CN206077312U - 阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统 - Google Patents

Abstract

阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，包括支撑机构，跟踪机构，联动机构，驱动装置，其特征在于：驱动装置与联动机构通过钢丝绳相连，驱动联动机构的主动轴对旋转；支撑机构支撑太阳能电池板托盘，跟踪机构通过球铰链与支撑机构相连，跟踪机构通过联动机构与驱动装置相连。本实用新型减少了驱动装置和传感器的数量，结构较简单，低成本地实现了阵列联动式太阳能二自由度跟踪，既提高了太阳能利用率，又增强了地形适应性能力，阵列扩充更为简单方便；单个跟踪装置的承载电池板组件的数量更多、面积更大。

Description

阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种用于光伏电站的阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统。

背景技术

由于太阳能具有清洁性、可再生性、安全性以及广泛性等特点，正在发展成为全世界绿色能源的重要组成部分。太阳能最有效的利用方式即为太阳能发电，特别是利用太阳能进行光伏发电。在光伏发电系统中，如果太阳能电池板的采光装置能始终保持与入射光垂直，即增加太阳能跟踪装置，就可以最大限度地收集太阳能，提高太阳能利用率。但是目前在太阳能光伏电站中的太阳自动跟踪装置多是单个、独立的，并都分别独立配置了一个驱动装置，势必使得控制成本较高，维护量很大。当然也有部分实现了太阳能电池板跟踪装置的联动控制，但是只局限于单行(列)的联动控制，从已经制作出样机的例子，或者是进行示范建设的家用屋顶太阳能电站，均是把单机功率较小的太阳跟踪装置进行一维的联动控制形成较大功率输出的太阳能电站。若按照同样原理制作或设计中大规模的太阳能电站，则需大量增加单个跟踪装置及对应的驱动装置的数目，必然会导致投入成本增加，控制成本上升，维护量加大，对使用者相当的不利。再者，目前单个太阳跟踪装置大多是将太阳能电池板及托盘等附件重量全部或部分集中在电机等驱动装置上，当太阳能电池板输出功率较大时，那么驱动装置的驱动功率需要相应地提高，导致自身耗能也相应地增多，从而影响光伏电站的发电效益，若单个太阳能电池板功率做得小一些，将丧失经济上的优势而难以推广。

现有公知技术中，众多针对单个太阳能自动跟踪装置的实现方法，常用两个驱动装置分别实现方位角跟踪和高度角的跟踪，传动方式多采用电动推杆、齿轮、步进电机等，也有部分现有技术实现了使用一个驱动装置实现方位角与高度角的联动跟踪，比如公开号CN 102183966 A“一种联动式二自由度太阳能跟踪机构”提出采用涡轮蜗杆传动实现方位角的太阳能跟踪，同时通过可变长连杆实现高度角与方位角同步联动近似跟踪。倘若组建较大功率输出的太阳能电站，则需较多数目的此类传统型的太阳能自动跟踪装置加入，并要求对其每个跟踪配置一一配置相应数量的驱动装置，存在着驱动装置数目多，运行效益低，生产成本、安装成本、维护量高的问题。

为了降低光伏电站中的太阳能追踪成本，在不改变跟踪精度的条件下，科技工作者提出使用尽量少的驱动装置实现多个跟踪装置的同步联动跟踪。相比较单个跟踪装置，多个跟踪装置的联动跟踪由于其传动结构复杂性、联动稳定性、跟踪装置间的运动干涉等现实问题的存在，其实现方法相对来说困难很多。从已公开的技术中，大多的实现方法是针对“一字型”延伸分布的多个跟踪装置的联动跟踪，且此类跟踪装置都是一维的联动跟踪，比如公开号CN 205142103 U“一种联动太阳能跟踪系统和太阳能发电系统”、CN204290838U“一种可调连杆式太阳能跟踪支架”、CN 105450155 A“一种可调连杆式太阳能跟踪支架”及CN105322872 A“一种太阳能光伏组件同步跟踪的群控系统”，都采用杆传动，在可靠性和稳定性方面较好，但若将多个“一字型”分布的太阳能跟踪装置排成多排组成跟踪装置阵列，每一排均需提供一个驱动装置，且只能实现一维自动跟踪；公开号CN 203561887 U“阵列式太阳能跟踪装置”、CN 103744433 A“阵列式太阳能跟踪装置”及CN104300887“组合联动式光伏发电光控自动跟踪阳光装置”，采用链或连杆传动，实现了阵列式或组合式太阳能电池板跟踪控制，适应平铺安装在屋顶，实现小规模太阳能发电。但是均只能实现一维的方位角的联动控制。“阵列式太阳能跟踪装置”其传动链条是平卧安装的，链条易脱落，导致一维联动失败。

