳能单轴追踪器，一般每个追踪器或每行追踪器采用一个马达和一个控制器控制运行，每个马达和控制器所能驱动的太阳能板面积有限，总的材料、施工和维护成本很高。为降低太阳能追踪的成本，专利号为US 6,058,930的美国专利披露了一种联动式的单轴驱动器系统，它采用位于追踪器阵列以外一边的一个线性驱动器，如液压驱动杆或者螺旋升降机，同时驱动形成追踪器阵列的多行单轴追踪器跟随太阳每天的东西向转动。该系统的优点是采用多行单轴追踪器联动方式，减少了单位面积太阳能板的驱动成本；它的主要缺点在于：随追踪器阵列光电设备面积的增加，离驱动装置最近的驱动杆要承受所有光电设备上的风力等荷载，驱动杆和连杆的尺寸需要很大从而变得不够经济。同时驱动杆在不同的追踪角度，特别是在有坡度的场地，产生较大的上拔力和下压力，增加驱动杆附近的基础和转动梁的成本。另外，驱动装置需要设置在追踪器阵列外，也要多占用土地。
发明内容
本发明旨在针对现有技术中太阳能单轴追踪器存在的上述缺陷，提供一种结构合理，系统成本更低的联动式单轴太阳能追踪器系统及其驱动机构。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种联动式单轴太阳能追踪器系统，包括构成追踪器阵列的至少两列单轴太阳能追踪器和驱动各单轴太阳能追踪器转动的驱动装置；所述单轴太阳能追踪器包括转轴及安装在转轴上的太阳能收集装置，同一列追踪器中的各单轴太阳能追踪器的转轴为同一转轴；每列追踪器均设有至少一个基座，其转轴可转动地安装在所述的基座上，且各列追踪器的转动轴线相互平行；在各列追踪器的转轴上均固定连接至少一个与其垂直的转动臂，转动臂的转动中心为该转轴；所述驱动装置包括至少一个转动驱动器，所述转动驱动器包括转动轴，所述的转动轴与各列追踪器的转动轴线平行，转动轴上固定连接至少一个与该轴垂直的驱动转动臂，该驱动转动臂的转动中心与转动轴一致；转动轴上的至少一个驱动转动臂与各列追踪器转轴上的至少一个转动臂通过刚性的连杆依次铰接连接，所述的连杆与各列追踪器转轴垂直。
当驱动装置运转时，转动驱动器实现转动运动，带动驱动转动臂转动，与驱动转动臂连接的各连杆产生推拉线性运动，带动各列追踪器绕其转轴转动，驱动单轴太阳能追踪器绕各自转轴同步转动，实现跟踪太阳的运动。
优选地，相邻两列追踪器转轴上转动臂的转动中心，与连接该相邻两列追踪器转轴上转动臂的连杆的两个连接点，形成平行四边形的顶点；并且转动驱动器上驱动转动臂的转动中心与相邻列追踪器转轴上转动臂的转动中心，与连接该驱动转动臂与该相邻列追踪器转轴上转动臂的连杆的两个连接点，形成平行四边形的顶点。
本发明的联动式单轴太阳能追踪器系统一种实现方式是，所述的驱动装置的转动轴与追踪器阵列中的一列追踪器的转轴同轴。共用转轴的列追踪器可以是位于追踪器阵列中心的一列追踪器，或是位于追踪器阵列一侧的一列追踪器，还可以是追踪器阵列中其它的任意一列追踪器。
本发明的联动式单轴太阳能追踪器系统另一种实现方式是，所述的驱动装置的转动轴为独立转动轴，不与追踪器阵列中任何一列追踪器的转轴同轴。所述驱动装置的转动驱动器可设置在追踪器阵列内，如位于追踪器阵列中心；或设置在追踪器阵列外。
所述追踪器系统中，转动驱动器包括但不限于回转减速机、蜗轮蜗杆减速机或者回转齿轮等。
所述的追踪器系统中，单轴太阳能追踪器的转轴水平设置，或倾斜于水平面，或垂直于水平面。
所述的追踪器系统中，单轴太阳能追踪器的转轴其形式并无特别限定，可以是圆形轴、方形轴等。本领域技术人员易于理解，所述的转轴还包括桁架，或者是其他刚性的由直杆组成的平面或立体的复合结构形式。
所述的追踪器系统中，太阳能收集装置包括但不限于光伏太阳能板、光热太阳能板、平面反射镜或抛物面反射镜等各种光伏、光热、聚光设备。
