CN202886995U - 一种太阳光双轴跟踪支架 - Google Patents

一种太阳光双轴跟踪支架 Download PDF

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一种太阳光双轴跟踪支架,它包括太阳能电池组件固定架、立支撑架、十字状旋转支撑轴、前后角调整装置和左右角调整装置。太阳能电池组件固定架通过十字状旋转支撑轴与立支撑架连接,前后角调整装置包括第一传动部件和安装在立支撑架上的与第一传动部件配合的第一驱动部件或手动定位部件;左右角调整装置包括第二传动部件和安装在十字状旋转支撑轴上的与第二传动部件配合的第二驱动部件,该左右角调整装置为平行四边形四联动机构。本实用新型具有结构简单合理、运转能耗低、易于控制、运行精确度高、便于安装和日常维护的特点。

Description

一种太阳光双轴跟踪支架
技术领域
[0001] 本实用新型涉及太阳能利用设备技术领域,具体地说是ー种具备双轴跟踪太阳光的支架装置。
背景技术
[0002] 本申请人在之前对太阳光双轴跟踪技术进行了详细的研究,取得了阶段性的成果,并就有关技术提出了一系列的专利保护申请,例如中国专利2001100726931公布的方案就是ー种比较优秀的方案,该专利中公布了多种实施例方案,对其进行了详细的说明,本申请就是针对该技术的ー个拓展方案的保护,提供一种比较优秀的方案。
实用新型内容
[0003] 本实用新型的目的是提供一种具备双轴跟踪能力的太阳光双轴跟踪支架,同时具有结构牢靠、低成本、低功耗、运行稳定和便于安装、运输及日常维护的特点。
[0004] 本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是:该太阳光双轴跟踪支架,包括太阳能电池组件固定架、立支撑架、十字状旋转支撑轴、前后角调整装置和左右角调整装置;
[0005] 所述的太阳能电池组件固定架通过十字状旋转支撑轴与立支撑架连接,所述的十字状旋转支撑轴包括左右角旋转轴和前后角旋转轴;所述的左右角旋转轴与太阳能电池组件固定架铰接连接,所述的前后角旋转轴与立支撑架铰接连接,所述的立支撑架固定安装在地基座上;
[0006] 所述的前后角调整装置包括连接在左右角旋转轴上或太阳能电池组件固定架上的第一传动部件和安装在立支撑架上的与第一传动部件配合的第一驱动部件;
[0007] 所述的左右角调整装置包括连接在太阳能电池组件固定架上的第二传动部件和安装在十字状旋转支撑轴上的与第二传动部件配合的第二驱动部件;所述的第二驱动部件只能随太阳能电池组件固定架沿单ー轴向同步转动,其特征是,
[0008] 所述的左右角调整装置的第二传动部件是由两个铰接的杆件组成的第二ニ连杆,所述第二ニ连杆一端铰接在太阳能电池组件固定架上,另一端与第二驱动部件的输出部件进行固定连接;所述第二ニ连杆、太阳能电池组件固定架和第二驱动部件组成ー个平行四边形状的第二四联动机构,所述第二四联动机构在所述第二驱动部件的驱动下进行运动。
[0009] 进ー步地,所述的第二驱动部件是ー固定安装在左右角旋转轴上的由电机驱动的涡轮蜗杆減速装置。
[0010] 作为优先的方案,所述的前后角调整装置的第一传动部件是ー根设有角度定位孔或定位槽的弧形杆,所述弧形杆的至少一端连接在十字状旋转支撑轴的左右角旋转轴上或太阳能电池组件固定架上,所述的定位孔或定位槽与固定设置在立支撑架上的定位构造配
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[0011] 作为优先的方案,所述的前后角调整装置是ー电动直线推杆或液压直线推杆,其一端铰接在立支撑架上,另一端铰接在十字状旋转支撑轴的左右角旋转轴上或太阳能电池组件固定架上。
