CN105468025B - 光伏双轴联动跟踪系统 - Google Patents

光伏双轴联动跟踪系统 Download PDF

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CN105468025B CN201410452129.6A CN201410452129A CN105468025B CN 105468025 B CN105468025 B CN 105468025B CN 201410452129 A CN201410452129 A CN 201410452129A CN 105468025 B CN105468025 B CN 105468025B
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Abstract

本申请提出了一种光伏双轴联动跟踪系统,包括:一种光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,包括:若干个独立的光伏跟踪组件子系统,在第一方向上前后成纵列排列通过万向联轴器连接,每个光伏跟踪组件子系统均包括:固定梁杭架结构(220),其上正面设置有多个光伏面板安装位,背面两侧下方分别安装有用于牵引绳(308)的固定端,所述多个光伏面板安装位用于安装光伏面板;前后成纵列排列的中部一个光伏跟踪组件子系统的第一方向转动轴通过万向联轴器连接到第一方向转动控制机构,所述第一方向转动控制机构控制所述第一方向转动轴的转动,其中,前后成纵列排列的中部一个光伏跟踪组件子系统的所述第二方向转动轴控制杆连接到第二方向转动控制机构。

Description

光伏双轴联动跟踪系统
技术领域
[0001 ]本申请一般地涉及光伏发电领域,特别涉及光伏发电装置的双轴可联动跟踪控制 系统。
背景技术
[0002]太阳能光伏发电是通过使用太阳能光伏组件子系统所形成的阵列接受入射的太 阳光,通过光伏转换将光能转换为电能,并收集所产生的电能以供使用的技术。该技术具有 无污染、成本低、发电可持续的优点,并在全球各地的光照强烈的热带或沙漠地区有着越来 越多的运用。
[0003]目前,在太阳能光伏发电系统中,一般会在开阔地面(或楼宇屋顶等直接受光照表 面)上部署大量的光伏组件子系统机架,机架上安装有光伏面板,通过光伏面板接收太阳光 照射进行光伏转换发电。一般,根据部署区域的面积,机架的数目可以是十几组、几十组、上 百组甚至上千组。
[0004] 同时,为了更好地使光伏组件子系统接收太阳光照,本领域中已经实现了光伏组 件子系统的太阳跟踪系统。通过实时地跟踪太阳运动,调整光伏组件子系统机架的朝向,以 使得太阳光直射至光伏组件子系统的受光平面,可以增加光伏组件子系统所能接收到的太 阳辐射量,提高太阳能光伏发电系统的总体发电量。
[0005] 简单来说,光伏发电装置自动跟踪系统的实现原理是将跟踪传感器安装在承载有 光伏组件子系统的机架上。当光线方向发生改变时,则跟踪传感器输出偏移信号,跟踪系统 开始运作,调整机架上的光伏组件子系统的朝向,直到跟踪传感器重新达到平衡状态(即由 光伏组件子系统的受光平面与入射太阳光线成直角时)停止运作,完成一次调整。如此实时 地不断调整就可确保光伏阵列组件子系统沿着太阳的运行轨迹时刻跟随太阳,提高总发电 量。自动跟踪系统也可以设有防杂光干扰及夜间跟踪电路,并附有手动控制开关,以方便调 试。
[0006] 传统的光伏发电装置自动跟踪方式一般包括:平单轴自动跟踪、斜单轴自动跟踪、 双轴跟踪等。但目前,这些跟踪方式一般实现“一机一架”的控制方式,即使用单个控制和驱 动系统来控制单个光伏组件子系统机架。如若对于成片面积上的大规模铺设,则需要与光 伏组件子系统机架数目相当的控制和驱动系统,这极大地增加了铺设成本和铺设难度,不 利于光伏发电在经济不发达地区的广泛利用。因此,需要对若千个光伏组件子系统机架的 集中化跟踪控制系统。
[0007] 同时,由于太阳的每日自东向西运动,一般的单轴跟踪系统均会采用南北向固定 放置、东西向可调转动的方式来对太阳进行跟踪。具体而言,光伏组件子系统机架的中轴线 按照南北向放置,并且整个机架可以沿其中轴线进行转动,从而实现了光伏组件子系统的 面板朝向东或西偏移,以更好地接受太阳光照。但对于我国的大部分地区而言,由于铺设地 形非水平、上空云层遮盖等原因,即便东西向可调,南北向固定的机架放置也无法将光伏组 件子系统的面板调整为与最大光轴入射方向垂直。因此,需要一种在东西向和南北向均可 调的光伏组件子系统双轴跟踪系统。
[0008]同时,对于目前的光伏组件子系统机架而言,防风性能也是一个重要的考察因素。 我国南部地区多光照和台风,当光伏组件子系统机架暴露在大风中时会受到各个方向的来 凤。来风会对机架产生侧向和纵向的压力。这对机架的抗风提出了很高的要求。如若被风吹 歪,光伏组件子系统本身的重量就足以使得整个机架结构的重心发生偏移,进而垮塌。因 此,需要光伏跟踪系统能够有效抵挡侧向强风。
[0009]综合上述需求,目前光伏发电领域缺少一种对若干个光伏组件子系统机架进行集 中化双轴跟踪控制、具有良好抗风能力、能在各种地形上大面积铺设的光伏组件子系统跟 踪系统。
发明内容
[0010]针对以上现有技术的缺陷,本申请的目的至少在于提供一种太阳能倾角单轴跟踪 系统。
