CN108474591A - 用于太阳能接收器装置的操纵系统 - Google Patents

Abstract

一种用于太阳能接收器装置的操纵系统，该系统适于允许关于大致相对于彼此正交的第一轴线(X)和第二轴线(Y)操纵所述装置，所述系统能够被限制在由支撑杆(2)构成的固定结构上，支撑杆(2)通过一组拉杆(3)保持就位。该系统包括围绕所述第一轴线(X)旋转的主管(4)，主管连接有多个副管(5)，所述多个副管也围绕其自身轴线(Y)旋转，所述多个副管大致垂直于主管固定，接收器装置固定在所述副管上。旋转主管包括由相应的第一马达(41)和第二马达(51)致动的围绕第一轴线(X)的操纵机构和围绕第二轴线(Y)的操纵机构。

Description

用于太阳能接收器装置的操纵系统

技术领域

本发明涉及用于适于接收太阳光的装置如光伏面板的操纵系统。特别地，本发明的系统允许关于两个轴线操纵所述装置，以使得适于捕获太阳能的光伏面板或其他装置能够保持正确地朝向太阳定向。

背景技术

太阳能面板的关于两个轴线的操纵系统是已知的，并且在技术上被称为“太阳能跟踪器”。

跟踪器的主要目标是使置于跟踪器上的装置的效率最大化。在光伏领域中，组装在跟踪器上的模块通常在几何结构上布置在单个面板上，这避免了对于每一单个模块使用跟踪器。与太阳光线的垂直对准度越高，同一表面的转换效率和所产生的能量将越大，并且要产生相同电力所需的太阳能面板的表面越小，并且工厂的成本将越低。

最精密的跟踪器具有两个自由度，由此使光伏面板与太阳光线精确且实时地正交对准。产生所述跟踪器的最经济但不是唯一的方法是将一个跟踪器安装在另一跟踪器上。记录到通过这些跟踪器电力产生的增大甚至达到35％至40％，然而，构建复杂性变得更大。

专利WO2010/103378中公开了一种这种太阳能跟踪器，该专利描述了一种由支撑杆构成的承载结构，支撑杆通过一组拉杆保持就位，支撑杆和拉杆均借助于铰接螺栓固定于地面中。

该太阳能跟踪器包括水平的承载载荷的主管，主管能够围绕其自身轴线旋转，主管连接有多个副管，所述多个副管垂直地固定至主管并且可以围绕其自身轴线旋转。太阳能面板被固定至所述副管。跟踪器的主管的端部坐置并固定在所述支撑杆上。各个面板的电连接线缆位于主管内部并且将由面板产生的电流向外运载。

集成于跟踪器自身中的跟踪器的控制系统能够通过使主管和副管旋转而使面板保持始终朝向太阳定向，从而使得太阳光垂直于面板的捕获表面。

专利WO2010/103378描述了还用于支撑风模块的支撑杆的结构。这种结构被生产为呈二维“棋盘”形式，并且由于这种结构被升高并且支撑杆之间的距离允许甚至巨大的农业工具通过而也可以安装在农业用地上。

太阳能面板及其操纵机构显然具有相当大的重量，因此要解决的问题之一是如何使系统尽可能轻。

此外，面板和承载结构的阻碍也必须减至最小，以允许太阳光到达农业用地的下层土壤。

发明内容

本发明的目的是通过提供具有所附权利要求1的特征的系统来解决上面指出的缺点。

附图说明

本发明的特征和优点将通过以下参照示意性附图的示例性且非限制性的对本发明的实施方式的描述而变得更加明显，在附图中：

-图1示出了安装有根据本发明的操纵系统的支撑结构；

-图2是示出了根据本发明的操纵系统；

-图3a和图3b示出了系统的沿着第一轴线的第一操纵机构；

-图4a和图4b示出了系统的沿着第二轴线的第二操纵机构；

-图5a至图5d示出了操纵系统的固定机构以及支撑结构的杆；

-图6a和图6b示出了根据本发明的与副管相关联的面板保持器框架。

具体实施方式

参照上述附图，根据本发明的用于适于接收太阳光的装置的操纵系统允许关于相对于彼此正交的第一轴线X和第二轴线Y操纵所述装置，从而允许所述装置保持朝向太阳的正确定向。所述装置例如是光伏面板或适于捕获太阳能的其他装置。

出于此目的，可以将所述装置安装在由支撑杆2构成的承载结构上，支撑杆2通过一组拉杆3保持就位，支撑杆和拉杆均借助于铰接螺栓固定于地面中。所述结构可以有利地具有例如“棋盘”类型的二维结构，并且由于所述结构被升高并且支撑杆之间的距离允许甚至巨大的农业工具通过而也可以安装在农业用地上。