[0012] 作为优先的方案,所述的前后角调整装置的第一传动部件是由两个铰接的杆件组成的第一ニ连杆,所述第一ニ连杆一端铰接在左右角旋转轴上或太阳能电池组件固定架上,另一端与第一驱动部件的输出部件进行固定连接;所述第一ニ连杆、左右角旋转轴和第一驱动部件或者第一ニ连杆、太阳能电池组件固定架和第一驱动部件组成ー个平行四边形状的第一四联动机构,所述第一四联动机构在所述第一驱动部件的驱动下进行运动。
[0013] 进ー步地,所述的第一驱动部件是ー固定安装在立支撑架上的由电机驱动的涡轮蜗杆減速装置。
[0014] 本实用新型的有益效果是:作为对原有方案的进ー步地补充,该方案中利用平行四边形状的四联动机构拉驱动进行左右角度(或前后角度)的调整,安装精度要求低,但是运行的精度较高,可以满足追踪日旋转角度的目的,
[0015] 具有实用价值,详细分析具有以下优势:
[0016] I)结构简单,杆状构件较多,生产成本低。
[0017] 2)连杆机构跨度大,力学性能好、结构牢靠,且组合方式灵活,易于实现规模化生产。
[0018] 3)结构合理,使跟踪对驱动动力的要求大大降低,配合定时运行控制程序以及利用涡轮蜗杆的自锁特性,大幅度減少了跟踪自身的运转能耗。
[0019] 4)适用范围广,水平角度> 270°,俯仰角度>120°。
[0020] 5)控制程序简单,完全时钟控制,运行更稳定。
[0021] 6)运输安装方便,更适合国际贸易中的集装箱运输,安装时不需要大型施工机械,更适用于屋顶、山坡等复杂地形。
[0022] 7)对施工场地要求低。
附图说明
[0023] 图1为实施例一的结构图;
[0024] 图2为十字状旋转支撑轴的多种形式示意图;
[0025] 图3为四联动机构(平行四边形2)的原理图;
[0026] 图4为实施例ニ的结构图;
[0027] 图5为实施例三的结构图;
[0028] 图6为实施例四的结构图;
[0029] 图中:1太阳能电池组件固定架,2立支撑架,3十字状旋转支撑轴,31前后角旋转轴,32左右角旋转轴,41第一传动部件,42第二传动部件,51弧形杆,52定位孔,53定位销,54定位板,6直线推杆,71第一驱动部件,72第二驱动部件,81第一力臂杆,82第二力臂杆。
具体实施方式
[0030] 该种自动跟踪太阳光装置,包括太阳能电池组件固定架1、立支撑架2、十字状旋转支撑轴3、前后角调整装置和左右角调整装置。
[0031] 实施例一[0032] 如图1〜3所示。为便于叙述,首先将与太阳能电池组件固定架I所在平面平行且沿太阳日运行轨迹的方向定义为Y方向(左右角),将与太阳能电池组件固定架I所在平面平行且沿太阳年运行轨迹的方向定义为Z方向(前后角),则与YZ平面垂直且朝向太阳能电池组件固定架I背面的方向为X方向。
[0033] 太阳能电池组件固定架I为钢管焊接的框架结构(或其它材料组合式框架结构),用于固定太阳能电池组件。为消除大倾斜角度时因偏心距导致的过度负载,减小风阻,太阳能电池组件固定架I可以设计成错层式,以平衡电池组件和太阳能电池组件固定架I的重力,减小驱动动力。立支撑架2为焊接而成的H状钢结构,立支撑架2下端通过紧固螺栓固定到地基座上,立支撑架2上端通过十字状旋转支撑轴3连接太阳能电池组件固定架I。
[0034] 如图2所示,十字状旋转支撑轴3包括垂直交叉的前后角旋转轴31和左右角旋转轴32,两轴的存在形式多祥。根据两轴是否在同一平面上,可以分为交叉十字轴(两轴不在同一平面上,D)和相交十字轴(两轴在同一平面上,C)两种基本形式。
[0035] 上述几种情况都可以实现太阳能电池组件固定架I分别绕左右角旋转轴32和前后角旋转轴31旋转的功能。十字状旋转支撑轴3设置在太阳能电池组件固定架I的重心点上,以达到合理分配太阳能电池组件和太阳能电池组件固定架I的重力,是主要受力点。