[0011]根据本申请的第一方面,提出了一种光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于, 包括:若干个独立的光伏跟踪组件子系统,在第一方向上前后成纵列排列,每个光伏跟踪组 件子系统均包括:固定梁杭架结构(220),其上正面设置有多个光伏面板安装位,背面两侧 下方分别安装有用于牵引绳(3〇8)的固定端,所述多个光伏面板安装位用于安装光伏面板; 两个固定支撑柱(6、7),其上固定有第一方向轴(L),所述固定梁杭架结构被活动连接在所 述第一方向轴上并能绕第一方向轴进行倾斜转动;牵引绳(308),两端分别连接在所述固定 梁杭架结构的背面两侧的固定端上;第一方向转动轴(M),所述牵引绳(308)多次缠绕在所 述第一方向转动轴上;引导轨(304),安装在所述固定梁杭架结构的背面,与第二方向一致, 所述牵引绳(3〇8)被套入引导轨(304)内,所述第二方向在与所述第一方向在水平面上正 交;万向联轴器,设置在所述第一方向转动轴的两端,并联接到前一个光伏跟踪组件子系统 的第一方向转动轴以及后一个光伏跟踪组件子系统的第一方向转动轴,使得多个光伏跟踪 组件子系统的第一方向转动轴彼此相连接,其中,前后成纵列排列的第一个光伏跟踪组件 子系统的第一方向转动轴通过万向联轴器连接到第一方向转动控制机构,所述第一方向转 动控制机构控制所述第一方向转动轴的转动,并进而绞动所述牵引绳,由此拉动所述固定 梁杭架结构绕着所述第一方向轴在第一方向上发生转动;所述多个光伏面板安装位在所述 固定梁杭架结构的正面成多行的并行排列,其中并行排列的多个光伏面板安装位均具有共 用的第二方向转动轴(K1、K2、K3、K4、K5),所有的第二方向转动轴均由第二方向转动轴控制 杆00所活动连接,所述第二方向转动轴控制杆在第二方向上作水平方向的前后移动,并由 此通过活动连接方式带动所有的第二方向转动轴在所述第二方向上发生转动,进而使得其 上的光伏面板安装位在所述第二方向上发生转动;其中,前后成纵列排列的中部一个光伏 跟踪组件子系统的所述第二方向转动轴控制杆连接到第二方向转动控制机构。
[0012]根据本申请的第二方面,所述第一方向转动控制机构包括第一方向转动控制电 机,所述第二方向转动控制机构包括第二方向转动控制电机,所述第一方向转动控制电机 和所述第二方向转动控制电机以无线或有线的方式耦合到控制器,所述控制器基于太阳实 时位置信息来控制所述第一方向转动控制电机和所述第二方向转动控制电机的转动,进而 带动所述固定梁杭架结构在第一方向上的转动以及带动所述光伏面板安装位在所述第二 方向上的转动。
[0013]根据本申请的第三方面,所述每一个光伏面板安装位的第二方向转动轴均固定连 接有牵引杆(460),所述牵引杆活动连接到所述第二方向转动轴控制杆,所述第二方向转动 轴控制杆进一步通过旋转杆(490)而活动连接到第二方向控制电机,所述第二方向控制电 机带动所述旋转杆转动,进而推动所述第二方向转动轴控制杆在第二方向上发生前后移 动。进而由所述第二方向转动轴控制杆的前后移动拉动所述牵引杆,由此带动所述第二方 向转动轴的转动,并由此带动所述光伏面板安装位在所述第二方向上的转动。
[0014]根据本申请的第四方面,所述固定梁杭架结构是框架型的扁平结构,所述固定梁 杭架结构的中心线上设置有多组轴承结构,在安装时将所述第一方向轴穿过轴承结构,由 此使得整个固定梁杭架结构可以绕所述第一方向轴进行灵活转动。
[0015]根据本申请的第五方面,所述两个固定支撑柱均包括:中央支撑柱(312)和水平向 的底边横梁(314),所述中央支撑柱进一步垂直架设在所述底边横梁(314)上。
[0016]根据本申请的第六方面,连接到第二方向转动控制机构的中部一个光伏跟踪组件 子系统的所述固定梁杭架结构的任意一侧设置有托架结构(440),所述第二方向转动控制 结构通过螺栓被固定在所述托架结构上。
[0017]根据本申请的第七方面,所述第一方向转动控制电机通过所述万向联轴器与所述 前后成纵列排列的所述若干个光伏跟踪组件子系统的第一方向转动轴联接,由此统一地带 动所述若千个光伏跟踪组件子系统的第一方向转动轴的转动。
[0018]根据本申请的第八方面,所述太阳实时位置信息来自如下的一个或多个:设置在 不同物理位置上的用于接收光照的光敏传感器;第三方的实时气象资料;其他第三方商业 气象预测机构提供的太阳实时位置信息。
[0019]根据本申请的第九方面,所述中央支撑柱依靠支撑边被架设在水平向的底边横梁 (314) 〇
[0020]根据本申请的第十方面,又提出了一种网格化的光伏组件子系统双轴跟踪系统, 其特征在于,包括:多组系统纵列(8-1、8-2、8-3),每一组系统纵列均由如以上所述的光伏 组件子系统双轴跟踪系统所构成,在彼此相邻的两两系统纵列的相对应组件子系统的固定 支撑柱之间,通过纵列横梁(810)进行水平连接加固,由此,使得整个网格化的组件子系统 能彼此依靠地连接在一起。
[0021] 根据本申请上述各个方面的太阳能双轴跟踪系统至少具有如下技术优势:采用南 北向和东西向这两个方向的转动来跟踪太阳光,使光伏组件子系统时刻保持与太阳光光线 呈最佳角度,实现太阳光的最佳吸收利用,相对于单轴跟踪系统,可提高10 % -15 %的发电 效率。同时,可以实现一套跟踪控制系统对复数个光伏组件子系统的控制跟踪,大幅度降低 跟踪成本,并且也能够有效提高整个光伏跟踪系统的抗风性能,提高安全性和持久耐用性。 [0022]在本文中,术语“连接”或“親合”被定义为两个主体之间的连接,不过不一定是直 接的连接,也可包括通过其他中部节点或设备而实现的间接连接关系。
