CN104797892B - 用于太阳能电池板的引导系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及引导系统(200)，该引导系统用于保持日光吸收装置并使其绕方位轴和仰角轴移动，该日光吸收装置特别是太阳能电池板或聚光光伏模块，该引导系统包括：外壳(201)；至少一个方位驱动器；至少一个方位齿轮单元(211)，所述方位驱动器被构造成用于驱动所述方位齿轮单元(211)绕所述方位轴(215)旋转运动；至少一个仰角驱动器；至少一个仰角齿轮单元(206)，所述仰角驱动器被构造成用于驱动所述仰角齿轮单元(206)绕所述仰角轴(214)旋转运动，并且其中所述仰角齿轮单元(206)被连接到扭矩管(202)的第一端(212)，并且所述扭矩管(202)沿所述仰角轴(214)被可转动地安装在所述外壳(201)内，其中所述扭矩管被至少两个轴承(203,209)支撑，优选所述扭矩管(202)的每端(212,213)有一个轴承，并且其中所述扭矩管(202)的第二端(213)被构造成接收并连接到用于承载/支撑一个或多个所述日光吸收装置的支撑臂(204)，并且所述扭矩管(202)进一步被构造成从仰角齿轮单元传递扭矩到所述支撑臂(204)。

Description

用于太阳能电池板的引导系统
技术领域
本发明涉及用于保持和移动日光吸收装置的引导系统的领域，所述日光吸收装置特别是聚光光伏(CPV)模块，其中日光在照射到光电池之前首先被光学系统聚焦(例如透镜系统)。
背景技术
为了优化日光吸收装置转换日光为电能的效率，很重要的是能够利用所述装置可靠地并精确地追踪太阳穿过天空的运动轨迹，以保证最理想的太阳光接收。
日光吸收装置的追踪或引导动作可例如是通过围绕两个轴移动所述装置来实现，所述两个轴也就是方位轴和仰角轴。在一个标准设计中，围绕仰角轴的运动可通过使用在引导系统的外壳的沿着该引导系统的仰角轴的两端处的两个马达和齿轮获得。
使用两个马达用于一个轴不仅比例如只用一个更昂贵，而且引导系统变得更复杂并因而更易于出现技术故障。
作为一种选择，进一步的标准设计利用U形元件将在引导系统的外壳的沿着仰角轴的一端处的单个仰角轴马达和齿轮施加的扭矩传递到另一端。然而，这种设计仅适合保持和移动非常小而轻的日光吸收装置，小而轻的日光吸收装置不在U形扭矩传递元件上施加太多扭矩和载荷应力，这能够显著恶化追踪的精度。
在EP2063200A1中描述了一种两轴驱动系统，其中单个驱动马达/驱动器被用于围绕仰角轴保持和移动日光吸收表面，其中所述表面被直接安装到仰角轴驱动器的轴上。这样的设计会导致系统内的载荷和扭矩不利的分布，特别是对于非常大而重的日光吸收表面或装置来说。
发明内容
要解决的技术问题可被阐述为怎样改进用于保持和移动日光吸收装置(例如聚光光伏(CPV)模块)的引导系统，特别是就稳定性、精度和效率而言。
以上阐述的问题通过提供以下描述的引导系统而由本发明来解决。
本发明提供一种引导系统，该引导系统用于保持日光吸收装置并使其绕方位轴和仰角轴移动，该日光吸收装置特别是太阳能电池板或聚光光伏模块，该引导系统包括：外壳；至少一个方位驱动器；至少一个方位齿轮单元，所述方位驱动器被构造成用于驱动所述方位齿轮单元绕所述方位轴旋转运动；至少一个仰角驱动器；至少一个仰角齿轮单元，所述仰角驱动器被构造成用于驱动所述仰角齿轮单元绕所述仰角轴旋转运动，并且其中所述仰角齿轮单元被连接到扭矩管的第一端。
