CN107888138B - 双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架 - Google Patents

双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架，包括设置在屋顶上的南、北承载架，架设在南、北承载架之间的弦支承载框架，安装在弦支承载框架上的光伏板或光热管；南、北承载架上分别设置有柔性双轴跟踪调节系统；南承载架由东立柱、西立柱和固定连接在所述东、西立柱之间的上横梁和下横梁构成；北承载架由东人字形支架、西人字形支架、固定连接在所述东人字形支架和西人字形支架北侧斜立柱之间的上横梁和下横梁构成；固定连接在北承载架上的上、下横梁之间距离大于固定连接在南承载架上的上、下横梁之间的距离。本发明优点在于提高柔性双轴跟踪式光伏或光热支架抵抗风致摆动和震动能力，达到提高支架稳定性和可靠性目的。

Description

双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架
技术领域
本发明涉及光伏或光热支架，尤其是涉及双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架。
背景技术
居民住宅和工厂厂房等建筑的屋顶及上空是具有巨大利用空间的闲置资源，屋顶分布式光伏和光热发电系统可充分利用这些闲置的空间资源和当地的光照条件，原地发电、原地使用，为用户提供电能；同时光伏和光热组件是有效的隔热层，可降低建筑物墙面及屋顶的温度，减轻室内空调负荷，满足建筑节能环保的需要。
传统的屋顶光伏板和光热管支架多为刚性钢架结构，通过打孔、焊接等方式固定在建筑物屋顶上，这种安装方式通常会对屋顶造成一定程度的破坏，在后期使用过程中出现裂缝、漏雨等状况。同时，太阳能具有能量分散、波动性强的特点，太阳光线垂直于光伏板面和光热管时，光伏板和光热管发电效率最高，其他时段光伏板和光热管的前面板保护玻璃对太阳光反射作用导致光伏板和光热管发电时间短，效率低。而现有广泛应用的屋顶光伏和光热发电系统由于屋顶条件的限制，多采用固定式光伏板和光热管支架，因此不能够跟踪太阳光，导致屋顶光伏和光热系统发电效率较低，发电量少。
发明内容
本发明目的在于提供一种双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述的双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架，包括设置在屋顶预制梁上的南承载架和北承载架，架设在所述南、北承载架之间的弦支承载框架，安装在所述弦支承载框架上的光伏板或光热管；所述南、北承载架上分别设置有柔性双轴跟踪调节系统；南承载架由东立柱、西立柱和固定连接在所述东、西立柱之间的上横梁和下横梁构成；北承载架由东人字形支架、西人字形支架、固定连接在所述东人字形支架和西人字形支架北侧斜立柱之间的上横梁和下横梁构成；固定连接在北承载架上的上、下横梁之间距离大于固定连接在南承载架上的上、下横梁之间的距离；设置在南、北承载架上的所述柔性双轴跟踪调节系统结构相同，均包括光伏板或光热管东、西向跟踪调节系统和光伏板或光热管俯、仰角调节系统；
所述东、西向跟踪调节系统包括：东、西向间隔设置在上横梁上的第一定滑轮、第二定滑轮，东、西向间隔设置在下横梁上的第一卷扬机、第二卷扬机；所述第一卷扬机的绳索绕过所述第一定滑轮构成东侧大柔性索环，所述第二卷扬机的绳索绕过所述第二定滑轮构成西侧大柔性索环；所述东侧大柔性索环和西侧大柔性索环之间设置有连接索，所述连接索的两端绕过第一定滑轮和第二定滑轮分别与对应的东侧大柔性索环和西侧大柔性索环连接；