[0023]本文中所使用的术语“包括”、“具有”、“包含”、以及“含有”是开放式的连接动词。 因此,一种方法或装置“包括”、“具有”、“包含”或“含有” 一个或一个以上步骤或组件子系统 指的是:该方法或装置具有那些一个或一个以上步骤或组件子系统,但并不是仅仅具有那 些一个或一个以上步骤或组件子系统,也可包括其他的本文中未提及的一个或一个以上步 骤或组件子系统。
[0024] 应当理解,本申请以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的, 并且旨在为如权利要求所述的本申请提供进一步的解释。
[0025] 附图简述
[0026]包括附图是为提供对本申请进一步的理解,它们被收录并构成本申请的一部分, 附图示出了本申请的实施例,并与本说明书一起起到解释本申请原理的作用。在结合附图 并阅读了下面的对特定的非限制性本申请的实施例之后,本申请的其他特征以及优点将变 得显而易见。其中:
[0027]图1示出了根据本申请的一个实施例的双轴跟踪系统的单个组件子系统的俯视 图。
[0028]图2示出了根据本申请的一个实施例的双轴跟踪系统的单个组件子系统的立体 图。
[0029]图3A、3B、3C为根据本申请的一个实施例的双轴跟踪系统的单个组件子系统的不 同部分的侧视图和剖面图。
[0030] 图4是根据本申请的一个实施例的双轴跟踪系统的单个组件子系统的另一个侧面 图。
[0031] 图5A-5C是在图3A的基础上补充了控制电机和压块后的单个组件子系统1〇〇的侧 面示意图。
[0032]图6示出了根据本申请的一个实施例的控制系统的示意图。
[0033]图7示出了根据本申请的一个实施例的双轴跟踪系统的多个组件子系统的示意 图。
[0034]图8示出了根据本申请的另一个改进实施例的网格化安装双轴跟踪系统的示意 图。
具体实施方式
[0035] 参考在附图中示出和在以下描述中详述的非限制性实施例,更完整地说明本申请 的多个技术特征和有利细节。并且,以下描述忽略了对公知的原始材料、处理技术、组件子 系统以及设备的描述,以免不必要地混淆本申请的技术要点。然而,本领域技术人员会理解 至11,在下文中描述本申请的实施例时,描述和特定示例仅作为说明而非限制的方式来给出。 [0036] 在任何可能的情况下,在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部 分。此外,尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的,但是本申请说明书中 所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的,其详细含义在本文的描述的相 关部分中说明。此外,要求不仅仅通过所使用的实际术语,而是还要通过每个术语所蕴含的 意义来理解本申请。
[0037]图1示出了根据本申请的一个实施例的一种对多个光伏组件子系统机架进行跟踪 控制的双轴跟踪系统的单个组件子系统100的俯视图。图1是从天顶俯瞰的俯视图,则在地 面的水平面上,图示的X方向和Y方向正交。具体而言,在一个实施例中,Y方向为南北方向, 而X方向为东西方向。当然,因为本申请在垂直的两个轴向方向(X方向和Y方向)上都可以转 向,因此可以将Y方向设置为东西方向并将X方向设置为南北方向。图1示出的组件子系统 100包括:光伏面板、光伏面板安装位、固定梁杭架结构,以及其下方接触底面的支撑结构。 由于俯视的关系,支撑结构在图1中未能直接地体现。固定梁杭架结构是一个框架型的长方 体扁平结构,由刚性框架条沿长方体的边搭建而成,框架中由多条刚性框架条在对角线上 交叉补强。由此搭建的固定梁杭架结构具有重量轻、强度高、不易变形等优点。在三维方向 上均有很优良的抗拉扯性能。刚性框架条可以使用耐腐蚀处理过的金属材料制成,例如:。 固定梁杭架结构与其下的支撑结构采用轴承结构互相连接。具体而言,在支撑结构上固定 有第一方向轴L,固定梁杭架结构220 (图中所示的具有交叉梁的结构)穿过第一方向轴L。在 固定梁杭架结构的中心线上设置有多组轴承结构,在安装时将第一方向轴L穿过轴承结构, 由此使得整个固定梁杭架结构可以绕第一方向轴L进行无摩擦的灵活转动。由此,带动了其 上的全部光伏面板安装位在Y方向上的转动。固定梁杭架结构上朝向太阳入射的正面设置 有多个光伏面板安装位。图1中由虚线框A所特别标出的为一个俯视的光伏面板安装位,其 上可以覆有一片光伏面板。同样示例性示出的还有光伏组件子系统安装位B、C、D、E、F、G、L、 I、J。多个光伏面板安装位成两两并行排列,共有5行。当然,在其他实施例中也可以成多个 并行排列,例如,三三并行排列(每行三个光伏面板安装位),或四四并行排列,等等,并有多 行。图1中的单个双轴跟踪组件子系统一共包括有10个光伏面板安装位,即可以最多安装有 10片光伏面板。但在另一个实施例中,可以修改图1的配置方式,使其提供2、4、6、8、12、14、 16、18、20个或更多的光伏面板安装位。这是根据本领域技术人员在实际安装过程中的需 要,并根据实际所要安装的光伏面板的大小来决定的,本申请在此方面不做限制。
