CN103760910A - 回旋式太阳能单轴跟踪系统 - Google Patents

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杨新科
朱建静
丁锋军
黄旅文
孙四春
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Abstract

本发明涉及一种太阳能的跟踪系统,尤其涉及回旋式太阳能单轴跟踪系统。一种回旋式太阳能单轴跟踪系统,包括若干个太阳能光伏组件单元,太阳能光伏组件单元包括立柱,在立柱上固定有转轴,转轴上固定有光伏组件,在每个转轴的一端均固定有一转动臂,各转动臂通过连接索连接,连接索固定在驱动装置上,驱动装置通过连接索带动转动臂旋转。本发明提供了一种结构简单,能同步带动多根转轴同步跟随太阳的位置,回转驱动机构只受转矩,不需要建设大型的独立基础,提高了太阳光的转换效率的回旋式太阳能单轴跟踪系统;解决了现有技术中存在的太阳能跟踪系统结构复杂,不能同时多根转轴旋转,太阳光转换效率不高的技术问题。

Description

回旋式太阳能单轴跟踪系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种太阳能的跟踪系统,尤其涉及回旋式太阳能单轴跟踪系统。
背景技术
[0002] 开发新能源和可再生清洁能源是全世界面临的共同课题。在新能源中,光伏发电倍受瞩目。但由于过高的成本,目前还未能充分进入市场。光伏发电市场前景广阔,但太阳能利用效率低下,面临着建设成本高,投资回报率低的问题。光伏发电的组件安装形式主要有固定倾角式、单轴跟踪、双轴跟踪等方式。
[0003] 固定倾角式安装是组件以一定的倾角固定在地面上,整个发电过程组件处于静态,该安装方式简单易行,成本低。但太阳处于动态运动过程,在一天中太阳光与太阳能电池板相对位置时刻都在发生变化,光线与电池板相对垂直的时间很短。研究表明,太阳能电池板发电能力与接收垂直光强成正比,每天有35%以上的能量被无形的浪费掉。另外,为了防止大风、大雪等恶劣天气可能损坏太阳能电池板的支架,一般将基础和支架的安全系数设计的很高。
[0004] 为了克服上述问题,提高太阳能的利用效率,增加发电量,降低太阳能发电的运营成本,控制电池板组件旋转的光伏发电方式,即单轴和双轴跟踪系统。其中单轴是指电池板组件只有一个旋转自由度,在方位角(东西方向)上跟踪太阳,双轴跟踪系统是指同时在太阳方位角和高度角上跟踪太阳运动的方式。但是现有的跟踪系统,大多太阳能光伏组件支架结构复杂、成本昂贵,而且安装复杂费时、对不规则的地形适应性低。
[0005] 现在的专利文件中公开的有,中国专利:“联动式平单轴跟踪装置(CN102314180A)”它包括横梁、若干立杠、若干斜梁和控制横梁转动的调节装置,横梁通过支撑旋转机构设于立杠顶端,斜梁通过斜梁安装机构设于横梁上,调节装置一端固定在固定座上另一端与横梁活动连接,支撑旋转机构包括横梁抱箍,横梁抱箍内设有轴承,横梁穿过该轴承,横梁与轴承周向固定,斜梁安装机构包括斜梁抱箍,斜梁抱箍套设在横梁上,斜梁固定在斜梁抱箍上。此专利仅仅是针对位于同一横梁上的多个太阳能光伏组件进行跟踪的设备,对于多个横梁的同步联动并没有给出启示。
发明内容
[0006] 本发明提供了一种结构简单,能同步带动多根转轴同步跟随太阳的位置,回转驱动机构只受转矩,不需要建设大型的独立基础,提高了太阳光的转换效率的回旋式太阳能单轴跟踪系统;解决了现有技术中存在的太阳能跟踪系统结构复杂,不能同时多根转轴旋转,太阳光转换效率不高的技术问题。