[0036] 前后角调整装置包括:第一传动部件41,是由两个铰接的杆件组成的ニ连杆,记做第一ニ连杆,该ニ连杆其一端铰接在左右角旋转轴32上(或太阳能电池组件固定架I上),另一端与第一驱动部件71的输出部件进行固定连接,第一驱动部件71,该驱动部件固定安装在立支撑架2上,优选直流減速电机并配以蜗轮蜗杆减速设计。第一ニ连杆、左右角旋转轴(或太阳能电池组件固定架)和第一驱动部件组成ー个平行四边形状的第一四联动机构,该第一四联动机构在所述第一驱动部件71的驱动下进行运动。
[0037] 第一四联动机构 的四个轴心分别为:前后角旋转轴31与立支撑架2的铰接轴心Al ;第一驱动部件71中的输出部件轴心A2,第一ニ连杆的铰接点轴心A3,第一ニ连杆与太阳能电池组件固定架I (或十字状旋转支撑轴的左右角旋转轴32)的铰接点轴心A4,四个轴心点共同组成ー个平行四边形(此记作平行四边形I);那么,第一驱动部件71驱动ニ连杆中的第一カ臂杆81旋转一定角度,就可以通过第一传动部件41,带动太阳能电池组件固定架I旋转相同角度,达到调整前后角的目的。
[0038] 左右角调整装置包括:第二传动部件42,第二传动部件是由两个铰接的杆件组成的ニ连杆,记做第二ニ连杆,第二ニ连杆一端铰接在太阳能电池组件固定架I上,另一端与第二驱动部件72的输出部件进行固定连接;第ニニ连杆、太阳能电池组件固定架和第二驱动部件组成ー个平行四边形状的第二四联动机构,该第二四联动机构在所述第二驱动部件的驱动下进行运动。第二驱动部件72,该驱动部件固定安装在十字状旋转支撑轴3的左右角旋转轴32上,优选直流減速电机并配以蜗轮蜗杆减速设计。
[0039] 第二四联动机构的四个轴心分别为:由左右角旋转轴32与太阳能电池组件固定架I的铰接点轴心B1、第二驱动部件72的输出部件轴心B2、第二ニ连杆的铰接点轴心B3,第二ニ连杆与太阳能电池组件固定架I的铰接点轴心B4,四轴心点也共同组成ー个平行四边形(此记作平行四边形2),详见图3 ;那么,第二驱动部件72驱动第二カ臂杆82旋转一定角度,就可以通过第二传动部件42,带动太阳能电池组件固定架I旋转相同角度,达到调整左右角的目的。[0040] 为保证跟踪准确,简化控制程序,安装吋,H状的立支撑架2的两腿要沿Y方向(与地理纬线方向一致)安装,而且要保证十字状旋转支撑轴3的左右角旋转轴32与Z方向(地理经线方向)一致,前后角旋转轴31与Y方向(地理纬线方向一致);平行四边形I所在的平面与水平面垂直;平行四边形2所在的平面即与太阳能电池组件固定架I所在的平面垂直,又与平行四边形I所在的平面垂直。这样就建立好了一个准确的球面坐标系,为实现精准的时钟控制确定了基准点。
[0041] 控制第一驱动部件71和第二驱动部件72运转的控制器安装在立支撑架2上,程序可以按照天文常数设定,通过两驱动部件协同运转,调整跟踪支架上的太阳能电池组件垂直对应在球面坐标上的位置,复制出太阳的日运行轨迹,使设备具备双轴精确追踪太阳的功能;该控制器也可以采用跟光控制或者控制中心集中控制。
[0042] 具体为:早上日出前,该太阳光双轴跟踪支架从水平的夜间保护状态运行至初始等待状态,正对合理设定的跟踪方位;从早上日出后太阳达到程序设定的跟踪角度开始,程序控制第二驱动部件72每规定时间转动规定角度,进而通过第二传动部件42带动太阳能电池组件固定架I在左右角(Y)方向上每规定时间转动规定角度,直至日落前设定时分停止;同时,程序控制第一驱动部件71每规定时间转动规定角度,进而通过第一传动部件41带动太阳能电池组件固定架I按程序的设定,在前后角(Z)方向上,每规定时间转动规定角度,直至中午时分达到太阳当天最大高度角的对应点后,第一驱动部件71在程序的控制下再反向每规定时间回转规定角度,直至下午设定的停止跟踪角度,这样就通过若干个对应点,将太阳一天的运行轨迹复制出,实现了对太阳光精准的主动对应,保证太阳能电池组件始终与太阳光保持垂直。
[0043]日落后,程序控制太阳光双轴跟踪支架返回水平放置,进入夜间保护状态。
