CN110209206A - 一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，包括：固定光伏组件的光伏组件支撑架、支撑光伏组件支撑架的立柱、安装在立柱上的分动单元和驱动分动单元工作的驱动单元；分动单元包括钢索、线夹、差动卷线轮和传动箱；驱动单元包括驱动轴和驱动与控制装置；驱动轴与传动箱之间有自锁结构。本发明的有益效果为：通过多点协同驱动，使得驱动载荷均匀施加于跟踪支架，大大减少结构整体的扭转变形，从而能够保证跟踪支架的跟踪精度以及光伏组件的发电效率；采用多点有效支撑，能够有效的降低风载荷作用下结构的振动响应，提高了跟踪支架的安全可靠性；同时每个驱动节点位置自锁，可以有效提高支架结构的整体刚度及结构锁止的稳定性与可靠性。

Description

一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架

技术领域

本发明涉及光伏太阳能发电应用技术领域，具体而言，涉及一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架。

背景技术

太阳能自动跟踪器能帮助太阳能光电或光热装置(如光伏电池板等)更好的接受太阳光照射，用来提高发电效率，从而降低发电成本。

随着光伏发电比例的不断增长以及太阳能跟踪支架大量的工程应用，对跟踪支架本身的安全性与可靠性提出了更高的要求。任何类型的太阳能光伏支架设计方案最重要的特征之一是结构必须牢固可靠，安全可靠的安装，能承受如大气侵蚀，风荷载和其它外部效应。除此之外，为了进一步降低光伏发电的成本，减少光伏支架本身的材料用量就显得势在必行。以最小的安装成本达到最大的使用效果，几乎免维护，可靠的维修，这些都是做选择方案时所需要考虑的重要因素。因此，如何在降低钢材使用量的同时，保证跟踪支架传动的可靠性以及支撑的安全稳定性就显得尤为重要。

现有的跟踪支架中，支撑立柱与施工桩基固接，在中间立柱或中间立柱附近采用直线驱动器或者旋转驱动器驱动光伏组件绕立柱旋转轴线转动，通过驱动器、控制器以及控制算法实现对太阳轨迹的实时跟踪，即保持光伏组件时刻对准太阳的方向，以达到增加发电量的目的。但这种方式存在诸多不足之处，主要表现在以下几个方面：

1)支架结构整体扭转变形，影响跟踪精度，致使发电量降低：由于整体支架结构长度达到18米以上，当直线或者旋转驱动器驱动组件板绕轴旋转时，由于结构局部弹性变形的存在，驱动力矩并不能均匀的作用在整体结构上，致使不能将驱动旋转角准确传递到支架结构两端。此时支架结构整体发生扭转变形，致使光伏组件并不能精确对准太阳光线的入射方向，影响光伏组件的发电量。

2)支架两端边立柱处缺少刚性支撑：在风载荷作用下，由于风振效应的影响，在每个单元排的两端将产生大振幅的扭振，为了降低风振效应所产生的结构扭振，需要在支架结构的两个端立柱处安装阻尼器。阻尼器的引入一方面是增加了跟踪支架的整体成本，另一方面增加了施工安装过程中的复杂程度，除此之外，阻尼器本身存在失效风险需要定期维护。从功能角度看，阻尼器仅响应结构的动态速度变化，对于慢变载荷不能起到有效的支撑作用。

3)自锁位置单一，对锁止结构以及相关安装结构件强度有极高要求：在该种支架形式下，跟踪支架的位置自锁功能由驱动器或者相应的减速机实现。在极端大风作用下，对提供自锁功能的唯一部件将产生巨大的应力载荷，为了保证结构的安全稳定性需要对支架结构进行加强，势必将增加支架成本以保证跟踪支架的自锁性以及安全稳定性。除此之外，由于跟踪支架仅在一处自锁，绝大部分区域并不能实现完全的位置锁定，这也将大大增加极端气候条件下跟踪支架整体的安全可靠性风险。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可以多点协同驱动、多点有效支撑和多点位置自锁的新型柔性支撑光伏跟踪支架。

本发明提供的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，包括：

光伏组件支撑架，其包含多个光伏组件支撑梁，光伏组件固定安装在所述光伏组件支撑梁上；

立柱，其下端固定在地面上，所述立柱的上端与光伏组件支撑梁的中间位置活动连接；

分动单元，其包括至少一条钢索、线夹、至少一个差动卷线轮和传动箱，所述差动卷线轮和所述传动箱安装在所述立柱上，所述传动箱驱动所述差动卷线轮转动，所述钢索连接所述光伏组件支撑梁和所述差动卷线轮；