所述扭矩管沿所述仰角轴被可转动地安装在所述外壳内，其中所述扭矩管被至少两个轴承支撑，优选所述扭矩管的每端有一个轴承，并且其中所述扭矩管的第二端被构造成接收并连接到用于承载/支撑一个或多个所述日光吸收装置的支撑臂，并且所述扭矩管进一步被构造成从仰角齿轮单元传递扭矩到所述支撑臂。
这里的方位轴或者说垂直轴应被理解为优选地平行于重力方向的轴而仰角轴或者说水平轴为优选地垂直于所述方位轴的轴。然而，仰角轴和方位轴不相互垂直也是可能的。
进一步指出用于承载/支撑一个或多个所述日光吸收装置的支撑臂的概念还可能包括所述支撑臂保持/支撑用于保持一个或多个日光吸收装置的框架结构，所述日光吸收装置特别地例如是多个太阳能电池板或聚光光伏模块。
本发明的引导系统因此可以在外壳内经由扭矩管传递旋转运动。
所述扭矩管可被轴承支撑，该轴承安装到外壳。因此，外壳上的支撑臂和日光吸收装置的重力载荷可与扭矩管上的扭矩载荷解耦。接近于无重力载荷或仅有大幅减少的重力载荷被传递到扭矩管，该扭矩管可产生相比于现有技术更高精度的引导系统的旋转运动。
其中一个所述轴承可被集成到仰角驱动器/齿轮单元中。
换而言之，所述引导系统的优点在于优化一个或多个日光吸收装置的重力载荷导致的应力的分布和扭矩载荷的分布。特别地，例如沿安装到所述装置的一个或多个日光吸收装置的重力线的主要重力载荷可被引导系统的轴承和外壳支撑，从而所述重力载荷可以与仰角驱动器和仰角齿轮解耦。
不需要支撑和保持主要的重力载荷，仰角驱动器和仰角齿轮主要用来转动所述日光吸收装置，从而可获得从仰角驱动器到日光吸收装置的更稳定和更精准的扭矩传递，甚至对于大而重的日光吸收装置也是如此。
扭矩管可360°旋转并可向任意类型的驱动单元传递适当的扭矩。可承受扭矩高达300kNm甚至更高的动态载荷。扭矩管也可被适当地设定尺寸以便承受任意预定的静态载荷，例如由太阳能模块的重力引起(从50kg/50m2到200kg/200m2或更高)和/或由高风速施加在太阳能模块上的压力引起。然而，所述扭矩管不限于这些物理措施并且其尺寸可根据具体应用以成比例的方式调整。
此外，在扭矩管被置于引导系统外壳内和/或不需要第二仰角驱动器和齿轮的情况下，可提高引导系统的紧凑性。
外壳可优选为T形，其中“T”的竖条可例如容纳方位轴并且“T”的水平条容纳仰角轴。这样的形状有助于获得引导系统上的重力载荷分布的更好平衡。
转动盘可被附接到扭矩管的第二端，并且所述盘可被构造成接收并连接到用于承载/支撑一个或多个日光吸收装置的支撑臂，并且其中扭矩管可被构造成从仰角齿轮单元传递扭矩到所述盘。
这样，可获得从扭矩管到所述支撑臂的更好的扭矩传递，和/或当来自被仰角驱动器驱动的仰角齿轮单元的扭矩被施加在扭矩管上时，扭矩管上的扭转应力进一步减少。
进一步，引导系统还可包括附接到扭矩管的第一端的转动盘，并且所述第二转动盘可被构造成接收并连接到用于承载/支撑一个或多个其它日光吸收装置或用于承载配重以平衡附接到扭矩管的第二端的日光吸收装置的重力的第二支撑臂，并且其中扭矩管被构造成从仰角齿轮单元传递扭矩到所述盘。
另选地，用于承载/支撑一个或多个其它日光吸收装置或用于承载配重的所述第二支撑臂还可以被直接安装到扭矩管的第一端而不需要转动盘。
在例如一个或多个日光吸收装置被安装到引导系统的扭矩管的每一端处的情况下，仰角驱动器和仰角齿轮单元可通过经由扭矩管传递的扭矩围绕仰角轴移动所安装的所有日光吸收装置。
方位齿轮单元和/或仰角齿轮单元可为下列类型中的一个或它们的组合：蜗轮、正齿轮或斜齿轮。
所述蜗轮可为包络蜗轮，即其中蜗杆的轮廓和齿轮齿可相互适配以便增大它们的接触面。
