CN110176899A - 独立式单轴太阳能跟踪系统及驱动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种独立式单轴太阳能跟踪系统，包括蜗轮蜗杆减速机和依次排列形成一列的多个相同的独立单元，独立单元包括：次梁与主梁相互垂直且固定连接，次梁设有多个且等间距平行设置；太阳能电池组件铺设于次梁上且与次梁固定连接，太阳能电池组件设有多个；立柱顶端与横梁可拆卸连接，横梁的两端与主梁可拆卸连接，立柱设有多个；回转轴设于相邻的两个立柱之间，多个回转轴依次首尾连接，与蜗轮蜗杆减速机相邻的两个回转轴靠近蜗轮蜗杆减速机的一端均与蜗轮蜗杆减速机连接；弧形传动件设于回转轴和横梁之间，弧形传动件的两端与横梁的两端可拆卸连接，弧形传动件的弧形段与回转轴可转动连接；桩基与立柱的底端焊接连接或螺栓连接。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，具体而言，涉及一种独立式单轴太阳能跟踪系统及驱动机构。
背景技术
太阳能发电作为新型清洁能源发电的重要组成部分，其度电成本的高低直接决定了太阳能发电的应用规模和推广速度，因此降本增效始终是该领域不变的目标和要求。支架系统作为光伏电站建设中的重要组成部分，面临着同样的要求。相对于传统的固定支架，跟踪支架在提高发电效率上具有巨大的优势。采用跟踪支架替代传统的固定支架，作为发电增效的重要手段之一，已经受到越来越广泛的认可。平单轴相较于其他的跟踪系统如双轴跟踪、斜单轴跟踪等，具有更大的性价比优势，为跟踪支架领域的主流。
根据光伏组件板的布置方式，平单轴跟踪系统分为窄排布置和宽排布置。窄排指单排的宽度在2米内，组件板布置为单排组件板竖放或两块组件板横放；宽排指单排的宽度达到3米到4米，组件板的布置为组件板竖放，或多块组件板横放，横放组件数量大于2。相对于窄排设计，采用宽排的设计方案能够大幅度的解决桩基数量，每兆瓦可以降低桩基数量40％以上，从而大幅度降低施工成本。另一方面，由于每米转动梁对应的组件数量为2块，而不是单块，可以节约转动梁的用钢量，从而降低跟踪支架的成本。但采用宽排带来的可靠性问题也显而易见。根据风洞实验的结果和相关行业规范证实，当宽度增加1倍时，由风荷载产生的扭转荷载增大为原来的4倍，系统的扭转失稳为宽排设计在抵御大风情况下的主要失稳形式。如何有效解决宽排设计在大风下的整体扭转失稳仍为世界性难题。
如专利号为CN102799189B的专利提供一种跟踪解决方案，该方案结构形式简单可靠，可大幅度减少驱动装置的使用数量，但如采用宽排设计，该方案存在较明显的缺陷。为了保证扭转刚度，需要提高转动梁的扭转刚度并缩短排长。由于排间距增大，为了避免压杆失稳需相应增加推拉杆和摆臂的尺寸，同时减少回转减速器对应的驱动排数，这样的做法会极大地增加跟踪系统的成本，在很大程度上采用此种设计的宽排布置是无法兼顾可靠性和成本性的要求。同时采用联动会减少光伏电站布置的灵活性，同时增加排与排之间的施工精度要求。
如专利号为US9905717B2的专利所提供的另一种独立式单轴跟踪系统，可有利于光伏电站灵活布置并允许光伏清洗设备的通行，但如果采用宽排布置的话，需要缩短排长避免扭转失稳，研发更大规格的阻尼装置，而阻尼装置可靠性低且为易损件。而这些做法在成本上是毫无优势的。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种独立式单轴太阳能跟踪系统及驱动机构，实现平单轴跟踪系统大幅降本的同时，又最大限度地避免了因扭转刚度低引起的整体扭转失稳。
本发明提供了一种独立式单轴太阳能跟踪系统，包括蜗轮蜗杆减速机和依次排列形成一列的多个相同的独立单元，所述独立单元包括：
次梁，其与主梁相互垂直且固定连接，所述次梁设有多个且等间距平行设置；
