CN102931253A - 太阳能发电单元及其双轴跟踪支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双轴跟踪支架及太阳能发电单元，用于太阳能电池板的支撑与仰角调整，包括：前、后立柱；主梁，通过前、后轴承座连接于前、后立柱顶端，前后轴承座中均设置有纵轴和横轴；一组或多组支撑框架，分别连接于主梁，每组支撑框架支撑一个或多个太阳能电池板；升降装置包括驱动机构、主连杆、铰接件和调节连杆，主连杆在主梁下方平行于主梁设置，由驱动机构驱动在主梁平行的方向上直线移动；铰接件连接于主梁，支撑框架铰接于铰接件；调节连杆下端铰接于主连杆，上端铰接于支撑框架；翻转装置包括一驱动件，驱动件输出端铰接连接臂，连接臂的另一端铰接于前或后轴承座的纵轴。本发明结构简单、安装方便且性价比高。

Description

太阳能发电单元及其双轴跟踪支架

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种用于对太阳能发电单元的双轴跟踪支架及具有该双轴跟踪支架的太阳能发电单元。

背景技术

太阳能是一种重要的清洁能源，利用太阳能的太阳能电站，既可以是大型电站，也可以是家用小型电站。大型电站通常具有大量的太阳能发电单元，而家用小型电站只要有一两个发电单元即可。每一个太阳能发电单元的采集太阳能的设备主要是若干太阳能电池板（或称阵列组件），这些太阳能电池板需要由支撑装置支撑在地面上。并且，由于地区差异、四季变化和每一天内不同时间的太阳照射角度变化的原因，太阳能电池板的角度需要调整，才能增加发电的效率。太阳能电池板角度的调整既包括适应四季变化的南北方向仰角调整，也包括适用一天内早晚变化的东西方向仰角调整。

然而，在我国现有的太阳能电池板的支撑与角度调整装置（又称太阳能支架）中，没有一个完整及正规的标准技术规范，能用的支架分为：

1、固定式支架，是根据项目所在地的日照强度计算出平均每年的最大发电量，计算出相应的支架倾角，该结构形式结构简单，免维护，但是因一年四季太阳高度角不一致，导致太阳光线和组件表面不能始终垂直，即全年发电量为接近平均值，没有充分利用太阳能，发电量偏低。

2、单轴跟踪支架，单轴跟踪支架根据太阳东升西落的原理，调节好参数，使太阳能电池板表面每天对着太阳，尽量地使太阳光线垂直于太阳能电池板（即组件）表面，增大发电量，但该类型支架不能实现太阳能电池板的南北仰角调整。

3、双轴跟踪支架，双轴跟踪支架结构形式在单轴跟踪的基础上根据太阳高度角相关参数自动调整支架倾角，即使太阳能电池板每天每时每刻垂直太阳光线，最大限度地增大发电量，显著的提高了发电效率，按太阳能电池板25年的寿命计算，该支架的性价比在这三种类型支架中完全占优。

然而，现有技术的双轴跟踪支架，通常结构复杂，造价高，加工与安装难度大。且现有技术的双轴跟踪支架一般比较笨重，钢材用量较多，故障率高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双轴跟踪支架，以解决现有技术中的用于太阳能发电单元的双轴跟踪支架的成本高、结构复杂、加工与安装难度大的技术问题。

本发明的另一目的在于提供具有本发明双轴跟踪支架的一种太阳能发电单元。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种双轴跟踪支架，用于太阳能发电单元中太阳能电池板的支撑与仰角调整，所述双轴跟踪支架包括：前立柱与后立柱，所述后立柱的顶端高于所述前立柱的顶端，所述后立柱设置于所述前立柱的正北方；主梁，所述主梁通过前轴承座连接于所述前立柱顶端，通过后轴承座连接于所述后立柱的顶端，所述前轴承座和所述后轴承座中均设置有与所述主梁平行的纵轴和与所述主梁垂直的横轴；一组或多组支撑框架，分别连接于所述主梁，每组支撑框架用以支撑一个或多个所述太阳能电池板；升降装置，包括驱动机构、主连杆、铰接件和调节连杆，所述主连杆在所述主梁下方平行于所述主梁设置，由驱动机构驱动以在与所述主梁平行的方向上直线移动；所述铰接件固定连接于所述主梁，所述支撑框架铰接于所述铰接件；所述调节连杆下端铰接于所述主连杆，上端铰接于所述支撑框架；翻转装置，包括一驱动件，所述驱动件的输出端铰接一连接臂的一端，所述连接臂的另一端铰接于所述前轴承座或所述后轴承座的所述纵轴，以通过所述输出端的伸缩移动带动所述主梁转动并带动所述主梁所连接的所述支撑框架随所述主梁翻转。