蜗杆轮廓和齿轮齿之比或两个齿轮之比和/或它们的尺寸可成比例地取决于日光吸收装置的表面积，其中较小表面积可被小齿轮齿数比和/或齿轮尺寸驱策。
根据本发明的引导系统可操纵每个日光吸收装置的达50m2、100m2、150m2、200m2或更大的表面积并且所述日光吸收装置可具有达50kg、100kg、150kg、200kg或更大的重量。
还有，方位齿轮单元和/或仰角齿轮单元可为自锁定的，这可以改善引导系统的操作安全性。
引导系统的轴承可为滑动轴承或滚动轴承，优选地是单列或双列滚珠轴承。
轴向或径向滚针轴承，或圆锥滚子轴承，或这些轴承的组合也是可行的。
扭矩管的材料可包括金属、钢或碳，优选的材料例如是欧洲结构等级S275或S355的钢。
扭矩管可具有例如达320mm以上的外径，和/或达12mm以上的厚度，和/或达1200mm以上的长度，并且在两端具有宽度达10mm、20mm或更大的边缘。
对于齿轮单元来说，扭矩管和/或外壳的尺寸可与日光吸收装置的表面积成比例和/或与支撑臂的尺寸成比例，以便获得更好的定制以及制作及材料成本的经济性。
太阳追踪单元于是可例如包括上述的引导系统和一个或多个聚光光伏模块。
在根据本发明的用于保持日光吸收装置并使其绕方位轴和仰角轴移动的方法中，所述日光吸收装置特别是太阳能电池板或聚光光伏模块，仰角驱动器可驱动仰角齿轮单元围绕所述仰角轴旋转运动，并且扭矩管可传递扭矩到用于一个或多个所述装置的支撑臂，所述扭矩管的第一端连接到所述仰角齿轮单元并且所述扭转管所述系统的仰角轴被可转动地安装在外壳内，其中所述支撑臂被附接到扭矩管的第二端。
附图说明
以下附图示例性代表根据本发明的引导系统的一个实施方式：
图1：根据本发明的一个示例性实施方式的引导系统的扭矩管。
图2a：根据本发明的一个示例性实施方式的用于保持和移动日光吸收装置的引导系统。
图2b：具有集成轴承的示例性仰角驱动器和仰角齿轮单元。
图3：根据本发明的一个示例性实施方式的太阳追踪单元。
具体实施方式
图1中示出了基于本发明的引导系统的示例性扭矩管100。
扭矩管100可具有达320mm以上的外径100，和/或达12mm以上的厚度(即，外径104和内径103之差)，和/或达1200mm以上的长度109，并具有位于两端101、102处的具有达10mm、20mm或更大的宽度110的边缘或法兰106、107。
扭矩管的外形可为圆柱形，但其它的外形例如立方体形也可以。
扭矩管100的材料可包括金属、钢或碳，优选的材料例如是欧洲结构等级S275或S355的钢。
边缘或法兰106、107可具有孔，这些孔用于通过例如螺钉或螺栓将扭矩管100附接到例如齿轮单元和/或转动盘和/或支撑臂，如以下图2和图3进一步所示。然而，其它用于将扭矩管100附接到进一步元件的方法也是可行的，例如通过焊接或粘合。
可进一步构想多个扭矩管100在仰角驱动器/仰角齿轮单元(未示出)与一个或多个日光吸收装置(未示出)之间传递扭矩。
扭矩管100的纵轴111可与根据本发明的用于日光吸收装置的引导系统的仰角轴一致。
图2a示出根据本发明的用于保持并移动日光吸收装置的引导系统200的一个实施方式，所述日光吸收装置特别是太阳能电池板或聚光光伏模块(参见图3)。所述引导系统200能以方位旋转方向/旋转角度216绕方位轴215移动所述日光吸收装置，并能以方位角旋转方向/旋转角度217绕仰角轴214移动所述日光吸收装置。
所述引导系统200可包括例如T形的外壳201。外壳201可承载两个轴承203、209。扭矩管202可转动地安装在外壳201的两端212、213处并且其中扭矩管202可例如具有上面关于图1所示的扭矩管100描述的任何特征。