太阳能电池组件，其铺设于所述次梁上且与所述次梁固定连接，所述太阳能电池组件设有多个；
立柱，其顶端与横梁可拆卸连接，所述横梁的两端与所述主梁可拆卸连接，所述立柱设有多个；
回转轴，其设于相邻的两个立柱之间，多个所述回转轴依次首尾连接，与所述蜗轮蜗杆减速机相邻的两个回转轴靠近所述蜗轮蜗杆减速机的一端均与所述蜗轮蜗杆减速机连接；
弧形传动件，其设于所述回转轴和所述横梁之间，所述弧形传动件的两端与所述横梁的两端可拆卸连接，所述弧形传动件的弧形段与所述回转轴可转动连接；
桩基，其与所述立柱的底端焊接连接或螺栓连接。
作为本发明的进一步改进，所述立柱包括上立柱和下立柱，所述上立柱为设置完全相同的两块钢板，所述两块钢板平行设于所述下立柱的两侧，所述两块钢板的上端通过螺栓连接，所述两块钢板的下端通过多个销轴与所述下立柱连接。
作为本发明的进一步改进，所述螺栓和所述两块钢板之间设有第一隔套。
作为本发明的进一步改进，所述回转轴上设有沿长度方向的长孔。
作为本发明的进一步改进，所述主梁为两根拼接的C型梁或矩形管，当所述主梁为两根拼接的C型梁时，所述主梁的腹板设有加强筋，所述主梁的翼缘板的一端设有翻边，所述翼缘板上设有通孔。
作为本发明的进一步改进，所述立柱的顶端与所述横梁的中部通过销轴连接，所述销轴与所述横梁之间设有轴套，所述轴套与所述横梁固定连接。
作为本发明的进一步改进，所述横梁的两端设有第一连接件，所述第一连接件与其配套设置的第二连接件螺栓连接实现对所述主梁的包覆，使所述主梁与所述横梁形成连接。
本发明提供了一种独立式单轴太阳能跟踪系统驱动机构，该驱动机构包括：
齿轮，其套设于传动轴上并与所述传动轴固定连接，所述传动轴垂直穿插于立柱中；
套筒，其垂直于所述立柱且与所述立柱螺栓连接，所述套筒的两端设有挡板；
弧形传动件，其弧形段处于所述齿轮和所述套筒之间，所述弧形传动件的弧形段设有多个与所述齿轮配套的啮合孔，多个所述啮合孔均匀布置。
作为本发明的进一步改进，所述齿轮和啮合孔配合达到的减速比为1:18到1:20。
作为本发明的进一步改进，所述传动轴沿径向设有多个螺栓孔，所述齿轮和所述传动轴的连接处设有第二隔套。
本发明的有益效果为：首先，通过在每个立柱上设置回转减速装置，实现了在每个立柱点对转动主梁的有效支撑，相对于市面上较通用的平单轴结构，极大地提高了整体结构的扭转刚度，最大限度地避免了因扭转刚度低引起的整体扭转失稳。其次，相对于传统结构，本发明可大幅度降低每兆瓦的用钢量，实现了平单轴跟踪系统的大幅降本目标，其主要体现在：第一，通过在每个立柱实现可靠的支撑，可大幅度降低对主梁自身扭转刚度的要求，做到主梁的轻量化设计，主梁的用钢量较少进而使整体的用钢量降低；第二，采用双梁结构，组件锚固次梁由单个支撑点变为双点支撑，因此不需要增加额外的斜拉撑装置，可以做到次梁的轻量化设计，次梁在整体用钢量上仅次于主梁；第三，同样基于每个立柱的可靠支撑，减小了因单排长度增加而对扭转刚度的影响，因此可通过增加每个驱动单元的排长降低每兆瓦驱动单元的数量。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统的立体图；
图2为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统的主视图；
图3为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统中独立单元的主视图；
图4为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统中独立单元的立体图；
图5为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统中立柱、弧形传动件和横梁的连接结构示意图；