本发明还涉及一种联动式单轴太阳能追踪器的转动驱动机构，用于联接构成追踪器阵列的至少两列单轴太阳能追踪器，所述单轴太阳能追踪器包括转轴及安装在转轴上的太阳能收集装置；同一列追踪器中的各单轴太阳能追踪器的转轴为同一转轴；每列追踪器均设有至少一个基座，其转轴可转动地安装在所述的基座上，且各列追踪器转轴的转动轴线相互平行，其特征在于：所述转动驱动机构包括在各列追踪器的转轴上固定连接的与该转轴垂直的转动臂，转动臂的转动中心为该转轴；所述转动驱动机构还包括至少一个转动驱动器，所述转动驱动器包括转动轴，所述的转动轴与各列追踪器转轴的转动轴线平行，转动轴上固定连接至少一个与该轴垂直的驱动转动臂，该驱动转动臂的转动中心与转动轴一致；转动轴上的至少一个驱动转动臂与各列追踪器转轴上的至少一个转动臂通过刚性的连杆依次铰接连接，所述的连杆与各列追踪器转轴垂直。
所述联动式单轴太阳能追踪器系统及其转动驱动机构，至少具有以下有益效果：1)单轴太阳能追踪器可以方便地沿驱动转动轴镜像布置，连杆需要承担的最大风荷载仅为追踪器阵列一半光电设备上的荷载，或者说在采用与目前技术相同的连杆的条件下，本发明的追踪器系统能推动的光电设备为目前技术的两倍；2)采用本发明的追踪器系统，其中的驱动部件结构科学，受力更加合理，不会产生导致驱动装置产生失稳破坏的压力荷载，也不会由于追踪角度不同时产生作用于邻近基础和追踪器转轴上的额外的上拔力和下压力；3)驱动转动轴可以共用追踪器转轴，或方便的将转动驱动器设置在追踪器阵列内，不需占用额外上地。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。
附图说明
图1是现有技术中采用线性驱动器的联动单轴太阳能追踪系统的俯视结构示意图；
图2是现有技术中采用线性驱动器的联动单轴太阳能追踪系统的东西向(图1中2-2剖视)侧视结构示意图；
图3是本发明第一个实施例的联动式单轴太阳能追踪器系统的俯视结构示意图；
图4是本发明第一个实施例的联动式单轴太阳能追踪器系统的东西向(图3中4-4剖视)侧视结构示意图；
图5是本发明第一个实施例的联动式单轴太阳能追踪器系统的南北向(图3中5-5剖视)侧视结构示意图；
图6是本发明第二个实施例的联动式单轴太阳能追踪器系统的俯视结构示意图；
图7是本发明第三个实施例的联动式单轴太阳能追踪器系统的俯视结构示意图；
图8是本发明第四个实施例的联动式单轴太阳能追踪器系统的俯视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述，但所述的实施例并不用于限制本发明，凡是在不脱离本发明技术实质或宗旨的前提下，采用与本发明相似的结构或作出等同或等效的变化或替换，均应列入本发明的保护范围。
如图1和图2所示是现有技术中采用线性驱动器实现的联动式单轴太阳能追踪器系统，包括多个单轴太阳能追踪器，及用于驱动各单轴太阳能追踪器转动的驱动装置。所述单轴太阳能追踪器包括转轴12及安装在转轴12上的太阳能收集装置10；在该例中，各单轴太阳能追踪器分别设置在2个以上转轴12上，并从西至东排列成多列形成一个追踪器阵列；同一追踪器列中的各追踪器共用同一根转轴12，并可以绕该轴转动；每个追踪器列均设有至少一个基座18，各基座18分别固定在地基16上，每根转轴12转动安装在本列的各基座18上，且各追踪器列的转轴12的转动轴线相互平行；各转轴12上有一个与其垂直的转动臂17。追踪器阵列的驱动装置包括固定在地基16上的马达、控制器和基础11，线性驱动器13(如液压驱动杆、螺旋千斤顶)，和连接各追踪器列转动臂17的连杆14、15。当线性驱动器13产生伸缩运动时，带动直接与其相连的第一个连杆14和其它连杆15产生推拉运动，从而带动各追踪器列绕它们的转轴12转动。该系统的主要特征是：(1)驱动装置是线性驱动器；(2)线性驱动器位于追踪器阵列的一端，本例在西端(也可以在东端)，且离开追踪器的转轴位于追踪器阵列外；(3)第一个连杆14需要承担除第一排追踪器外所有追踪器上传递来的荷载，当追踪器的列数很多时连杆14上的荷载很大；(4)线性驱动器要承受拉压力，特别是在压力的作用下线性驱动器13容易产生失稳破坏，限制了每个追踪器阵列的大小。
