CN116545362A - 一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，利用光伏跟踪支架现有的立柱和檩条与新增结构组成菱形调节机构，多个菱形调节机构依次间隔设置在光伏跟踪支架上，其驱动螺杆相互平行布置，每个菱形调节机构的驱动螺杆上安装运动换向器，运动换向器之间通过扭力杆连接在一起，当扭力杆旋转时，带动所有菱形调节机构的驱动螺杆同步联动旋转，实现光伏跟踪支架的角度调整。本发明利用光伏跟踪支架的立柱和横梁构成菱形调节机构，节省了驱动机构的结构耗钢量，降低了光伏支架制造成本。多个菱形结构通过扭力杆联动，只需在光伏支架上任一点驱动扭力杆即可实现角度调整，具有调节简便的特征。
Description
技术领域
本发明属于太阳跟踪装置技术领域，具体涉及一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统。
背景技术
光伏支架是太阳能光伏发电系统的重要组成部分，目前大型地面光伏电站光伏支架的常用形式有三大类：固定倾角式、季节可调式和跟踪式，而根据支架跟踪方式的不同，跟踪式又分为斜单轴跟踪、平单轴跟踪和双轴跟踪。固定倾角式支架是指以一年中光伏电池板获得太阳辐射量最大的倾角作为支架的安装倾角，该倾角在电站运行过程中始终保持不变。季节可调式支架是指根据光伏电站所在地的全年光照情况，将全年时间分成若干段，寻找到固定时间段内发电量最大的光伏组件倾角，每年按不同时间段的最佳倾角对光伏组件的倾角进行有限次数的调整，每次角度调整完毕后，支架利用自带的连接件进行固定，形成如同固定倾角式支架一样稳固的一种支架形式。跟踪式支架主要是通过电机控制追踪太阳高度角和方位角来获得更多太阳能辐射，从而使发电量增加的支架形式
在使用过程中，跟踪式支架需要不停地调整角度使其结构整体稳定性偏低，抗风能力较弱。为了提升支架的强度和抗风性能，其结构设计相对复杂，支架系统的整体用钢量较大，导致其成本费用较高。固定倾角式支架虽然发电量不及跟踪式支架，但是其结构形式简单，运营成本及维护费用很低，结构的安全稳定性好，所以在跟踪式支架相关技术未成熟时，固定倾角式支架作为主要的支架形式广泛应用于光伏电站中。与固定倾角式支架相比，季节可调型支架可提高发电量，与跟踪支架相比，季节可调型支架的成本及后期维护费用较低。季节可调型支架结构形式简单，只需在固定式支架的基础上加以适当改造即可，结构稳定性好，兼顾了固定式支架与跟踪式支架的优点。
传统季节可调型支架根据调节方式的不同，其主要结构形式有：推拉杆式、弧梁式、千斤顶式。推拉杆式季节可调支架利用支架斜撑杆在基础底部水平杆的卡槽中往返推拉移动来实现光伏支架的角度调整，角度调整完毕后用螺栓孔位进行固定。弧梁式季节可调支架利用半圆弧梁与支架支座的销孔进行光伏支架角度调整，角度调整完毕后半圆弧梁与支架支座通过销钉进行固定。千斤顶式季节可调支架通过连接在支架斜梁与竖杆间的菱形千斤顶伸缩调整支架角度，角度调整完毕后支架通过千斤顶的自锁实现固定。传统的季节可调型支架的结构优化设计已进入瓶颈期，如何打破现有结构，设计出低成本、高性能的支架结构是季节可调型支架系统的主要发展方向。
目前大多数季节可调支架均采用手动季节调整的运行方式，在每年四个季节，由工人将支架手动调整到相应的最佳倾角。采用人工四季手动调整支架工作模式的电站，日常运行维护成本较高，而且由于电池板不能始终处于最佳角度，与每天自动调整到最佳倾角的自动跟踪式平单轴支架相比，会损失一些发电量。因此，如何实现季节可调型支架低成本、高效率的自动化调节也是其重要的发展前景方向之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，用于解决季节可调支架制造成本高的技术问题。
本发明采用以下技术方案：