图6为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统中立柱、弧形传动件和横梁的连接结构爆炸图；
图7为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统由a状态运转到b状态的模拟运转状态图；
图8为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统中上立柱与下立柱连接的爆炸图；
图9为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统中横梁与上立柱连接的爆炸图；
图10为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统中主梁与弧形传动件的连接结构示意图；
图11为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统中主梁为C型梁的截面示意图；
图12为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统中第一连接件与第二连接件的连接结构示意图；
图13为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统驱动机构中齿轮与弧形传动件的连接结构示意图；
图14为本发明实施例所述的一种独立式单轴太阳能跟踪系统驱动机构中回转轴与传动轴的连接结构示意图。
图中，
1、立柱；2、回转轴；3、蜗轮蜗杆减速机；4、太阳能电池组件；5、弧形传动件；6、主梁；7、次梁；8、横梁；9、第一连接件；10、上立柱；11、下立柱；12、桩基；13、轴套；14、第一隔套；15、啮合孔；16、套筒；17、挡板；18、螺栓孔；19、第二隔套；20、齿轮；21、第二连接件；22、翼缘板；23、翻边；24、加强筋；25、长孔；26、传动轴。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
如图1-12所示，本发明实施例1的是一种独立式单轴太阳能跟踪系统，包括蜗轮蜗杆减速机3和依次排列形成一列的多个相同的独立单元，独立单元包括：
次梁7，其与主梁6相互垂直且固定连接，次梁7设有多个且等间距平行设置；
太阳能电池组件4，其铺设于次梁7上且与次梁7固定连接，太阳能电池组件4设有多个；
立柱1，其顶端与横梁8可拆卸连接，横梁8的两端与主梁6可拆卸连接，立柱1设有多个；
回转轴2，其设于相邻的两个立柱1之间，多个回转轴2依次首尾连接，与蜗轮蜗杆减速机3相邻的两个回转轴2靠近蜗轮蜗杆减速机3的一端均与蜗轮蜗杆减速机3连接；
弧形传动件5，其设于回转轴2和横梁8之间，弧形传动件5的两端与横梁8的两端可拆卸连接，弧形传动件5的弧形段与回转轴2可转动连接；
桩基12，其与立柱1的底端焊接连接或螺栓连接。本实施例中的桩基12采用混凝土桩基。
本实施例中的蜗轮蜗杆减速机3选用的为带自锁功能的蜗轮蜗杆减速机。利用带减速装置的直流或交流电机驱动蜗轮蜗杆减速机3运转，蜗轮蜗杆减速机3的输出轴与回转轴2连接，回转轴2再通过弧形传动件5将扭转力传递至横梁8，由于横梁8的两端与主梁6连接，因此横梁8即带动主梁6进行扭转。次梁7则在主梁6的带动下随着一起运转，进而铺设在次梁7上的太阳能电池组件4也随之转动。最终即可实现太阳能电池组件4对太阳直射角度的跟踪。此处需要注意的是每个独立单元中的主梁6为一个连续的整体，而多个独立单元之间的主梁6则为一个断开状态，从而则可使各个主梁6之间互不影响。
进一步的，立柱1包括上立柱10和下立柱11，上立柱10为设置完全相同的两块钢板，两块钢板平行设于下立柱11的两侧，两块钢板的上端通过螺栓连接，两块钢板的下端通过多个销轴与下立柱11连接。
