CN102841608A

CN102841608A - 一种双轴太阳能跟踪系统

Info

Publication number: CN102841608A
Application number: CN2012103708893A
Authority: CN
Inventors: 王维廷
Original assignee: HEC SOLAR ENERGY HIGH TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEC SOLAR ENERGY HIGH TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2012-12-26

Abstract

本发明涉及一种双轴太阳能跟踪系统，其包括底座、方位角系统、高度角系统和电池板组件，其中，所述方位角系统包括桁架式立柱、桁架式回转支架和方位角传动装置，在所述桁架式立柱的支撑下，所述方位角传动装置驱动所述桁架式回转支架围绕竖直轴线旋转；所述高度角系统包括平台、高度角支架和高度角传动装置，在所述平台的支撑下，所述高度角传动装置驱动所述高度角支架绕着水平轴线旋转；所述电池板组件安装在所述高度角支架上。根据本发明的技术方案，由于所述双轴太阳能跟踪系统中的立柱和回转支架均采用了桁架结构，降低了该系统的成本，且这些桁架结构的抗弯能力和承重能力也有所提高，增强了该系统的安全性。

Description

一种双轴太阳能跟踪系统

技术领域

本发明涉及一种双轴太阳能跟踪系统。

背景技术

太阳能跟踪系统是能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，与固定式太阳能系统相比，太阳能跟踪系统将增加太阳辐射接收量，能够显著提高太阳能光伏组件的发电效率。常见的太阳能跟踪系统包括双轴或单轴太阳能跟踪系统。

现有的双轴太阳能跟踪系统，结构上大多采用厚壁空心管作为支撑立柱，采用蜗轮蜗杆结构作为方位角传动部件，采用滚珠丝杠结构作为高度角传动部件。该双轴太阳能跟踪系统的工作原理为：按照控制电路设定的程序，驱动方位角电机带动蜗轮蜗杆结构传动，同时驱动高度角电机带动滚珠丝杠结构传动，厚壁空心管作为整个机械结构的支撑。然而，现有系统中的厚壁空心管、蜗轮蜗杆或者滚珠丝杠等部件的造价相对较高，使得整个双轴太阳能跟踪系统的成本较高；并且厚壁空心管的抗弯能力和承重力也有限，使得整个双轴太阳能跟踪系统的安全性降低。

因此，有必要针对现有双轴太阳能跟踪系统存在的上述缺陷进行改进。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种双轴太阳能跟踪系统，其成本较低且安全性较高，能够广泛适用于各种太阳能跟踪场合。

为了实现上述目的，提供了一种双轴太阳能跟踪系统，其包括底座、方位角系统、高度角系统和电池板组件，其中，所述方位角系统包括桁架式立柱、桁架式回转支架和方位角传动装置，在所述桁架式立柱的支撑下，所述方位角传动装置驱动所述桁架式回转支架围绕竖直轴线旋转；所述高度角系统包括平台、高度角支架和高度角传动装置，在所述平台的支撑下，所述高度角传动装置驱动所述高度角支架绕着水平轴线旋转；所述电池板组件安装在所述高度角支架上。

进一步地，所述桁架式立柱包括中间支柱，设置在所述底座上并支撑所述中间支柱的支撑架，以及分别设置在所述中间支柱上、下两端的上法兰盘、下法兰盘；所述桁架式回转支架包括上层轮系和下层轮系，所述上层轮系和下层轮系分别与所述上法兰盘、下法兰盘的外缘相配合，使得所述桁架式回转支架能够绕着所述桁架式立柱旋转。

进一步地，所述上层轮系包括分别设置在所述桁架式回转支架的上端的多个上层轮组，每个所述上层轮组均包括设置在所述上法兰盘外端面的第一滚轮以及分别设置在所述上法兰盘的外缘上、下表面的第二滚轮、第三滚轮，所述第一滚轮、第二滚轮和第三滚轮一起夹持着所述上法兰盘的外缘；所述下层轮系包括分别设置在所述桁架式回转支架的下端的多个下层轮组，每个所述下层轮组均包括设置在所述下法兰盘外端面的第四滚轮，所述第四滚轮抵靠着所述下法兰盘的外端面。

