CN117616687A - 具有优化磨损和同步传动的光伏太阳能跟踪器 - Google Patents

具有优化磨损和同步传动的光伏太阳能跟踪器 Download PDF

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CN117616687A CN202280033588.3A CN202280033588A CN117616687A CN 117616687 A CN117616687 A CN 117616687A CN 202280033588 A CN202280033588 A CN 202280033588A CN 117616687 A CN117616687 A CN 117616687A
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菊安·决斯·马尔多纳多·尼古拉斯
萨尔瓦多·桑多瓦尔·索拉诺
豪尔赫·米拉·佩雷斯
哈维尔·卡皮奥·奥布雷
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Abstract

跟踪器(25)包括：扭矩结构(1、28)、回转驱动器(2、30)和旋转设备(9、31)；回转驱动器(2、30)具有输出轴(5)和同轴安装在输出轴(5)上的啮合设备(11)；旋转设备(9、31)附接到扭矩结构(1、28)，并提供有与啮合设备(11)啮合的齿(17)。啮合设备(11)包括：由连接件(12、13)相互连接的相对的板(12)；以及辊(16)，辊(16)以自由同轴旋转的形式安装在连接件(12、13)上，用于与齿(17)啮合。一种太阳能设施，包括：主动跟踪器(25)；从动跟踪器(26、27)；以及连接设备(32、33)，连接设备(32、33)从主动跟踪器(25)旋转从动跟踪器(26、27)。跟踪器(25、26、27)包括两个曲柄(34)，两个曲柄(34)附接到扭矩结构(1、28)。旋转设备(31)包括齿轮(9、36)，齿轮(9、36)附接到扭矩结构(1、28)并由回转驱动器(2、30)致动。连接设备(32、33)包括枢转地连接到曲柄(34)的传动结构(38)，并且包括面对的型材(39、40)。

Description

具有优化磨损和同步传动的光伏太阳能跟踪器
技术领域
本发明可以包括在太阳能的技术领域内。特别地，本发明的目的涉及一种被配置为优化磨损的光伏太阳能跟踪器和一种包括具有同步传动的一组太阳能跟踪器的太阳能设施。
背景技术
已知太阳能跟踪器包括扭矩结构，例如扭矩管，用于向一个或多个太阳能板提供太阳能跟踪旋转。太阳能跟踪器还包括用于致动扭矩结构的旋转的电动机和回转驱动器。
已知几种回转驱动器，例如被称为“齿轮箱”的回转驱动器，例如：蜗轮齿轮箱或行星齿轮箱等。为了与扭矩结构啮合，特别是与致动扭矩结构旋转的带齿元件啮合，这种回转驱动器包括被称为“小齿轮(pinion gears)”的齿轮。
此外，已知太阳能设施包括同步移动的多个太阳能跟踪器。在一些设施中，有一种太阳能跟踪器，称为“主动跟踪器”，其太阳能跟踪旋转由电动机致动，还有一种或几种太阳能跟踪器，被称为“从动跟踪器”，其被连接到主动跟踪器，用于用一个单个的电动机同步旋转所有太阳能跟踪器。一些设施使用带或不带接头(如万向接头)的杆将主动跟踪器连接到从动跟踪器。
发明内容
根据权利要求1，本发明提供了一种特征为优化部件磨损的光伏太阳能跟踪器，以及根据权利要求13的一种光伏太阳能设施，该光伏太阳能设施利用单个机动装置和曲柄系统同步地优化多个太阳能跟踪器的运动。
根据本发明，设施的太阳能跟踪器可以以同步和同时的方式在至少两行中移动。为此，该设施包括一个主动跟踪器和一个或多个从动跟踪器。