多行多列的太阳能跟踪装置阵列二自由度联动的实现方法还非常少，已公开的公知技术如下：

公开号CN 104993778 A“阵列式双轴太阳跟踪装置”由跟踪模块、活动支架等构成，采用蜗杆驱动半圆涡轮控制方位角，采用丝杆螺母机构控制高度角，通过传动轴和转矩传递器等连接实现整个系统阵列联动，跟踪角度范围宽，且能够实现二自由度的阵列联动。在单个跟踪装置的输出功率较大的中、大规模光伏电站的应用中，也要求安装在其上的太阳能电池板数目较多、面积较大，而当跟踪模块的活动支架倾斜角度正对太阳照射时，前排跟踪装置的太阳能电池板将易对后排造成“阴影”，为了减少阵列内的这种“阴影”影响，要求阵列的行、列间距较宽，可能达数十米，那么其转矩传递器的能量驱动轴也必须达到相应长度。一根数十米长的驱动轴，或者通过多根较短的驱动轴级联实现，均会使生产成本、安装成本大幅度提高，且使用长距离传动轴易产生不易察觉的形变，减低跟踪精度；其次，本阵列式双轴太阳跟踪装置对安装场地的平整度要求较高，要求其安装场地尽可能的平整，缺乏因地制宜的便利性。

公开号CN 101976081 A“一种跟踪太阳的机构和其应用”和CN 102707729 A“一种跟踪太阳的机构”由太阳光跟踪模块阵列及其支撑框架、驱动机构、跟踪控制电路、传感器等构成，采用推拉杆、立柱运动实现太阳能跟踪，虽然结构简单，但是驱动推拉杆的运行距离与立柱角度偏移的关系需满足特定的要求，根据实际安装场地，需要人工调整驱动器与推拉杆的驱动角度关系及驱动器输出轴或臂的长短，或调整推拉杆与N×M根杆的位置关系等才能满足安装条件，且立柱通过万向节分两端连接，又通过互相平行或垂直的连杆维持立柱稳定，存在着刚度、强度、抗风载能力不强，易在局部外力作用下失稳，造成大规模损坏，不易维护。

公开号CN 101504202 A“太阳能聚光光伏发电阵列的自动跟踪联动机”由太阳能聚光器件阵列、高度角联动机构和方位角联动机构等构成，高度角联动采用可升降框架、平行四边形连杆、丝杆螺母或链轮链条等组合驱动，方位角联动采用多个齿轮齿条、连杆、丝杆螺母等组合驱动，通过高度角联动、方位角联动实现凹型聚光器阵列的太阳能二自由度跟踪，虽然结构简单，但是承载能力小，要求单个聚光器外形尺寸小、质量轻，只适合安装在屋顶的场所，由于采用倾斜方式联动跟踪太阳高度角，会造成太阳高度角跟踪范围受限，且当阵列数量的增加引起平行四边形机构中的一条边长度也会增加，容易造成连杆在一定程度上产生不易察觉的弯曲变形，从而影响跟踪精度。

因此，克服上述阵列式太阳能跟踪装置的不足，为中大规模光伏发电站提供一种太阳能电池板组件阵列的二自由度联动的太阳能跟踪系统，很有现实意义和应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，解决链传动、轴传动、杆传动中的太阳能跟踪装置阵列联动系统的结构较为复杂，阵列内单个跟踪装置的承载能力有限(太阳能电池板数目少、面积小)；解决其他跟踪装置阵列不能进行二自由度联动跟踪及地形适应性较弱的问题，降低生产成本，提供一种用于中大规模光伏电站的阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统。

为实现上述目的的技术方案如下：阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统，包括支撑机构，跟踪机构，联动机构，驱动装置，其中支撑机构支撑太阳能电池板托盘；跟踪机构通过联动机构与传动装置相连，实现电池板组件托盘的高度角、方位角的二自由度跟踪；联动机构实现整个阵列内各太阳能跟踪装置的同步地二自由度联动跟踪；驱动装置与联动机构通过钢丝绳相连，用于驱动联动机构的主动轴对旋转，并带有位置锁定功能。

所述支撑机构，包括电池板组件托盘、梁组件、立柱、基座，所述电池板组件托盘通过螺钉固定安装在梁组件上，加强筋作用的梁组件的质量中心下端与固定安装在基座上的立柱的第二端通过万向节相连。

