CN117713655A - 一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，包括驱动机构，驱动机构设置在光伏支架的立柱上，驱动机构的控制端与光伏支架上设置的控制器电连接，驱动机构的输出端连接扭力管；扭力管与立柱固定连接，扭力管上对应弧梁设置有钢索组件，钢索组件用于拉动弧梁转动。本发明结构简单、巧妙，操作方便，能够实现弧梁式季节可调光伏支架倾角的连续自动控制。

Description

一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构

技术领域

本发明属于光伏支架跟踪装置技术领域，具体涉及一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构。

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、千斤顶式、弧梁式。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。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。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，广泛应用于我国北方。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，提供一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，用于解决弧梁式季节可调光伏支架倾角的低成本、高效率自动化调节的技术问题，实现光伏板仰角对太阳高度角的自动跟踪，提升发电量，同时节省人工调节支架角度的费用。

本发明采用以下技术方案：

一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，包括驱动机构，驱动机构设置在光伏支架的立柱上，驱动机构的控制端与光伏支架上设置的控制器电连接，驱动机构的输出端连接扭力管；扭力管与立柱固定连接，扭力管上对应弧梁设置有钢索组件，钢索组件用于拉动弧梁转动。

优选地，钢索组件包括套管，套管套装在扭力管上，套管上缠绕有前钢索和后钢索，前钢索和后钢索的一端与套管固定连接，另一端与弧梁连接。

更优选地，套管位于弧梁的正下方。

更优选地，套管上设置有固定块，前钢索和后钢索的一端分别与固定块连接。

更优选地，弧梁的两端分别设置有终端块，弧梁的外弧面上间隔设置有多个防脱块，多个防脱块位于两个终端块之间，前钢索和后钢索的另一端穿过防脱块和终端块后通过压接件固定在弧梁上。

优选地，立柱上设置有支撑件，扭力管沿光伏支架串方向穿过支撑件延伸至光伏支架的两端。

更优选地，扭力管分为多段，每段之间固定连接。

更优选地，支撑件上开有圆孔，圆孔内侧设置有轴承，扭力管贯穿轴承设置。

优选地，驱动机构包括电机，电机经减速机与扭力管连接，减速机设置在支座上，通过支座与立柱固定连接。

优选地，立柱和弧梁包括多个，多个立柱和弧梁间隔设置，驱动机构安装于中间位置处的立柱上。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，采用一组电机减速机驱动扭力管，带动多组钢索，拉动弧梁支架转动，实现支架角度的调节，提升发电量，节省人工调节费用。该驱动方式利用了弧梁支架的结构优势，每组钢索组件包含两根钢索，每根钢索一部分缠绕在扭力管的套管上，一部分紧贴弧梁外弧面对弧梁进行牵拉，两根钢索拉动弧梁转动的方向相反，形成一组反作用力，提升了支架抗风能力。

进一步的，不同于传统跟踪支架采用大型交流电机控制支架主梁转动的技术方案，本发明通过钢索拉动弧梁两端，使支架沿中心点转动，钢索发力点和支架转动中心点之间距离为弧梁半径，即力臂为弧梁半径，该长力臂能够使电机选用扭矩较小的小型直流电机，并匹配小型减速机，从而大大降低了电机、减速机的成本。

综上所述，本发明结构简单、巧妙，操作方便，能够实现弧梁式季节可调光伏支架倾角的连续自动控制。

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为本发明核心驱动装置结构示意图；

图3为本发明钢索组件侧向结构示意图；

图4为本发明实施例结构示意图。

其中：1.电机；2.减速机；3.支座；4.钢索组件；401.套管；402.前钢索；403.后钢索；404.固定块；405.防脱块；406.终端块；407.压接件；5.扭力管；6.支撑件；7.控制器；8.弧梁；9.立柱。

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。

本发明提供了一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，利用一组电机减速机驱动扭力管转动，带动多组缠绕在扭力管套管上的钢索牵拉季节可调光伏支架的弧梁转动，实现光伏支架倾角的调节。