附图说明
参照附图，根据本发明的优选实施例的以下详细描述，将更好地理解所有前述以及其他特征和优点，附图将被视为用于说明性的、非限制性的目的，并且其中：
-图1示出了本发明第一方面的跟踪器的详细透视图。
-图2示出了图1中啮合设备的详细透视图。
-图3示出了图1中跟踪轮的详细透视图。
-图4示出了图1-图3中用于将扭矩结构支撑在跟踪器的主支柱上的替代方案的透视图。
-图5示出了图1中高度调节设备的详细透视图。
-图6示出了根据本发明第二方面的设施的透视图。
-图7示出了包括螺纹轴和螺母锁定的长度调节设备的详细透视图。
-图8-图10示出了不同连接设备的详细透视图。
-图11示出了根据本发明第二方面的太阳能设施的侧视图。
-图12示出了包括连接到两个齿轮的一个单杆的传动结构的透视图。
-图13示出了包括伸缩型材的替代长度调节设备的透视图。
具体实施方式
接下来，借助上述图1-图13对本发明的优选实施例进行详细描述。
在第一方面，本发明涉及一种光伏太阳能跟踪器(25)，用于支撑具有优化磨损的光伏模块(4)。本发明的跟踪器(25)包括扭矩结构(1)(例如扭矩管(1))和回转驱动器(2)。跟踪器(25)还包括电动机(3)，例如直流(direct current,DC)电动机(3)，电动机(3)具有输入轴(未示出)，用于致动回转驱动器(2)。回转驱动器(2)包括输出轴(5)。回转驱动器(2)可以根据现有技术中已知的任何方案进行配置。特别地，回转驱动器(2)可以包括一个或多个齿轮箱(6、7)，例如行星齿轮箱(6)或蜗轮齿轮箱(7)。在图中所示的优选实施例中，回转驱动器(2)包括连接到电动机(3)的输入轴的行星齿轮箱(6)和由行星齿轮箱(6)致动的蜗轮齿轮箱(7)。在该实施例中，蜗轮齿轮箱(7)的齿轮(未示出)与输出轴(5)同轴。如上所述，在该实施例中，电动机(3)首先连接到行星齿轮箱(6)，行星齿轮箱(6)又连接到蜗轮齿轮箱(7)。结果，获得了更大的解复用，以及能够移动跟踪器(25)的扭矩。此外，蜗轮齿轮箱(7)被认为是不可逆的，即，它们充当嵌入件，以便承受风产生的扭矩。
跟踪器(25)还包括附接到扭矩结构(1)的(例如，链轮形状的)至少一个跟踪轮(9)。优选地，两个彼此面对的、平行的跟踪轮(9)安装到扭矩结构(1)上。同样优选地，如图中所示，跟踪轮(9)不是完整的，而是仅为分段，从而使得跟踪轮(9)更容易操作，因为只有跟踪轮(9)的用于跟踪所必需的部分被包括在分段中。
跟踪轮(9)还可以包括从跟踪轮(9)的分段的端部突出的至少一个机械止动件(10)，优选为两个机械止动件(10)，用于接触止动元件(例如，跟踪器(25)的主支柱(18))，并因此避免扭矩结构(1)的过度旋转，目的是避免在控制器故障的情况下损坏模块(4)。附加地或替代地，跟踪轮(9)可以包括在跟踪轮(9)的分段的端部处的解耦工具，解耦工具包括用于防止跟踪轮(9)向前旋转但允许跟踪轮(9)向后旋转的平坦无齿部分(15)。
跟踪轮(9)通过同轴安装在输出轴(5)上并构成回转驱动器(2)的一部分的啮合设备(11)连接到输出轴(5)，用于产生转矩结构(1)的跟踪旋转。因此，每个啮合设备(11)与一个相应的跟踪轮(9)啮合。此外，每个啮合设备(11)包括一对同轴的、相对的板(12)。板(12)通过纵向连接件(13、14)彼此连接(无论是永久地还是可分离地)，以便板(12)保持彼此间的距离。作为示例，如图中所示，板(12)可以在周边穿孔，以便通过例如钉(13)、螺栓等以及相应的螺母(14)、铆钉或类似物之类的纵向连接件(13、14)连接。板(12)可以是实心的，见图2，尽管为了减轻重量和减少材料使用，板(12)优选是空的(47)，见图5。在板(12)之间安装有辊(16)。辊(16)以自由同轴旋转的形式同轴安装在连接件(13、14)上。每个跟踪轮(9)具有用于与相应的啮合设备(11)的辊(16)啮合的齿(17)。啮合设备(11)既用于将旋转传送到扭矩结构(1)，又用于充当解复用的附加级。