驱动单元，其包括驱动轴和驱动与控制装置，所述驱动轴与多个所述分动单元之间刚性连接，所述驱动与控制装置控制所述驱动轴转动，所述驱动轴驱动多个所述分动单元工作，所述驱动轴与所述传动箱之间由自锁结构自动锁定。

作为本发明进一步的改进，所述差动卷线轮和所述传动箱安装在所述立柱的中部。

作为本发明进一步的改进，所述分动单元包含两个所述差动卷线轮，两个所述差动卷线轮对称安装在所述传动箱的输出轴上。

作为本发明进一步的改进，所述分动单元包含两条钢索，所述光伏组件支撑梁的两端分别通过一条所述钢索与一个所述差动卷线轮连接。

作为本发明进一步的改进，所述差动卷线轮具有锥形螺旋线槽，所述差动卷线轮靠近所述立柱的一侧直径大，安装在所述光伏组件支撑梁两端的两个钢索分别缠绕在两个具有锥形螺旋线槽的所述差动卷线轮上。

作为本发明进一步的改进，该跟踪支架的跟踪范围为-50°～+50°。

作为本发明进一步的改进，所述自锁结构为间歇机构，所述驱动轴和所述传动箱通过间歇机构实现传动与位置自锁。

作为本发明进一步的改进，所述间歇机构为棘轮机构、槽轮机构、连杆机构或不完全齿轮机构中的一种，间歇机构包括但不限于以上四种形式。

作为本发明进一步的改进，所述间歇机构为不完全齿轮机构，所述驱动轴上的齿轮的齿数不完全，并与所述传动箱输出轴上的齿轮配合转动，所述驱动轴上的齿轮和所述传动箱输出轴上的齿轮的轮缘均有相互匹配的锁止弧。

本发明的有益效果为：通过采用驱动轴和传动箱多点协同驱动，使得驱动载荷均匀施加于跟踪支架，有效减少光伏组件间的整体扭转变形，从而能够保证跟踪支架的跟踪精度以及光伏组件的发电效率；采用多点有效支撑，极大的提高了跟踪支架的整体刚度，能够有效的降低风载荷作用下结构的振动响应，大大的提高了跟踪支架的安全可靠性，使用柔性钢索实现有效固定，大大降低了跟踪支架的材料成本；同时每个驱动节点位置自锁，可以有效提高结构锁止的稳定性与可靠性，并且由于载荷的多点分担，对自锁结构本身的强度需求大大下降。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架的安装结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架的分动单元结构示意图；

图4为本发明实施例所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架的间歇机构结构示意图。

图中，

1、光伏组件支撑梁；2、立柱；3、差动卷线轮；4、钢索；5、传动箱；6、驱动轴；7、驱动与控制装置；8、光伏组件。

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。

如图1-4所示，本发明实施例所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，包括：

光伏组件支撑架，其包含多个光伏组件支撑梁1，光伏组件8固定安装在光伏组件支撑梁1上；

立柱2，其下端固定在地面上，立柱2的上端与光伏组件支撑梁1的中间位置活动连接；

分动单元，其包括至少一条钢索4、线夹、至少一个差动卷线轮3和传动箱5，差动卷线轮3和传动箱5安装在立柱2上，传动箱5驱动差动卷线轮3转动，钢索4连接光伏组件支撑梁1和差动卷线轮3；

驱动单元，其包括驱动轴6和驱动与控制装置7，驱动轴6与多个分动单元之间刚性连接，驱动与控制装置7控制驱动轴6转动，驱动轴6驱动多个分动单元工作，驱动轴6与传动箱5之间由自锁结构自动锁定。