[0044] 当风カ达到设定级别时,程序控制太阳能电池组件固定架I水平放置,为避风状态;降雪吋,程序控制太阳能电池组件固定架I竖直放置,为避雪状态。
[0045] 此运转方式其优点是跟踪准确,最大限度地減少光的折射损耗,尤其适合于对跟踪准确度要求较高的聚光式太阳能发电装置,保证了对太阳光的准确跟踪。缺点是两个驱动部件都必须适时工作,成本高,电机损坏风险大。
[0046] 实施例ニ
[0047] 如图4所示,与实施例一不同之处在于:所述的前后角调整装置的第一传动部件是ー根弧形杆51,弧形杆51 —端连接在十字状旋转支撑轴3的左右角旋转轴32上,另一端通过第二驱动部件72间接固定在左右角旋转轴32上,其上按照太阳的年运行高度角变化规律设置定位孔52阵列,在立支撑架2上,分层固定安装两块带有定位孔的定位板54,弧形杆51从其中间穿过,一‘T’状定位销53自上至下从三个孔中穿过,将弧形杆51锁住,形成定位构造,达到在前后角方向锁定太阳能电池组件固定架I的目的。
[0048] 左右角跟踪构件与实施例一相同。
[0049] 该种方式可以实现单轴自动跟踪太阳光的目的,而前后角的调整需要借助人工进行间隔调整。其中,第二传动部件72 的运行和实施例1中的第二传动部件72的运行大致相同。而前后角则由人工按照太阳一年中的高度角变化每固定天数加以调整。该实施例将实施例一中的第一驱动部件71省略,改用简单的定位销53和定位板54锁定。因装置自身的重力平衡设计,再加弧形杆51的杠杆作用,人工调节工作简便易行。[0050] 其优点是減少了成本,降低了跟踪的机械运行风险,驱动程序也仅仅需要控制左右角规律旋转即可,做到了最简单化;缺点是需要人工定期调节前后角,而且存在一定的跟踪误差(全年平均低于5%),不能达到最大限度利用太阳能的目的。
[0051] 实施例三
[0052] 如图5所示,与实施例一不同之处在于:该跟踪支架的第一传动构件和第一驱动部件是一直线推杆6,其一端铰接在立支撑架2上,另一端铰接在十字状旋转支撑轴3的左右角旋转轴32上或太阳能电池组件固定架I上。该直线推杆由电机驱动螺杆伸缩,控制太阳能电池组件固定架I绕前后角旋转轴32旋转相应角度。
[0053] 同理,液压直线推杆和气压直线推杆可对电动直线推杆进行等效替换。
[0054] 实际使用过程中,可以采用实施例一中前后角跟踪构件与左右角跟踪构件规律运动相配合的准确跟踪方式;但由于直线推杆6自身的局限性,使得支架跟踪的角度会受到一定限制。也可以采用每隔固定天数由直线推杆6按照太阳一年中的高度角变化规律进行角度调节的办法。
[0055] 实施例四
[0056] 如图6所示,十字状旋转支撑轴3、太阳能电池组件固定架1、立支撑架2、前后角调整装置和左右角调整装置从结构方面来说与实施例一基本相同,不同之处在于安装时的方位不同,安装时将经纬度进行调换(注意本实施例中的Y,Z方向,与实施例一的区別),即:要由第一传动部件41和第一驱动部件71来执行左右角的调节,而第二传动部件42和第二驱动部件72执行前后角的调节;安装吋,H状的立支撑架2的两腿要沿z方向(地理经线方向)安装,而且要保证十字状旋转支撑轴3的左右角旋转轴32与Y方向(地理纬线方向)一致,前后角旋转轴31与Z方向(地理经线方向一致);平行四边形I所在的平面与水平面垂直;平行四边形2所在的平面即与太阳能电池组件固定架I所在的平面垂直,又与平行四边形I所在的平面垂直。这样也可以建立一个准确的球面坐标系,为实现精准的时钟控制确定了基准点。其实质为安装方位的调换。