所述跟踪机构，包括方位角撑杆、方位角支撑轴、高度角支撑轴、高度角撑杆、方位角曲柄、高度角曲柄；方位角撑杆的第一端与梁组件的边缘通过球铰链相连，方位角撑杆的第二端与方位角跟踪曲柄通过杆端关节轴承相连；方位角跟踪曲柄与方位角支撑轴通过滚子轴承连接；方位角支撑轴的第一端固定安装在基座的一个侧面上，其第二端的支撑轴颈位置处装有轴承；高度角撑杆的第一端与梁组件的边缘通过球铰链相连，其第二端与高度角跟踪曲柄通过杆端关节轴承相连；高度角跟踪曲柄与高度角支撑轴通过滚子轴承相连，其高度角支撑轴的第一端固定安装在基座的另一个侧面上，第二端的支撑轴颈位置处也装有轴承。

所述联动机构，包括方位角联动连杆，高度角联动连杆、联动节点、方位角联动钢丝绳、高度角联动钢丝绳，通过钢丝绳在四卷筒结构的联动节点上的外“8”字形的卷绕，以增加摩擦力的方式实现各联动节点间的功率依次传递及同步联动；方位角联动钢丝绳、高度角联动钢丝绳具有无级绳无端头的特点，材质选择并不局限于钢丝绳，并依据阵列行(列)宽度设置适当数目的支撑滚轮对钢丝绳进行支撑；方位角联动连杆连接阵列内同一行左右相邻的两个跟踪机构的方位角跟踪曲柄；高度角联动连杆连接阵列内同一列前后相邻的两个跟踪机构的高度角跟踪曲柄。

所述联动节点，包括两组轴对、两组卷筒对、四组齿轮对、动力输入钢丝绳、动力输出钢丝绳及联动转向器，是实现运动转向、功率传递的机构；两组轴对，包括主动轴对、从动轴对，即第一主动轴、第二主动轴、第一从动轴、第二从动轴，其每根轴的两端分别固定安装有齿轮、中间部分固定安装有卷筒，并依次通过四组齿轮对依次啮合相连；主动轴对上的双卷筒通过动力输入钢丝绳的外“8”字形卷绕相连；从动轴对上的双卷筒通过动力输出钢丝绳的外“8”字形卷绕相连；联动节点通过其内的联动转向器与邻近的跟踪装置的跟踪曲柄相连。

所述联动转向器，包括联动轴、联动曲柄、节点连杆、两组涡轮蜗杆机构；联动轴两端分别安装有一组涡轮蜗杆机构；联动曲柄的一端分别通过涡轮蜗杆机构与联动轴两端相连，其联动曲柄另一端通过节点连杆彼此相连，又分别与邻近跟踪装置的跟踪曲柄通过联动连杆相连。

所述联动节点，当联动转向器安装在联动节点的第一主动轴位置即为联动节点a，当安装在其第一从动位置即为联动节点b；m×n阵列即有m个方位角联动节点、n个高度角联动节点；当m或n等于大于2时，沿着方位角或高度角联动方向，联动节点a、联动节点b依次间隔分布，相邻联动节点通过联动钢丝绳相连。

所述卷绕，是指钢丝绳在联动节点内部的两组卷筒对内部的卷绕，即第一主动卷筒与第二主动卷筒之间、第一从动卷筒与第二从动卷筒之间；动力输入钢丝绳依次从第一主动卷筒的第一沟槽上端、第二主动卷筒的第一沟槽上端、第一主动卷筒第二沟槽的上端、第二主动卷筒的第二沟槽上端……按照“8”字形方法绕过；动力输出钢丝绳从第一从动卷筒的第一沟槽上端、第二从动卷筒的第一沟槽上端、第一从动卷筒第二沟槽的上端、第二从动卷筒的第二沟槽上端……按照“8”字形方法绕过；当然也可同为下端开始卷绕，但是需要两组卷筒对的卷绕方式一致，并通过导向辊的限位钢丝绳在相应卷筒的沟槽内。

所述联动曲柄，其上一端留有轴孔、中间留有螺栓安装孔及另一端留有承台的两个连杆安装孔，且承台高度大于固定螺栓及涡轮轴冒出部分；联动曲柄的轴孔即为涡轮轴的安装位置，又通过螺栓在螺栓安装孔位置与涡轮固定安装，实现联动曲柄与涡轮同步同心旋转；同一节点内的联动曲柄分别与节点连杆的两端点在内侧连杆安装孔处相连，又分别通过高度角连杆(或方位角连杆)在另外两外侧连杆安装孔处与联动节点毗邻的两个跟踪装置的跟踪曲柄相连。

所述跟踪曲柄结构，其上一端留有支撑轴安装孔、另一端留有两个联动连杆安装孔及中间留有承台的撑杆安装孔，且承台高度大于联动连杆厚度及支撑轴装好轴承后冒出部分，并与方位角撑杆(或高度角撑杆)相连；方位角跟踪曲柄(或高度角跟踪曲柄)的末端并排留有两个联动连杆安装孔，其分别与毗邻的两个跟踪装置的方位角联动连杆(或高度角联动连杆)相连。若毗邻其中一侧已无跟踪装置，其对应的联动连杆安装孔优先地悬空。