[0038]如前所述,图1中的光伏面板安装位被可动架设在固定梁杭架结构220之上(示出 在图2中),而固定梁杭架结构220进一步被架设在支撑结构之上。此外,整个系统包括第一 方向转动控制机构(将在下文详述),用于控制固定梁杭架结构220 (包括其上的所有光伏组 件子系统安装位)绕第一方向轴L的转动。图1中示出的第一方向轴L在X方向上延伸,则整个 固定梁杭架结构及其上所安装的光伏面板A至J可以绕第一方向轴L在Y方向上发生转动。 [0039]同样,每个光伏面板安装位还包括有用于在第二方向控制安装位发生转动的系 统。按照图示,并行排列的多个光伏面板安装位具有一根共用的第二方向转动轴。光伏面板 安装位A和B包括有第二方向转动轴K1,光伏面板安装位C和D包括有第二方向转动轴K2,光 伏面板安装位E和F包括有第二方向转动轴K3,光伏面板安装位G和L包括有第二方向转动轴 K4,光伏面板安装位I和J包括有第二方向转动轴K5。所有的第二方向转动轴K1至K5均由第 二方向转动轴控制杆K所活动连接(为了便于示例,图1中的第二方向转动轴控制杆K仅仅示 出连接有第二方向转动轴K1、K2、K3,但实际情况下,第二方向转动轴控制杆K将继续延伸下 去一直连接到第二方向转动轴K4和K5)。第二方向转动轴控制杆K将在第二方向控制电机的 驱动下作水平方向的前后移动,借由该水平方向的前后移动,通过活动连接方式带动所有 的第二方向转动轴K1至K5在X方向上发生转动,进而使得其上的光伏面板安装位々至』在x方 向上发生转动。
[0040]由此,图1示出的双轴跟踪系统的单个组件子系统100可以使其所承载的光伏面板 A至J在X方向和Y方向这两个互相垂直的方向上均发生转动。在一个实施例中,在x方向和Y 方向上的转动是可以同时进行的。由此,光伏面板A至J可以在南北向和东西向这两个方向 上跟踪太阳光,使光伏面板时刻保持与太阳光光线呈最佳角度,实现太阳光的最佳吸收利 用。
[0041]图2示出了根据本申请的一个实施例的双轴跟踪系统的单个组件子系统100的立 体图。为了清楚起见,图2中的方向X和Y与图1中的方向X和Y相同。同时,为了不遮蔽其他的 组件子系统,图2中仅仅安装了 5片光伏面板。但实际情况中可以安装更多的光伏面板。图2 自上而下不出了光伏面板被安置在光伏面板安装位上,多个光伏面板安装位被安装在固定 梁杭架结构上,固定梁杭架结构被架设在支撑结构上。第一方向轴L在X方向上贯穿固定梁 杭架结构。支撑结构的前后两个支撑柱支撑了固定梁杭架结构和第一方向轴L。支撑结构的 一个支撑柱上设置有第一方向转动控制电机,用于控制固定梁杭架结构沿着第一方向轴L 的转动。根据一个实施例,第一方向轴L是被固定在支撑结构的前后两个支撑柱上的。在第 一方向轴L上活动地套有(例如,经由轴承结构)固定梁杭架结构220。固定梁杭架结构上进 一步设置有多条Y方向上的第二方向转动轴(例如,图1中的K1 一K5)。每一条第二方向转动 轴上都设置有两个或两个以上光伏面板安装位。在其他实施例中,每一条第二方向转动轴 上可以设置有更多的光伏面板安装位,例如,三个、四个、五个、或更多。
[0042]为了控制固定梁杭架结构在Y方向上的转动,组件子系统还包括第一方向转动轴 M。该第一方向转动轴M的两端设置有万向轴连器(没有示出),通过万向轴连器进一步连接 到前一个组件子系统和后一个组件子系统的第一方向转动轴M,第一方向转动轴M是可以转 动的,并且其通过自身的转动来带动其上缠绕的牵引绳(可以是钢丝绳或纤维绳),由此带 动固定梁杭架结构的转动。第一方向转动轴M进而连接到第一方向转动控制电机(图2中没 有示出)。第一方向转动控制电机是第一方向转动控制机构的一部分。第一方向转动控制机 构除此之外还包括控制电路。控制电路可以是控制用电路板。控制电机是可以根据控制器 所输出的控制信号来带动第一方向转动轴M进行转动的设备,其可以采用多种实现方式,例 如,液压绞车、伺服电机、链条系统、或其他可用的传动系统。太阳运动跟踪传感器(没有在 图中示出)被设置在双轴跟踪系统的各个组件子系统上。控制器基于太阳运动跟踪传感器 的输出信号来输出控制信号以实时地驱动控制电机,进而调节第一方向转动轴M在Y方向上 的转动角度,从而机械联动调节固定梁杭架结构在Y方向上的转动,近而使得固定梁杭架结 构上的光伏面板安装位上设置的所有光伏面板在Y方向上的转动角度发生改变,以适应太 阳在每一日中的运动轨迹。
[0043]为了控制固定梁杭架结构上所有光伏面板沿着X方向的转动,组件子系统还包括 设置在固定梁杭架结构一侧的第二方向转动控制机构。第二方向转动控制机构通过第二方 向转动控制杆K带动所有的第二方向转动轴进行转动,进而使得其上的光伏面板在X方向上 发生转动。
[0044]由此,该单个组件子系统能够使得其上的所有光伏面板在Y方向和X方向上均可以 转动,从而实现了双轴转动跟踪太阳。
[0045]图3A、3B、3C为每一个光伏跟踪子系统的单个组件子系统1〇〇的不同侧面的示意 图。图3A是侧视图,其中示出了每个组件子系统1〇〇包括:二个固定支撑柱3〇6、第一方向转 动轴M、若干个光伏组件子系统安装位302、以及引导轨304和其他未示出的部分。光伏面板 被安装在光伏组件子系统安装位302上。从此图可以看到,第一方向轴L的两端被固定在两 个支撑柱306的顶端上。第一方向转动轴M的转动带动固定梁杭架结构的转动。引导轨3〇4起 到辅助转动定位的作用。