本发明的太阳能发电单元，具有本发明的双轴跟踪支架。

本发明的有益效果在于，本发明的双轴跟踪支架，以主梁下设置的升降装置带动支撑框架实现南北方向跟踪，而东西方向则是支架相对于主梁转动，其轨迹是一个1/4圆。通过电动推杆和螺旋升降机的工作实现太阳能电池板对太阳的跟踪，充分利用不同角度太阳光的照射，达到相当好的效果。同时该双轴跟踪支架完全满足各角度的需求，即可不受项目地的限制，具有非常好的通用性，而且具有结构简单，制作难度低等优点。在保证双轴跟踪支架安全的前提下很好的控制了材料成本，降低了加工难度与安装难度，外观优美，最大化地提高性价比。本发明双轴跟踪支架的钢材用量和固定式支架差不多，但是发电量较固定式提高5%左右，以30MW光伏发电项目为例，每年提高二十万度以上，以电池组件寿命25年计算，可多发电五百多万度。

附图说明

图1为本发明实施例的太阳能发电单元及双轴跟踪支架处于最小南北仰角状态的示意图。

图2为本发明实施例的太阳能发电单元及双轴跟踪支架位于最大南北仰角状态的示意图。

图3为本发明实施例的双轴跟踪支架的立体图。

图4为本发明实施例的双轴跟踪支架的支撑框架的示意图。

图5为图1中的G部放大图。

图6为图1中B-B截面图。

图7为图1中C-C截面图。

图8为图3中的H部放大图。

图9-图11为图1中的F-F截面放大示意图。

图12为本发明实施例的双轴跟踪支架的后轴承座的局部示意图。

图13为图12中的D部放大图。

图14为图12中的E-E剖视图。

主要附图标记说明

11前立柱        12后立柱      13地桩       14基础预埋件

2后轴承座

20连接块        21横轴        22纵轴       23抱箍

24U型槽      25座板      26十字联轴器

3前轴承座

31纵轴       32抱箍

4升降装置

41螺旋升降机    42主连杆   43调节连杆   44铰接件

5支撑框架

51支撑框纵杆    52支撑框内横杆   53支撑框横杆

54支撑纵杆      55延伸杆

6太阳能电池板

7翻转装置

70销轴     71轴连接端      72连接臂

73凸耳     74自由端        75推杆套

76铰接座   77固定座        78加强筋

79电机

8主梁

81上支撑座  82下支撑座

84安装座    85下滚轮    86安装座

87上滚轮

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

如图1-图2所示，本发明实施例的太阳能发电单元，包括太阳能电池板6及本发明实施例的双轴跟踪支架。这里所说的前后，是以太阳能电池板6面向阳光的一侧为前，反之一侧为后。前后方向确定之后，左右也就随之确定。

下面具体介绍本发明优选实施例的双轴跟踪支架。

如图1和图2所示，本发明实施例的双轴跟踪支架，主要包括前立柱11、后立柱12、主梁8、支撑框架5、升降装置4和翻转装置7几大部分，先逐个介绍以上各个部分，然后再介绍本发明实施例的双轴跟踪支架的组装及仰角调整。

一、前立柱11和后立柱12

前立柱11底部和基础预埋件14螺栓连接，前立柱11顶端设置有前轴承座3。后立柱12的顶端高于前立柱11的顶端，后立柱12需设置于前立柱11的正北方，前立柱11与后立柱12可以长度相同，统一规格便于制作。后立柱12的底部固定连接于地桩13，后立柱11顶端设置有后轴承座2。当然，前立柱11和后立柱12也可以长度不同，均螺栓连接至同一高度的基础预埋件14