模仿链条传动系统的辊(16)的自由旋转，使本发明相对于现有技术的区别在于：
-避免金属之间的直接摩擦，就像在没有润滑的普通小齿轮冠系统中那样，这会导致磨损甚至卡住。在本发明中，自由辊(16)与链轮形的跟踪轮(9)结合，以类似于链轮系统的方式起作用。
-提供简化的制造：首先，与安装在跟踪轮(9)上时相比，当安装在啮合设备(11)上时安装辊(16)时，要求的安装质量较低。其次，所涉及的部件更小，因此它们可以由人类手动处理，而不需要辅助运输和提升元件，从而提供了一个紧凑且建设性的简单方案。
回转驱动器(2)除了向扭矩结构(1)提供跟踪旋转之外，还可以具有能够承受由风作用在跟踪器(25)上产生的反向扭矩的功能。因此，如上所述，当回转驱动器(2)包括蜗轮齿轮箱(7)时，所述蜗轮齿轮箱(7)安装在主支柱(18)上，使得主支柱(18)与蜗轮齿轮箱(7)一起提供用于吸收风载荷的嵌入件。例如，蜗轮齿轮箱(7)可以通过栓接到主支柱(18)的支架(19)连接。
以及，或者替代地，可以有两个跟踪轮(9)，并且因此有两个啮合设备(11)，安装在输出轴(5)的相对端上。在使用具有蜗轮齿轮箱(7)的主支柱(18)的情况下，每个啮合设备(11)和每个跟踪轮(9)都位于主支柱(18)的一侧。该方案允许所产生的风载荷对称地分布在主支柱(18)上，从而实现更好的驱动传动和承受载荷，并因此避免主支柱(18)的旋转。一种替代的方案考虑仅一个啮合设备(11)和仅一个相应的跟踪轮(9)，两者都安装在相对于主支柱(18)的中心位置中，其中扭矩结构(1)通过双支撑件由主支柱(18)支撑，该双支撑件在主支柱(18)的每侧上具有一个构件(20)。两种方案都避免了由于风载荷以及因此主支柱(18)的旋转而产生的不对称应力。
优选地，回转驱动器(2)与电动机(3)一起通过高度调节设备(21)安装到主支柱(18)，该高度调节设备(21)允许垂直地改变回转驱动器(2)的高度，以便更好地将啮合设备(11)啮合到跟踪轮(9)上。高度调节设备(21)可以包括，如图5中所示：附接到主支柱(18)的支撑件(24)；至少一个支架(23)，图5示出了两个支架(23)和有螺纹的第二螺栓(22)，两个支架(23)例如通过第一螺栓(8)连接到主支柱(18)，以便例如通过凹槽(45)能够沿着主支柱(18)移动；有螺纹的第二螺栓(22)将支架(23)连接到支撑件(24)以通过调节螺母(46)调节相对距离。
在第二方面，本发明涉及一种太阳能设施，该太阳能设施包括多个光伏太阳能跟踪器(25、26、27)，特别是一个主动跟踪器(25)，以及由主动跟踪器(25)驱动的一个或多个从动跟踪器(26、27)。每个跟踪器(25、26、27)包括扭矩结构(28)，例如扭矩管(28)。主动跟踪器(25)还包括电动机(29)、回转驱动器(30)和旋转设备(31)，该旋转设备(31)附接到扭矩结构(28)并连接到回转驱动器(30)，用于将旋转从电动机(29)传送到扭矩结构(28)。
第二方面的太阳能设施包括至少一个细长连接设备(32、33)，用于将跟踪旋转从主动跟踪器(25)传送到从动跟踪器(26、27)，如下所述。本发明适用于设施的不同配置：主动跟踪器(25)可以位于设施的一端，从而存在一个或多个从动跟踪器(26、27)，它们都位于主动跟踪器(25)的同一侧；替代地，主动跟踪器(25)可以在每一侧具有一个或多个从动跟踪器(26、27)。鉴于以上内容，本发明提供了连接设备(32、33)，其包括：至少一个第一连接设备(33)和至少一个第二连接设备(33)，至少一个第一连接设备(33)用于将主动跟踪器(25)连接到紧邻主动跟踪器(25)的第一从动跟踪器(26)；至少一个第二连接设备(33)用于将第一从动跟踪器(26)连接到第二从动跟踪器(27)，第二从动跟踪器(27)位于离主动跟踪器(25)更远的位置，见图11。
