KR20210131434A - 단축 추적기용 모멘트 최적화 트러스 기초 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면 모멘트 저항에 최적화된 단축 트래커용 트러스 기초가 제공된다. 모멘트와 횡하중을 받는 기초의 경우, 상기 기초는 굽힘 모멘트의 영향을 줄이기 위해 작업점 아래에서 의도적으로 오프셋된 모멘트 연결을 통해 회전축을 지지한다. 트러스 레그 사이의 간격과 레그 각도는 트러스 작업점의 높이에 영향을 미치며, 더 나아가 작업점 아래에서 추적기 제작자가 지정한 회전축의 최소 높이까지 사용 가능한 오프셋에도 영향을 미친다.

Description

단축 추적기용 모멘트 최적화 트러스 기초

본 개시는 2019년 3월 21일자로 출원된 발명의 명칭이 "A-frame foundations for tracker motor piles and related systems and methods"인 미국 가출원 제62/821,614호의 우선권을 주장하며, 상기 문헌의 개시 내용은 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.

공사(公社) 규모의 태양광 발전소는 주로 고정 경사식 지상 장착 어레이 또는 단축 추적기로 구성된다. 고정 경사식 어레이는 어레이 현장의 위도에 따라 지정된 각도로 남쪽으로 경사진 동서 방향 패널 행들로 배열되고, 적도에서 멀어질수록 경사 각도가 더 가파르게 된다. 대조적으로, 단축 추적기는 하늘을 통해 태양의 진행을 따라 하루 종일 동쪽 방향에서 서쪽 방향으로 패널을 이동시키는 토크 튜브라고 하는 회전축에 부착된 솔라 패널과 함께 북남 행들에 설치된다. 본 개시의 목적을 위해, 고정식 경사 및 단축 추적기 모두를 집합적으로 축방향 솔라 어레이라 한다.

토지 취득 비용을 제외하고, 공사 규모 어레이에 대한 전체 프로젝트 비용에는 부지 준비(도로 건설, 평탄화, 그리드 및 물 연결 등), 기초, 추적기 또는 고정 경사식 하드웨어, 솔라 패널, 인버터 및 전기 연결(도관, 배선, 트렌칭, 그리드 인터페이스 등)이 포함될 수 있다. 이러한 비용의 대부분은 지속적인 혁신과 규모의 경제로 인해 지난 몇 년 동안 감소했지만, 크게 무시된 영역 중 하나가 기초이다. 기초는 시스템을 지면에 연결하는 균일한 구조적 인터페이스를 제공한다. 기존의 단축 추적기를 설치할 때, 부지가 준비된 후, 일반적으로 추적기 제조업체 및 부지 계획에서 지시한 일정한 간격대로 지면에 수직 모노파일을 박는다; 추적기 시스템 구성요소는 이후에 해당 파일의 헤드 부착된다. 대부분의 경우, 추적기를 지지하는 데 사용되는 파일은 H자형 프로파일이지만, C자형 또는 심지어 박스형일 수도 있다. 기존의 대규모 단축 추적기 어레이에서, 기초 조달 및 건설이 전체 시스템 비용의 최대 5-10%를 차지할 수 있다. 총 비용에서 상대적으로 적은 비중을 차지함에도 불구하고, 기초와 관련된 철강 및 노동 비용 절감은 대규모 태양광 프로젝트 포트폴리오에 비해 상당한 금액이 될 것이다. 또한, 추적기 개발 거래는 설치 비용이 실제로 발생하기 1년 이상 전에 고정되는 경우가 많으므로, 실현될 수 있는 거래 후 기초 절감액이 프로젝트의 건설을 지원하는 계산에 이미 고려된 이익에 추가될 것이다.

모노파일이 단축 추적기 기초 시장을 계속 지배하는 한 가지 이유는 단순성이다. 기존 기술로는 모노파일을 직선을 따라 지면에 박는 것이 비교적 쉽지만 설계 자체가 낭비다. 모노파일의 물리학은 단일 구조 부재가 굽힘력에 잘 견디지 못하기 때문에 크기가 커야야 한다고 한다. 단축 추적기를 지지하는 데 사용되는 경우, 기초에 가해지는 가장 큰 힘은 구성요소의 무게가 아니라 솔라 패널에 부딪히는 바람의 결합된 횡력이다. 이 횡력은 굽힘 모멘트로서 모노파일 기초에 전달된다. 이 힘의 크기는 패널 및 추적기 구성요소의 무게로 인한 정적 하중보다 훨씬 크다. 이는 파일을 구부리려는 레버 암과 같은 역할을 하며, 레버 암이 길수록 힘의 크기가 더 커진다. 따라서, 단축 추적기와 관련해서, 모노파일 기초는 횡하중을 견딜 수 있도록 대형화되고 지면에 깊숙이 박혀야 한다.