如图3-图5所示，为本发明第一个实施例所提供的一种联动式单轴太阳能追踪器系统及其转动驱动机构。联动式单轴太阳能追踪器系统包括多个单轴太阳能追踪器，排列成至少两列构成追踪器阵列，及用于驱动各单轴太阳能追踪器转动的驱动装置。所述单轴太阳能追踪器包括转轴112及安装在转轴112上的太阳能收集装置110；在该实施例中，各单轴太阳能追踪器从西至东排列成多列形成一个追踪器阵列；同一追踪器列中的各追踪器共用同一根转轴112，并可以绕该轴转动；每个追踪器列均设有至少一个基座118，各基座118分别固定在地基116上，每根转轴112转动安装在本列的各基座118上，且各追踪器列的转轴112的转动轴线相互平行；各转轴112上有一与其垂直的转动臂117。追踪器阵列的驱动装置包括固定在地基116上的基础119、以及马达(包括控制器)120和转动驱动器111(如回转减速机)，马达传动连接转动驱动器111的驱动转动轴，转动驱动器111的驱动转动轴上固定连接垂直的驱动转动臂113。所述的转动驱动器111设置在追踪器阵列中部，其转动轴与位于追踪器阵列中心的追踪器列的转轴同轴，驱动转动臂113即为该列追踪器的转动臂。驱动转动臂113与追踪器阵列的其它各追踪器列转轴112上的转动臂117依次通过刚性连杆114、115铰接连接。刚性连杆114、115离开并与各列追踪器转轴112垂直，相邻两列追踪器的转动臂117(或驱动转动臂113)与连杆114或115平行，且相邻两列追踪器转轴的转动轴心的连线与连接该相邻两列追踪器转轴上的转动臂的连杆114或115平行。当转动驱动器111产生转动运动时，位于追踪器阵列中心的追踪器列绕轴转动，同时带动驱动转动臂113转动，该转动运动引起直接与驱动转动臂113相连的第一个连杆114和其它连杆115产生推拉运动，从而带动其它各追踪器列绕它们各自的转轴112转动。由于刚性连杆之间，以及刚性连杆与转动臂之间采用铰接，转轴与转动驱动器转动轴的高度、刚性连杆的角度等，可以根据地基的地形匹配设置，比如，方便地与地基的坡度一致。
该系统的主要特征是：(1)驱动装置是转动驱动器，如回转减速机；(2)转动驱动器位于追踪器阵列的中间，并与阵列中间的一列追踪器共用转动轴；(3)直接与驱动转动臂113相连的连杆114仅需要承担位于它东边或者西边一侧的所有追踪器上传递来的荷载，或者说约为整个追踪器阵列中一半的追踪器上的荷载；(4)转动驱动器111以及驱动转动臂113不需要承担导致失稳破坏的压力。
在本实施例中，转动驱动器采用回转减速机。在本实施例或其它的应用中也可以采用不同的转动驱动器，如回转齿轮、蜗轮蜗杆减速机等。以不同的转动驱动器类型替换本实施例中的回转减速机构成本发明的一部分，应当包含在本发明的保护范围内。
采用本发明的联动式单轴太阳能追踪器系统，其驱动装置可根据场地及施工条件进行不同的设计或变化。
如图6所示，本发明第二个实施例所提供的一种联动式单轴太阳能追踪器系统，与本发明第一个实施例之间的区别在于，转动驱动器转动轴共用位于驱动器阵列一端的追踪器列的转轴。
如图7所示，本发明第三个实施例所提供的一种联动式单轴太阳能追踪器系统，与本发明第一个实施例之间的区别在于，转动驱动器位于驱动器阵列中部，但采用不与任何追踪器列的转轴同轴的独立转动轴。所述的追踪器系统中，驱动转动臂113与追踪器阵列的各追踪器列转轴112上的转动臂117，由近及远依次通过刚性连杆114、115铰接连接。
