CN203054600U - 一种双轴追日跟踪机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种双轴追日跟踪机构，包括基础、第一支撑结构、第二支撑结构、第一驱动机构、第二驱动机构、光伏组件板和镜面板；第一支撑结构可旋转地支撑于基础上；第二支撑结构铰接在第一支撑结构上；第一驱动机构与基础和第一支撑结构连接；第二驱动机构连接于第一支撑结构和第二支撑结构之间；光伏组件板和镜面板固定于第二支撑结构上，镜面板固定于光伏组件板的下端且与光伏组件板具有一大于90度且小于135度的夹角。本实用新型的双轴追日跟踪机构，既适用于屋顶电站亦适用于地面电站，其在光伏组件板的下端增加了镜面板，将未能得到合理利用的光能反射到光伏组件板上，其造价相对低廉、结构稳定且能够大幅度提高发电量收益。

Description

一种双轴追日跟踪机构

技术领域

本实用新型涉及一种应用于光伏发电站的双轴追日跟踪机构。 

背景技术

目前的光伏发电站支架方案中，主要有固定倾角支架、单轴追日跟踪机构和双轴追日跟踪机构三种安装方式。根据我国青海格尔木地区的实际工程统计数据，在相同的装机容量条件下：单轴追日跟踪机构可比固定倾角支架方式增加年发电量15%~25%左右，双轴追日跟踪机构可比固定倾角支架方式增加年发电量30%~40%左右。但由于单轴或双轴追日跟踪机构的投资造价和长期运行维护费用较高，因此增加的收益与增加的投入的比例太低，其经济优势并不明显，目前在光伏发电站中的应用较少。不仅如此，其在技术经济指标上还有一些缺陷，比如用地较多，装机容量密度较低，耗低压电缆较多，机构重心较高，耗钢量较大，需配置精密的传动机械，施工时需开挖较大的基坑，需浇筑大体积重力式砼基础，消耗建材较多等等。出于上述种种原因，目前本行业主流的安装方式还是固定倾角支架方式。 

然而，考虑到光伏发电产业的长远发展，人们期望双轴追日跟踪机构能够成为主流的安装方式，从而逐步淘汰固定倾角支架方式。因此，有必要研究开发新型的双轴追日跟踪机构，充分发挥其年度发电量较多的优势，同时克服其现有技术经济指标参数的弱点，提高性价比。 

实用新型内容

有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种造价相对低廉、结构稳定且能够大幅度提高年度发电量收益的双轴追日跟踪机构。 

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案： 

一种双轴追日跟踪机构，其包括基础、第一支撑结构、第二支撑结构、第一驱动机构、第二驱动机构、光伏组件板和镜面板；所述基础上端面固定有圆 环形轨道；所述第一支撑结构可旋转地支撑于所述基础上；所述第二支撑结构铰接在第一支撑结构上；所述第一驱动机构与基础和第一支撑结构连接，用于驱动第一支撑结构在基础上绕一竖直方向的轴线旋转；所述第二驱动机构连接于第一支撑结构和第二支撑结构之间，用于驱动第二支撑结构在第一支撑结构上绕一水平方向的轴线旋转；所述光伏组件板和镜面板固定于第二支撑结构上，镜面板固定于光伏组件板的下端且与光伏组件板具有一大于90度且小于135度的夹角；所述第一支撑结构为一沿水平方向延伸的三角形或梯形或矩形截面的桁架梁，所述桁架梁底部呈环状分布有至少六个滚轮，所述滚轮固定安装于所述桁架梁之下且滚动安装于圆环形轨道上，桁架梁通过滚轮旋转支撑于圆环形轨道上。 

所述第二支撑结构通过至少两个轴承铰接于所述桁架梁顶部的上弦杆上；所述第二驱动机构包括至少两个电动推杆部件，所述电动推杆部件的下固定端铰接于桁架梁侧面的腹杆上，电动推杆部件的上活动端与第二支撑结构铰接。 

固定于第二支撑结构上的光伏组件板和镜面板的组合长度延伸方向与桁架梁的延伸方向平行。 

其特征在于，光伏组件板与镜面板之间的夹角、镜面板的组合宽度和光伏组件板的组合宽度之间具有以下关系： 

L₂＝L₁×[sin(180°-α)×cot(α-90°)-cos(180°-α)]