[0046]图3B示出了单个组件子系统1〇〇的支撑结构和转动控制机构的剖面图,其中省略 了部分结构,这是出于说明性的目的为了使得整个描述更为清楚,而不旨在限定其具体实 施的结构。可以看到,固定梁杭架结构(己被简化示出)的正面(受光面)安装有光伏面板安 装位,而中轴线上设置有轴承结构,其中穿过有第一方向轴L,其背面的两侧下方分别设置 有牵引绳308的固定端。牵引绳两头分别接在两侧的对应固定端上,中部转过第一方向转动 轴M,形成环路的牵引绳拉动系统。同时,固定梁杭架结构的背面耦合到引导轨304,引导轨 304与固定梁杭架结构的转动倾斜方向成平行关系,即朝向第二方向(即,在一个实施例中 成东西向放置)。牵引绳308靠近固定梁杭架结构的部分套入引导轨3〇4。图上示出了引导轨 304的左右两侧与牵引绳3〇8的接触部分成圆弧状,这是为了使得牵引绳3〇8始终处于张紧 状态,由此可以有效地拉动固定梁杭架结构。为了节约材料,引导轨304的下方中部不接触 牵引绳的部分可以被截去,不采用圆弧状。在牵引绳308牵动固定梁杭架结构时,固定梁杭 架结构的轴承结构与固定的第一方向轴L之间的摩擦轻微,提高了调节的灵活性。
[0047] 根据本申请的一个实施例,在跟踪控制时,基于跟踪传感器(没有示出)的信号,传 动控制装置通过如下方式进行角度调节:控制器基于跟踪传感器的信号确定转动方向和转 动角度,通过控制电机带动第一方向转动轴M进行顺时针或逆时针转动,第一方向转动轴M 的时钟方向转动将绞动牵引绳308,使其沿着左或右(即,东或西方向)方向上缩短,由此牵 动所连接固定梁杭架结构的一侧,带动固定梁杭架结构向两侧中的任意一侧发生倾斜,由 此调节了其上所承载的光伏面板在Y方向上的倾角,使得光伏组件子系统能随着一天中太 阳运行的角度变化而不断调整其受光面角度,增加转换效率,提高发电量。引导轨304确保 了牵引绳308在转动过程中仍然保持张紧状态,由此,无论固定梁杭架结构的倾斜角度如 何,牵引绳308均能有效带动固定梁杭架结构。
[0048]图3C是支撑结构的放大剖面图。可以看到,图3C仅示出了两个支撑结构中的一个, 另一个可以完全复制本图示的结构。支撑结构包括:中央支撑柱312,其架设在水平向的底 部横梁314上。底部横梁314的两端分别插入一个压块310,压块310放置在安装地面上。图3C 还示出了中央支撑柱312通过三角形的两边支柱稳固地架设在底部横梁314上。在一个替换 实施例中,可以省略该三角形的两边支柱。中央支撑柱312顶端固定有第一方向轴L。固定方 式可以通过焊接、或通过压片结构压紧轴L,或是通过其他方式。这是本领域技术人员根据 现场情况可以自由选择的。图3C的放大框1示出了中央支撑柱下方靠近底部横梁314的位置 安装有转动控制机构的一部分,具体而言,其中插入有第一方向转动轴M,第一方向转动轴M 上绕有牵引绳308。
[0049]图4示出了根据本申请的一个实施例的双轴跟踪系统的单个组件子系统的另一种 侧面图。标号410示出了上文已经描述过的第一方向转动控制结构,用于带动第一方向转动 轴M的转动。如上所述的,第一方向转动控制结构410包括第一方向控制电机。该控制电机是 可以根据控制器(没有示出)所输出的控制信号来带动第一方向转动轴M进行转动的设备。 控制器基于太阳运动跟踪传感器的输出信号来输出控制信号以实时地驱动控制电机,进而 调节第一方向转动轴M在Y方向上的转动角度。
[0050]图4中的标号42〇示出了上文已经描述过的第二方向转动控制结构,用于带动第二 方向转动轴控制杆K的转动。第二方向转动控制结构420包括第二方向控制电机。该控制电 机是可以根据控制器(没有示出)所输出的控制信号来带动第二方向转动轴K1 一K5进行转 动的设备。
[0051] 可以认识到,虽然图4中示出的单个组件子系统同时具有第一方向转动控制结构 和第二方向转动控制结构,但第一方向转动控制结构和第二方向转动控制结构可以被分别 设置在不同的组件子系统中。例如,当多个组件子系统成前后纵列排列时,排列的第一个组 件子系统可以具有第一方向转动控制结构,而排列的中部一个组件子系统可以具有第二方 向转动控制结构。
[0052] 图5A是在图3A的基础上补充了控制电机和压块后的单个组件子系统100的侧面示 意图。目的之一是示出第一方向转动控制结构410和第二方向转动控制结构420在系统中的 位置。可以看到,第一方向转动控制结构410设置在整个子系统的下部,而第二方向转动控 制结构420则设置固定梁杭架结构的一侧。图5B示出了从图5A中以A-A方向的剖面图,以更 为清楚地示出了第二方向转动控制结构420与固定梁杭架结构430。可以看到,第固定梁杭 架结构430的任意一侧设置有托架结构440,第二方向转动控制结构420通过螺栓被固定在 托架结构440上。