[0007] 本发明同时还提供一种能安装在高低起伏和边界不规则地形上,允许钢索连接的各排光伏组件在距离上有偏离,不受各排间距误差影响的回旋式太阳能单轴跟踪系统;解决了现有技术中存在的太阳能跟踪系统受地形和安装限制的技术问题。
[0008] 本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的:一种回旋式太阳能单轴跟踪系统,包括若干个太阳能光伏组件单元,太阳能光伏组件单元包括立柱,在立柱上固定有转轴,转轴上固定有光伏组件,在每个转轴的一端均固定有一转动臂,各转动臂通过连接索连接,连接索固定在驱动装置上,驱动装置通过连接索带动转动臂旋转。各个太阳能光伏组件单元均有一个转动臂,通过连接索将各个转动臂连接,然后驱动装置的转动带动转动臂转动,由于转动臂固定在转轴上,从而带动转轴旋转,转轴上固定光伏组件,从而带动各组光伏组件同步进行跟随太阳,提高太阳能的转换效率。连接索可以为钢索、拉杆或者链条等结构。两排转轴之间的距离可以根据需要进行调整安装,通过连接索来调整转轴之间的距离,满足安装需要。
[0009] 作为优选,所述的转动臂包括上转动臂和下转动臂,上转动臂和下转动臂上均连接有连接索,各连接索连接形成环形。连接索形成的环形是由连接索和位于最两端的两个转动臂闭合形成的。在转轴的上下对称的布置上转动臂和下转动臂,固定在上下转动臂上的连接索受力均匀,使得连接索依次连接成环形,能使回转驱动装置只受转矩,从而不需要建设大型的独立基础,使得系统结构简单,成本低。
[0010] 作为更优选,相邻两个上转动臂之间的连接索与相邻两个下转动臂之间的连接索相互平行,转动臂转动时,两个相互平行的连接索之间的距离由大变小或者由小变大。相邻的上转动臂之间固定连接索,相邻的下转动臂之间固定连接索,上下转动臂上固定的连接索相互平行,不容易产生死角,受力均匀,能让转轴上的光伏组件转动到相同的角度,提高太阳能的转换效率。
[0011] 作为优选,所述的各转轴相互平行,转动臂与转轴垂直,各转动臂也平行,驱动装置两侧的太阳能光伏组件单元的数量相同,驱动装置与驱动装置两侧的两个转动臂分别通过连接索连接,其余相邻的两个转动臂之间设有一连接索。驱动装置位于整个系统的中间,工作时两侧受力相同或者接近,两侧的力相互抵消,只受转矩作用,所以不用为每一个驱动装置建立大型的独立基础。这样地安装方式结构简单,既节省了大量钢材,又大大降低了施工及安装的要求,使得光伏组件的架设和拆装更简易。相邻的两个转动臂或者转动臂与驱动装置之间都是通过连接索连接,以转轴为中心形成上下相互平行的两个连接索带。连接索带之间通过相互平行的转动臂分隔,形成类似网格的状态,四边形的网格联动性好而且结构稳定。
[0012] 作为优选,所述的驱动装置包括转动盘,转动盘上固定有旋转板,旋转板位于转动盘的中心,旋转板的上下两端均设有固定扣,转动盘顺时针或者逆时针旋转范围为0° "60°,在转动盘下方设有转杆,转杆连接有电机,转动盘与转杆形成蜗轮蜗杆结构。转动盘是正反两个方向适度旋转而不是360°旋转,根据太阳光的照射角度,而带动太阳能光伏组件的旋转角度。转动盘的旋转带动固定其上的旋转板旋转,旋转板的两端通过固定扣连接连接索,连接索带动转动臂旋转,从而带动光伏组件旋转跟随太阳运行轨迹。