外壳201可进一步包括或被连接到位于支撑扭矩管202的第一端212的轴承209旁边的仰角齿轮单元206。仰角齿轮单元206可直接或如所示例如通过转动盘207附接到扭矩管202的第一端212，转动盘207通过螺钉或螺栓210安装到扭矩管202。
仰角齿轮单元206可为与外壳201相分离的元件。此外，轴承209也可以是仰角齿轮单元206的一部分。仰角驱动器(未示出)和/或仰角齿轮单元206可具有安装到外壳201的固定不动部分221和被轴承209分开的可动部分218，并且所述可动部分可被固定到转动盘207和/或支撑臂208。
仰角齿轮单元206的可动部分218可被仰角驱动器(未示出)驱动，所述仰角驱动器可例如安装在沿着仰角齿轮单元206的圆周的位置220处并且可以例如是蜗轮。
相应的，方位齿轮单元211可被方位驱动器(未示出)驱动，方位驱动器可被安装在沿着方位齿轮单元211的圆周的位置219处。
扭矩管202的第二端213也可附接到另一个转动盘205，为了从仰角齿轮单元经由扭矩管202传递扭矩到所述第二端213和转动盘205并最终传递到一个或多个所述日光吸收装置(未示出)，用于承载/支撑一个或多个所述日光吸收装置的轴承203和/或支撑臂204可被安装到转动盘205。
轴承203的使用具有分隔外壳201上的支撑臂的重力载荷而使所述重量载荷与扭矩管解耦的优点。然而，根据一个变型，扭矩管202还可以被直接附接到支撑臂204。
此外，位于轴承209旁的仰角齿轮单元206还可以直接连接或经由转动盘207连接到用于承载/支撑一个或多个其它日光吸收装置的第二支撑臂208
如上所述例如引导系统200的引导系统具有许多优点。例如，引导系统200的设计允许由附接到所述引导系统的一个或多个日光吸收装置的重力载荷引起的应力最佳分布。
一个或多个日光吸收装置或相应的支撑臂204、208的重力载荷的主要份额由轴承209、203和外壳201支撑。仰角驱动器和仰角齿轮单元206与所述重力载荷解耦并因此能运行得更稳定和精确，从而允许从仰角驱动器到所述一个或多个日光吸收装置的更精确的扭矩传递。并且仅需要单个的仰角驱动器围绕仰角轴来转动一个或多个日光吸收装置，从而简化了引导系统，使得其更稳健并降低了生产成本。
图2b示出示例性仰角驱动器400和具有集成轴承409的仰角齿轮单元403。其中，马达401可驱动连接到齿轮齿404的仰角齿轮单元403的蜗杆402以便驱动仰角齿轮单元403的可动部分406，轴承409(例如是单列滚珠轴承)被关联到该可动部分406。
仰角驱动器400和仰角齿轮单元403的该总成可借助具有螺栓孔408的板405安装到引导系统的外壳(未示出)。
可旋转的可动部分406则也可经由螺栓孔407安装到用于日光吸收装置(未示出)的扭矩管(未示出)和/或转动盘(未示出)和/或支撑臂(未示出)。
图3示出示例性太阳追踪单元300，其包括根据本发明的承载在支撑臂302和框架结构304上的引导系统301，所述框架结构304用于保持日光吸收装置(未示出)，该日光吸收装置特别是例如多个太阳能电池板或聚光光伏模块，并且所述引导系统301被构造成用于使所述框架结构304围绕仰角轴306和/或方位轴307旋转。
连接至引导系统301的第二支撑臂303可充当配重或还能够承载用于保持其它的一个或多个日光吸收装置的另一个框架结构(未示出)。
此外，引导系统可绕方位轴307旋转地安装到塔305上。
在太阳能发电厂区域可部署多个太阳追踪单元300。
关于图1至图3描述的实施方式的特征可以以任何方式结合以获得根据本发明的进一步变型。