每个立柱2位置处都可以对光伏组8件阵列进行动态有效支撑，支撑原理是通过两侧的拉紧钢索4实现；可以通过一根钢索，将钢索的一端固定在光伏组件支撑梁1的一端，钢索缠绕差动卷线轮3后，钢索的另一端固定在光伏组件支撑梁1的另一端；也可以通过两根钢索4分别连接一个差动卷线轮3和光伏组件支撑梁1的一端。在跟踪支架在跟踪太阳轨迹的过程中，两侧的钢索4始终处于拉紧状态，当风载荷作用于光伏跟踪系统时，拉紧的钢索4可以大大提高结构的整体刚度，对整体结构产生有效的支撑，有效降低风载荷所引起的振动响应。在每个立柱2上分别布置了用于驱动光伏组件8的分动单元，每个分动单元与光伏组件8作用驱动光伏组件8在一定范围内跟踪太阳轨迹。驱动单元为整排跟踪支架提供动力来源，驱动单元输出的驱动扭矩通过一根驱动轴传递给各分动单元，分动单元与驱动轴6之间刚性连接，这样保证了整个传动的准确性。驱动单元通过驱动轴6将驱动扭矩分配给各分动单元，再由分动单元驱动光伏组件8阵列运动，驱动载荷被均匀施加于跟踪支架，大大减少了由于单点驱动多引起的结构整体扭转变形，从而能够保证跟踪精度以及光伏组件8的发电效率。

进一步的，差动卷线轮3和传动箱5安装在立柱2的中部，在较少驱动轴转数下能够让跟踪支架获得较大旋转角度，也使得整个跟踪支架的受力相对稳定。

进一步的，分动单元包含两个差动卷线轮3，两个差动卷线轮3对称安装在传动箱5的输出轴上。跟踪支架在转动的过程中两侧钢索4的伸缩量不同，需要差动卷线轮3实现放线量与收线量的差动配合。

进一步的，分动单元包含两条钢索4，光伏组件支撑梁1的两端分别通过一条钢索4与一个差动卷线轮3连接。

进一步的，差动卷线轮3具有锥形螺旋线槽，差动卷线轮3靠近立柱2的一侧直径大，安装在光伏组件支撑梁1两端的两个钢索4分别缠绕在两个具有锥形螺旋线槽的差动卷线轮3上。

差动卷线轮3通过锥形螺旋线可以完美的实现收线与放线量的配合，时刻保证钢索4处于张紧状态。两侧的钢索4分别绕在两个具有锥形螺旋线槽的差动卷线轮3上，两个差动卷线轮3同时固定安装在传动箱5的输出轴上且背靠背安装。当传动箱5的输出轴沿一个方向转动时，两个背靠背安装的差动卷线轮3可以实现收线与放线的差动运动，并且利用锥形螺旋槽实现收线量与放线量的精确控制，时刻保证钢索4处于拉紧状态，提高跟踪支架的整体刚度从而增强跟踪支架在大风作用下的安全可靠性。

进一步的，该跟踪支架的跟踪范围为-50°～+50°，这个转动范围可以更好的使得跟踪支架最大范围的接收太阳光照。

进一步的，自锁结构为间歇机构，驱动轴6和传动箱5通过间歇机构实现传动与位置自锁。每个驱动节点的位置自锁，可以有效提高结构锁止的稳定性与可靠性，并且由于载荷的多点分担，对自锁结构本身的强度需求大大下降，自锁功能可利用间歇机构实现。

进一步的，间歇机构为棘轮机构、槽轮机构、连杆机构或不完全齿轮机构中的一种，也可替换为能够实现自锁功能的其他间歇机构。

进一步的，间歇机构为不完全齿轮机构，驱动轴6上的齿轮的齿数不完全，并与传动箱5输出轴上的齿轮配合转动，驱动轴6上的齿轮和所述传动箱5输出轴上的齿轮的轮缘均有相互匹配的锁止弧。

驱动单元通过驱动轴6将驱动扭矩分配到各分动单元中的传动箱5，传动箱5中采用间歇机构，当工作传动部分相啮合时传递工作扭矩，带动光伏组件8跟踪太阳轨迹，当跟踪过程结束后，间歇机构中的锁止部分相啮合，形成局部自锁。当间歇结构处于自锁位置时，每个分动单元均处于锁定位置，钢索4处于拉紧状态，对光伏组件8阵列形成可靠稳定支撑。间歇机构包括但不局限于不完全齿轮机构。