본 개시의 출원인은 모노파일 지지대를 대체하기 위한 단축 추적기용 기초 시스템을 발명하였다. 상업용 EARTH TRUSS로 알려진 이 시스템은 H-파일 대신 적당히 경사진 A-프레임 모양의 트러스를 사용한다. 각각의 A-프레임 모양의 트러스는 남북 방향 추적기 행의 어느 한쪽에서 서로 비스듬히 지면에 박힌 한 쌍의 인접한 관형 스크류 앵커로 만들어진다. 상부 레그는 각 스크류 앵커와 어댑터의 끝에 연결되고 베어링 어댑터 또는 트러스 캡이 각 상부 레그의 자유 단부와 결합하여 트러스를 완성한다. 기존 모노파일에 비해 A-프레임 형상의 한 가지 이점은 논-모멘트 연결을 지원하는 기초의 경우 A-프레임이 기초가 굽힘을 받지 않고 대신 축방향 인장 및 압축력을 받게 한다는 것이다. 단일 구조 부재는 굽힘 저항 능력에 비해 이러한 힘에 매우 잘 견디므로, 훨씬 작은 관형 부재를 사용하여 트러스 레그를 구성할 수 있다. 또한, 축방향 힘이 지배적이기 때문에, 레그를 더 얕은 매립 깊이로 박을 수 있다. 최종 결과는 트러스 기초를 사용함으로써 추적기를 더 적은 강철로 지지할 수 있다는 것이다.

단축 추적기의 각 행에는, 일반적으로 구동 모터를 지지하는 적어도 하나의 기초가 있거나, 연결된 시스템의 경우, 토크 튜브에 결합된 로우-투-로우 기어 어셈블리가 있다. 이러한 기초는 논-모멘트 연결로 추적기를 지지하는 다른 기초에 비해 고유한 문제가 나타나는 데 그 이유는 추적기를 회전시키려고할 뿐만 아니라 측면 하중에 저항하는 외력으로 인해 굽힘 모멘트에 저항해야 하기 때문이다. 이는 모터 또는 구동 어셈블리가 일반적으로 바람, 눈 하중, 동물 하중 및 지진 사건과 같은 외부 힘으로부터 토크 튜브의 회전을 방지하는 브레이크 역할을 하기 때문이다. 이를 보상하기 위해, 종래 기술에서, H-파일 모터 기초가 이 추가 모멘트에 저항하기 위해 다른 파일보다 더 큰 크기 및/또는 더 깊이 박힌다. 이 부르트 포스식(brute force) 접근 방식은 A-프레임 모양의 트러스 기초에 바람직하지 않다. 트러스 기초의 관형 형상은 굽힘 저항에 있어 I-빔만큼 좋지 않으므로 동일한 수준의 저항을 달성하려면 H-파일에 비해 매우 큰 트러스 부재를 사용해야 한다. 모터가 전체 시스템의 단지 작은 부분(예를 들어, 10% 미만)만을 구성하더라도, 이는 트러스 기초가 제공하는 강철이 더 적게 든다는 이점을 잠식한다.

이러한 문제를 인식하여, 본 발명의 다양한 실시예의 목적은 단축 추적기용 모멘트 최적화 트러스 기초를 제공하는 것이다. 본 발명의 다양한 실시예의 다른 목적은 추적기와의 연결이 모멘트 연결인지 논-모멘트 연결인지에 따라 각 기초에서 최적화된 단축 추적기용 트러스 기초를 제공하는 것이다.

본 발명의 내용에 포함됨.

본 발명의 내용에 포함됨.