二、主梁8

主梁8是支撑太阳能电池板6的主要部件，主梁上连接有支撑框架5和升降装置4，主梁8两端通过前轴承座3和后轴承座2连接前立柱11和后立柱12。

如图1和图2所示，主梁8设置于前、后立柱11、12的顶端之间。如图8所示，主梁8的前端通过抱箍32连接于前轴承座3；如图5所示，主梁8的后端通过抱箍23连接于后轴承座2。

前轴承座3和后轴承座2中均设置有与主梁8平行（包括共线的情形）的纵轴31、22，后轴承座2中均设置有与主梁8垂直且与地面（或水平面）平行的横轴21，横轴21的作用是便于主梁8的安装，如图5、图12-图14所示，横轴21安装于后轴承座2的向下的U型槽24的下方，以免横轴21阻碍后轴承座2沿纵轴22的翻转，横轴21由座板25支撑，座板25固定连接在后立柱12的顶端，横轴21和纵轴22通过十字联轴器26连接，横轴21和纵轴22能够在十字联轴器26的轴孔内转动，。

前轴承座3的结构与后轴承座2的结构可以相同，例如也同样具有横轴。

主梁8固定连接有铰接件44，铰接件44的上方铰接于支撑框架6，用以给太阳能电池板6南北方向的仰角调整提供支点。铰接件44既可以是直杆，也可以是其他形状，既可以垂直于主梁8，也可以不垂直于主梁8。如图8所示，铰接件44可为一对，分别固定连接于主梁8的左右两个侧面。

至于主梁8与其他部件的其余连接关系，在下面相应部件的介绍中再做说明。

三、支撑框架5

本发明实施例的双轴跟踪支架，其可包括一组或多组支撑框架5，每组支撑框架5用以支撑一个或多个太阳能电池板6，如图4所示，本实施例中，共有六组支撑框架5，每一支撑框架5上固定连接有三块太阳能电池板6。

如图3和图4所示，支撑框架5包括由支撑框横杆53和支撑框纵杆51所围成的支撑框，在所述支撑框内还设置有支撑框内横杆52，所述支撑框的支撑框纵杆51上方还固定连接有支撑纵杆54，支撑纵杆54的长度大于支撑框纵杆51的长度，太阳能电池板6通常是固定连接在支撑纵杆54上。

在前一部分所说的铰接件44的顶端，如图8所示，即铰接于所述支撑框内横杆52的两相对内侧。

如图1、图2和图8所示，从前后的位置来说，铰接件44铰接于支撑框架5的支撑框内横杆52的前方，支撑框内横杆52的后方垂直向下连接有延伸杆55，也即支撑框内横杆52的底面连接有延伸杆55，延伸杆55的下端铰接的是调节连杆43，调节连杆43属于升降装置。

主梁8上还分别固定连接有上支撑座82和下支撑座81。

四、升降装置4

升降装置4是用于对太阳能电池板6的南北方向的仰角进行调整的装置，升降装置4包括螺旋升降机41、主连杆42、铰接件44和调节连杆43。

螺旋升降机41固定于主梁8的下方，通常是侧下方，螺旋升降机41为太阳能电池板6的南北方向的仰角进行调整提供动力，但本发明并不局限于此，也可以由其他动力源来提供这一动力。

主连杆42在主梁8下方平行于主梁8设置，通过销轴连接于螺旋升降机41的丝杆，由螺旋升降机41驱动以在与主梁8平行的方向上做直线运动。

铰接件44的连接关系如前所述，其提供了太阳能电池板6进行南北方向仰角调整的旋转支点；而调节连杆43下端铰接于主连杆42，上端铰接于延伸杆55下端，提供了太阳能电池板6进行南北方向仰角调整的旋转力矩；在主连杆42移动到位以后，调节连杆43的两个端点及铰接件44的铰接点这三个点，形成一个稳定的三角形，因此能够稳固支撑调整到位后的太阳能电池板。上述铰接的位置均可通过销轴进行铰接。

主连杆42通过多个上支撑座81与多个下支撑座82来保证其运动的直线性，如图6和图8所示，主梁8的底面上固定连接有下支撑座82，下支撑座82上设置有下滚轮85，下滚轮85具有凹槽以承托主连杆42，加强筋84用以加强下支撑座82与主梁8之间的连接强度。如图7所示，主梁8的侧面上固定连接有上支撑座81，上支撑座81上设置有上滚轮87，加强筋86用以加强下支撑座81与主梁8之间的连接强度。