请参阅图1，本发明一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，包括一个电机1，一个减速机2，一个支座3，多套钢索组件4，多段扭力管5，多个支撑件6，一个控制器7，多个弧梁8和多个立柱9。

支座3固定安装在中间的立柱9上，电机1和减速机2固定安装在支座3上，控制器7固定安装于光伏支架上，控制器7与电机1电连接，减速机2的两输出轴与扭力管5连接，每根立柱9都安装有支撑件6，支撑件6用于固定和支撑扭力管5，扭力管5上套装有多个套管401，每个套管401对应连接一个弧梁8；控制器7控制电机1转动，电机1通过减速机2将力传递给扭力管5，扭力管5转动拉动钢索，钢索拉动弧梁8转动，以较低成本实现光伏支架的自动连续调节。

请参阅图2和图3，每个套管401上缠绕有两根钢索，分别为前钢索402和后钢索403，前钢索402和后钢索403缠绕在套管401上的一端头通过固定块404固定在套管401上，另一端通过终端块406和压接件407固定在弧梁8的端部，弧梁8上设置有多个防脱块405，防脱块405中间有槽孔，紧贴弧梁表面的前钢索402或后钢索403穿过防脱块405，防止钢索脱离弧梁表面。

扭力管5分为两段，分别与减速机2的两个输出轴相连，沿光伏支架串方向穿过设置于每个立柱9上的支撑件6后延伸至光伏支架的两端。

当进行自动调整时，安装于光伏支架上的控制器7根据目标角度与实际角度的偏差，控制电机1正向或者反向动作，通过减速机2带动扭力管5转动，扭力管5拉动前钢索402或后钢索403使其缠绕在套管401上，从而将拉力传递给弧梁8，实现光伏支架工作角度的自动连续可调。

每个弧梁8都对应一组钢索组件4，钢索组件4的防脱块405和终端块406焊接在弧梁8上并沿弧梁8的外弧面方向设置有开孔，前钢索502和后钢索403的一部分紧密缠绕在套管401上，一端通过固定块404分别焊接在套管401上，另一端穿过防脱块和终端块的开孔后，拉直绷紧并通过压接件固定。

每个弧梁8上设置有两个终端块406，位于弧梁8的两端，用于固定钢索，每个弧梁8上设置有多个防脱块405，防脱块405间隔设置于弧梁8的外弧面上，且位于两个终端块406之间，用于保证钢索紧贴弧梁8的外弧面而不脱出。

减速机2两侧的扭力管5分为多段，每段之间固定连接。

每个立柱9上都设置有支撑件6，支撑件6上开有圆孔，扭力管5穿过对应的圆孔，支撑件6对扭力管5起支撑作用，支撑件6的圆孔内侧设置有轴承，用于减小扭力5管转动时的摩擦力。

立柱9和弧梁8包括多个，多个立柱9和弧梁8间隔设置，电机1、减速机2通过支座3安装于中间位置处的立柱9上。

本发明一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构的工作原理具体为：

控制器7根据目标角度与实际角度的偏差，控制电机1正向或者反向转动，电机1、减速机2带动扭力管5、套管401转动时，缠绕一根钢索，释放另一根钢索，缠绕的钢索受力拉动弧梁转动。

正视于图3，当扭力管5顺时针转动时，缠绕前钢索402、释放后钢索403，前钢索402通过压接件407的固定连接拉动弧梁8沿支架中心轴逆时针转动，使光伏板倾角增大；当扭力管5逆时针转动时，缠绕后钢索403、释放前钢索402，后钢索403通过压接件407的固定连接拉动弧梁8沿支架中心轴顺时针转动，使光伏板倾角变小。