[0053]图5C示出了与图5A同一个侧面的第二方向转动控制机构的更为详细的工作原理 示意图。其中省略了部分结构,这是出于说明性的目的为了使得整个描述更为清楚,而不旨 在限定其具体实施的结构。图5C示出了两组同样的结构,以期更为清楚地表达本申请的工 作原理。以图上左侧的一组结构为例,标号450示出了光伏面板安装位。箭头方向X与图1中 的方向X相同。在所示的实施例中,光伏面板安装位450可以绕第二方向转动轴K1在方向X上 进行转动。为了控制光伏面板安装位450在方向X上的转动,光伏面板安装位450的第二方向 转动轴均固定连接有牵引杆460。如图所示的实施例中,牵引杆460垂直耦合于光伏面板安 装位450的第二方向转动轴上。当然,牵引杆460也可以以一定角度(例如80度、60度、等等) 地固定耦合于光伏面板安装位450。第二方向转动控制结构420包括有图上所示出的单个的 第二方向控制电机480。第二方向控制电机480转动,带动旋转杆490发生转动,如图上a、b、c 三个位置所示。而旋转杆490进一步活动连接到水平的第二方向转动轴控制杆K。本领域技 术人员可以理解到,随着旋转杆490的转动,第二方向转动轴控制杆K在方向X上发生前后移 动。由此,实现了由第二方向控制电机480控制的第二方向转动轴控制杆K的X方向的位移。 进一步的,第二方向转动轴控制杆K通过活动连接方式(例如,通过铰链)连接于每一个牵引 杆4e〇。随着第二方向控制电机480带动第二方向转动轴控制杆K在X方向上进行前后移动, 第二方向转动轴控制杆K的前后移动拉动了牵引杆460,由于第二方向转动轴控制杆K与牵 引杆460是活动连接的,则牵引杆妨0可以发生转动,如图上的A、B位置所示。由于牵引杆460 与光伏面板安装位45〇是固定连接的,则随着牵引杆460从A位置转动到B位置,光伏面板安 装位450也随即绕第二方向转动轴K1在方向X上进行转动。在一个实施例中,单个光伏面板 安装位45〇绕第二方向转动轴K1在方向X上的转动幅度为+/-1〇至30度。
[OOM]进一步的,第二方向转动轴控制杆K可以延长,进而连接到图上右侧的第二组光伏 面板安装位450’的牵引杆460’。并且,第二方向转动轴控制杆k可以继续延长到另一个光伏 组件子系统上的复数个光伏面板安装位。由此,通过单个的第二方向控制电机48〇以及一个 弟一方向转动轴te制杆K,可以市动复数个牵引杆和光伏面板安装位在方向x上进行转动。 在一个实施例中,根据架设在跟踪子系统上的光线探测器,由控制器(未在图上示出)对第 二方向控制电机48〇发出第二方向转动控制信号,第二方向控制电机480带动第二方向转动 轴控制杆K进行水平前后移动,进而带动其上多个牵引杆460和光伏面板安装位45〇在方向x 上进行转动,实现了对太阳光的跟踪调节。
[0055]图6示出了根据本申请的一个实施例的控制系统的示意图。本申请的第一方向转 动控制电机和第二方向转动控制电机可以被耦合至共用的控制器。该耦合可以是通过各种 常用的通信形式来进行,例如,有线的电缆传输或无线传输。当整个光伏发电系统被铺设在 广阔的面积上时,采用无线传输是更为有利的。例如,可以采用WiFi、蓝牙、2.4Ghz频段的无 线传输技术等方式,由某一个物理地点上放置的控制器对所有机架上的第一/第二方向控 制电机发送无线控制信号,由此减少了在广阔面积上的布线需求,节约了成本,提高了布设 效率。同样,通过第一/第二方向的传感器,收集太阳在第一方向和第二方向上的实时位置 "[目息。控制器基于该实时位置彳目息来广生并输出第一方向转动控制信号和第二方向转动控 制信号,以控制所有光伏面板实时地转动。传感器可以同样采用有线或无线的方式耦合到 控制器。并且,传感器可以采用多种不同的实现方式。例如,在一个实施例中,传感器可以是 设置在不同物理位置上的用于接收光照的光敏传感器。或者,在另一个实施例中,可以不需 要传感器,而是通过接收第三方的实时气象资料来产生第一方向转动控制信号和第二方向 转动控制信号。该第三方实时气象资料可以是气象台的实时数据,或是其他第三方商业气 象预测机构提供的更为准确的太阳实时位置信息。或者,以上多种方式可以被结合使用来 提供更为精确的太阳实时位置信息。由此,本领域技术人员可以认识到,本申请的传感器和 控制器不需要被设置在光伏系统的附近,而是可以在远程对整个广阔面积上的光伏系统进 行控制,这显著降低了控制成本并提高了控制效率。
[0056]图7示出了根据本申请的一个实施例的双轴跟踪系统的多个组件子系统的示意 图。图7的上半部分是多个组件子系统互联的侧视图,下半部分是多个组件子系统互联的俯 视图。图7中包括有多个组件子系统100、2〇〇、3〇〇、400。但本领域技术人员可以知道,可以进 一步包括有更多的组件子系统,并能按照如下描述的方式等同地进行连接和操作。
[0057]组件子系统200、300、400和前文参考图1 一 4所描述的组件子系统1〇〇相同结构。并 且,组件子系统200、300、400均包括有第一方向转动轴M,示出为M200、M300、M40(KM200、 M300、M400通过万向轴连器互相连接,并且M200的一端连接到组件子系统100 (最右侧)的第 一方向转动轴M。组件子系统100的第一方向转动轴M的另一条连接到第一方向转动控制机 构(图上没有示出)。第一方向转动控制机构包括第一方向转动控制电机。太阳运动跟踪传 感器(没有在图中示出)被设置在双轴跟踪系统的各个组件子系统100、200、300、400上。控 制器(例如,如图6所示的控制器)基于传感器的输出信号来输出控制信号以实时地驱动控 制电机,进而调节第一方向转动轴M在Y方向上的转动角度。经由万向轴连器,第一方向转动 轴M的转动带动了第一方向转动轴M200、M300、M400和转动,从而机械联动调节组件子系统 200、300、400上的固定梁杭架结构在Y方向上的转动,近而使得所有组件子系统的固定梁杭 架结构上的所有光伏面板都在Y方向上发生角度改变。由此,通过单个控制装置和单个轴, 可以实现多个组件子系统的光伏面板在Y方向上的转动角度同时发生改变。