进一步地，所述上层轮组为四个，分别设置在所述桁架式回转支架的上端的四角处；所述下层轮组为四个，分别设置在所述桁架式回转支架的下端的四角处。

进一步地，所述方位角传动装置包括电机、由所述电机驱动的减速器、与所述减速器的输出轴连接的小齿轮、以及与所述小齿轮相啮合的大齿轮，所述大齿轮输出旋转力矩。

进一步地，所述高度角支架包括一对分支架，所述分支架分别设置在所述高度角传动装置的两边并与所述高度角传动装置相连。

进一步地，所述分支架包括高度角轴，设置在所述高度角轴两端的左法兰盘(92)、右法兰盘，贯穿所述高度角轴的中心并分别从所述左法兰盘、右法兰盘的两个外侧面伸出的中心轴，以及用于支撑所述中心轴的轴承座。

进一步地，所述高度角传动装置包括电机、与所述电机连接的蜗轮蜗杆机构、与所述蜗轮蜗杆机构的输出端连接的齿轮副，所述齿轮副中的大齿轮输出旋转力矩。

进一步地，所述底座、平台、中间支柱、支撑架均由角钢组合而成。

进一步地，所述高度角轴由角钢组合而成。

根据本发明的技术方案，由于所述双轴太阳能跟踪系统中的立柱和回转支架均采用了桁架结构，降低了系统的成本，且这些桁架结构的抗弯能力和承重能力也有所提高，增强了该系统的安全性。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的双轴太阳能跟踪系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的底座和方位角系统的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是根据本发明实施例的高度角系统的部分结构示意图；以及

图5是从图4的左侧观察时的侧视图。

具体实施方式

需要说明的是，在没有明确限定或不冲突的情况下，本发明的各个实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例的双轴太阳能跟踪系统的结构示意图。如图1所示，所述双轴太阳能跟踪系统总体上由四大部分组成：底座1、方位角系统2、高度角系统3和电池板组件4。其中，底座1安装在水平地面上，用于支撑整个太阳能跟踪系统的其余部件。底座1由角钢组合而成，构成类似矩形箱体，使其结构牢固可靠。为了进一步增强底座的定位可靠性，底座还可以通过地脚螺钉或固定板等结构与水平地面相连接。方位角系统2用于驱动高度角系统3和电池板组件4围绕着竖直轴线旋转，高度角系统3用于承载驱动电池板组件4并使其能够围绕水平轴线在一定范围内旋转，从而，通过方位角系统2和高度角系统3两者之间的配合，电池板组件4能够改变其姿态，以保持太阳能电池板随时正对太阳。

在现有技术中，方位角系统中通常采用厚壁空心管作为支撑结构，所述厚壁空心管的造价较高，而且需要承受较高的负荷和较大的弯曲应力。而在本发明的实施例中，为了降低部件的成本并提高系统的安全性，方位角系统中采用了桁架结构的部件，包括桁架式立柱和桁架式回转支架。

图2是根据本发明实施例的底座和方位角系统的结构示意图，图3是图2的俯视图。如图2和3所示，方位角系统包括桁架式立柱5、桁架式回转支架6和方位角传动装置7。所述桁架式立柱5设置在底座1上，用于支撑整个方位角系统。所述方位角传动装置7将电机的驱动力经过减速后传递给所述桁架式回转支架6，从而使得桁架式回转支架6可以围绕着桁架式立柱5(即围绕着竖直轴线)进行360度的旋转。

如图2所示，桁架式立柱5包括中间支柱51、支撑架52、上法兰盘53和下法兰盘54。其中，支撑架52为角钢构成的桁架结构，其设置在底座1和中间支柱51之间并与它们分别连接，从而支撑中间支柱51。中间支柱51也是由角钢组成的桁架结构。支撑架52和中间支柱51共同构成了桁架式立柱的主体即组合轴，由于该组合轴采用了桁架结构，其尺寸与原有太阳能跟踪系统的厚壁空心管的尺寸相当，但是重量却比厚壁空心管小得多，也降低了成本，且该桁架结构的抗弯能力和承重能力也有所提高，增强了该系统的安全性。

如图2所示，中间支柱51的上、下两端分别设置有上法兰盘53和下法兰盘54。所述上法兰盘53和下法兰盘54均为圆盘状，且从该圆盘上、下表面的中心(即法兰盘与中间支柱的结合部)至外缘均为光滑的，其在竖直轴线上的外端面也是光滑的，从而所述法兰盘的外缘和外端面构成了光滑的导轨。相对应的，桁架式回转支架6包括上层轮系和下层轮系，所述上、下层轮系分别与所述上、下法兰盘的外缘和外端面相配合，从而使得桁架式回转支架6能够围绕着桁架式立柱5旋转。