[0013] 作为优选,所述的转轴为方形轴,所述的转轴与立柱之间通过方形轴承连接,所述的方形轴承为分体式结构,所述的轴承本体是由两个对称布置的轴承体构成,轴承体为弧形,轴承体的外圆周表面设有圆弧形工作面,轴承体的内圆周表面设有定位槽,两个定位槽拼合构成轴承本体的通孔;所述的轴承座是由轴承端盖和轴承底座构成,在轴承端盖和轴承底座上均设有与轴承体的工作面配合的接触面,轴承端盖和轴承底座通过连接结构连接。作为更优选,轴承分座的两侧为连接结构,所述的连接结构为接触面两侧的连接体,轴承端盖与轴承底座的连接体相接触的表面均设有啮合齿,在连接体上开设有螺栓孔,轴承端盖与轴承底座的螺栓孔位于同一轴线上,在螺栓孔内穿接有螺栓,螺栓贯穿轴承端盖与轴承底座的螺栓孔。所述的连接体为中空的长方体,连接体的其中一个表面为光滑的平面,连接体的另一个与光滑的平面平行的表面为齿面,在齿面上设有啮合齿。先将轴承端盖和轴承底座利用连接结构连接然后固定,因为两个轴承体上设有凹槽,所以可以方便的将两片半圆状轴承体对扣插入轴承座,然后再将两片轴承体分开至工作面与轴承端盖和轴承底座上的接触面接触,完成装配。由于分体式的结构,安装效率高,更换也很方便。如果轴承有损坏,可以将轴承座和轴承端盖拆开,直接拿出损坏的轴承进行更换即可,方便快速。
[0014] 作为优选,所述的连接索与地平面之间的夹角为0° ^30°。根据光伏组件安装位置的变化,可能地势会有高低起伏,因此相邻的两个转轴不位于同一水平面内,由此,相邻两组光伏组件,其中一组安装的地势较高,因此其转轴就较高,固定在转轴上的转动臂也就较高,相邻两个转动臂之间连接的连接索与地面倾斜成一定角度。
[0015] 作为优选,所述的连接所的一端通过螺旋扣固定在转动臂上,连接索的另一端通过卸扣固定在驱动装置或者相邻的转动臂上,在转动臂的端部设有固定轴,在固定轴上套接有1-2个可绕固定轴旋转的卸扣,卸扣呈U形,所述的螺旋扣包括位于两端的U形卡扣和位于中间螺旋体。通过螺旋扣可以调节连接索的连接的松紧度,U形卡扣卡接在卸扣的U形环内,卸扣可以绕固定轴旋转,满足连接索不同安装角度的需要。
[0016] 因此,本发明的回旋式太阳能单轴跟踪系统具备下述优点:
1、钢索回旋式单轴跟踪系统允许钢索连接的各排光伏组件在方向上有偏离,可适应高低起伏和边界不规则地形。
[0017] 2、钢索回旋式单轴跟踪系统允许钢索连接的各排光伏组件在距离上有偏离,不受各排间距误差的影响。
[0018] 3、钢索回旋式单轴跟踪系统的回转驱动机构只受转矩,不需建设大型的独立基础。
[0019] 4、钢索回旋式单轴跟踪系统相比于连杆传动和齿轮传动等传动方式的跟踪系统,用材更省。
附图说明
[0020] 图1是本发明的回旋式太阳能单轴跟踪系统的示意图。
[0021] 图2是光伏组件朝上时候的示意图。
[0022] 图3是光伏组件旋转一定角度的示意图。
[0023] 图4是图1内A处放大示意图。
[0024] 图5是连接索及两端的连接结构的示意图。
[0025] 图6是图5内的卸扣示意图。
[0026] 图7是图1内B处放大示意图。`
[0027] 图8是图1内的转轴连接结构示意图。
[0028] 图9是转轴连接处的端部放大示意图。
具体实施方式[0029] 下面通过实施例,并结合附图,对发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0030] 实施例:
如图1和2和3所示,一种回旋式太阳能单轴跟踪系统,包括多个太阳能光伏组件单元28,太阳能光伏组件单元28包括立柱5,在立柱5上固定有转轴1,转轴I上固定有多个光伏组件2。各个太阳能光伏组件单元28呈矩阵形式布置,位于同一矩阵各个转轴I相互平行,位于不同矩阵但是位于同一直线上的两个转轴通过转轴连接结构连接。转轴I的两端通过分体式的方形轴承固定在立柱上。