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2094mm×1038mm，采用双排竖放结构，即电池板的长边2094)与檩条垂直，双排电池板竖向放置在檩条上。檩条采用80mm×50mm壁厚2mm的C型钢，横梁采用40mm×100mm壁厚3mm的矩形钢管，弧梁采用截面为50mm×30mm壁厚3mm的钢管，弧梁半径为1.3米，立柱采用120mm×100mm的矩形钢管。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+10°～+58°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2个电池板组串，每串26块电池板，共52块光伏电池板光伏组件)。该套支架东西长度为25800mm，南北长宽为4210mm，共有7根支撑立柱，立柱由东向西编号，1号立柱为最东端立柱，7号立柱为最西端立柱；每根立柱之间的中心间距为4200mm。

请参阅图1和图4，本实例中，控制器1安装在与4号立柱9相连的横梁上，电机1、减速机2和支座3安装在4号立柱上，设计采用7组钢索组件4并列安装，采用6个扭力管5将7组钢索组件4串联在一起。扭力管5采用外径Φ40mm，壁厚2.5mm的镀锌钢管。钢索采用外径5mm的不锈钢钢索，前钢索402长度约2440mm，后钢索403长度约3100mm，前钢索402在套管401上缠绕圈数范围为1～9圈，后钢索403在套管401上缠绕圈数范围为1～9圈。

电机1、驱动器2应安装于中间立柱9上，能够均衡驱动器两输出轴的负载和出力，控制器7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，但也应尽量靠近电机安装，以缩短线路，提高可靠性。

综上所述，本发明一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，借助弧梁支架的结构特点，采用钢索紧贴弧梁外弧面，通过驱动机构驱动钢索牵拉弧梁两端，实现光伏支架倾角的调节，结构简单，耗材量小，安装方便，力臂大，可使用小型直流电机和减速机，降低了设备成本，提升系统发电量，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)

1.一种钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，包括驱动机构，驱动机构设置在光伏支架的立柱(9)上，驱动机构的控制端与光伏支架上设置的控制器(7)电连接，驱动机构的输出端连接扭力管(5)；扭力管(5)与立柱(9)固定连接，扭力管(5)上对应弧梁(8)设置有钢索组件(4)，钢索组件(4)用于拉动弧梁(8)转动。

2.根据权利要求1所述的钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，钢索组件(4)包括套管(401)，套管(401)套装在扭力管(5)上，套管(401)上缠绕有前钢索(402)和后钢索(403)，前钢索(402)和后钢索(403)的一端与套管(401)固定连接，另一端与弧梁(8)连接。

3.根据权利要求2所述的钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，套管(401)位于弧梁(8)的正下方。

4.根据权利要求2所述的钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，套管(401)上设置有固定块(404)，前钢索(402)和后钢索(403)的一端分别与固定块(404)连接。

5.根据权利要求2所述的钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，弧梁(8)的两端分别设置有终端块(406)，弧梁(8)的外弧面上间隔设置有多个防脱块(405)，多个防脱块(405)位于两个终端块(406)之间，前钢索(402)和后钢索(403)的另一端穿过防脱块(405)和终端块(406)后通过压接件(407)固定在弧梁(8)上。

6.根据权利要求1所述的钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，立柱(9)上设置有支撑件(6)，扭力管(5)沿光伏支架串方向穿过支撑件(6)延伸至光伏支架的两端。

7.根据权利要求6所述的钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，扭力管(5)分为多段，每段之间固定连接。

8.根据权利要求6所述的钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，支撑件(6)上开有圆孔，圆孔内侧设置有轴承，扭力管(5)贯穿轴承设置。

9.根据权利要求1所述的钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，驱动机构包括电机(1)，电机(1)经减速机(2)与扭力管(5)连接，减速机(2)设置在支座(3)上，通过支座(3)与立柱(9)固定连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的钢索驱动的弧梁光伏支架跟踪控制机构，其特征在于，立柱(9)和弧梁(8)包括多个，多个立柱(9)和弧梁(8)间隔设置，驱动机构安装于中间位置处的立柱(9)上。