当操纵系统已经安装在该结构上时，所述轴线X和所述轴线Y可以是大致水平的或略微倾斜的。

操纵系统包括主管4，主管4围绕其自身轴线旋转，并且当操作时主管4基本上设置在水平面上，主管4连接有多个副管5，所述多个副管5也围绕其自身轴线旋转，所述多个副管5优选地垂直地固定至主管。在所图示的光伏面板P的这种特定情况下，接收器装置被固定在所述副管上。主管4的端部通过允许结构的快速且安全的组装的固定装置坐置并固定在所述支撑杆2上。

旋转主管4包括关于第一轴线的操纵机构并且还包括关于第二轴线的操纵机构。特别地，旋转主管4在其端部中的至少一个端部附近、在其内部包括第一马达41，第一马达41(在图中，是45而非41)与减速机构42相连，在减速机构42中存在接收所述马达的旋转的中心轴43和相对于所述轴对称并彼此依从地旋转的至少一对旋转卫星小齿轮44和44’。主管4的所述端部接合在管状凸缘45中，管状凸缘45连接至结构的固定部分，比方说例如支撑杆，管状凸缘45的内周上设置有圆形齿条46，圆形齿条46与所述一对小齿轮相互作用。

马达有利地定位成使得其轴线垂直于所述中心轴，从而优化管内的空间并且便于马达的组装和拆卸。

操纵系统关于围绕第一轴线X的运动如下面那样操作。管状凸缘45是固定的，并且因此当马达启动并且小齿轮旋转时，由主管构成的整个结构围绕其自身轴线X旋转。

关于第二轴线的操纵机构也包括在主管内，并且关于第二轴线的操纵机构包括第二马达51，第二马达51与减速系统相关联，第二马达51使纵向地定位在主管4中的蜗杆52旋转。所述蜗杆穿过导螺杆的螺纹孔53固定至直的推动型面件56，推动型面件56也纵向地定位在主管内，推动型面件56固定有一系列齿条54。

齿条沿着它们的路线与多个齿轮55相互作用，每个齿轮55均在副管与主管的相交位置处接合在副管上。

齿条定位在推动型面件56上，这允许齿条相对于主管纵向地延伸。

第二马达与减速机构一起有利地定位成使得第二马达的轴线垂直于所述蜗杆，从而优化管内的空间。

操纵系统关于围绕第二轴线Y的运动如下面那样操作。

马达51使蜗杆52旋转，蜗杆52继而在导螺杆的螺纹孔53中旋转，从而使推动型面件沿着管4的轴线移动，并且齿条54随推动型面件一起移动。与各个齿条相互作用的旋转齿轮55被旋转，并且由于旋转齿轮55与副管5结合，因此允许副管5旋转，并且因此使面板围绕轴线Y旋转。

主管还设置有一对开口46和47，所述一对开口46和47由与马达和减速机构对应地设置的等同的盖封闭。

操纵系统包括用于成对地将一对操纵系统限制至承载结构的每个杆的装置，这些装置包括位于杆上的每个管状凸缘45上的支撑板48(设置有用于固定至杆自身的合适的孔)。此外，在所述凸缘上存在凹槽49，凹槽49优选地竖向地定位并且还优选地具有燕尾形构形。

如特别在图5b中示出的，操纵系统在杆自身的相反两侧被成对地定位并限制在结构的杆上。在凹槽内定位有插入件61，并且插入件61形成一个系统与下一个系统之间的连接元件，因此借助于板48使操纵系统与结构的杆2的连接更可靠。限制由连接两个相邻的主管4和4’的套筒62完成。

面板保持器框架7与副管5相关联，所述面板包括借助于套筒72与副管相关联的至少一对肋71，套筒72固定至该副管。至少在所述肋的端部和中心区域处设置有连接横梁73。

肋沿着肋的表面设置有孔74。

所述框架的结构允许副管和面板的组合具有关于旋转轴线Y的平衡的重心，而不会产生不平衡且危险的抵抗力矩，特别是在存在风的情况下也不会产生不平衡且危险的抵抗力矩。

用于使管运动的合适类型的马达是步进马达，并且通过齿轮实现的齿轮马达和变速器允许提高结构的可靠性、尤其是随着时间的推移的结构的可靠性。此外，所有机械元件和电气元件都被容纳在主管内，并且因此可以保护所有机械元件和电气元件免受大气中的物质的影响，从而延长操作寿命。

所使用的步进马达优选地具有约3Nm的操作扭矩。

考虑到步进马达的扭矩和总传动比，操纵系统可以实现关于主轴线的足够的驱动扭矩。

所述扭矩是由于必须克服由风引起的可能的阻力的设计限制。在典型的情况下，配装有面板的操纵系统事实上可以通过成以约8m至15m的距离定位的平行的排的、长度为12m的主管、高度为4m至6m的杆、以及固定至间隔开约3m的管的、数目达32的三维面板来生产。通过这样的构型，必须在承载结构下方通过的农作物的种类和农业机器的尺寸不受限制。