所述俯、仰角调节系统包括：上、下间隔设置在所述东侧大柔性索环绳索上的第三滑轮、第三卷扬机，上、下间隔设置在所述西侧大柔性索环绳索上的第四滑轮和第四卷扬机；第三卷扬机的绳索绕过所述第三滑轮构成东侧小柔性索环，第四卷扬机的绳索绕过所述第四滑轮构成西侧小柔性索环；
光伏板或光热管承载框架，东侧弧形张拉索，西侧弧形张拉索，和若干支撑杆；光伏板或光热管承载框架为矩形框架，所述矩形框架的宽度与所述光伏板或光热管宽度相适应；矩形框架的东侧边框两端分别与所述东侧弧形张拉索的两端相连接，矩形框架的西侧边框两端分别与所述西侧弧形张拉索的两端相连接，若干所述支撑杆分别沿南、北向间隔连接在矩形框架的东、西侧边框与东、西侧弧形张拉索之间；矩形框架的东、西侧边框和东、西侧弧形张拉索以及若干支撑杆分别构成弦支结构；弦支结构属于半刚性的自平衡体系，使光伏板或光热管承载框架在光伏板或光热管重力作用下不会发生变形。
所述矩形框架的四个边框横断面均为C形槽结构，所述光伏板或光热管插装在所述C形槽内。
所述矩形框架的四个顶角分别与对应位置的小柔性索环通过多自由度连接件相连接。多自由度连接件可以是万向联轴器、关节轴承等。
所述光伏板为双面光伏板，位于所述弦支承载框架下方的屋顶表面铺设有反光材料。
本发明优点在于提高柔性双轴跟踪式光伏或光热支架抵抗风致摆动和震动能力，防止在大风等恶劣天气下大幅晃动造成光伏板或光热管发生侧翻和上下跳动，达到提高柔性双轴跟踪式光伏或光热支架稳定性和可靠性目的。同时，也达到充分利用居民住宅和工厂厂房等建筑屋顶空间的闲置资源目的。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述南承载架的结构示意图。
图3是本发明所述北承载架的结构示意图。
图4-1是本发明所述弦支承载框架与南、北承载架的连接结构示意图（弦支承载框架处于水平状态）。
图4-2是本发明所述弦支承载框架与南、北承载架的连接结构示意图（弦支承载框架处于倾斜状态）。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1-3所示，本发明所述的双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架，包括设置在屋顶预制梁上的南承载架和北承载架，架设在南、北承载架之间的弦支承载框架，安装在弦支承载框架上的光伏板1或光热管；南、北承载架上分别设置有柔性双轴跟踪调节系统；南承载架由东立柱2、西立柱3和固定连接在东、西立柱之间的上横梁4和下横梁5构成；北承载架包括东人字形支架，西人字形支架，固定连接在东人字形支架北侧斜立柱6与西人字形支架北侧斜立柱7之间的上横梁4.1和下横梁5.1构成；固定连接在北承载架上的上、下横梁4.1、5.1之间距离大于固定连接在南承载架上的上、下横梁4、5之间的距离；设置在南、北承载架上的柔性双轴跟踪调节系统结构相同，均包括光伏板或光热管东、西向跟踪调节系统和光伏板或光热管俯、仰角调节系统。
南承载架的东、西向跟踪调节系统如图1、2所示，包括：东、西向间隔设置在上横梁4上的第一定滑轮8.1、第二定滑轮8.2，东、西向间隔设置在下横梁5上的第一卷扬机9.1、第二卷扬机9.2；第一卷扬机9.1的绳索绕过第一定滑轮8.1构成东侧大柔性索环10.1，第二卷扬机9.2的绳索绕过第二定滑轮8.2构成西侧大柔性索环10.2；东侧大柔性索环10.1和西侧大柔性索环10.2之间设置有连接索11，连接索11的两端绕过第一定滑轮8.1和第二定滑轮8.2分别与对应的东侧大柔性索环10.1和西侧大柔性索环10.2固定连接。
北承载架的东、西向跟踪调节系统如图1、3所示，包括：东、西向间隔设置在上横梁4.1上的第一定滑轮12.1、第二定滑轮12.2，东、西向间隔设置在下横梁5.1上的第一卷扬机13.1、第二卷扬机13.2；第一卷扬机13.1的绳索绕过第一定滑轮12.1构成东侧大柔性索环14.1，第二卷扬机13.2的绳索绕过第二定滑轮12.2构成西侧大柔性索环14.2；东侧大柔性索环14.1和西侧大柔性索环14.2之间设置有连接索15，连接索15的两端绕过第一定滑轮12.1和第二定滑轮12.2分别与对应的东侧大柔性索环14.1和西侧大柔性索环14.2固定连接。