一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，包括多个运动换向器，多个运动换向器依次间隔设置在光伏跟踪支架上，每个运动换向器分别经对应的菱形调节机构与光伏跟踪支架连接，运动换向器之间通过扭力杆连接；
菱形调节机构包括上支撑臂和下支撑臂，上支撑臂和下支撑臂与光伏跟踪支架共同构成菱形结构，沿菱形结构的长边对角线设置有螺杆，螺杆的一端与对应的运动换向器连接，另一端与上支撑臂和下支撑臂的连接处连接；
扭力杆通过旋转将驱动力传递给每个与运动换向器固接的螺杆上，通过螺杆带动多个菱形调节机构同步实现伸张或收缩运动，完成整个光伏支架工作角度的连续调整。
具体的，当进行自动调整时，光伏跟踪支架一侧的运动换向器通过驱动器连接光伏跟踪控制器，光伏跟踪控制器根据目标角度与实际角度的偏差，控制驱动器正向或者反向动作，扭力杆将驱动器的驱动力依次传递给每个与运动换向器固接的螺杆上，通过螺杆带动菱形调节机构作伸张或收缩运动，从而实现光伏支架工作角度的自动连续可调。
进一步的，上支撑臂的一端通过横梁铰接座与光伏跟踪支架的横梁连接，另一端与下支撑臂的一端连接，下支撑臂的另一端通过立柱铰接座与光伏跟踪支架的立柱连接。
更进一步的，螺杆的一端穿过丝母套与上支撑臂和下支撑臂连接，另一端穿过立柱顶端的立柱横梁铰接销轴与运动换向器连接。
具体的，运动换向器包括运动换向器壳体，运动换向器壳体内设置有运动换向器输入轴和运动换向器输出轴，运动换向器输入轴的一端与驱动器连接，另一端通过扭力杆与相邻运动换向器的运动换向器输入轴连接，运动换向器输出轴与菱形调节机构的螺杆一端连接。
进一步的，运动换向器输入轴和运动换向器输出轴啮合链接。
进一步的，运动换向器输入轴为双出轴结构。
具体的，多个菱形调节机构并列设置，并通过扭力杆串联连接实现联动。
具体的，光伏跟踪支架包括立柱，立柱上设置有横梁，横梁上间隔设置有多个用于安装光伏组件的檩条，光伏跟踪控制器安装在靠近驱动器一侧的横梁或檩条上。
进一步的，立柱包括多个，多个立柱间隔设置。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，采用菱形调节机构借助光伏支架自身的立柱与横梁作为一组支撑臂，简化驱动调节部分的结构，显著地降低了光伏支架用钢量，节省支架成本，光伏跟踪支架采用扭力杆将多个并列的菱形调节机构中的螺杆串联在一起，有利于实现自动化调节，并且只需在一端安装驱动器，减少了驱动器数量，降低日常运行成本，提升系统发电量，踪控制器可以匹配成熟的控制系统，具有良好的适应性与兼容性。
进一步的，上支撑臂和下支撑臂与光伏跟踪支架共同构成菱形结构，沿菱形结构的长边对角线设置有螺杆，螺杆的一端与对应的运动换向器连接，另一端与上支撑臂和下支撑臂的连接处连接，构成菱形的剪式千斤顶的四个支臂结构，螺杆是剪式千斤的驱动机构
进一步的，上支撑臂的一端通过横梁铰接座与光伏跟踪支架的横梁连接，另一端与下支撑臂的一端连接，下支撑臂的另一端通过立柱铰接座与光伏跟踪支架的立柱连接，构成剪式千斤顶，利用两个现有的，增加两个不存在的
进一步的，螺杆的一端穿过丝母套与上支撑臂和下支撑臂连接，另一端穿过立柱顶端的立柱横梁铰接销轴与运动换向器连接，解决多个纵列千斤顶的同步驱动问题
进一步的，运动换向器用于同步驱动。
进一步的，运动换向器输入轴和运动换向器输出轴啮合链接实现传递扭矩。
进一步的，多个菱形调节机构并列设置，并通过扭力杆串联连接实现联动，实现从多个点同步驱动光伏跟踪支架，实现电池板的角度调整
进一步的，光伏跟踪控制器安装在靠近驱动器一侧的横梁上设置的目的或好处。
进一步的，支架很长，要用多个立柱支撑，提高支架的刚度，这是现有结构，不属于本发明的范畴。
综上所述，本发明结构简单，操作方便，能够实现轴承套圈磨削圆度在线测量。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为菱形调节机构结构示意图；