Claims (13)

1.一种引导系统(200)，该引导系统用于保持日光吸收装置并使其绕方位轴和仰角轴移动，该引导系统包括：外壳(201)；至少一个方位驱动器；至少一个方位齿轮单元(211)，所述方位驱动器被构造成用于驱动所述方位齿轮单元(211)绕所述方位轴(215)旋转运动；至少一个仰角驱动器；至少一个仰角齿轮单元(206)，所述仰角驱动器被构造成用于驱动所述仰角齿轮单元(206)绕所述仰角轴(214)旋转运动，并且其中所述仰角齿轮单元(206)被连接到扭矩管(202)的第一端(212)，
其特征在于，
所述扭矩管(202)沿所述仰角轴(214)被可转动地安装在所述外壳(201)内，其中所述扭矩管被至少两个轴承(203,209)支撑，并且其中所述扭矩管(202)的第二端(213)被构造成接收并连接到用于承载/支撑一个或多个所述日光吸收装置的支撑臂(204)，并且所述扭矩管(202)进一步被构造成从所述仰角齿轮单元传递扭矩到所述支撑臂(204)，
并且其中，转动盘(205)被附接到所述扭矩管(202)的所述第二端(213)，
所述转动盘(205)被构造成接收并连接到用于支撑一个或多个日光吸收装置的支撑臂(204)；并且其中，所述扭矩管(202)被构造成从所述仰角齿轮单元传递扭矩到所述转动盘(205)。
2.根据权利要求1所述的引导系统(200)，其中，所述外壳(201)为T形。
3.根据权利要求1所述的引导系统(200)，该引导系统进一步包括附接到所述扭矩管(202)的所述第一端(212)的第二转动盘(207)并且所述第二转动盘(207)被构造成接收并连接到用于承载/支撑一个或多个其它日光吸收装置的第二支撑臂(208)。
4.根据权利要求1所述的引导系统(200)，其中，所述方位齿轮单元(211)和/或所述仰角齿轮单元(206)是下列类型中的一个或它们的组合：蜗轮、正齿轮或斜齿轮。
5.根据权利要求1所述的引导系统(200)，其中，所述方位齿轮单元(211)和/或所述仰角齿轮单元(206)是自锁定的。
6.根据权利要求1所述的引导系统(200)，其中，所述轴承(203,209)是滑动轴承或滚动轴承，或这些轴承的组合。
7.根据权利要求1所述的引导系统(200)，其中，所述扭矩管(202)的材料包括金属或碳。
8.根据权利要求1所述的引导系统(200)，其中，所述扭矩管(202)能具有达320mm以上的外径(104)，和/或达12mm以上的厚度，和/或达1200mm以上的长度(109)，并且所述扭矩管在两端(101,102)具有宽度(110)达10mm、20mm或更大的边缘或法兰(106,107)。
9.根据权利要求1所述的引导系统(200)，其中，该日光吸收装置是太阳能电池板或聚光光伏模块。
10.根据权利要求1所述的引导系统(200)，其中，所述扭矩管(202)的每端(212,213)有一个轴承。
11.根据权利要求6所述的引导系统(200)，其中，所述滚动轴承是轴向或径向滚针轴承，或圆锥滚子轴承。
12.根据权利要求7所述的引导系统(200)，其中，所述金属是钢。
13.一种太阳追踪单元(300)，该太阳追踪单元包括根据前述任一项权利要求的引导系统(200)和一个或多个聚光光伏模块。
CN201380058973.4A 2012-11-12 2013-11-05 用于太阳能电池板的引导系统 Active CN104797892B (zh)

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