在本实施例中，如图3所示，所述上层轮系包括分别设置在所述桁架式回转支架6的上端四角处的四个上层轮组61(图3桁架式立柱5四角处的虚线框所示)。如图2所示，每个所述上层轮组61均包括第一滚轮611、第二滚轮612和第三滚轮613，第一滚轮611设置在上法兰盘53的外端面，第二滚轮612设置在上法兰盘53的外缘的上表面，第三滚轮613设置在上法兰盘53的外缘的下表面，从而，第一滚轮611、第二滚轮612和第三滚轮613一起夹持着上法兰盘53的外缘，并以所述外缘和外端面为导轨，所述上层轮组在该导轨上运动。又如图2所示，所述下层轮系包括分别设置在所述桁架式回转支架6的下端四角处的四个下层轮组，每个下层轮组均包括设置下法兰盘54外端面的第四滚轮614，所述第四滚轮614抵靠着所述下法兰盘54的外端面，从而以下法兰盘54的外端面为导轨，所述下层轮组在该导轨上运动。

根据这样的结构，由于桁架式回转支架6的上端四角处分别设有四个上层轮组61，每个上层轮组61中，第一滚轮611、第二滚轮612和第三滚轮613分别从三个方向夹持着上法兰盘53的外缘，从而限制了桁架式回转支架6垂直向上、向下和左右的自由度，有利于桁架式回转支架的回转运动，且具有较大的支撑力，保证了整个结构的稳定性。由此，也可以简化下层轮系的设置，即每个下层轮组只在外端面上设置一个滚轮。当然，上、下轮系可以分别设置多个上、下轮组，这些轮组最好均匀地分布在法兰盘的圆周上。为了进一步提高稳定性，下层轮组也可以采用与上层轮组一样的结构(设置三个滚轮)。或者，为了进一步简化结构，上层轮组也可以采用与下层轮组一样的结构(即只在外端面上设置一个滚轮)，或者在外端面上设置一个滚轮且在上或下表面的外缘上设置另一个滚轮。此外，桁架式回转支架的上、下轮系也可以不采用滚轮的形式，而是采用其它常见的滚动或滑动接触方式。

如图2所示，在方位角系统的中部设置有方位角传动装置7。所述方位角传动装置7包括电机、由电机驱动的减速器、与减速器的输出轴连接的小齿轮、以及与小齿轮相啮合的大齿轮，所述大齿轮输出旋转力矩。所述电机可以是步进电机。与现有太阳能跟踪系统普遍采用的蜗轮蜗杆系统相比，本发明采用的齿轮传动装置精度可到达到运行要求，但结构简单，造价也较低。

图4是根据本发明实施例的高度角系统的部分结构示意图，图5是从图4的左侧观察时的侧视图。如图4和5所示，本实施例中的高度角系统包括平台8、高度角支架和高度角传动装置10，高度角支架和高度角传动装置10均设置在平台8上。其中，高度角支架包括一对分支架(图4中仅示出左边的一个分支架)，所述分支架分别设置在高度角传动装置10的两边，并可以通过例如联轴器与所述高度角传动装置10相连。每个分支架包括高度角轴91、左法兰盘92、右法兰盘93、从上述部件中部贯穿的中心轴94、以及支撑所述中心轴的轴承座95。平台8和高度角轴91均采用桁架结构，可以由角钢组合而成。高度角轴91用于安装电池板组件，并带动电池板组件一起绕水平轴线旋转，从而改变电池板组件的高度角。左法兰盘92和右法兰盘93分别设置在高度角轴91的左右两端，中心轴94从左法兰盘92和右法兰盘93的两个外侧面伸出，并分别支撑在两边的轴承座95上。所述轴承座95分别固定连接到平台8上。

高度角传动装置10采用齿轮副蜗轮蜗杆双级减速结构，其包括电机、由电机驱动的蜗轮蜗杆机构、与蜗轮蜗杆机构的输出端连接的齿轮副，所述齿轮副的大齿轮输出旋转力矩，带动所述高度角轴和电池板组件旋转。所述电机可以是步进电机。由于平台8的位置紧靠着高度角轴91，尺寸较大的电池板组件并不能绕着水平轴线360度旋转，而最多只能旋转到抵靠着平台8的位置。通过采用齿轮副蜗轮蜗杆双级减速结构，在第一级减速时可以采用小型蜗轮蜗杆装置，而第二节齿轮副的尺寸可以设计得比较大，从而满足了工作精度，并且降低了整体结构的成本。