本发明由于采用了上述技术方案，与现有方法相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用了阵列联动式二自由度太阳能跟踪技术，实现了m排、n列(m＞2，n＞2)阵列内太阳能跟踪装置分别按方位角、高度角联动地二自由度太阳能跟踪，利用现有技术最大限度地提高了阵列式的光伏电站的太阳能利用率，且减少了驱动装置及传感器的数目，降低了生产和安装成本，提高了效益。

(2)本发明采用了电池板组件托盘、梁组件，立柱，基座，万向节、撑杆等组成的支撑机构，增加了阵列内单个太阳能跟踪装置的承载力，即单个太阳能跟踪装置的太阳能电池板数量、面积大幅度提高，继而降低了能耗与安装成本，又为从一方面提高光伏电站的装机容量提供了可行性。

(3)本发明采用了连杆、钢丝绳、涡轮蜗杆、联动转向器等组成的联动机构，本联动结构相对简单，尤其是采用连杆、钢丝绳传动，降低了对安装场地的平整度的严苛要求，增强了地形适应性，又采用了带有自锁功能的涡轮蜗杆传动，传动性能更趋稳定、可靠，且由二自由度联动的太阳能跟踪装置组成的跟踪阵列扩充更加方便、可靠，又从另一方面提高了光伏电站的装机容量的可行性性，降低了运营成本，提高了发电效益。

附图说明

图1是本发明提供的二自由度太阳能跟踪装置结构示意图；

图2是本发明提供的阵列式太阳能跟踪装置的二自由度联动系统结构示意图；

图3是本发明提供的联动转向器结构正面示意图；

图4是本发明提供的联动节点a的结构示意图；

图5是本发明提供的联动节点b的结构示意图；

图6是本发明提供的钢丝绳传动结构示意图；

图7是本发明提供的联动曲柄结构的俯视图；

图8是本发明提供的联动曲柄结构的主视图；

图9是本发明提供的跟踪曲柄结构的俯视图；

图10是本发明提供的跟踪曲柄结构的主视图。

图中：1-电池板组件托盘，2-梁组件，3-立柱，4-基座，5-方位角撑杆，6-方位角支撑轴，7-方位角联动连杆，8-方位角跟踪曲柄，9-高度角支撑轴，10-高度角跟踪曲柄，11-高度角联动连杆，12-高度角撑杆，13-方位角联动钢丝绳，14-联动节点，15-支撑滚轮，16-方位角驱动装置，17-高度角联动钢丝绳，18-高度角驱动装置,19-联动曲柄，20-涡轮轴，21-涡轮，22-蜗杆，23-联动轴齿轮，24-联动轴卷筒，25-联动轴，26-节点连杆，27-第二从动齿轮，28-第一从动齿轮，29-第一主动齿轮，30-第二主动齿轮，31-第二主动卷筒，32-第二主动轴，33-第一主动卷筒，34-第一主动轴，35-第一从动卷筒，36第一从动轴，37-第二从动轴，38-第二从动卷筒，39-沟槽，40-导向辊，41-连杆安装孔，42-螺栓安装孔，43-轴孔，44-联动连杆安装孔，45-撑杆安装孔，46-支撑轴安装孔，201-联动节点a，202-联动节点b，101-动力输入钢丝绳a段，102-动力输入钢丝绳b段，103-动力输出钢丝绳e段，104-动力输出钢丝绳f段，111-动力输入钢丝绳c段,112动力输入钢丝绳d段，113动力输出钢丝绳g段，114动力输出钢丝绳h段，F1-上下运动方向，F2-旋转方向，F3-旋转方向，F4-上下运动方向。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统结构如下：

如图1、图2所示，所述用于光伏电站的阵列联动式太阳能二自由度跟踪系统，包括支撑机构，跟踪机构，联动机构、驱动装置。

所述支撑机构由电池板组件托盘1，梁组件2，立柱3，基座4等组成；其中电池板组件托盘1通过螺栓固定安装在梁组件2上，加强筋作用的梁组件2的质量中心与固定安装在基座4上的立柱3的顶部通过万向节相连；基座4按地球经纬度呈阵列式分布，或焊接或浇筑成型，其高度大于高度角跟踪曲柄10与方位角跟踪曲柄8长度之和，且基座阵列的行(列)间距足够宽以尽可能避开跟踪时前方跟踪装置留下的“阴影”区域为宜。