도 1a 및 1b는 추적기의 회전축이 트러스의 작업점과 정렬되도록 기존의 단축 추적기의 일부를 지지하는 트러스 기초를 도시한다.
도 2a 및 2b는 모터의 회전축이 트러스의 작업점과 정렬되도록 도 1a 및 1b의 단축 추적기용 구동 모터를 지지하는 트러스 기초의 정면도 및 측면도를 각각 도시한다.
도 3a 및 3b는 추적기의 회전축이 트러스의 작업점과 정렬되도록 기계적으로 균형을 이룬 단축 추적기의 일부를 지지하는 트러스 기초를 도시한다.
도 4a 및 4b는 모터의 회전축이 트러스의 작업점과 정렬되도록 도 3a 및 3b의 단축 추적기용 구동 모터를 지지하는 트러스 기초의 정면도 및 측면도를 각각 도시한다.
도 5a 및 5b는 도 1a/b, 2a/b, 3a/b 또는 4a/b에 도시된 것과 같은 단축 추적기를 지지할 때 트러스 기초에 대한 측방향 하중 및 모멘트의 영향을 보여주는 힘 다이어그램이다.
도 6은 기초에 대한 모멘트 연결로 구동 모터 또는 다른 추적기 구성요소를 지지하기 위한 모멘트 최적화 트러스 기초를 도시한다.
도 7a 및 7b는 논-모멘트 연결을 지원하는 트러스에 대한 모멘트 연결에서 트러스 작업점으로부터 추적기의 회전축을 오프셋하기 위해 가능한 트러스 레그 각도, 작업점 오프셋 및 트러스 레그 분리를 도시한다.
도 8a는 추적기의 회전축이 작업점과 정렬될 때 모멘트 연결을 지지하는 트러스 기초에 대한 힘 프로파일을 보여주는 힘 다이어그램이다.
도 8b는 도 8a의 트러스 기초에 대한 최대 모멘트 값을 나타내는 그래프이다.
도 9a는 추적기의 회전축이 작업점에서 오프셋될 때 모멘트 연결을 지지하는 트러스 기초에 대한 힘 프로파일을 보여주는 힘 다이어그램이다.
도 9b는 도 9a의 트러스 기초에 대한 최대 모멘트 값을 나타내는 그래프이다.
도 10은 모멘트 및 논-모멘트 연결로 단축 추적기를 지지하기 위한 한 쌍의 트러스 기초를 도시한다.

하기의 설명은 단축 태양 추적기를 지지하는 데 사용되는 트러스 기초를 포함하는 세부사항 및 다수의 특정 실시예를 제공함으로써 설명된 실시예의 철저한 이해를 전달하기 위한 것이다. 그러나, 본 발명은 단지 예시적인 이러한 특정 실시예 및 세부사항으로 국한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 공지된 시스템 및 방법에 비추어 본 기술분야의 통상의 기술을 가진 사람은 의도된 목적을 위한 본 발명의 사용을 이해할 수 있음이 더 이해된다.

이제 도면을 참조하면, 동일한 요소는 동일한 번호로 지칭하며, 도 1a는 예시적인 단축 추적기의 일부를 지지하는 트러스 기초(10)를 도시한다. 도 1b는 기초 및 베어링 구성 요소의 상단을 더 상세히 도시한다. 여기에 표시된 추적기는 뉴멕시코주 앨버커키의 Array Technologies, Inc.에서 제조 및 판매하는 DuraTrack HZ 단축 추적기와 같이 자체 축을 중심으로 회전할 수 있는 일련의 베어링에서 토크 튜브가 지지되는 기존의 상향식 추적기이다. 도 3a/3b의 맥락에서 논의된 바와 같이, 트러스 기초(10)는 또한 토크 튜브가 베어링 핀에 매달려 있는 하향식 스타일의 추적기를 지지할 수 있고 대신 도 3a/b와 관련해 도시되고 논의된 바와 같이 핀 주위의 호(弧)통해 스윙한다.

이 예에서, 트러스 기초(10)는 어댑터(20)에 의해 연결된 한 쌍의 경사진 트러스 레그로 구성된다. 트러스 레그는 70도에서 35도까지 범위의 레그(α) 사이의 분리 각도에 해당하는 55도에서 최대 72.5도 범위일 수 있는 각도(θ)만큼 지면에 대해 적당히 경사져 있다. 각 트러스 레그는 지면 아래로 뻗어 있는 스크류 앵커부(11), 각 스크류 앵커의 상단에 있는 구동 커플러(12) 및 상기 커플러(12)를 통해 스크류 앵커(11) 중 하나의 상단에 부착되는 상부 레그(13)로 구성된다. 도면에 도시하지 않았지만, 스크류 앵커(11)는 지지 지면으로 수 피트 뻗어 있는 하단부로부터 외부 스레드를 가질 수 있다.