[0058]同样,组件子系统200、300、400中的每个光伏面板安装位均包括有在Y方向上的第 二方向转动轴(未示出标记)。由第二方向转动轴控制杆K连接所有的组件子系统1〇〇、200、 300、400。组件子系统100的第二方向转动轴控制杆K连接到第二方向转动控制机构。第二方 向转动控制机构包括设置在组件M200和M300之间的单个的第二方向控制电机480。在控制 器(例如,如图6所示的控制器)的指示下,第二方向控制电机480带动第二方向转动轴控制 杆K发生水平方向上的前后移动,从个人通过活动连接方式带动组件子系统200、300、400上 所有光伏面板安装位的第二方向转动轴在X方向上发生转动。由此,通过单个控制装置和单 个轴,使得所有光伏面板安装位能同时在X方向上发生受控的转动。在本实施例中,由于使 用四个组件子系统,则为了使水平方向上的驱动力均匀,因此在中央位置,g卩M200和M300之 间的位置设置该单个的第二方向控制电机480。由此,第二方向控制电机480在水平方向上 的左右两侧均驱动基本相同长度的第二方向转动轴控制杆K,平衡了功率输出。由于本申请 不限定彼此连接的组件子系统的数量,因此可以联接尽可能多的组件子系统。根据本申请 的设计,一个第二方向控制电机480可以同时带动大约二十至四十个组件子系统的所有光 伏面板安装位进行转动。
[0059] 通过单个的第一方向转动控制机构和第二方向转动控制机构,可以同时地分别调 节所有组件子系统上的光伏面板在X和Y两个方向上的转动角度,从而无死角地精确调节光 伏面板为垂直正面迎向太阳光的入射方向。由此可以最大化太阳能入射角度,提高光伏面 板的光伏转换效率。在一个测试系统中,相对于单轴系统,可提高10%-15%的发电效率。同 时,可以实现一套跟踪控制系统对复数个光伏组件子系统的控制跟踪,大幅度降低跟踪控 制成本。
[0060] 此外,固定梁杭架结构在不使用时的初始状态为处于水平面。固定梁杭架结构采 取了框架结构在三维方向上都具有优良的抗拉扯性能。由此有效提高整个光伏跟踪系统的 抗风性能,提高安全性和持久耐用性。
[0061] 现在参考图8,图8示出了根据本申请的另一个改进实施例的网格化双轴跟踪系统 的示意图。进一步而言,图8示出了与例如图3C和图4类似的侧面。图8中示出了三组系统纵 列8-1、8-2和8-3。可以认识到,这仅仅是示意性的,本申请可以不限于三组系统纵列,并且 可以组成多达数十组系统纵列。每一组系统纵列均是如图7所示的串联有组件子系统200、 300、400 (以及更多)的纵列控制结构,实现本申请如上所示的第一方向/第二方向转动控 制。改进之一在于,与图3C和图4相比,省略了中央支撑柱312架设在底部横梁314上所需要 三角形两边支柱。而进而,在在彼此相邻的两两系统纵列的相对应组件子系统的中央支撑 柱之间,通过纵列横梁810进行水平连接并加固,由此,使得整个网格化的组件子系统能彼 此依靠地连接在一起。图8上的纵列横梁810以断开线方式示出,表示其中可以包括有一组 或更多组没有示出的系统纵列。当数十组系统纵列彼此通过纵列横梁810进行连接时,即便 在每一个子系统上不设置三角形两边支柱,也可以极大地提高抗风性能和安装稳定性。由 此,实现了整个网格化双轴跟踪系统的整体安装稳定性,并通过省略每一个子系统上的三 角形两边支柱,极大地节约了安装支架的成本。达到了成本和效果的双重收益。此外,在此 网格化系统中,可以如图6所示的采用单个控制器的形式,以无线方式向整个网格化系统的 所有第一方向/第二方向转动控制电机发送转动信号,以更为高效且节约的方式控制广大 面积上的光伏面板,实现了集中控制。
[0062]根据本申请的以上诸个实施例所提供的新型光伏组件子系统双轴跟踪系统具有 如下优点:
[0063] —、通过光伏组件子系统的东西向和南北向倾角的同时调节,实现了全面、实时、 无死角地跟踪太阳运行,确保了一天之中的光伏组件子系统始终处于最佳受光角度,提高 了转换效率,提高了发电量;
[0064]二、通过单个控制器和转动轴即可同时控制连接在一个方向上的多组跟踪组件子 系统,实现了对复数个光伏面板的在东西和南北两个方向上的角度同时调节,大幅提高控 制效率,降低成本。
[0065]三、通过轴承结构和连接轴,提高了光伏组件子系统的转动灵活性;
[0066]四、通过框架结构的光伏组件安装架,提高了整个系统的强度和抗风能力。
[0067]鉴于本公开内容,可在不进行过度实验的情况下执行本申请中公开和要求保护的 所有方法。虽然已经按照优选实施例来描述了本申请的装置和方法,但本领域普通技术人 员可显而易见,可对本申请中描述的方法和方法的步骤或步骤顺序应用多种变型,而不背 离本申请的概念、精神和范围。此外,可对所公开的装置做出修改,且可从本申请描述的组 件子系统中排除或替代多个组件子系统,并实现相同或相似的结果。对本领域普通技术人 员显而易见的所有这些相似的替代和修改被视为在由所附权利要求所限定的本申请的精 神、范围以及概念以内。

Claims (10)