所述跟踪机构由方位角撑杆5，方位角支撑轴6，高度角支撑轴9，高度角撑杆12，跟踪曲柄等组成；跟踪曲柄又分为方位角跟踪曲柄8和高度角跟踪曲柄10；方位角撑杆5的第一端与梁组件2的边缘通过球铰链相连，方位角撑杆5的第二端与方位角跟踪曲柄8通过杆端关节轴承相连，方位角跟踪曲柄8与方位角支撑轴6通过滚子轴承相连，其方位角支撑轴6第一端固定安装在基座4的一个侧面上，方位角支撑轴6的第二端的支撑轴颈位置装有轴承；同理，高度角撑杆12的第一端与梁组件2的边缘通过球铰链相连，高度角撑杆12的第二端与高度角跟踪曲柄10通过杆端关节轴承相连，高度角跟踪曲柄10与高度角支撑轴9通过滚子轴承相连，其高度角支撑轴9第一端固定安装在基座4上，高度角支撑轴9的第二端的支撑轴颈位置装有轴承。

所述联动机构由方位角联动连杆7，高度角联动连杆11、联动节点14、方位角联动钢丝绳13、高度角联动钢丝绳17等组成，通过钢丝绳外“8”字形的卷绕，实现多联动节点13间的功率传递；方位角联动钢丝绳14、高度角联动钢丝绳17不限于钢丝绳，但具有无级绳无端头的特点，并根据阵列行(列)宽度设置适当数目的支撑滚轮15进行支撑；方位角联动连杆7连接阵列内同一行左右相邻的两个跟踪机构的方位角跟踪曲柄8，高度角联动连杆11连接阵列内同一列前后相邻的两个跟踪机构的高度角跟踪曲柄10，方位角联动连杆7、高度角联动连杆11，均为长度可调连杆；联动节点14可分为联动节点a和联动节点b两种结构，分别如图4、图5所示，是接收输入功率、运动转向、功率传递的机构，其由卷筒(第一主动卷筒33，第二主动卷筒31，第一从动卷筒35，第二从动卷筒38)、齿轮(第一主动齿轮29，第二主动齿轮30，第一从动齿轮28，第二从动齿轮27)、轴(第一主动轴34，第二主动轴32，第一从动轴36，第二从动轴37)、联动转向器、动力输入钢丝绳、动力输出钢丝绳等组成。其第二主动轴32、第一主动轴34、第一从动轴36、第二从动轴37的两端分别安装有与相对各自轴固定的齿数、材质完全一致的齿轮对，四根轴并依次通过第一主动齿轮29、第二主动齿轮30、第一从动齿轮28、第二从动齿轮27齿轮间啮合相连；其第一主动轴34、第二主动轴32的中间分别通过销固定有第一主动卷筒33、第二主动卷筒31，并把第一主动卷筒33与第二主动卷筒31之间按“8”字型卷绕的钢丝绳相连，此卷绕方法可以增大钢丝绳与卷筒间的摩擦力，以便通过钢丝绳接收输入功率；其第一从动轴36，第二从动轴37的中间分别通过销固定有第一从动卷筒35，第二从动卷筒38，并把第一从动卷筒35与第二从动卷筒38之间同样按“8”字型卷绕的钢丝绳相连，以便通过钢丝绳传递功率；联动节点a和联动节点b的结构相似，唯一的区别在于联动转向器的位置不同，如图3所示即为联动转向器安装在第一主动轴34位置，如图4所示即为联动方向器安装在第一从动轴36位置；联动转向器如图3所示，由联动轴25、联动曲柄19、节点连杆26、涡轮21、蜗杆22等组成，其两端分别安装有一组涡轮蜗杆机构；联动曲柄19的一端分别通过涡轮蜗杆机构与联动轴25两端相连，其另一端通过节点连杆26彼此相连，又分别与邻近跟踪装置的跟踪曲柄(方位角跟踪曲柄8、高度角跟踪曲柄10)通过联动连杆(方位角连杆7、高度角连杆11)相连。

如图6所示，联动节点a的第一从动轮与联动节点b的第一主动轮通过钢丝绳相连，实现功率从联动节点a向联动节点b的传递；为了使联动节点201的输出功率依次经过联动节点202、联动节点203的传递到达联动节点204，如图2所示，则各方位角联动节点依次选用联动节点a、联动节点b、联动节点a、联动节点b的两类节点间隔分布、首尾级联的组合节点形式(或选用联动节点b、联动节点a、联动节点b、联动节点a的组合节点形式)，并通过方位角联动钢丝绳14将选用的组合节点按顺序依次级联，以便使各联动节点中的联动方向器的涡轮21旋转方向一致。