[0031] 转轴I上固定有与转轴垂直的转动臂4,转动臂4包括上转动臂11和下转动臂10,上下转动臂均焊接在转轴I上。上下转动臂均与转轴I垂直。相邻的两个上转动臂11之间通过钢索3连接,相邻的两个下转动臂10之间也是通过钢索3连接,两条钢索3相互平行。在相互平行的转轴中间固定有一立柱5,立柱5上安装有驱动装置,驱动装置两侧的转轴I数量相等。驱动装置包括固定在立柱上的转动盘7,转动盘7的下方设有转杆29,转杆29连接有电机9,电机9驱动转杆29转动,转杆29与转动盘7为蜗轮蜗杆配合方式,转杆29的转动带动转动盘7转动。如图4所示,转动盘7上固定有同心的旋转板8,旋转板8的上下两端各固定有一固定轴30,固定轴30上套接有两个卸扣12,卸扣12呈U形,开口的两个自由端上均为一个圆柱环14,圆柱环套接在固定轴上,形成的U形空间15内套接有钢索端部的固定环31 (如图6所示)。钢索3的另一端固定在转动臂4上。转动臂4上同样的固定各有一固定轴30,在固定轴30上安装有两个卸扣12,一个卸扣12向左通过钢索3连接驱动装置的旋转板8上,另一个卸扣12向右通过钢索3连接另外一个转动臂4。如图5所示,钢索3的两端中其中一端安装有螺旋扣13,螺旋扣包13括位于两端的U形卡扣和位于中间的螺旋体,通过调整螺旋体来调整钢索的长度,从而将钢索的长度调整到需要的长度,其中一个U形卡扣用于与卸扣连接,另一个U形卡扣与钢索的固定环连接。钢索3将各转动臂相连,形成一个环形的转动链,由驱动装置驱动带动各转动臂旋转,从而带动转轴旋转,转轴的旋转使得其上的光伏组件也旋转,形成对太阳光的跟踪。在光伏组件都朝上时,上下两排钢索之间的距离最大,当旋转板左右摆动时,摆动的最大角度为60°,摆动时,上下两排钢索之间的距离逐渐变小。由于安装地势的限制,允许钢索形成一个偏移角α,0° 刍 α 刍 30°。
[0032] 如图7所示,轴承的中心为方形通孔。轴承是由两个形状结构相同的半圆状轴承体17构成。在轴承体17的弧形外表面上开设有圆弧形的工作面,在工作面的两侧各有一个挡边20,挡边20为弧形,挡边20的弧度与轴承体的弧形外表面的弧度相同。在轴承体17的形成内表面的平面上开设有长方形的定位槽,两个轴承体拼接后形成一个圆形的轴承,两个定位槽形成一个轴承本体中心的方形通孔用于容纳方形转轴I。轴承端盖16为半圆弧形,轴承端盖的两侧为连接体18,连接体18为中空的长方体,连接体18的上表面为光滑的平面,连接体18的下表面为齿面,在连接体18的上表面上的中部开设有螺栓孔,螺栓孔贯穿连接体由连接体下表面的齿面。轴承端盖的内圆弧面为接触面,接触面与工作面配合。轴承底座19包括一与工作面配合连接的接触面,接触面的下方为支撑座,在接触面的两侧一体成型有连接体,连接体的结构与轴承端盖上的连接体的结构相同。
[0033] 如图8和9所示,转轴I为方形的中空管状结构。在转轴I的两端焊接有连接结构21,连接结构21的横截面为矩形,其横截面的面积为转轴I的一半。连接结构21为中空的矩形管体,连接结构21与转轴I的底面平齐,转轴I的纵截面呈矩形波的形状。转轴I与连接结构21相接处焊接有封盖25,封盖25大小与转轴I和连接结构21连接处的空隙大小相同。两个连接结构21的底面与转轴I的底面平齐,连接结构21的上表面为连接固定面23,在连接固定面23上有定位件和固定件。定位件包括加强筋26和卡槽22,加强筋26位于连接固定面23靠近转轴I的一端,加强筋26为两个且相互平行,加强筋26的形状为直角三角形,加强筋26的其中一个直角边焊接在封盖25上,另外一个直角边焊接在连接固定面23上。在连接固定面23的另一端开设有两个相互平行的卡槽22,卡槽22为一端开口的开口槽,卡槽22与加强筋26对应,在两个转轴I相互连接时,其中一个转轴I的卡槽22与另外一个转轴I的加强筋26配合定位。在加强筋26与卡槽22之间的连接固定面的中部开设有四个固定孔24,固定孔内穿接有螺栓27,将两个转轴I相互固定。