如图1和图2所示，主连杆42在向后立柱12方向运动时，增大太阳能电池板6的南北方向的仰角，而向前立柱11方向运动时，则减小太阳能电池板6的南北方向的仰角。通过螺旋升降机41使得丝杆实现平行于主梁8的直线运动，进而带动的主连杆42的直线位移，依靠上支撑座81与下支撑座82的约束，使得主连杆42平行于主梁8运动，主连杆42通过销轴带动调节连杆43运动，主连杆42通过销轴使得支撑框架5在主梁8上依托铰接件44的铰接轴实现转动，从而实现南北方向的仰角跟踪，跟踪角度为20度到45度，南北方向仰角的角度可以在20-45度之间。

五、翻转装置

翻转装置7是用于对太阳能电池板6的东西方向的仰角进行调整的装置，翻转装置7主要包括连接臂72、推杆、固定座77和铰接座76。本实施例中，推杆为具有电机79的电动推杆，但不限于此，也可以手动推杆。并且，作为驱动件，推杆也可以由油缸来代替。

如图9-图11所示，在后立柱12上，固定连接有固定座77，固定座77通过加强筋78来加强与立柱12的连接强度。在固定座77的末端，通过铰接座76铰接推杆的推杆套75，推杆的自由端（即输出端）74与连接臂72铰接，具体的是，在连接臂72的右端下方设置凸耳73，在凸耳73中穿设销轴70以铰接自由端74的顶端。

连接臂72的前端为轴连接端71，通过连接块20与后轴承座2中的纵轴22可枢转的连接，如图12-图14所示，连接块20是后轴承座2的本体，连接块20的顶面内侧形成有U型槽24，纵轴22固定连接在U形槽24内，连接块20的前端通过抱箍23与主梁8固定连接。在图5中，轴连接端71与连接块20的连接位置在连接块20的顶面，例如通过螺栓固定连接在连接块20的顶部。自由端74的伸缩运动带动连接臂72移动，通过轴连接端71，带动连接块20和纵轴22绕纵轴22的中心线实现东西方向转动，进而带动主梁8及支撑框架5东西转动，最终实现太阳能电池板6的东西方向仰角调整。

如图9-图11所示，本发明实施例的双轴跟踪支架，在自由端74的伸出量固定的情况下，铰接座76的铰接轴、销轴70和纵轴22三者相互平行且距离关系固定，因此是稳定的三角形结构，因此能够稳固支撑东西仰角调整到位后的太阳能电池板6。

如图9-图11所示，图9-图11中是在后立柱12的后方观察后立柱12，因此图9-图11中左侧是东右侧是西，自由端42在向伸出方向运动时，可以使太阳能电池板6的东西方向的仰角向左调整，即向东调整；自由端42在向缩回方向运动时，可以使太阳能电池板6的东西方向的仰角向右调整，即向西调整。东西方向各有45度的调整幅度，图9所示为东西方向的仰角为0时的情形，图10为偏东45度的情形，图11为偏西45度的情形。

以下再介绍本发明的双轴跟踪支架的安装与仰角调整：

安装步骤如下：将制作好的前立柱11、后立柱12与基础预埋件14、13螺栓连接，因基础施工误差较大，调整两立柱位置尽可能的保证安主梁8后主梁8与地面夹角为20度，将主梁8通过抱箍23、32与前、后轴承座3、2固定连接，尽可能地保证同心度、同轴度，其次将支撑框架5与主梁8销轴连接，将翻转装置7与后立柱12及连接臂72销轴连接，螺旋升降机41固定于主梁8上，主连杆42、调节连杆43、支撑框架5、螺旋升降机41采用销轴进行铰接。

本发明实施例的双轴跟踪支架，对于南北仰角的调整频率例如可为一年四次，例如春季、夏季、秋季和冬季各一次。也可每一个月、两个月进行一次调整。而对于东西方向的仰角，则可以一天调整三次、五次和七次等。