所述钢丝绳的卷绕，在联动节点a或联动节点b内部，分别在第一主动卷筒33与第二主动卷筒31之间、第一从动轴36与第二从动轴37之间，动力输入钢丝绳依次从第一主动卷筒33的第一沟槽上端、第二主动卷筒31的第一沟槽上端、第一主动卷筒33第二沟槽的上端、第二主动卷筒31的第二沟槽上端……按照“8”字形方法绕过；动力输出钢丝绳从第一从动卷筒35的第一沟槽上端、第二从动卷筒38的第一沟槽上端、第一从动卷筒35第二沟槽的上端、第二从动卷筒38的第二沟槽上端……按照“8”字形方法绕过；当然也可同为下端开始卷绕，但是需要两组卷筒对的卷绕方式一致，并在彼此卷绕过程中，通过导向辊40的限位其在相应卷筒的沟槽39内，并确保钢丝绳与各轴的轴心线垂直，以防止轴向移位。彼此相向的两个主动轴轴套或从动轴套间，其上每一个沟槽39均设置两个导向辊40，其也可以作为松紧辊。

所述联动节点优先安装在太阳能跟踪装置阵列行(或列)的中间位置，并优先使得跟踪装置阵列的行(或列)关于节点对称。

如图7、图8所示为联动曲柄，所述联动曲柄结构上一端留有轴孔43、中间留有螺栓安装孔42及另一端留有承台的两个连杆安装孔41，且承台高度大于固定螺栓及涡轮轴冒出部分；联动曲柄的轴孔43即为涡轮轴20的安装位置，又通过螺栓与涡轮固定安装，实现联动曲柄19与涡轮21同步同心旋转；如图3所示，同一节点内的两个联动曲柄19分别与节点连杆26的两端点在两内侧连杆安装孔41处相连，同时又分别通过方位角连杆7(或高度角连杆11)在另外两外侧连杆安装孔41处与联动节点14毗邻的两个跟踪装置的方位角跟踪曲柄8(或高度角跟踪曲柄10)相连。

如图9、图10所示为跟踪曲柄结构，所述跟踪曲柄结构上有支撑轴安装孔46，联动连杆安装孔44及留有承台的撑杆安装孔45；留有承台的撑杆安装孔45，其承台高度大于联动连杆厚度及支撑轴装好轴承后冒出部分，并与方位角撑杆5(或高度角撑杆12)相连；方位角跟踪曲柄8(高度角跟踪曲柄10)的末端并排留有两个联动连杆安装孔44，其分别与毗邻的两个跟踪装置的方位角联动连杆7(或高度角联动连杆11)相连。若毗邻其中一侧已无跟踪装置，其对应的联动连杆安装孔44优先地悬空。

所述驱动装置分为方位角驱动装置16，高度角驱动装置18，优先地选用带有位置锁定功能。

本发明实施例中，阵列式分布的m排、n列(m＞2，n＞2)的太阳能二自由度跟踪装置通过方位角联动连杆7、高度角联动连杆11、方位角联动钢丝绳13，高度角联动钢丝绳17，联动节点14等相互联系实现整个阵列的二自由度联动跟踪。

本阵列联动的二自由度太阳能跟踪系统统的工作过程如下：如图2、图6所示，当方位角驱动装置16向联动节点201输出功率，将带动动力输入钢丝绳a段101、动力输入钢丝绳b段102形成的闭合回路做旋转运动，继而通过摩擦带动与双卷筒旋转，而钢丝绳是通过外“8”字形卷绕在双卷筒上，引起双卷筒(第一主动卷筒33、第二主动卷筒31)间彼此相向旋转,从而分别带动与之固定安装的第一主动轴34(也即联动轴25)及第一主动齿轮29、第二主动轴32及第二主动齿轮30的彼此相向旋转，联动轴25的旋转带动末端的两个蜗杆旋转，继而带动与之啮合的涡轮21旋转，涡轮21的旋转带动固定安装在涡轮21上的联动曲柄19旋转角度，接着带动通过铰接在联动曲柄19上的方位角联动连杆7的第一端运动、带动通过铰接在方位角联动连杆7第二端的方位角跟踪曲柄8旋转角度、带动通过杆端关节轴承与方位角跟踪曲柄8相连的方位角撑杆上下运动，如图1所示，从而实现太阳能电池板组件托盘1的方位角的调整，同时第一排相邻的两个跟踪装置通过彼此间的方位角联动连杆7及方位角跟踪曲柄8相连，继而实现把方位角调整信息通过方位角联动连杆7向两边传递给第一排远离第一个方位角联动节点的第二个跟踪装置、第三个跟踪装置……从而实现阵列第一排内所有关联的太阳能电池板组件托盘1的方位角的调整；另一方面，如图5所示，联动轴25上固定安装的第一主动齿轮旋转带动与之啮合的第一从动齿轮28的相向旋转，继而第一从动轴36及第一从动卷筒35、第二从动轴37及第二从动卷筒38间的相向旋转运动，从而带动呈“8”字形圈绕在第一从动卷筒35、第二从动卷筒38的动力输出钢丝绳e段103、动力输出钢丝绳f段104形成的闭合回路旋转向联动节点b即为联动节点202输出功率，如图6所示，实现了级联两节点间的能量传递。同理继而同时实现第二排通过方位角联动连杆7及方位角跟踪曲柄8相连的二自由度太阳能跟踪装置的方位角的同步调整，同时又通过联动轴节点202把方位角传递给阵列中的第三个联动节点203即为联动节点a，且同时实现第三排跟踪装置阵列的方位角同步调整，并传递给第四排、第五排……从而实现阵列内所有的二自由度太阳能跟踪装置的方位角联动调节。同方位角调整原理，联动节点a、联动节点b、联动节点a……首尾级联可以使得第一列、第二列、第三列……的太阳能跟踪装置阵列的高度角联动调节，从而最终实现整个阵列的二自由度阵列联动。