어댑터(20)는 각각의 상부 레그(13) 내로 아래로 뻗어 있는 한 쌍의 연결부(21)를 갖는 단일 구조로 도시되어 있다. 연결부(21)는 상기 연결부(21) 중 하나를 덮고 있는 각 상부 레그(13) 부분 위에 크림퍼를 배치함으로써 크림프 연결로 레그에 고정된다. 어댑터(20)는 또한 추가 지지를 제공하는 버팀대 또는 거싯(23)을 갖는다. 예시적인 베어링 어셈블리(30)는 한 쌍의 볼트 또는 다른 적절한 기계적 패스너(20)의 지지면(22) 상에 안착되고 상기 지지면(22)에 부착되는 메인 바디를 포함한다. 도 1b에서 보다 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 토크 튜브(33)는 베어링 인서트(32)를 통해 베어링(30) 내부의 중심에 위치한다. 베어링 인서트(32)는 토크 튜브가 면처리된 기하학적 구조를 갖고 베어링 어셈블리(30)의 원형 베어링 개구 내에 여전히 끼워지도록 한다. 이는 또한 베어링 내의 금속간 접촉을 방지한다. 실제 조건에서, 하나의 추적기 행은 300피트 이상 확장될 수 있으며 20-30피트마다 트러스 기초(10)과 같은 기초를 포함할 수 있다.

이제 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이들 도면은 각각 도 1a 및 b에 도시된 추적기와 같은 단축 추적기 구동 모터를 지지하는 트러스 기초의 정면도 및 측면도이다. 단축 추적기 어레이의 행은 추적기 구동 어셈블리를 지지하는 하나 이상의 기초를 포함한다. 이 어셈블리는 모터와 기어 박스 또는 여러 행에 걸쳐 있는 연결된 어셈블리로 구성될 수 있다. 이 예에서, 모터(70)는 슬루 드라이브로 구성되지만, 당업자는 다른 모터 유형도 본 발명의 다양한 실시예와 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 기어 링키지, 체인 또는 기타 구조가 트러스 위 또는 트러스에 인접한 다른 곳에 위치한 모터의 출력을 전달하는 데 사용될 수 있다.

도 2a 및 2b와 관련하여, 트러스 기초(50)는 어댑터 또는 트러스 캡(60)과 결합되는 상부 레그 부분(13)을 갖는 한 쌍의 인접한 트러스 레그로부터 다시 형성된다. 도시된 바와 같이, 트러스 레그는 도 1a/b의 기초(10)보다 덜 가파르게 기울어져 있으나, 반드시 그럴 필요는 없다. 트러스 캡(60)은 장착면(62) 및 버팀대(63)에 의해 결합된 한 쌍의 대향 연결부(61)를 갖는다. 모터 어셈블리(70)는 예를 들어 도면에 도시된 볼트에 의해 장착 표면(62)에 놓이고 부착된다. 모터 어셈블리(70)는 전기 슬루 드라이브(71)의 출력부에 연결된 기어 하우징(73)을 포함한다. 드라이브(71)가 회전함에 따라, 그 출력부에 연결된 웜 기어가 기어 하우징(73)의 치차와 맞물려 하우징(73) 내에 중심에 있는 토크 튜브(33)에 토크를 전달할 수 있다. 다양한 실시예에서, 시스템에 대한 제어 알고리즘은 전력 제어기가 모터(70)에 전력을 공급하여 하루 중에 걸쳐 토크 튜브(33)를 증분적으로 회전시키고, 부착된 패널을 동쪽을 향하는 방향에서 서쪽을 향하는 방향으로 이동하게 한다음 다음날 동쪽을 향한 방향으로 복귀한다.

이 예에서, 트랙커의 회전축인 토크 튜브(33)의 중심은 트러스(50)의 작업점에 위치한다. 이는 토크 튜브(33)의 중심을 직접 가리키는 각 상부 레그 부분(13)의 중심을 통과하는 화살표로 표시된다. 여기에서 논의된 바와 같이, 트래커의 회전축을 트러스의 작업점과 정렬함으로써, 횡방향 하중은 트러스 레그에서 인장 및 압축의 축방향 힘으로 최대로 변환된다. 그러나, 도 5-9와 관련해 더 자세히 논의된 바와 같이 이는 모멘트에도 저항해야 하는 기초에 유리하지 않을 수 있다.