进一步的，螺栓和两块钢板之间设有第一隔套14。
第一隔套14通过螺栓与两块钢板形成固定连接，用于防止上立柱10发生侧向失稳。下立柱11沿其横向均匀设置有多个连接孔，上立柱10的两块钢板在多个连接孔对应的位置处也配套设有相同数量的连接孔，从而使上立柱10和下立柱11之间形成螺栓连接。在实际应用中可在每个螺栓与上两块钢板的外侧面之间设置一个垫片，从而起到更好地稳固和缓冲作用。
进一步的，回转轴2上设有沿长度方向的长孔25。在每个回转轴2上设有贯穿的冲孔25，且长孔25的长度方向与回转轴2的长度方向相一致，用以吸收回转轴2之间的桩基12的间距偏差。
进一步的，主梁6为两根拼接的C型梁或矩形管，当主梁6为两根拼接的C型梁时，主梁6的腹板设有加强筋24，主梁6的翼缘板22的一端设有翻边23，翼缘板22上设有通孔。加强筋24可以防止主梁6的腹板发生局部失稳，翻边23是为了增强翼缘板22的强度。翼缘板22上的通孔为长方形孔，且其方向与主梁6的轴向平行，用于与次梁7形成螺栓连接。
进一步的，立柱1的顶端与横梁8的中部通过销轴连接，销轴与横梁8之间设有轴套13，轴套13与横梁8固定连接。本实施例中轴套13与横梁8之间采用焊接连接，销轴可以在轴套13中转动。在实际应用过程中横梁8根据当地的风压通常设置为矩形管或者C型梁。
进一步的，横梁8的两端设有第一连接件9，第一连接件9与其配套设置的第二连接件21螺栓连接实现对主梁6的包覆，使主梁6与横梁8形成连接。本实施例中第一连接件9为设有螺纹孔的两片板材，而第二连接件则为与第一连接件尺寸配套的几字型钢材，其两端的侧边上设有配套的螺栓孔，使第一连接件9和第二连接件21形成螺栓连接并将主梁6包覆，依靠二者产生的夹紧力固定主梁6，可以充分吸收施工偏差。
实施例2
如图13-14所示，本发明实施例2的是一种独立式单轴太阳能跟踪系统驱动机构，该驱动机构包括：
齿轮20，其套设于传动轴26上并与传动轴26固定连接，传动轴26垂直穿插于立柱1中；
套筒16，其垂直于立柱1且与立柱1螺栓连接，套筒16的两端设有挡板17；
弧形传动件5，其弧形段处于齿轮20和套筒16之间，弧形传动件5的弧形段设有多个与齿轮20配套的啮合孔15，多个啮合孔15均匀布置。
进一步的，齿轮20和啮合孔15配合达到的减速比为1:18到1:20。
通过对啮合孔15的孔间距和齿轮20的齿间距的合理设计，可以使驱动机构达到减速的效果。实验证明当啮合孔15的孔间距比齿轮20的齿间距大2mm时可以取得较好的运转效果。由于太阳能跟踪系统支架的转速慢，成本控制严格以及运转可靠性要求高等特点，减速比为1:18到1:20的配合可以充分满足太阳能跟踪系统支架的运转要求。本实施例中齿轮20和传动轴26采用焊接连接，套筒16用以对弧形传动件5进行径向定位，挡板17则对弧形传动件5进行轴向定位。啮合孔15均匀布置可以保证太阳能跟踪系统支架运行速度的稳定性。需要注意的是在实际使用过程中需将啮合孔15的孔径稍大于齿轮20的齿宽，这样则可以保证齿轮20的齿能够易与啮合孔15啮合。
进一步的，传动轴26沿径向设有多个螺栓孔18，齿轮20和传动轴26的连接处设有第二隔套19。螺栓孔18用于太阳能跟踪系统中的回转轴2和传动轴26之间的连接，回转轴2套设在传动轴26上，之后将螺栓或者销轴依次垂直穿过回转轴2和传动轴26，最终固定于传动轴26的螺栓孔18中。回转轴2和传动轴26的配合间隙为2-3mm为最佳。第二隔套19与传动轴26间隙配合，用来对齿轮20的周向定位。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种独立式单轴太阳能跟踪系统，包括蜗轮蜗杆减速机(3)和依次排列形成一列的多个相同的独立单元，其特征在于，所述独立单元包括：
次梁(7)，其与主梁(6)相互垂直且固定连接，所述次梁(7)设有多个且等间距平行设置；