联动节点b，如图5所示，与联动节点a(如图4所示)的结构类似，在四卷筒结构的联动节点中只有联动方向器的安装位置之区别：联动方向器，若是安装在第一主动轴位置即为联动节点a(如图4所示)，若是安装在第一从动轴位置则为联动节点b(如图5所示)。通过传动原理分析可知，只有当联动方向器间隔安装在第一主动轴位置、第一从动轴位置，才可使得涡轮蜗杆旋转方向一致。

另外，以如图2所示的太阳能电池板阵列的二自由度联动跟踪装置为4×4阶阵列为例，所述方位角联动钢丝绳13与高度角联动钢丝绳17在空间垂直相交，并要求方位角支撑轴6、高度角支撑轴9、方位角跟踪曲柄8、高度角跟踪曲柄10安装时应满足：方位角支撑轴6与高度角支撑轴9的安装高度差大于方位角跟踪曲柄8与高度角跟踪曲柄10的长度之和。

进一步地，阵列式分布的太阳能联动跟踪装置，在太阳能电池板倾斜角度正对太阳时，存在着前排托盘上太阳能电池板阻挡了后排太阳能电池板的部分直射太阳光，即前排太阳能电池板对后排造成“阴影”区域，可以适当增加阵列的行(列)间距以避开“阴影”区域。如图1所示的二自由度太阳能跟踪装置，方位角和高度角的跟踪都是通过跟踪曲柄和撑杆的组合运动实现的，均存在着较小的跟踪死角θ，即方位角跟踪的范围为[θ，180-θ]，高度角的跟踪范围为[θ，90-θ]，其跟踪死角θ由曲柄、撑杆、立柱等长度及撑杆第一端的球铰链与托盘加强筋的安装位置决定。优选选择太阳能跟踪装置阵列的安装行(列)间距在跟踪死角θ条件下，后排跟踪装置的太阳能电池板正好能避开前排留下的“阴影”区域。

进一步地，优先选择阵列式分布的太阳能联动跟踪装置的安装场地尽可能的平整，但并不必须，可以根据安装场地的实际条件，通过调整彼此相邻两跟踪装置间的联动连杆的长度、增设钢丝绳导向轮以达到适应地形要求的阵列联动跟踪。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做若干改进和润饰，这些改进和润饰均被本发明申请所覆盖。

Claims (9)

1.阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，包括支撑机构，跟踪机构，联动机构，驱动装置，其特征在于：驱动装置与联动机构通过钢丝绳相连，驱动联动机构的主动轴对旋转；支撑机构支撑太阳能电池板托盘，跟踪机构通过球铰链与支撑机构相连，跟踪机构通过联动机构与驱动装置相连。

2.如权利要求1所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，支撑机构包括电池板组件托盘(1)、梁组件(2)、立柱(3)、基座(4)，电池板组件托盘(1)通过螺钉固定安装在梁组件(2)上，加强筋作用的梁组件(2)的质量中心下端与固定安装在基座上的立柱(3)的第二端通过万向节相连。

3.如权利要求2所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，跟踪机构包括方位角撑杆(5)、方位角支撑轴(6)、高度角支撑轴(9)、高度角撑杆(12)、方位角跟踪曲柄(8)、高度角跟踪曲柄(10)；方位角撑杆(5)的第一端与梁组件(2)的边缘通过球铰链相连，方位角撑杆(5)的第二端与方位角跟踪曲柄(8)通过杆端关节轴承相连；方位角跟踪曲柄(8)与方位角支撑轴(6)通过滚子轴承相连；方位角支撑轴(6)的第一端固定安装在基座(4)的一个侧面上，方位角支撑轴(6)的第二端的支撑轴颈位置装有轴承；高度角撑杆(12)的第一端与梁组件(2)的边缘通过球铰链相连，高度角撑杆(12)的第二端与高度角跟踪曲柄(10)通过杆端关节轴承相连；高度角跟踪曲柄(10)与高度角支撑轴(9)通过滚子轴承相连，其高度角支撑轴(9)第一端固定安装在基座(4)的相邻另一侧面上，高度角支撑轴(9)的第二端的支撑轴颈位置装有轴承。