其中，L₁为光伏组件板的组合宽度，L₂为镜面板的组合宽度，α为光伏组件板与镜面板之间的夹角。 

所述光伏组件板和镜面板的组合长度相同，光伏组件板的组合长度为光伏组件板的组合宽度的1.5至5倍。 

所述第一驱动机构包括卷扬机和钢丝绳，卷扬机固定于桁架梁上，卷扬机的输出端与基础或圆环形轨道通过钢丝绳缠绕在一起，所述卷扬机通过钢丝绳拖动桁架梁在基础上沿圆环形轨道转动。 

所述基础为圆环形实体基础、圆环形均布桩基础或圆环形均布墩台基础。 

所述桁架梁中部设有一力臂梁，所述力臂梁的沿水平方向延伸且垂直于桁架梁的延伸方向，力臂梁上固定有配重块。 

所述力臂梁的底部设有至少两个滚轮，所述滚轮固定安装于力臂梁之下且滚动安装于圆环形轨道上。 

本实用新型的双轴追日跟踪机构，在光伏组件板的下端增加了镜面板，将未能得到合理利用的光能反射到光伏组件板上，投入的成本低廉，却能在不增加土地的需求量的前提下，得到非常大的发电量收益。同时，使用桁架梁作为竖直方向的支撑结构，桁架梁通过多个滚轮作为支点支撑于基础上，增加了双轴追日跟踪机构的稳定性。本实用新型的双轴追日跟踪机构，造价相对低廉、结构稳定且能够大幅度提高年度发电量收益。 

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。 

图2为本实用新型实施例的侧面结构示意图。 

图3为图2的I-I面剖视图。 

附图标记： 

基础1            第一支撑结构2       第二支撑结构3 

第一驱动机构4    第二驱动机构5       光伏组件板6 

镜面板7          圆环形轨道10        滚轮20

力臂梁21         配重块22            卷扬机41

钢丝绳42         轴承30              太阳直射光A 

具体实施方式

下面将结合附图和具体的实施例对本实用新型进行详细的说明。 

如图1所示，本实用新型的双轴追日跟踪机构包括基础1、第一支撑结构2、第二支撑结构3、第一驱动机构4、第二驱动机构5、光伏组件板6和镜面板7；所述第一支撑结构2可旋转地支撑于所述基础1上；所述第二支撑结构3铰接在第一支撑结构2上；所述第一驱动机构4与基础1和第一支撑结构2连接，用于驱动第一支撑结构2在基础1上绕一竖直方向的轴线旋转；所述第二驱动机构4连接于第一支撑结构2和第二支撑结构3之间，用于驱动第二支撑结构3 在第一支撑结构2上绕一水平方向的轴线旋转；所述光伏组件板6和镜面板7固定于第二支撑结构3上，镜面板7固定于光伏组件板6的下端且与光伏组件板6具有一大于90度且小于135度的夹角α。 

如图2和图3所示，为本实用新型的一个优选实施例。具体地，所述基础1固定于水平地面上，其具有多种实现形式，典型的基础1实现形式包括圆环形实体基础、圆环形均布桩基础和圆环形均布墩台基础。本实用新型实施例采用圆环形实体基础，基础1的上端面固定有圆环形轨道10。所述第一支撑结构2为一沿水平方向延伸的三角形、梯形或矩形截面的桁架梁。在本实用新型实施例中，第一支撑结构2为三角形桁架梁。所述桁架梁的底部呈环状分布有至少六个滚轮20，所述滚轮20固定安装于所述桁架梁之下且滚动安装于圆环形轨道10上，桁架梁通过至少六个滚轮20旋转支撑于基础1上的圆环形轨道10上；作为改进，还可在桁架梁下配置夹轨器或防倾覆钩，所述夹轨器或防倾覆钩与圆环形轨道10连接，以防桁架梁及其上部结构整体倾覆。 