设置在南承载架上的俯、仰角调节系统如图1、2所示，包括：上、下间隔设置在东侧大柔性索环10.1绳索上的第三滑轮15.1、第三卷扬机16.1，上、下间隔设置在西侧大柔性索环10.2绳索上的第四滑轮15.2和第四卷扬机16.2；第三卷扬机16.1的绳索绕过第三滑轮15.1构成东侧小柔性索环17.1，第四卷扬机16.2的绳索绕过第四滑轮15.2构成西侧小柔性索环17.2。
设置在北承载架上的俯、仰角调节系统如图1、3所示，包括：上、下间隔设置在东侧大柔性索环14.1绳索上的第三滑轮18.1、第三卷扬机19.1，上、下间隔设置在西侧大柔性索环14.2绳索上的第四滑轮18.2和第四卷扬机19.2；第三卷扬机19.1的绳索绕过第三滑轮18.1构成东侧小柔性索环20.1，第四卷扬机19.2的绳索绕过第四滑轮18.2构成西侧小柔性索环20.2。
如图1所示，弦支承载框架包括：光伏板或光热管承载框架21，东侧弧形张拉索22，西侧弧形张拉索23，和若干支撑杆24；光伏板或光热管承载框21架为矩形框架，矩形框架21的宽度与光伏板1或光热管宽度相适应，矩形框架21的四个边框横断面采用C形槽结构的型钢，这样光伏板1或光热管即可插装在C形槽内固定。矩形框架21的东侧边框两端分别与东侧弧形张拉索22的两端相连接，矩形框架21的西侧边框两端分别与西侧弧形张拉索23的两端相连接，若干个支撑杆24分别沿南、北向间隔连接在矩形框架21的东、西侧边框与东、西侧弧形张拉索22、23之间；矩形框架21的东、西侧边框和东、西侧弧形张拉索22、23以及若干支撑杆24分别构成弦支结构；弦支结构属于半刚性的自平衡体系，使光伏板或光热管承载框架21在光伏板1或光热管重力作用下不会发生变形。
矩形框架21的四个顶角分别与对应位置的小柔性索环通过多自由度连接件相连接；多自由度连接件可以是关节轴承25、万向联轴器等。
如图4-1、4-2所示，现以南承载架东侧小柔性索环17.1与矩形框架21顶角的连接为例：南承载架东侧小柔性索环17.1的绳索穿过关节轴承25的内圈钢球并通过缩紧衬套压紧绳索，防止绳索在内圈钢球中滑动，矩形框架21的东侧边框南端与关节轴承25的杆端固定连接；矩形框架21从水平状态到倾斜状态，关节轴承25的外圈与内圈钢球滚动摩擦改变方向，满足矩形框架21方向的变化。
本发明使用光伏板1发电时时，光伏板1可以采用双面光伏板，这样，可以在位于弦支承载框架下方的屋顶表面铺设反光材料，达到充分利用屋顶表面空间增加发电量目的。
光伏板1或光热管的仰角调节方式为：
（从南向北看）北承载架东侧小柔性索环20.1上的第三卷扬机19.1逆时针转动，带动北承载架东侧的小柔性索环20.1逆时针转动，同时北承载架西侧小柔性索环20.2上的第四卷扬机19.2顺时针转动，带动北承载架东侧的小柔性索环20.2顺时针转动，使得光伏板或光热管承载框架21的北端位置升高；南承载架东侧小柔性索环17.1上的第三卷扬机16.1顺时针转动，带动南承载架东侧的小柔性索环17.1顺时针转动，同时南承载架西侧小柔性索环17.2上的第四卷扬机16.2逆时针转动，带动南承载架西侧的小柔性索环17.2逆时针转动，使得光伏板或光热管承载框架21的南端位置降低；光伏板1或光热管的仰角增大。
光伏板1或光热管的仰角确定后，在此基础上进行东西向旋转跟踪；光伏板1或光热管的正面受光面自东向西转动调节方式为：
（从南向北看）南承载架和北承载架上的四个大柔性索环上的卷扬机9.1、9.2、13.1、13.2同时逆时针转动，带动四个大柔性索环10.1、10.2、14.1、14.2同时逆时针转动，使得光伏板或光热管承载框架21东侧边框的位置升高，西侧边框的位置降低，实现光伏板1或光热管的受光面自东向西转动。