跟踪器(25、26、27)包括至少一个曲柄(34)，该曲柄(34)附接到扭矩结构(28)。优选为两个曲柄(34)，使得电动机负载和阻力负载两者都相对于主动跟踪器(25)的主支柱(37)和从动跟踪器(26、27)的主支柱(35)对称，从而实现负载的更好的传动。对于主动跟踪器(25)，曲柄(34)可以被集成为旋转设备(31)的一部分。
旋转设备(31)包括至少一个齿轮(36)，该齿轮(36)附接到扭矩结构(28)并由回转驱动器(30)致动，用于向扭矩结构(28)提供太阳能跟踪。齿轮(36)优选地位于主动跟踪器(25)的主支柱(37)的两侧。第一连接设备(32)在每一端枢转地连接到主动跟踪器(25)的曲柄(34)，并且在相对端还枢转地连接到至少一个从动跟踪器(26、27)的曲柄(34)，使得主动跟踪器(25)的跟踪旋转同步地传送到从动跟踪器(26、27)。第二连接设备(33)在两侧枢转地连接到两个连续的从动跟踪器(26、27)的相应曲柄(34)。从动跟踪器(26、27)优选地包括两个曲柄(34)，在主支柱(35)的每侧有一个曲柄(34)。主动跟踪器(25)可以包括两个曲柄(34)，在主支柱(37)的每侧有一个曲柄(34)，或者可以包括如下所述的仅一个曲柄(34)。
每个连接设备(32、33)包括细长的传动结构(38)，如上所述，该细长的传动结构(38)枢转地连接到旋转设备(31)的曲柄(34)和/或齿轮(36)。传动结构(38)工作以便在跟踪循环期间主要承受张力和压缩轴向力。传动结构(38)由至少一个型材(39、40)组成，优选地由一对面对的型材(39、40)(优选为商业型材(39、40))构成，其中，型材(39、40)可以是封闭型材(39)(例如杆(39)，优选为方管(39))或开放型材(40)(例如C型型材(40))。如果传动结构(38)包括两个面对的型材(39、40)，则型材(39、40)可以通过横向加强件(41)连接。
为了将传动结构(38)连接到曲柄(34)，可以考虑多种方案。下面解释了一些示例。连接件必须允许通过现有技术中已知的任何方式(例如钉、铆钉等)进行枢转。
1.主动跟踪器(25)可以包括一个单个齿轮(36)，例如当扭矩结构(1)通过在主支柱(35)的每侧具有一个构件(20)的双支撑件由主支柱(35)支撑时，如上所述。在这种情况下，用于传动结构(38)的一个单个型材(39)(优选为一个封闭型材(39))就足够了。
2.-主动跟踪器(25)可以包括两个齿轮(36)，主支柱(35)的每侧有一个齿轮(36)。
2.1传动结构(38)可以包括两个面对的型材(39、40)，一个用于连接到相应的齿轮(36)的曲柄(34)。
2.2.-传动结构(38)可以包括一个单个型材(39、40)。在这种情况下，如图12中所示，传动结构每一侧上的两个附加连接器(41)可用于枢转地连接到主支柱(35)两侧的齿轮(36)的相应曲柄(34)。
连接设备(32、33)在封闭型材(39)和开放型材(40)的情况下还可以包括长度调节设备，该长度调节设备安装在传动结构(38)上，用于调节传动结构(38)的长度，以便吸收跟踪器(25、26、27)之间的分离公差以及地面高度的差异，只要高度差异不干扰型材(39、40)，并且也不干扰跟踪器(25、26、27)之间的横向平面中的倾斜公差。长度调节设备可以提供连续调节，例如包括螺纹轴(43)和螺母锁定(44)；离散调节，例如，更换一组(最好是一对)伸缩型材(39、40)的每个型材(39、40)，无论是封闭型材(39)还是开放型材(40)，如图13中所示。如上所述，这种方案适用于这两种情况，其中传动结构(38)包括一个单个型材(39、40)或两个型材(39、40)。