具体使用时：

光伏跟踪支架的立柱2安装在预先设置好的混凝土支座上，立柱2等间距设置，立柱2和混凝土支座通过钢柱脚连接，每一组光伏跟踪支架的立柱2确保在一条直线上，光伏组件8阵列安装在光伏组件支撑架上，光伏组件支撑架的光伏组件支撑梁1的两端下侧设置有连接钢索4的固定环，立柱的中部安装两个具有锥形螺旋线槽的差动卷线轮3，两个差动卷线轮3背靠背设置，直径较大的一侧固定在立柱2上，钢索4的一端连接在光伏组件支撑梁1端部下侧的固定环上，另一端固定在具有锥形螺旋线槽的差动卷线轮3上，安装时调整钢索4的长度使其处于拉紧状态后用线夹固定，保证装置的稳定性。传动箱5安装在两个差动卷线轮3的中间，传动箱5的输出轴与差动卷线轮3连接，带动差动卷线轮3转动，传动箱5通过齿轮与驱动轴6转动连接，驱动轴6与光伏组件支撑梁1相互垂直设置，驱动轴6只有在与传动箱5连接处设置齿轮，一根驱动轴6驱动一组光伏跟踪支架同时转动。驱动轴6和传动箱5的齿轮连接为不完全齿轮机构，驱动轴6上的齿轮(主动轮)有两个齿，传动箱5的齿轮(从动轮)有多个区间，各区间有与驱动轴6齿轮相应个数的齿槽，主动轮和从动轮上也有互相匹配的锁止弧，主动轮在有齿部位啮合时带动从动轮转动，无齿轮时从动轮停歇，从动轮停歇时，主动轮上的锁止弧与从动轮上的锁止弧互相配合锁住，以保证从动轮停歇在预定位置上。光伏组件8阵列可被驱动轴6、传动箱5、钢索4带动在正负50°的范围内转动，驱动与控制单元7根据太阳轨迹驱动调整光伏跟踪支架转动，保证光伏组件8阵列更好的接受太阳光照射，提高发电效率；同时，多点有效支撑和多点位置自锁，提高了跟踪支架的自身强度和安全可靠性。

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 (9)

1.一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，其特征在于，包括：

光伏组件支撑架，其包含多个光伏组件支撑梁(1)，光伏组件(8)固定安装在所述光伏组件支撑梁(1)上；

立柱(2)，其下端固定在地面上，所述立柱(2)的上端与光伏组件支撑梁(1)的中间位置活动连接；

分动单元，其包括至少一条钢索(4)、线夹、至少一个差动卷线轮(3)和传动箱(5)，所述差动卷线轮(3)和所述传动箱(5)安装在所述立柱(2)上，所述传动箱(5)驱动所述差动卷线轮(3)转动，所述钢索(4)连接所述光伏组件支撑梁(1)和所述差动卷线轮(3)；

驱动单元，其包括驱动轴(6)和驱动与控制装置(7)，所述驱动轴(6)与多个所述分动单元之间刚性连接，所述驱动与控制装置(7)控制所述驱动轴(6)转动，所述驱动轴(6)驱动多个所述分动单元工作，所述驱动轴(6)与所述传动箱(5)之间由自锁结构自锁。

2.根据权利要求1所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，其特征在于，所述差动卷线轮(3)和所述传动箱(5)安装在所述立柱(2)的中部。

3.根据权利要求1所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，其特征在于，所述分动单元包含两个所述差动卷线轮(3)，两个所述差动卷线轮(3)对称安装在所述传动箱(5)的输出轴上。

4.根据权利要求3所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，其特征在于，所述分动单元包含两条钢索(4)，所述光伏组件支撑梁(1)的两端分别通过一条所述钢索(4)与一个所述差动卷线轮(3)连接。

5.根据权利要求4所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，其特征在于，所述差动卷线轮(3)具有锥形螺旋线槽，所述差动卷线轮(3)靠近所述立柱(2)的一侧直径大，安装在所述光伏组件支撑梁(1)两端的两个钢索(4)分别缠绕在两个具有锥形螺旋线槽的所述差动卷线轮(3)上。

6.根据权利要求1所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，其特征在于，该跟踪支架的跟踪范围为-50°～+50°。

7.根据权利要求1所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，其特征在于，所述自锁结构为间歇机构，所述驱动轴(6)和所述传动箱(5)通过间歇机构实现传动与位置自锁。

8.根据权利要求7所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，其特征在于，所述间歇机构为棘轮机构、槽轮机构、连杆机构或不完全齿轮机构中的一种。

9.根据权利要求7所述的一种带自锁功能的柔性支撑光伏跟踪支架，其特征在于，所述间歇机构为不完全齿轮机构，所述驱动轴(6)上的齿轮的齿数不完全，并与所述传动箱(5)输出轴上的齿轮配合转动，所述驱动轴(6)上的齿轮和所述传动箱(5)输出轴上的齿轮的轮缘均有相互匹配的锁止弧。