如果由风引起的载荷扭矩高于驱动扭矩，则机械摩擦将允许主管旋转，以避免损坏传动系统。

显然用于各个部件的材料已经针对重量与耐用性之间的适当平衡而进行了充分地选择。

马达的运动由特定的电子控制器控制，该电子控制器确定面板在白天及所有气候条件下所必须具有的角度。

该系统设置成主管通过包括两个相邻的操纵机构的端部被组装在杆上。

以这种方式，可以使用单个电子控制器来同时控制两个系统的运动，然而，这两个系统仍独立地运动。

所述控制器的电子卡是对不同的通信系统(例如Wi-Fi、RS485线缆或光纤)开放的。可以根据需求来采用这些解决方案中的任一解决方案。

Claims (12)

1.一种用于太阳能接收器装置的操纵系统，所述操纵系统适于允许关于大致相对于彼此正交的第一轴线(X)和第二轴线(Y)操纵所述装置，所述系统能够被限制在由支撑杆(2)构成的固定结构上，所述支撑杆(2)通过一组拉杆(3)保持就位，

所述系统包括：

主管(4)，所述主管(4)围绕所述第一轴线(X)旋转，所述主管(4)连接有多个副管(5)，所述多个副管(5)也围绕所述多个副管(5)自身的轴线(Y)旋转，所述多个副管(5)大致垂直于所述主管固定，所述接收器装置固定在所述副管上，旋转的所述主管包括由相应的第一马达(41)和第二马达(51)致动的围绕所述第一轴线(X)的操纵机构和围绕所述第二轴线(Y)的操纵机构，

围绕所述第二轴线(Y)的所述操纵机构包括纵向地定位在所述主管(4)的内部的一系列齿条(54)，所述齿条(54)由所述第二马达(51)致动而沿着所述第一轴线(X)移动，所述齿条(54)沿着其路线与和所述齿条对应的多个齿轮(55)相互作用，所述多个齿轮(55)中的每个齿轮(55)均在所述副管(5)与所述主管的相交位置处接合在所述副管(5)上，从而允许所述第二轴线的旋转，其特征在于：

围绕所述第一轴线(X)的所述操纵机构包括接收所述马达的旋转的中心轴(43)和关于所述轴对称并彼此依从地旋转的至少一对旋转卫星小齿轮(44、44’)，在所述主管(4)的连接至所述固定结构的所述端部上接合有管状凸缘(45)，所述管状凸缘(45)在内周上设置有圆形齿条(46)，所述圆形齿条(46)与所述一对卫星小齿轮相互作用，从而允许所述主管围绕所述第一轴线(X)旋转。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括用于将彼此对齐的主管对(4、4’)限制至承载结构的装置，该装置包括位于所述主管对中的每个主管的所述管状凸缘(45、45’)上的支撑板(48、48’)和凹槽(49、49’)，在所述凹槽(49、49’)内定位有插入件(61)，并且所述插入件(61)形成一个管(4)与相邻的管(4’)之间的连接元件。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述凹槽(49、49’)竖向地定位并且具有燕尾形构形。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一马达(41)以其轴线垂直于所述主管(4)的第一纵向轴线(X)的方式定位。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述齿条(54)借助于直的推动型面件(56)由所述第二马达(51)移动，所述第二马达(51)借助于合适的齿轮机构使纵向地定位在所述主管(4)中的蜗杆(52)旋转，所述蜗杆穿过所述齿条的导螺杆(53)的螺纹孔。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第二马达(51)以其轴线垂直于所述蜗杆的方式定位。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述主管还设置有一对开口(46、47)，所述一对开口(46、47)由与马达和减速机构对应地定位的等同的盖封闭。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收器装置是能够通过太阳能收集件(P)产生能量的面板。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，单个电子控制器同时控制相邻的两个系统的运动，然而，这两个系统仍独立于彼此运动。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述主管(4、4’)通过包括两个彼此相邻的操纵机构的端部部分安装在杆(3)上。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收器装置借助于面板保持器框架(7)与所述副管(5)相关联，所述面板保持器框架(7)包括所述装置(P)的至少一对支撑肋(71)，以允许副管和面板的组合具有关于旋转轴线(Y)的平衡的重心，并且所述至少一对支撑肋(71)借助于一体地固定至管自身的套筒(72)与所述副管相关联，至少在所述肋自身的端部和中心区域处设置有所述肋的连接横梁(73)。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述肋沿着所述肋的表面设置有孔(74)。