传动结构(38)的配置可以根据地面不均匀性而略微变化。如果地面是均匀的，或者如果不均匀性是一致的，则传动结构(38)优选地仅包括一对较长的型材(39、40)，如图9所示，用于连接多于两个的连续跟踪器(25、26、27)。相反，当不均匀性不一致时，见图8和图10，传动结构(38)可以包括用于每对连续跟踪器(25、26、27)的一对较短型材(39、40)。在沿东西方向也存在不均匀性的特殊情况下，见图10，一个传动结构(38)的型材(39、40)可能与相邻传动结构(38)的型材不平行。
在一个优选实施例中，主动跟踪器(25)对应于根据上述第一方面的具有优化磨损的太阳能跟踪器(25)。因此，上述第一方面的太阳能跟踪器(25)的所有特征都适用于主动跟踪器(25)。特别地，为了更好地示出本实施例，扭矩结构(28)等同于扭矩结构(1)，并且电动机(29)、回转驱动器(30)和旋转设备(31)分别对应于电动机(3)、回转驱动器(2)和跟踪轮(9)。

Claims (15)

1.光伏太阳能跟踪器(25)，包括：
-扭矩结构(1)；
-回转驱动器(2)，具有输出轴(5)和同轴安装在所述输出轴(5)上的至少一个啮合设备(11)；以及
-电动机(3)，具有输入轴，用于致动所述回转驱动器(2)；
所述跟踪器(25)的特征在于，还包括至少一个跟踪轮(9)，所述跟踪轮(9)附接到所述扭矩结构(1)，并且所述跟踪轮(9)设置有齿(17)，以便与所述至少一个啮合设备(11)中的相应一个啮合，以产生所述扭矩结构(1)的跟踪旋转；
其中，每个啮合设备(11)包括：
-一对同轴的、相对的板(12)，通过纵向连接件(13、14)彼此连接，以使所述板(12)保持彼此间的距离；以及
-辊(16)，以自由同轴旋转的形式同轴地安装在所述板(12)之间的所述连接件(13、14)上，用于与相应的所述跟踪轮(9)的齿(17)啮合。
2.根据权利要求1所述的光伏太阳能跟踪器(25)，其中，所述至少一个跟踪轮(9)为链轮形。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的光伏太阳能跟踪器(25)，其中，所述跟踪轮(9)不是完整的而是分段的，所述跟踪器(25)还包括：
-至少一个机械止动件(10)，从所述跟踪轮(9)的分段的至少一端突出，用于接触所述跟踪器(25)的止动元件，以避免所述扭矩结构(1)的过度旋转，用于避免在控制器故障的情况下损坏模块(4)；和/或
-在所述跟踪轮(9)的分段的至少一端的端部处的解耦工具，所述解耦工具包括用于防止所述跟踪轮(9)向前旋转但允许所述跟踪轮(9)向后旋转的平坦无齿部分(15)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的光伏太阳能跟踪器(25)，其中，所述回转驱动器(2)包括蜗轮齿轮箱(7)，所述蜗轮齿轮箱(7)具有与所述输出轴(5)同轴的齿轮。
5.根据权利要求4所述的光伏太阳能跟踪器(25)，还包括主支柱(18)，所述蜗轮齿轮箱(7)安装在所述主支柱(18)上，使得所述主支柱(18)与所述蜗轮齿轮箱(7)一起提供用于吸收风载荷的嵌入件。