所述桁架梁中部设有一与桁架梁形成为一体的力臂梁21，所述力臂梁21沿水平方向延伸且垂直于桁架梁的延伸方向。所述力臂梁21上固定有配重块22，所述配重块22位于光伏组件板6和镜面板7的相对侧，用于使双轴追日跟踪机构的重心靠近竖直旋转轴，增强第一支撑结构2的稳定性和抗倾覆能力。力臂梁21的两端底部分别固定有一滚轮20，所述滚轮20固定安装于所述桁架梁之下且滚动安装于圆环形轨道10上。 

所述第一驱动机构4包括卷扬机41和钢丝绳42，卷扬机41固定于桁架梁的力臂梁21上，卷扬机41的输出端与基础4或圆环形轨道10通过钢丝绳42缠绕在一起，所述卷扬机41通过钢丝绳42拖动桁架梁，通过滚轮20在基础1上沿圆环形轨道10转动。具体地，在本实用新型实施例中，卷扬机41固定于力臂梁21的一端，钢丝绳42在基础1上缠绕一圈并在基础1南侧与其固定，同时还在卷扬机41的输出端辊轴上缠绕数圈。当卷扬机41转动时，通过钢丝绳42的拖动作用，使卷扬机41自身围绕基础1旋转，同时拖动第一支撑结构2沿竖直方向的轴线旋转。 

所述第二支撑结构3通过至少两个轴承30铰接于所述桁架梁顶部的上弦杆 上。所述第二驱动机构5包括至少两个电动推杆部件，所述电动推杆部件的下固定端铰接于桁架梁侧面的腹杆上，电动推杆部件的上活动端与第二支撑结构3铰接。 

固定于第二支撑结构3上的光伏组件板6和镜面板7的长度延伸方向与桁架梁的延伸方向平行。所述光伏组件板6和镜面板7的组合长度相同，光伏组件板6的组合长度为光伏组件板6的组合宽度的1.5至5倍，即光伏组件板6的组合长度远大于其组合宽度。这使得光伏组件板6的组合面积呈扁平化，导致阵列重心较低。需要注意的是，本实用新型实施例中所述光伏组件板6可由若干个子光伏组件板排列组合形成，所述镜面板7可由若干个子镜面板排列组合形成，故本实施例中所述的光伏组件板6的组合长度和组合宽度分别是指组合后的光伏组件板6的整体长度和宽度，镜面板7的组合长度和组合宽度分别是指组合后的镜面板7整体长度和宽度。 

所述第二驱动机构5和卷扬机41与一外部的控制器连接，在多个双轴追日跟踪机构组成的光伏方阵中，可以将所有双轴追日跟踪机构的第二驱动机构5和卷扬机41连接到统一的控制器，以实现群体同步控制。本实用新型的双轴追日跟踪机构工作时，卷扬机41在控制器发出的电信号指令控制下，通过钢丝绳42拖动桁架梁沿竖直轴线旋转运动，从而实现光伏组件板6的方位角变化，即根据太阳的方位角变化而实时变化；电动推杆部件在控制器发出的电信号指令控制下，推动第二支撑结构3沿水平轴线旋转运动，从而实现光伏组件板6的俯仰角度变化，即根据太阳的高度角变化而实时变化。总而言之，第一驱动机构4和第二驱动机构5密切配合，驱动第一支撑结构2和第二支撑结构3分别绕竖直轴线和水平轴线旋转运动，使光伏组件板6始终与太阳直射光A的投射方向保持垂直关系，以使光伏组件板6保持最大发电收益量。 

相对现有技术中的双轴追日跟踪机构，本实用新型实施例的最大改进在于：第二支撑结构3的下部增设了镜面板7，且镜面板位于各阵列光伏板之间的阴影活动区之内，且镜面板7与光伏组件板6位置相对固定，同步转动。由于镜面板7与光伏组件板6具有一大于90度且小于135度的夹角α，且光伏组件板6始终与太阳直射光A的投射方向保持垂直，所以镜面板7可以将接收到的太阳 光反射到光伏组件板6上，增强光伏组件板6接收到的光辐射量，进而增加发电量收益。 