4.如权利要求3所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，联动机构包括方位角联动连杆(7)，高度角联动连杆(11)、联动节点(14)、方位角联动钢丝绳(13)、高度角联动钢丝绳(17)，通过钢丝绳在的四卷筒结构的联动节点(14)上的卷绕及摩擦实现各联动节点间的功率依次传递及同步联动；方位角联动钢丝绳(13)、高度角联动钢丝绳(17)具有无级绳无端头的特点，并依据阵列的行、列间距分别设置适当数目的支撑滚轮(15)对钢丝绳进行支撑；方位角联动连杆(7)连接阵列内同一行左右相邻的两个跟踪机构的方位角跟踪曲柄(8)；高度角联动连杆(11)连接阵列内同一列前后相邻的两个跟踪机构的高度角跟踪曲柄(10)。

5.如权利要求4所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，联动机构的联动节点(14)包括两组轴对、两组卷筒对、四组齿轮对、联动转向器、动力输入钢丝绳、动力输出钢丝绳；两组轴对包括主动轴对、从动轴对，即第一主动轴(34)、第二主动轴(32)、第一从动轴(36)、第二从动轴(37)，其每根轴的两端分别固定安装有齿轮、中间部分固定安装有卷筒，并依次通过四组齿轮对依次啮合相连；主动轴对上的双卷筒通过动力输入钢丝绳(101，102)的卷绕相连；从动轴对上的双卷筒通过动力输出钢丝绳(103，104)的卷绕相连。

6.如权利要求5所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，联动机构的联动转向器包括联动轴(25)、联动曲柄(19)、节点连杆(26)、两组涡轮蜗杆机构(21，22)；联动轴(25)两端分别安装有一组涡轮蜗杆机构(21，22)；联动曲柄(19)的一端通过涡轮蜗杆机构(21，22)与联动轴(25)相连，其另一端通过节点连杆(26)彼此相连，阵列行向的联动节点(14)的联动曲柄(19)，与邻近跟踪装置的方位角跟踪曲柄(8)通过方位角联动连杆(7)相连；阵列列向的联动节点(14)的联动曲柄(19)，与邻近跟踪装置的高度角跟踪曲柄(10)通过高度角联动连杆(11)相连。

7.如权利要求5所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，联动转向器安装在联动节点(14)的第一主动轴(34)位置为联动节点a，安装在其第一从动轴(36)位置为联动节点b；阵列内联动节点(14) 数等于大于2个时，联动节点a、联动节点b依次间隔分布，相邻联动节点通过联动钢丝绳相联。

8.如权利要求6所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，联动曲柄(19)的一端留有涡轮轴孔(43)、中间留有螺栓安装孔(42)及另一端留有承台的两个连杆安装孔(41)，且承台高度大于固定螺栓及涡轮轴冒出部分；联动曲柄的轴孔为涡轮轴的安装位置，通过螺栓在螺栓安装孔位置与涡轮壁固定安装，实现联动曲柄与涡轮同步同心旋转；同一节点内的联动曲柄通过节点连杆(26)在两相邻的连杆安装孔处彼此相连，又分别通过高度角联动连杆(11)或方位角联动连杆(7)在另外两连杆安装孔处与联动节点毗邻的两个跟踪装置的相应的方位角跟踪曲柄(8)或高度角跟踪曲柄(10)相连。

9.如权利要求3所述阵列联动式太阳能二自由度的跟踪系统，其特征是，跟踪机构的方位角跟踪曲柄(8)或高度角跟踪曲柄(10)具有相同的跟踪曲柄结构，其一端留有支撑轴安装孔(46)、另一端留有两个联动连杆安装孔(44)及中间留有承台的撑杆安装孔(45)，且承台高度大于联动连杆厚度及支撑轴装好轴承后冒出部分，方位角跟踪曲柄与方位角撑杆(5)相连，高度角跟踪曲柄(10)与高度角撑杆(12)相连；方位角跟踪曲柄(8)或高度角跟踪曲柄(10)的末端并排留有两个联动连杆安装孔(44)，方位角跟踪曲柄分别与毗邻的两个跟踪装置的方位角联动连杆(7)相连，高度角跟踪曲柄(10)分别与毗邻的两个跟踪装置的高度角联动连杆(11)相连。