6.根据权利要求4-5中任一项所述的光伏太阳能跟踪器(25)，其中，一个啮合设备(11)和一个相应的跟踪轮(9)被安装在相对于所述主支柱(18)的中心位置中，其中，所述扭矩结构(1)通过在所述主支柱(18)的每侧具有一个构件(20)的双支撑件由所述主支柱(18)支撑。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏太阳能跟踪器(25)，包括两个彼此面对的、平行的跟踪轮(9)，所述跟踪轮(9)安装到所述扭矩结构(1)。
8.根据权利要求7所述的光伏太阳能跟踪器(25)，包括两个啮合设备(11)，所述啮合设备(11)安装在所述输出轴(5)的相对端上，用于与相应的跟踪轮(9)啮合。
9.根据权利要求5和8所述的光伏太阳能跟踪器(25)，其中，所述啮合设备(11)中的每一个和所述跟踪轮(9)中的每一个位于所述主支柱(18)的一侧。
10.根据权利要求5-19中任一项所述的光伏太阳能跟踪器(25)，还包括高度调节设备，所述高度调节设备用于将所述回转驱动器(2)与所述电动机(3)一起安装到所述主支柱(18)，并且用于允许垂直地改变所述回转驱动器(2)的高度，用于调节所述啮合设备(11)与所述跟踪轮(9)的啮合。
11.根据权利要求10所述的光伏太阳能跟踪器(25)，其中，所述高度调节设备(21)包括：
-支撑件(24)，附接到所述主支柱(18)；
-至少一个支架(23)，连接到所述主支柱(18)，以便能够沿着所述主支柱(18)移动；以及
-有螺纹的第二螺栓(22)，将所述支架(23)连接到所述支撑件(24)以通过调节螺母(46)调节相对距离。
12.光伏太阳能设施，包括：
-根据权利要求1-11中任一项所述的主动跟踪器(25)，所述主动跟踪器(25)包括电动机(3、29)、回转驱动器(2、30)和旋转设备(9、31)；
-至少一个从动跟踪器(26、27)，由所述主动跟踪器(25)驱动；
-扭矩结构(1、28)，安装在所述跟踪器(25、26、27)中的每一个上，并附接到所述旋转设备(9、31)，用于将旋转从所述电动机(3、29)传送到所述扭矩结构(1、28)；
所述设施的特征在于，还包括至少一个细长的连接设备(32、33)，所述至少一个细长的连接设备(32、33)将旋转从所述主动跟踪器(25)传送到所述从动跟踪器(26、27)；
其中，所述跟踪器(25、26、27)中的每一个包括至少一个曲柄(34)，所述至少一个曲柄(34)附接到所述扭矩结构(1、28)；
所述旋转设备(9、31)还包括至少一个齿轮(36)，所述至少一个齿轮(36)附接到所述扭矩结构(1、28)并且由所述回转驱动器(2、30)致动，用于向所述扭矩机构(1、28)提供太阳能跟踪；
每个连接设备(32、33)包括细长的传动结构(38)，所述细长的传动结构(38)枢转地连接到所述曲柄(34)，其中，所述传动机构(38)由至少一个型材(39、40)组成。
13.根据权利要求12所述的光伏太阳能设施，其中，所述主动跟踪器(25)包括两个齿轮(36)；所述传动结构(38)包括一个单个型材(39、40)；
还包括在所述传动结构(38)的每一侧上的两个附加连接器(41)，用于枢转地连接到所述齿轮(36)的相应曲柄(34)。
14.根据权利要求13所述的光伏太阳能设施，其中，所述主动跟踪器(25)包括两个齿轮(36)；所述传动结构(38)包括两个型材(39、40)，在所述主支柱(37)的每侧有一个型材。
15.根据权利要求13-14中任一项所述的光伏太阳能设施，其中，所述连接设备(32、33)还包括安装在所述传动结构(38)上的长度调节设备，用于调节所述传动结构(38)的长度：
-用于提供连续调节，例如包括螺纹轴(43)和螺母锁定(44)；或
-用于提供离散调节，例如用伸缩型材(39、40)代替每个型材(39、40)。
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