图3为运动换向器结构示意图；
图4为本发明实施例结构示意图。
其中：1.光伏跟踪控制器；2.运动换向器；3.驱动器；4.菱形调节机构；5.扭力杆；201.运动换向器输入轴；202.运动换向器输出轴；203.运动换向器壳体；401.螺杆；402.丝母套；403.上支撑臂；404.横梁铰接座；405.下支撑臂；406.立柱铰接座；601.立柱；602.横梁；603.檩条；604.光伏组件；605.立柱横梁铰接销轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为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。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，驱动器通过运动换向器与扭力杆将动力传递到各个菱形调节机构中的螺杆上，带动螺杆旋转运动，螺杆的旋转运动将带动与螺杆相连的丝母套沿着螺杆作直线运动，丝母套将带动菱形调节机构中的上、下支撑臂作伸张或收缩运动，从而以较低代价实现光伏跟踪支架的角度调整。
请参阅图1和图4，本发明一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，包括一个光伏跟踪控制器1，多个运动换向器2，一个驱动器3，多个菱形调节机构4，多个传递动力的扭力杆5以及相应的光伏跟踪支架；
光伏跟踪支架包括立柱601、横梁602和檩条603，横梁602设置在立柱601上，檩条603间隔设置在横梁602上，光伏组件604设置在檩条603上，光伏跟踪控制器1安装在靠近驱动器3一侧的横梁602上，并与驱动器3电连接，通过光伏跟踪控制器1控制驱动器3动作，驱动器3通过对应的运动转向器2与菱形调节机构4的螺杆401连接，菱形调节机构4的支撑臂与横梁602连接，相邻运动换向器2之间通过扭力杆5连接，用于将驱动器3的驱动力依次传递给各个与运动转向器固接的菱形调节机构4上，通过运动转向器2驱动菱形调节机构4运动实现光伏支架工作角度的自动连续可调。
其中，驱动器3固接在运动转向器输入轴201一端，运动转向器输出轴202一端与菱形调节机构4的螺杆401固连。
请参阅图2，菱形调节机构4包括一个螺杆401，一个丝母套402，上支撑臂403、下支撑臂405，另一组支撑臂由光伏支架自身的立柱601与横梁602组成，上支撑臂403通过横梁铰接座404与横梁601连接，下支撑臂405通过立柱铰接座406与立柱602连接，螺杆401分别穿过丝母套402和立柱横梁铰接销轴605，并在立柱横梁铰接销轴605处进行限制约束，通过压接套或者定位销限制螺杆401只能绕自身轴心线作旋转运动。
扭力杆5将相邻的两个运动转向器2的输入轴连接在一起，将驱动器3的驱动力依次传递给各个与运动转向器输出轴202固接的螺杆401上，螺杆401带动与螺杆相连的丝母套402沿着螺杆401作直线运动，丝母套402将带动菱形调节机构4中的上支撑臂403和下支撑臂405作伸张或收缩运动。
菱形调节机构4中，上支撑臂403和下支撑臂405，立柱601与横梁602的具体连接方式不影响本发明的特征，支撑臂的具体结构形式不影响本发明的特征。
优选的，多个菱形调节机构4并列设计，采用扭力杆5串联联动，菱形调节机构4并列数量以及扭力杆5的具体结构形式不影响本发明的特征。
请参阅图3，运动换向器2包括一个双出轴的运动换向器输入轴201，一个内六方的运动换向器输出轴202以及相应的运动换向器壳体203。
运动换向器输入轴201一端与驱动器3固连，另一端通过扭力杆5与相邻运动换向器的运动换向器输入轴201连接，运动换向器输出轴202与菱形调节机构4中螺杆401的一端固连；当驱动器3转动时，运动换向器2将驱动器3的运动分别传递给扭力杆5和螺杆401，扭力杆5将动力传递至下一个运动换向器2，最终将驱动器3的运动和动力传递至每一个菱形调节机构4中的螺杆401上。