Claims (10)

1.一种回旋式太阳能单轴跟踪系统,包括若干个太阳能光伏组件单元,太阳能光伏组件单元包括立柱,在立柱上固定有转轴,转轴上固定有光伏组件,其特征在于:在每个转轴的一端均固定有一转动臂,各转动臂通过连接索连接,连接索固定在驱动装置上,驱动装置通过连接索带动转动臂旋转。
2.根据权利要求1所述回旋式太阳能单轴跟踪系统,其特征在于:所述的转动臂包括上转动臂和下转动臂,上转动臂和下转动臂上均连接有连接索,各连接索连接形成环形。
3.根据权利要求2所述回旋式太阳能单轴跟踪系统,其特征在于:相邻两个上转动臂之间的连接索与相邻两个下转动臂之间的连接索相互平行,转动臂转动时,两个相互平行的连接索之间的距离由大变小或者由小变大。
4.根据权利要求1或2或3所述回旋式太阳能单轴跟踪系统,其特征在于:所述的各转轴相互平行,转动臂与转轴垂直,各转动臂也平行,驱动装置两侧的太阳能光伏组件单元的数量相同,驱动装置与驱动装置两侧的两个转动臂分别通过连接索连接,其余相邻的两个转动臂之间设有一连接索。
5.根据权利要求1或2或3所述回旋式太阳能单轴跟踪系统,其特征在于:所述的驱动装置包括转动盘,转动盘上固定有旋转板,旋转板位于转动盘的中心,旋转板的上下两端均设有固定扣,转动盘顺时针或者逆时针旋转范围为O。飞O。。
6.根据权利要求4所述回旋式太阳能单轴跟踪系统,其特征在于:所述的驱动装置包括转动盘,转动盘上固定有旋转板,旋转板位于转动盘的中心,旋转板的上下两端均设有固定扣,转动盘顺时针或者逆时针旋转范围为O。飞O。,在转动盘下方设有转杆,转杆连接有电机,转动盘与转杆形 成蜗轮蜗杆结构。
7.根据权利要求1或2或3所述回旋式太阳能单轴跟踪系统,其特征在于:所述的转轴为方形轴,所述的转轴与立柱之间通过方形轴承连接,所述的方形轴承为分体式结构,所述的轴承本体是由两个对称布置的轴承体构成,轴承体为弧形,轴承体的外圆周表面设有圆弧形工作面,轴承体的内圆周表面设有定位槽,两个定位槽拼合构成轴承本体的通孔;所述的轴承座是由轴承端盖和轴承底座构成,在轴承端盖和轴承底座上均设有与轴承体的工作面配合的接触面,轴承端盖和轴承底座通过连接结构连接。
8.根据权利要求6所述回旋式太阳能单轴跟踪系统,其特征在于:所述的转轴为方形轴,所述的转轴与立柱之间通过方形轴承连接,所述的方形轴承为分体式结构,所述的轴承本体是由两个对称布置的轴承体构成,轴承体为弧形,轴承体的外圆周表面设有圆弧形工作面,轴承体的内圆周表面设有定位槽,两个定位槽拼合构成轴承本体的通孔;所述的轴承座是由轴承端盖和轴承底座构成,在轴承端盖和轴承底座上均设有与轴承体的工作面配合的接触面,轴承端盖和轴承底座通过连接结构连接。
9.根据权利要求1或2或3所述回旋式太阳能单轴跟踪系统,其特征在于:所述的连接索与地平面之间的夹角为0° ^30°。
10.根据权利要求1或2或3所述回旋式太阳能单轴跟踪系统,其特征在于:所述的连接所的一端通过螺旋扣固定在转动臂上,连接索的另一端通过卸扣固定在驱动装置或者相邻的转动臂上,在转动臂的端部设有固定轴,在固定轴上套接有1-2个可绕固定轴旋转的卸扣,卸扣呈U形,所述的螺旋扣包括位于两端的U形卡扣和位于中间螺旋体。
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