当然，本发明所述双轴太阳能跟踪系统中的各个部件并不限于前述实施例中的类型和/或结构。例如，桁架结构并不仅限于采用角钢组合而成，也可以采用其它杆状的构造。在不过度考虑成本的情况下，方位角传动装置和高度角传动装置也可以采用常见的传动装置，例如蜗轮蜗杆机构、滚珠丝杆机构等。并且，桁架式立柱和桁架式回转支架之间的旋转配合关系，并不限于利用法兰盘作为导轨和采用上、下轮系的方式，可以采用各种滚动或滑动的旋转配合方式，只要使得桁架式回转支架在桁架式立柱的支撑下，能够围绕竖直轴线旋转即可。同样，高度角支架在平台上的旋转也是如此，并不限于采用中心轴和平台上的轴承座的支承方式。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双轴太阳能跟踪系统，其包括底座(1)、方位角系统(2)、高度角系统(3)和电池板组件(4)，其特征在于，其中，所述方位角系统包括桁架式立柱(5)、桁架式回转支架(6)和方位角传动装置(7)，在所述桁架式立柱的支撑下，所述方位角传动装置驱动所述桁架式回转支架围绕竖直轴线旋转；所述高度角系统包括平台(8)、高度角支架和高度角传动装置(10)，所述平台(8)设置在所述桁架式回转支架上且支撑所述高度角支架和高度角传动装置，所述高度角传动装置驱动所述高度角支架绕着水平轴线旋转；所述电池板组件安装在所述高度角支架上。

2.根据权利要求1所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述桁架式立柱(5)包括中间支柱(51)、设置在所述底座上并支撑所述中间支柱的支撑架(52)以及分别设置在所述中间支柱上、下两端的上法兰盘(53)和下法兰盘(54)；所述桁架式回转支架(6)包括上层轮系和下层轮系，所述上层轮系和下层轮系分别与所述上法兰盘、下法兰盘的外缘相配合，使得所述桁架式回转支架能够绕着所述桁架式立柱旋转。

3.根据权利要求2所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述上层轮系包括设置在所述桁架式回转支架的上端的多个上层轮组(61)，每个所述上层轮组均包括设置在所述上法兰盘外端面的第一滚轮(611)以及分别设置在所述上法兰盘的外缘上、下表面的第二滚轮(612)、第三滚轮(613)，所述第一滚轮、第二滚轮和第三滚轮一起夹持着所述上法兰盘的外缘；所述下层轮系包括设置在所述桁架式回转支架的下端的多个下层轮组，每个所述下层轮组均包括设置在所述下法兰盘外端面的第四滚轮(614)，所述第四滚轮抵靠着所述下法兰盘的外端面。

4.根据权利要求3所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述上层轮组(61)为四个，分别设置在所述桁架式回转支架的上端的四角处；所述下层轮组为四个，分别设置在所述桁架式回转支架的下端的四角处。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述方位角传动装置(7)包括电机、由所述电机驱动的减速器、与所述减速器的输出轴连接的小齿轮、以及与所述小齿轮相啮合的大齿轮，所述大齿轮输出旋转力矩。

6.根据权利要求1所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述高度角支架包括一对分支架，所述分支架分别设置在所述高度角传动装置的两边并与所述高度角传动装置(10)相连。

7.根据权利要求6所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述分支架包括高度角轴(91)，设置在所述高度角轴两端的左法兰盘(92)、右法兰盘(93)，贯穿所述高度角轴的中心并分别从所述左法兰盘、右法兰盘的两个外侧面伸出的中心轴(94)，以及用于支撑所述中心轴的轴承座(95)。

8.根据权利要求1或6或7所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述高度角传动装置(10)包括电机、与所述电机连接的蜗轮蜗杆机构、与所述蜗轮蜗杆机构的输出端连接的齿轮副，所述齿轮副中的大齿轮输出旋转力矩。

9.根据权利要求2所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述底座(1)、平台(8)、中间支柱(51)和支撑架(52)均由角钢组合而成。

10.根据权利要求7所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述高度角轴(91)由角钢组合而成。