光伏跟踪支架的工作原理为：
光伏跟踪控制器1为驱动器3供电，提供动力的同时发出动作信号，驱动器3在光伏跟踪控制器1的驱动下转动，驱动器3固接在运动转向器输入轴201的一端，将动力传递给运动转向器2，运动转向器输入轴201另一端通过扭力杆5与相邻的运动转向器输入轴201相连，运动转向器输出轴202端与菱形调节机构中螺杆401的一端固连，从而将驱动器3的旋转运动转换成各个菱形调节机构4中螺杆401的旋转运动，螺杆401的旋转运动将会带着上、下支撑臂403、405铰接处的丝母套402沿着丝杆401作直线运动，从而带动上、下支撑臂403、405作伸张或收缩运动，支撑臂403、405的伸张与收缩将会推动光伏跟踪支架中的横梁602绕着立柱601与横梁602铰接处的铰接销轴605作俯仰运动，从而实现光伏跟踪支架中的光伏组件604在设计度范围内进行太阳跟踪。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实例中平单轴跟踪器上承载的光伏组件尺寸为1650mm×990mm，采用双排竖放结构，即电池板的长边(1650)与檩条垂直，双排电池板竖向放置在檩条上。檩条采用30mm×30mm壁厚2mm的C型钢，横梁采用60mm×100mm壁厚3mm的矩形钢管，立柱采用16号工字钢，其截面高度为160mm，腿宽为88mm，腰厚为6mm。通过电动回转驱动装置带动光伏跟踪支架上的光伏组件在南北+20°～+55°度范围内进行太阳跟踪。
光伏电池板(光伏组件)有单排竖放，双排竖放，双排横放等不同安装方式，这些安装方式都属于光伏跟踪支架的常用方式，其结构在横梁以上，因此具体采用什么上层安装方式不影响本发明调节光伏支架跟踪角度的方法。
本实例每套光伏跟踪支架安装4个电池板组串，每串7块电池板，共28块光伏电池板(光伏组件)。该套支架东西长度为13990mm，南北长宽为3310mm，共有4根支撑立柱，立柱由东向西编号，1号立柱为最东端立柱，4号立柱为最西端立柱；每根立柱之间的中心间距为4200mm，最外侧1号和4号两跟立柱上檩条各出头695mm。
请参阅图4，本实例中，光伏跟踪控制器1安装在与4号立柱601相连的横梁602上，驱动器3安装在最西侧的4号立柱端头，设计采用4组菱形调节机构4并列安装，同时配套4个运动转向器2，采用3个扭力杆5将4组菱形调节机构4串联在一起。扭力杆5采用外径Φ30mm，壁厚2.5mm的镀锌钢管，扭力杆5两端采用开口销与运动换向器输入轴相连接，每套菱形调节机构4中的螺杆401采用M16×2的镀锌丝杆，支撑臂402采用壁厚2mm冲压成形的钣金件。
光伏跟踪控制器1与驱动器3的具体安装位置不影响本发明调节光伏支架跟踪角度的技术内容，菱形调节机构4并列数量以及扭力杆5的具体结构形式也不影响本发明的技术内容。
综上所述，本发明一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，采用菱形调节机构借助光伏支架自身的立柱与横梁作为一组支撑臂，简化驱动调节部分的结构，显著地降低了光伏支架用钢量，节省支架成本，光伏跟踪支架采用扭力杆将多个并列的菱形调节机构中的螺杆串联在一起，有利于实现自动化调节，并且只需在一端安装驱动器，减少了驱动器数量，降低日常运行成本，提升系统发电量，踪控制器可以匹配成熟的控制系统，具有良好的适应性与兼容性。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，包括多个运动换向器(2)，多个运动换向器(2)依次间隔设置在光伏跟踪支架上，每个运动换向器(2)分别经对应的菱形调节机构(4)与光伏跟踪支架连接，运动换向器(2)之间通过扭力杆(5)连接；