1.一种光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,包括: 若干个独立的光伏跟踪组件子系统,在第一方向上前后成纵列排列,每个光伏跟踪组 件子系统均包括: 固定梁杭架结构(220),其上正面设置有多个光伏面板安装位,背面两侧下方分别安装 有用于牵引绳(308)的固定端,所述多个光伏面板安装位用于安装光伏面板; 两个固定支撑柱(6、7),其上固定有第一方向轴(L),所述固定梁杭架结构被活动连接 在所述第一方向轴上并能绕第一方向轴进行倾斜转动; 牵引绳(308),两端分别连接在所述固定梁杭架结构的背面两侧的固定端上; 第一方向转动轴⑽,所述牵引绳(308)多次缠绕在所述第一方向转动轴上; 引导轨(304),安装在所述固定梁杭架结构的背面,与第二方向一致,所述牵引绳(3〇8) 被套入引导轨(304)内,所述第二方向在与所述第一方向在水平面上正交; 万向联轴器,设置在所述第一方向转动轴的两端,联接到前一个光伏跟踪组件子系统 的第一方向转动轴以及后一个光伏跟踪组件子系统的第一方向转动轴,使得多个光伏跟踪 组件子系统的第一方向转动轴彼此相连接,其中,前后成纵列排列的第一个光伏跟踪组件 子系统的第一方向转动轴通过万向联轴器连接到第一方向转动控制机构,所述第一方向转 动控制机构控制所述第一方向转动轴的转动,并进而绞动所述牵引绳,由此拉动所述固定 梁杭架结构绕着所述第一方向轴在第一方向上发生转动; 所述多个光伏面板安装位在所述固定梁杭架结构的正面成多行的并行排列,其中并行 排列的多个光伏面板安装位均具有共用的第二方向转动轴(K1、K2、K3、K4、K5),所有的第二 方向转动轴均由第二方向转动轴控制杆(K)所活动连接,所述第二方向转动轴控制杆在第 二方向上作水平方向的前后移动,并由此通过活动连接方式带动所有的第二方向转动轴在 所述第二方向上发生转动,进而使得其上的光伏面板安装位在所述第二方向上发生转动; 其中,前后成纵列排列的中部一个光伏跟踪组件子系统的所述第二方向转动轴控制杆 连接到第二方向转动控制机构。
2.如权利要求1所述的光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,所述第一方向转动 控制机构包括第一方向转动控制电机,所述第二方向转动控制机构包括第二方向转动控制 电机,所述第一方向转动控制电机和所述第二方向转动控制电机以无线或有线的方式耦合 到控制器,所述控制器基于太阳实时位置信息来控制所述第一方向转动控制电机和所述第 二方向转动控制电机的转动,进而带动所述固定梁杭架结构在第一方向上的转动以及带动 所述光伏面板安装位在所述第二方向上的转动。
3.如权利要求2所述的光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,所述每一个光伏面 板安装位的第二方向转动轴均固定连接有牵引杆(460),所述牵引杆活动连接到所述第二 方向转动轴控制杆,所述第二方向转动轴控制杆进一步通过旋转杆(490)而活动连接到第 二方向控制电机,所述第二方向控制电机带动所述旋转杆转动,进而推动所述第二方向转 动轴控制杆在第二方向上发生前后移动,进而由所述第二方向转动轴控制杆的前后移动拉 动所述牵引杆,由此带动所述第二方向转动轴的转动,并由此带动所述光伏面板安装位在 所述第二方向上的转动。
4.如权利要求3所述的光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,所述固定梁杭架结 构是框架型的扁平结构,所述固定梁杭架结构的中心线上设置有多组轴承结构,在安装时 将所述第一方向轴穿过轴承结构,由此使得整个固定梁杭架结构可以绕所述第一方向轴进 行灵活转动。
5. 如权利要求4所述的光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,所述两个固定支撑 柱均包括:中央支撑柱(312)和水平向的底边横梁(314),所述中央支撑柱进一步垂直架设 在所述底边横梁(314)上。
6. 如权利要求5所述的光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,连接到第二方向转 动控制机构的中部一个光伏跟踪组件子系统的所述固定梁杭架结构的任意一侧设置有托 架结构(440),所述第二方向转动控制结构通过螺栓被固定在所述托架结构上。
7. 如权利要求6所述的光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,所述第一方向转动 控制电机通过所述万向联轴器与所述前后成纵列排列的所述若干个光伏跟踪组件子系统 的第一方向转动轴联接,由此统一地带动所述若干个光伏跟踪组件子系统的第一方向转动 轴的转动。
8. 如权利要求2所述的光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,所述太阳实时位置 信息来自如下的一个或多个: 设置在不同物理位置上的用于接收光照的光敏传感器; 第三方的实时气象资料; 其他第三方商业气象预测机构提供的太阳实时位置信息。
9. 如权利要求5所述的光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,所述中央支撑柱依 靠支撑边被架设在水平向的底边横梁(314)。
10.—种网格化的光伏组件子系统双轴跟踪系统,其特征在于,包括: 多组系统纵列(8-1、8-2、8-3),每一组系统纵列均由如权利要求1-8中的任一项所述的 光伏组件子系统双轴跟踪系统所构成, 在彼此相邻的两两系统纵列的相对应组件子系统的固定支撑柱之间,通过纵列横梁 (810)进行水平连接加固,由此,使得整个网格化的组件子系统能彼此依靠地连接在一起。
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