本发明的双轴跟踪支架，以主梁8下设置的升降装置4带动支撑框架5实现南北方向跟踪，而东西方向则是翻转装置7驱动主梁8，支撑框架5随主梁8转动，其轨迹是一个1/4圆。通过电动推杆和螺旋升降机41的工作实现太阳能电池板6对太阳的跟踪，充分利用不同角度太阳光的照射，达到相当好的效果。同时该双轴跟踪支架完全满足各角度的需求，即可不受项目地的限制，具有非常好的通用性，而且具有结构简单，制作难度低等优点。在保证双轴跟踪支架安全的前提下很好的控制了材料成本，降低了加工难度与安装难度，外观优美，最大化地提高性价比。本发明双轴跟踪支架的钢材用量和固定式支架差不多，但是发电量较固定式提高5%左右，以30MW光伏发电项目为例，每年提高二十万度以上，以电池组件寿命25年计算，可多发电五百多万度。

本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双轴跟踪支架，用于太阳能发电单元中太阳能电池板的支撑与仰角调整，其特征在于，所述双轴跟踪支架包括：

前立柱与后立柱，所述后立柱的顶端高于所述前立柱的顶端，所述后立柱设置于所述前立柱的正北方；

主梁，所述主梁通过前轴承座连接于所述前立柱顶端，通过后轴承座连接于所述后立柱的顶端，所述前轴承座和所述后轴承座中均设置有与所述主梁平行的纵轴和与所述主梁垂直的横轴；

一组或多组支撑框架，分别连接于所述主梁，每组支撑框架用以支撑一个或多个所述太阳能电池板；

升降装置，包括驱动机构、主连杆、铰接件和调节连杆，所述主连杆在所述主梁下方平行于所述主梁设置，由驱动机构驱动以在与所述主梁平行的方向上直线移动；所述铰接件固定连接于所述主梁，所述支撑框架铰接于所述铰接件；所述调节连杆下端铰接于所述主连杆，上端铰接于所述支撑框架；

翻转装置，包括一驱动件，所述驱动件的输出端铰接一连接臂的一端，所述连接臂的另一端铰接于所述前轴承座或所述后轴承座的所述纵轴，以通过所述输出端的伸缩移动带动所述主梁转动并带动所述主梁所连接的所述支撑框架随所述主梁翻转。

2.如权利要求1所述的双轴跟踪支架，其特征在于，所述铰接件铰接于所述支撑框架的前方，所述支撑框架后方垂直向下连接有延伸杆，所述调节连杆铰接于所述延伸杆的下端。

3.如权利要求1所述的双轴跟踪支架，其特征在于，所述横轴和所述纵轴通过十字联轴器连接，所述后轴承座还包括连接块和在所述连接块的顶面内侧形成的U型槽，所述纵轴固定连接在所述U形槽内，所述纵轴能够在十字联轴器的纵向轴孔内转动，所述连接臂的轴连接端固定连接于所述连接块的所述顶面，所述连接块的前端通过抱箍与所述主梁固定连接。

4.如权利要求2所述的双轴跟踪支架，其特征在于，所述支撑框架包括由支撑框横杆和支撑框纵杆所围成的支撑框，在所述支撑框内还设置有支撑框内横杆，所述支撑框的支撑框纵杆上方还固定连接有支撑纵杆，所述支撑纵杆的长度大于所述支撑框纵杆。

5.如权利要求1所述的双轴跟踪支架，其特征在于，所述驱动件为电动推杆，所述后立柱上设置有与所述后立柱垂直的固定座，所述推杆的推杆套铰接于所述固定座。

6.如权利要求2所述的双轴跟踪支架，其特征在于，所述主梁的底面上固定连接有下支撑座，所述下支撑座上设置有下滚轮，所述下滚轮具有凹槽以承托所述主连杆。

7.如权利要求6所述的双轴跟踪支架，其特征在于，所述主梁的侧面固定连接有上支撑座，所述上支撑座上设置有上滚轮以与所述下滚轮配合保证所述主连杆运动的直线性。

8.如权利要求4所述的双轴跟踪支架，其特征在于，所述铰接件为一对，底端分别铰接于所述主梁两侧，顶端分别铰接于所述支撑框内横杆的两相对内侧，所述延伸杆设置于所述支撑框内横杆的底面。

9.如权利要求1所述的双轴跟踪支架，前立柱的底部和基础预埋件螺栓连接，所述前立柱与所述后立柱等高，所述后立柱的底部连接有地桩。

10.一种太阳能发电单元，其特征在于，所述太阳能发电单元包括权利要求1-9任一所述的双轴跟踪支架。

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