이제 도 3a를 참조하면, 이 도면은 다른 단축 추적기의 일부를 지지하는 트러스 기초(10)를 도시한다. 도 3b는 기초(10) 및 베어링 어댑터(80)의 상단부를 보다 상세하게 도시한다. 이 경우, 추적기는 캘리포니아 주 Fremont의 NEXTracker Inc.에서 제조 및 판매하는 단축 추적기의 NX 시리즈와 같은 기계적으로 균형이 잡힌 하향식 추적기이다. 이러한 추적기에서, 토크 튜브는 자체 축을 중심으로 베어링과 함께 회전하지 않고 그 위의 베어링 핀에 매달려 있다. 이를 달성하기 위해, 구동 모터는 토크 튜브가 아닌 베어링 핀과 축 방향으로 정렬되도록 토크 튜브의 나머지 부분에서 오프셋되어 모터가 회전할 때 튜브가 호(弧)를 따라 스윙한다. 이러한 설계에서, 베어링 어댑터는 적어도 두 가지 기능을 수행한다. 첫째, 두 개의 프리 레그를 결합하여 작업점에 가해지는 횡력 및 수직력이 장력과 압축의 축방향 힘으로 레그에서 저항할 수 있도록 하는 A-프레임을 완성한다; 둘째, 회전축이 A-프레임의 작업점과 정렬되도록 토크 튜브를 고정하고 토크 튜브가 동쪽과 서쪽 방향으로 스윙할 수 있는 호의 범위에 제한을 제공한다.

트러스 기초(10)는 도 1a 및 도 1b와 관련해 도시된 것과 본질적으로 동일하다. 각각의 트러스 레그는 구동 커플러(12)를 통해 스크류 앵커(11)의 상단부에 결합된 상부 레그 부분(13)으로 구성된다. 그러나, 트러스 레그를 결합하기 위한 별도의 어댑터를 사용하는 대신, 어댑터는 베어링 어댑터(80)으로 교체되었다. 이름에서 알 수 있듯이, 베어링 어댑터(80)는 트러스 레그를 결합하여 단일 A-프레임 모양의 트러스를 형성하지만 NEXTracker 하우스 어셈블리(BHA)의 특징도 제공한다. 베어링 어댑터(80)는 한 쌍의 연결부(82)가 각각의 상부 레그(13) 내로 아래로 뻗어 있는 카디오이드형 프레임(81)을 갖는다. 카디오이드형 프레임(81)에는 베어링(84)을 포함하는 커스프부(83)가 있다. NEXTracker 에코시스템에서, 베어링 핀(85)과 같은 베어링 핀이 베어링에 안착된다. 하나 이상의 토크 튜브 브래킷이 토크 튜브(88)를 베어링 핀(85)에 상호 연결한다. 카디오이드형 프레임(81)에는 패널이 매일 동향에서 서향을 향해 이동할 때 토크 튜브가 호를 통해 스윙할 수 있는 틈을 제공하는 한 쌍의 대향 로브가 있다.

도 3b는 베어링 어댑터(80)의 확대도를 제공한다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 토크 튜브(88)가 베어링 핀(85)을 중심으로 회전하더라도, 트러스 레그는 여전히 작업점, 이 경우 베어링(84)의 중심을 가리킨다. 그러한 시스템에서, 베어링은 추적기의 회전에 저항하지 않으므로 베어링 어댑터(80)는 추적기에 대부분 논-모멘트 연결을 제공한다. 유일한 예외는 추적기가 최대 경사 각도(일반적으로 55~60도)에 있을 때, 추가 외력으로 인해 토크 튜브가 카디오이드형 프레임(81)의 로브 중 하나의 내부에 접촉하고 지탱할 수 있다는 것이다. 이는 트러스 기초(10)에 약간의 모멘트를 부여할 것이다. 그렇지 않으면, 이러한 외력은 구동 모터를 지지하는 기초에서만 저항된다.

도 4a 및 도 4b는 도 3a/b의 하향식 단축 추적기를 위한 오프셋 구동 모터의 정면도 및 측면도를 각각 제공한다. 모터 어셈블리(70)가 트러스 기초(50)에 안착하는데, 레그가 덜 가파르게 기울어져 더 멀리 퍼져 있지만 그렇지 않으면 동일한 구성요소로 구성된다. 각 레그는 스크류 앵커(미도시)와 연결부(92)를 통해 모터 어댑터(90)에 의해 결합된 상부 레그 부분(13)으로 구성된다. 구동 모터가 어댑터(90)의 장착 플랫폼(91)에 안착된다. 특히 도 4b에 도시된 바와 같이, 튜브(88)는 양측에서 기어 박스(73)까지 구배진다. 기어 박스(73)의 튜브 부분이 회전함에 따라, 각 방향으로 뻗어 있는 토크 튜브의 부분들이 호를 통해 스윙한다.