特别地，考虑到镜面板7的成本问题，若要使镜面板7反射的阳光得到最充分的和均匀分布的利用，则需要使图1所示中镜面板7最右端边缘处入射的阳光刚好反射到光伏组件板6的最上端边缘处。此时，光伏组件板7与镜面板6之间的夹角α、镜面板的组合宽度L2和光伏组件板的组合宽度L1之间具有以下关系： 

L₂＝L₁×[sin(180°-α)×cot(α-90°)-cos(180°-α)]

根据以上关系式，当镜面板的组合宽度L₂和光伏组件板的组合宽度L₁确定时，可以很快计算出光伏组件板7与镜面板6之间的夹角α的最佳取值。 

基于上述改进，本实用新型具有以下有益效果： 

1、年度发电量收益大幅增加。 

在我国青海格尔木地区，根据统计数据显示，使用现有技术中不带镜面板7的双轴追日跟踪机构，可比固定倾角支架方式增加年度发电量35%左右。 

本实用新型实施例的双轴追日跟踪机构，将镜面板7所接收的太阳直射光A全部且均匀地反射到光伏组件板6面上，可以大幅增加光伏组件板6的发电量。 

假设图1中镜面板的组合宽度L₂是光伏组件板的组合宽度L₁的50%，即镜面板7的面积是光伏组件板6面积的50%。此时，镜面板7与光伏组件板6的最佳夹角α为126.5°，通过计算可知增加的光辐射量为29.5%左右。则相比于固定倾角支架方式，可以增加的年度发电量为（1×1.35×1.295－1）×100%＝75%，即理论上可增加的年度发电量为75%左右。考虑到实际工程中的耗损，仍能够增加年度发电量的60%左右。 

假设图1中镜面板的组合宽度L₂是光伏组件板的组合宽度L₁的100%，即镜面板7的面积与光伏组件板6的面积相等。此时，镜面板7与光伏组件板6的最佳夹角α为120°，通过计算可知增加光辐射量为50%左右。则相比于固定倾角支架方式，可以增加的年度发电量为（1×1.35×1.50－1）×100%＝102.5%，即理论上可增加的年度发电量为100%左右。考虑到实际工程中的耗损，仍能够增加年度发电量的80%左右。 

2、土地资源的利用效率大大提高。 

现有技术中，为了提高光伏组件板6单位面积的光辐射强度必须增加土地资源的消耗量。本实用新型的双轴追日跟踪机构，在光伏组件板6的下檐增加了镜面板7，在光伏阵列中，相邻双轴追日跟踪机构之间的距离仍然保持不变。其实质与特征是将原阵列之间阴影活动区域内被浪费的光辐射资源进行发掘与利用。其区别于现有技术的特征是：提高光伏组件板6单位面积的光辐射强度，而不增加土地资源的消耗量。这种提高土地资源利用率以提高了土地禀赋资源开发产出量的理念，有着重要的社会经济意义，尤其是对于我国土地资源弥足珍贵的中东南部人口密集地区。 

在青海格尔木地区，现有的光伏发电站的用地指标为：相同的装机容量，传统的追日跟踪机构比固定倾角支架方案要多用75%~80%的土地；相比较而言，采用传统的追日跟踪机构时，虽然装机容量的发电量提高了30%~40%，但单位面积土地的产出发电量却大大降低了25%~30%。 

然而采用本实用新型实施例的双轴追日跟踪机构，由于合理利用了相邻双轴追日跟踪机构之间的阴影活动区，减少了土地资源的浪费；相比较而言，采用新型的追日跟踪机构时，装机容量的发电量提高了60%以上，且单位面积土地的产出量亦提高了30%以上。 

3、阵列整体稳定性较好。 

现有技术中的单立柱式的双轴追日跟踪机构由于重心较高，单点支撑上部荷载，立柱根部弯矩很大，需要配置较大直径的钢立柱和较大体量的实体基础，因此很难比较经济地建造出组件板面积超过100m²，装机容量超过15KW的单阵列产品。而采用本实用新型提供的技术方案，则可以使用较低的成本建造出组件板面积超过100m²，装机容量超过15KW的单阵列产品。 