本发明建造时，可以在屋顶修筑预制梁，将东立柱2、西立柱3、东人字形支架和西人字形支架与预制梁预制成一体结构，避免直接在原屋顶上大量打孔造成后期屋顶出现裂缝漏水问题。光伏板或光热管承载框架21为刚性结构，南北向长度固定，光伏板或光热管仰角调节过程中，光伏板或光热管承载框架21的北端升降的距离较大，光伏板或光热管承载框架21的北端两个顶点运动轨迹均为一段圆弧，北承载架的东侧大柔性索环14.1、西侧大柔性索环14.2和连接索15构成的柔性索框倾斜设置，即可满足光伏板1或光热管仰角调节过程中光伏板或光热管承载框架21的运动轨迹。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“东”、“西”、“南”、“北”、“垂直”、“水平”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架，包括设置在屋顶预制梁上的南承载架和北承载架，架设在所述南、北承载架之间的弦支承载框架，安装在所述弦支承载框架上的光伏板或光热管；其特征在于：所述南、北承载架上分别设置有柔性双轴跟踪调节系统；南承载架由东立柱、西立柱和固定连接在所述东、西立柱之间的上横梁和下横梁构成；北承载架由东人字形支架、西人字形支架、固定连接在所述东人字形支架和西人字形支架北侧斜立柱之间的上横梁和下横梁构成；固定连接在北承载架上的上、下横梁之间距离大于固定连接在南承载架上的上、下横梁之间的距离；设置在南、北承载架上的所述柔性双轴跟踪调节系统结构相同，均包括光伏板或光热管东、西向跟踪调节系统和光伏板或光热管俯、仰角调节系统；
所述东、西向跟踪调节系统包括：东、西向间隔设置在上横梁上的第一定滑轮、第二定滑轮，东、西向间隔设置在下横梁上的第一卷扬机、第二卷扬机；所述第一卷扬机的绳索绕过所述第一定滑轮构成东侧大柔性索环，所述第二卷扬机的绳索绕过所述第二定滑轮构成西侧大柔性索环；所述东侧大柔性索环和西侧大柔性索环之间设置有连接索，所述连接索的两端绕过第一定滑轮和第二定滑轮分别与对应的东侧大柔性索环和西侧大柔性索环连接；
所述俯、仰角调节系统包括：上、下间隔设置在所述东侧大柔性索环绳索上的第三滑轮、第三卷扬机，上、下间隔设置在所述西侧大柔性索环绳索上的第四滑轮和第四卷扬机；第三卷扬机的绳索绕过所述第三滑轮构成东侧小柔性索环，第四卷扬机的绳索绕过所述第四滑轮构成西侧小柔性索环；
所述弦支承载框架包括：
光伏板或光热管承载框架，东侧弧形张拉索，西侧弧形张拉索，和若干支撑杆；光伏板或光热管承载框架为矩形框架，所述矩形框架的宽度与所述光伏板或光热管宽度相适应；矩形框架的东侧边框两端分别与所述东侧弧形张拉索的两端相连接，矩形框架的西侧边框两端分别与所述西侧弧形张拉索的两端相连接，若干所述支撑杆分别沿南、北向间隔连接在矩形框架的东、西侧边框与东、西侧弧形张拉索之间；矩形框架的东、西侧边框和东、西侧弧形张拉索以及若干支撑杆分别构成弦支结构。
2.根据权利要求1所述的双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架，其特征在于：所述矩形框架的四个边框横断面均为C形槽结构，所述光伏板或光热管插装在所述C形槽内。
3.根据权利要求1或2所述的双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架，其特征在于：所述光伏板为双面光伏板，位于所述弦支承载框架下方的屋顶表面铺设有反光材料。
4.根据权利要求1或2所述的双轴跟踪式屋顶光伏、光热支架，其特征在于：所述矩形框架的四个顶角分别与对应位置的小柔性索环通过多自由度连接件相连接。
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