菱形调节机构(4)包括上支撑臂(403)和下支撑臂(405)，上支撑臂(403)和下支撑臂(405)与光伏跟踪支架共同构成菱形结构，沿菱形结构的长边对角线设置有螺杆(401)，螺杆(401)的一端与对应的运动换向器(2)连接，另一端与上支撑臂(403)和下支撑臂(405)的连接处连接；
扭力杆(5)通过旋转将驱动力传递给每个与运动换向器(2)固接的螺杆(401)上，通过螺杆(401)带动多个菱形调节机构(4)同步实现伸张或收缩运动，完成整个光伏支架工作角度的连续调整。
2.根据权利要求1所述的并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，当进行自动调整时，光伏跟踪支架一侧的运动换向器(2)通过驱动器(3)连接光伏跟踪控制器(1)，光伏跟踪控制器(1)根据目标角度与实际角度的偏差，控制驱动器(3)正向或者反向动作，扭力杆(5)将驱动器(3)的驱动力依次传递给每个与运动换向器(2)固接的螺杆上，通过螺杆带动菱形调节机构(4)作伸张或收缩运动，从而实现光伏支架工作角度的自动连续可调。
3.根据权利要求2所述的并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，上支撑臂(403)的一端通过横梁铰接座(404)与光伏跟踪支架的横梁(601)连接，另一端与下支撑臂(405)的一端连接，下支撑臂(405)的另一端通过立柱铰接座(406)与光伏跟踪支架的立柱(602)连接。
4.根据权利要求3所述的并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，螺杆(401)的一端穿过丝母套(402)与上支撑臂(403)和下支撑臂(405)连接，另一端穿过立柱(602)顶端的立柱横梁铰接销轴(605)与运动换向器(2)连接。
5.根据权利要求1所述的并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，运动换向器(2)包括运动换向器壳体(203)，运动换向器壳体(203)内设置有运动换向器输入轴(201)和运动换向器输出轴(202)，运动换向器输入轴(201)的一端与驱动器(3)连接，另一端通过扭力杆(5)与相邻运动换向器的运动换向器输入轴连接，运动换向器输出轴(202)与菱形调节机构(4)的螺杆(401)一端连接。
6.根据权利要求5所述的并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，运动换向器输入轴(201)和运动换向器输出轴(202)啮合链接。
7.根据权利要求5所述的并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，运动换向器输入轴(201)为双出轴结构。
8.根据权利要求1所述的并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，多个菱形调节机构(4)并列设置，并通过扭力杆(5)串联连接实现联动。
9.根据权利要求1所述的并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，光伏跟踪支架包括立柱(601)，立柱(601)上设置有横梁(602)，横梁(602)上间隔设置有多个用于安装光伏组件(604)的檩条(603)，光伏跟踪控制器(1)安装在靠近驱动器(3)一侧的横梁(602)或檩条(603)上。
10.根据权利要求9所述的并列螺杆多点菱形支撑联动式光伏跟踪支架系统，其特征在于，立柱(601)包括多个，多个立柱(601)间隔设置。
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