[0057] 具体为:早上日出前,该太阳光双轴跟踪支架从水平的夜间保护状态运行至初始等待状态,正对合理设定的跟踪方位;从早上日出后太阳达到程序设定的跟踪角度开始,程序控制第一驱动部件71每规定时间转动规定角度,进而通过第一传动部件41带动太阳能电池组件固定架I在左右角(Y)方向上每规定时间转动规定角度,直至日落前设定时分停止;同时,程序控制第二驱动部件72每规定时间转动规定角度,进而通过第二传动部件42带动太阳能电池组件固定架I按程序的设定,在前后角(Z)方向上,每规定时间转动规定角度,直至中午时分达到太阳当天最大高度角的对应点后,第二驱动部件72在程序的控制下再反向每规定时间回转规定角度,直至下午设定的停止跟踪角度,这样就通过若干个对应点,将太阳一天的运行轨迹复制出,实现了对太阳光精准的主动对应,保证太阳能电池组件始終与太阳光保持垂直。
[0058] 以上各实施例可以在不同环境条件下相互结合使用。
[0059] 在大型光伏电站系统实施中,本实用新型可将控制箱改为由总控制中心集中控制,以实现光感应跟踪,抗风防雪功能等多种控制方式,而装置自身设计即具有良好的防沙、防锈功能。
[0060] 上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述,并非对本实用新型的范围进行限定,在不脱离本实用新型设计精神的前提下,本领域相关技术人员对本实用新型的各种变形和改进,均应扩如本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1. 一种太阳光双轴跟踪支架,包括太阳能电池组件固定架、立支撑架、十字状旋转支撑轴、前后角调整装置和左右角调整装置;所述的太阳能电池组件固定架通过十字状旋转支撑轴与立支撑架连接,所述的十字状旋转支撑轴包括左右角旋转轴和前后角旋转轴;所述左右角旋转轴与太阳能电池组件固定架铰接连接,所述前后角旋转轴与立支撑架铰接连接,所述的立支撑架固定安装在地基座上;所述的前后角调整装置包括连接在左右角旋转轴上或太阳能电池组件固定架上的第一传动部件和安装在立支撑架上的与第一传动部件配合的第一驱动部件;所述的左右角调整装置包括连接在太阳能电池组件固定架上的第二传动部件和安装在十字状旋转支撑轴上的与第二传动部件配合的第二驱动部件;所述的第二驱动部件只能随太阳能电池组件固定架沿单一轴向同步转动,其特征是,所述的左右角调整装置的第二传动部件是由两个铰接的杆件组成的第二二连杆,所述第二二连杆一端铰接在太阳能电池组件固定架上,另一端与第二驱动部件的输出部件进行固定连接;所述第二二连杆、太阳能电池组件固定架和第二驱动部件组成一个平行四边形状的第二四联动机构,所述第二四联动机构在所述第二驱动部件的驱动下进行运动。
2.根据权利要求1所述的一种太阳光双轴跟踪支架,其特征是,所述的第二驱动部件是一固定安装在左右角旋转轴上的由电机驱动的涡轮蜗杆减速装置。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳光双轴跟踪支架,其特征是,所述的前后角调整装置的第一传动部件是一根设有角度定位孔或定位槽的弧形杆,所述弧形杆的至少一端连接在左右角旋转轴上或太阳能电池组件固定架上,所述定位孔或定位槽与固定设置在立支撑架上的定位构造配合。
4.根据权利要求1或2所述的一种太阳光双轴跟踪支架,其特征是,所述的前后角调整装置是一电动直线推杆或液压直线推杆,其一端铰接在立支撑架上,另一端铰接在左右角旋转轴上或太阳能电池组件固定架上。
5.根据权利要求1或2所述的一种太阳光双轴跟踪支架,其特征是,所述的前后角调整装置的第一传动部件是由两个铰接的杆件组成的第一二连杆,所述第一二连杆一端铰接在左右角旋转轴上或太阳能电池组件固定架上,另一端与第一驱动部件的输出部件进行固定连接;所述第一二连杆、左右角旋转轴和第一驱动部件或者第一二连杆、太阳能电池组件固定架和第一驱动部件组成一个平行四边形状的第一四联动机构,所述第一四联动机构在所述第一驱动部件的驱动下进行运动。
6.根据权利要求5所述的一种太阳光双轴跟踪支架,其特征是,所述的第一驱动部件是一固定安装在立支撑架上的由电机驱动的涡轮蜗杆减速装置。
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