太阳能电池组件(4)，其铺设于所述次梁(7)上且与所述次梁(7)固定连接，所述太阳能电池组件(4)设有多个；
立柱(1)，其顶端与横梁(8)可拆卸连接，所述横梁(8)的两端与所述主梁(6)可拆卸连接，所述立柱(1)设有多个；
回转轴(2)，其设于相邻的两个立柱(1)之间，多个所述回转轴(2)依次首尾连接，与所述蜗轮蜗杆减速机(3)相邻的两个回转轴(2)靠近所述蜗轮蜗杆减速机(3)的一端均与所述蜗轮蜗杆减速机(3)连接；
弧形传动件(5)，其设于所述回转轴(2)和所述横梁(8)之间，所述弧形传动件(5)的两端与所述横梁(8)的两端可拆卸连接，所述弧形传动件(5)的弧形段与所述回转轴(2)可转动连接；
桩基(12)，其与所述立柱(1)的底端焊接连接或螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的独立式单轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述立柱(1)包括上立柱(10)和下立柱(11)，所述上立柱(10)为设置完全相同的两块钢板，所述两块钢板平行设于所述下立柱(11)的两侧，所述两块钢板的上端通过螺栓连接，所述两块钢板的下端通过多个销轴与所述下立柱(11)连接。
3.根据权利要求2所述的独立式单轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述螺栓和所述两块钢板之间设有第一隔套(14)。
4.根据权利要求1所述的独立式单轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述回转轴(2)上设有沿长度方向的长孔(25)。
5.根据权利要求1所述的独立式单轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述主梁(6)为两根拼接的C型梁或矩形管，当所述主梁(6)为两根拼接的C型梁时，所述主梁(6)的腹板设有加强筋(24)，所述主梁(6)的翼缘板(22)的一端设有翻边(23)，所述翼缘板(22)上设有通孔。
6.根据权利要求1所述的独立式单轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述立柱(1)的顶端与所述横梁(8)的中部通过销轴连接，所述销轴与所述横梁(8)之间设有轴套(13)，所述轴套(13)与所述横梁(8)固定连接。
7.根据权利要求1所述的独立式单轴太阳能跟踪系统，其特征在于，所述横梁(8)的两端设有第一连接件(9)，所述第一连接件(9)与其配套设置的第二连接件(21)螺栓连接实现对所述主梁(6)的包覆，使所述主梁(6)与所述横梁(8)形成连接。
8.一种独立式单轴太阳能跟踪系统驱动机构，其特征在于，包括：
齿轮(20)，其套设于传动轴(26)上并与所述传动轴(26)固定连接，所述传动轴(26)垂直穿插于立柱(1)中；
套筒(16)，其垂直于所述立柱(1)且与所述立柱(1)螺栓连接，所述套筒(16)的两端设有挡板(17)；
弧形传动件(5)，其弧形段处于所述齿轮(20)和所述套筒(16)之间，所述弧形传动件(5)的弧形段设有多个与所述齿轮(20)配套的啮合孔(15)，多个所述啮合孔(15)均匀布置。
9.根据权利要求8所述的独立式单轴太阳能跟踪系统驱动机构，其特征在于，所述齿轮(20)和啮合孔(15)配合达到的减速比为1:18到1:20。
10.根据权利要求8所述的独立式单轴太阳能跟踪系统驱动机构，其特征在于，所述传动轴(26)沿径向设有多个螺栓孔(18)，所述齿轮(20)和所述传动轴(26)的连接处设有第二隔套(19)。
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