如图8所示，本发明第四个实施例所提供的一种联动式单轴太阳能追踪器系统，与本发明第三个实施例之间的区别在于，转动驱动器位于驱动器阵列一侧，并采用不与追踪器列的转轴同轴的独立转动轴。
本发明各种具体实施方式中，各太阳能收集装置在转轴上的初始追踪角度可以全部相同，也可以分别设置不同的角度。转轴可以是圆形轴、方形轴、桁架或者其他复合结构。
本发明上述实施例中的转轴都是水平设置，本领域技术人员不难理解，在本发明的实际应用时，转轴也可以倾斜于水平面或垂直于水平面设置。
本发明中的地基可以是屋面或者支持追踪器结构的其它结构物。
Claims (7)
1.一种联动式单轴太阳能追踪器系统，包括构成追踪器阵列的至少两列单轴太阳能追踪器、马达和驱动各单轴太阳能追踪器转动的转动驱动机构；
所述单轴太阳能追踪器包括转轴及安装在转轴上的太阳能收集装置，同一列追踪器中的各单轴太阳能追踪器的转轴为同一转轴；每列追踪器均设有至少一个基座，其转轴可转动地安装在所述的基座上，且各列追踪器转轴的转动轴线相互平行；在各列追踪器的转轴上均固定连接至少一个与其垂直的转动臂，转动臂的转动中心为该转轴；
所述转动驱动机构包含至少一个转动驱动器、至少一个驱动转动臂和至少一个刚性的连杆，所述转动驱动器为回转减速机、蜗轮蜗杆减速机或者回转齿轮，包括转动驱动轴，所述的转动驱动轴与各列追踪器转轴的转动轴线平行，所述马达传动连接所述转动驱动器的驱动转动轴，所述转动驱动器的转动驱动轴上固定连接至少一个与该轴垂直的驱动转动臂，所述驱动转动臂的转动中心轴与转动驱动器的转动驱动轴共轴；转动驱动轴上的至少一个驱动转动臂与各列追踪器转轴上的至少一个转动臂通过所述的连杆依次铰接连接，所述的连杆与各列追踪器转轴垂直。
2.根据权利要求1所述的单轴太阳能追踪器系统，其特征在于：所述的转动驱动器的转动驱动轴与所述至少两列单轴太阳能追踪器中的一列追踪器的转轴同轴。
3.根据权利要求1所述的单轴太阳能追踪器系统，其特征在于：所述的转动驱动器的转动驱动轴采用独立转动轴，不与所述至少两列单轴太阳能追踪器中任何一列追踪器的转轴同轴。
4.根据权利要求3所述的单轴太阳能追踪器系统，其特征在于：所述驱动机构的转动驱动器设置在所述至少两列单轴太阳能追踪器构成的追踪器阵列内，或设置在追踪器阵列外。
5.根据权利要求1所述的单轴太阳能追踪器系统，其特征在于：所述的追踪器系统中，单轴太阳能追踪器的转轴水平设置、倾斜或垂直于水平面设置。
6.根据权利要求1所述的单轴太阳能追踪器系统，其特征在于：所述的转轴采用桁架结构。
7.一种联动式单轴太阳能追踪器的转动驱动机构，用于联接构成追踪器阵列的至少两列单轴太阳能追踪器，所述单轴太阳能追踪器包括转轴及安装在转轴上的太阳能收集装置；同一列追踪器中的各单轴太阳能追踪器的转轴为同一转轴，所述的转轴上固定连接与该转轴垂直的转动臂，转动臂的转动中心为该转轴；每列追踪器均设有至少一个基座，其转轴可转动地安装在所述的基座上，且各列追踪器转轴的转动轴线相互平行，其特征在于：
所述转动驱动机构还包括至少一个转动驱动器、至少一个驱动转动臂和至少一个刚性的连杆，所述转动驱动器为回转减速机、蜗轮蜗杆减速机或者回转齿轮，所述转动驱动器的转动驱动轴与各列追踪器的转动轴线平行，马达传动连接所述转动驱动器的驱动转动轴，所述转动驱动器的转动驱动轴上固定连接至少一个与该轴垂直的驱动转动臂，所述驱动转动臂的转动中心轴与转动驱动器的转动驱动轴共轴；转动驱动轴上的至少一个驱动转动臂与各列追踪器转轴上的至少一个转动臂通过所述的连杆依次铰接连接，所述的连杆与各列追踪器转轴垂直。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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Granted publication date: 20150826 |