由于第二支撑结构3是多点支撑于第一支撑结构2上，而第一支撑结构2又多点支撑于圆环形轨道10上，圆环形轨道10通过面接触或多点支撑固定于基础1上，基础1是通过面接触或多点支撑于土地基上，因此从上至下每一层次都是多点支撑，并且各层支撑点之间的间距尺寸较大，使阵列抗倾覆力矩较大，提升了整体稳定性。又由于使用了桁架梁，使得阵列组件板组合形状面积 的扁平化，使双轴追日跟踪机构重心较低，进一步提升了整体稳定性。本实用新型的各部分结构简单实用，且造价相对低廉，使双轴追日跟踪机构的整体制造成本大大降低而技术性能大为提高。 

4、上述三条有益效果，进一步促使发电成本降低和上网销售电价降低，加快了光伏发电行业的发展。此外，本实用新型实施例既适用于屋顶电站亦适用于地面电站。 

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (9)

1.一种双轴追日跟踪机构，其特征在于，包括基础、第一支撑结构、第二支撑结构、第一驱动机构、第二驱动机构、光伏组件板和镜面板；所述基础上端面固定有圆环形轨道；所述第一支撑结构可旋转地支撑于所述基础上；所述第二支撑结构铰接在第一支撑结构上；所述第一驱动机构与基础和第一支撑结构连接，用于驱动第一支撑结构在基础上绕一竖直方向的轴线旋转；所述第二驱动机构连接于第一支撑结构和第二支撑结构之间，用于驱动第二支撑结构在第一支撑结构上绕一水平方向的轴线旋转；所述光伏组件板和镜面板固定于第二支撑结构上，镜面板固定于光伏组件板的下端且与光伏组件板具有一大于90度且小于135度的夹角；所述第一支撑结构为一沿水平方向延伸的三角形或梯形或矩形截面的桁架梁，所述桁架梁底部呈环状分布有至少六个滚轮，所述滚轮固定安装于所述桁架梁之下且滚动安装于圆环形轨道上，桁架梁通过滚轮旋转支撑于圆环形轨道上。 

2.根据权利要求1所述的双轴追日跟踪机构，其特征在于，所述第二支撑结构通过至少两个轴承铰接于所述桁架梁顶部的上弦杆上；所述第二驱动机构包括至少两个电动推杆部件，所述电动推杆部件的下固定端铰接于桁架梁侧面的腹杆上，电动推杆部件的上活动端与第二支撑结构铰接。 

3.根据权利要求1所述的双轴追日跟踪机构，其特征在于，固定于第二支撑结构上的光伏组件板和镜面板的组合长度延伸方向与桁架梁的延伸方向平行。 

4.根据权利要求1或3所述的双轴追日跟踪机构，其特征在于，光伏组件板与镜面板之间的夹角、镜面板的组合宽度和光伏组件板的组合宽度之间具有以下关系： 

L₂＝L₁×[sin(180°-α)×cot(α-90°)-cos(180°-α)] 

其中，L₁为光伏组件板的组合宽度，L₂为镜面板的组合宽度，α为光伏组件板与镜面板之间的夹角。 

5.根据权利要求4所述的双轴追日跟踪机构，其特征在于，所述光伏组件板和镜面板的组合长度相同，光伏组件板的组合长度为光伏组件板的组合宽度的1.5至5倍。 

6.根据权利要求1所述的双轴追日跟踪机构，其特征在于，所述第一驱动机构包括卷扬机和钢丝绳，卷扬机固定于桁架梁上，卷扬机的输出端与基础或圆环形轨道通过钢丝绳缠绕在一起，所述卷扬机通过钢丝绳拖动桁架梁在基础上沿圆环形轨道转动。 

7.根据权利要求1或6所述的双轴追日跟踪机构，其特征在于，所述基础为圆环形实体基础、圆环形均布桩基础或圆环形均布墩台基础。 

8.根据权利要求1所述的双轴追日跟踪机构，其特征在于，所述桁架梁中部设有一力臂梁，所述力臂梁的沿水平方向延伸且垂直于桁架梁的延伸方向，力臂梁上固定有配重块。 

9.根据权利要求8所述的双轴追日跟踪机构，其特征在于，所述力臂梁的底部设有至少两个滚轮，所述滚轮固定安装于力臂梁之下且滚动安装于圆环形轨道上。 

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