여기에서 논의된 바와 같이, 적당히 경사진 트러스 기초는 논-모멘트 연결에서 횡방향 하중을 축방향 인장력 및 압축력으로 변환하는 데 매우 우수하지만, 구동 모터 및 회전에 저항하는 다른 베어링 연결에서 발생하는 모멘트 연결을 다루는 데 덜 효율적이다. 이 문제가 도 5a 및 5b에 그래픽으로 설명되어 있다. 도 5a에서 시작하면, 바람이 도 5a에서와 같이 트러스 기초에 의해 지지되는 어레이에 부딪히면, 힘이 횡하중으로서 기초로 전달된다. 단축 추적기 어레이는 남북 방향으로 횡단면적이 거의 없다. 대조적으로, 패널이 동쪽 또는 서쪽 방향으로 기울어질수록 횡단면이 상당히 커진다. 따라서, 동쪽 또는 서쪽 방향의 풍하중이 지배적이다. 트러스에서 트래커의 회전축이 트러스 작업점과 정렬되면, 횡방향 하중은 대게 도면에서 T 및 C로 표시된 트러스 레그의 축방향 인장력 및 압축력으로 전달된다. 측면 하중은 모듈이 적재 위치(예를 들어, 0도 기울기)에 있을 때 가장 적고, 모듈이 완전히 기울어지거나(예를 들어, 55도 또는 60도) 수직에 가장 가까울 때 가장 크다. 주어진 측면 하중에 대해, 트러스 레그의 인장력과 압축력은 레그 각도(θ)의 코사인에 대해 1만큼 변한다; 레그 각도 값이 60도를 초과하면 해당 하중의 크기가 증가하고, 레그 각도가 72.5도를 초과하면 저항하기 위해 추가 보강이 필요할 수 있는 수준이 된다. 따라서, 논-모멘트 연결을 위한 이상적인 레그 각도 범위는 55도에서 72.5도 사이이다.

토크 튜브는 기본적으로 각 베어링 하우징 어셈블리 내에서 자유롭게 회전할 수 있기 때문에, 일반적으로 트래커 베어링을 지지하는 트러스 기초에 모멘트가 거의 또는 전혀 없다; 회전에 대한 모든 저항은 모터에 의해 제공된다. 결과적으로, 모터 A-프레임은 장력과 압축뿐만 아니라 토크 튜브의 회전에 저항하여 A-프레임 레그에 가해지는 모멘트에도 저항해야 한다. 이 모멘트는 도 5b와 같이 A-프레임의 각 레그에 직교하는 힘(F)으로서 "느껴진다". 이 힘(F)의 크기는 모멘트의 크기를 2r로 나눈 값과 같고, 여기서, "r"은 모멘트 소스(회전축, 이상적으로는 작업점)에서 F가 인가되는 지점까지 레그의 길이다. 이러한 힘은 도 5에 도시된 모멘트의 방향과 일치하는 시계방향으로 기초를 비틀려고 한다. 힘이 커지면, 모멘트가 변형되어 결국 트러스가 부러지는 경향이 있다. 관형강은 H-파일보다 굽힘에 더 취약하므로, 이 문제가 트러스 기초에 장애가 될 수 있다. 낮은 레그 각도가 가파른 각도에 비해 이 문제를 악화시킵니다. 한 행의 모든 모멘트가 모터에서 저항되는 단축 추적기에서, 이 모멘트 값은 상당히 높을 수 있다. 이를 해결하기 위해, 본 발명의 발명자들은 모멘트 연결을 지지하는 트러스의 회전축 높이를 가상 작업점, 즉 각 트러스 레그의 대략적인 중심을 지나는 선의 공간상의 교차점 아래로 낮춤으로써, 트러스 레그 상의 이 모멘트의 영향이 줄어든 것을 발견하였다. 이는 예를 들어 도 6에서 볼 수 있다.

도 6은 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따른 단축 추적기에 의해 부여된 모멘트에 저항하도록 최적화된 트러스 기초를 도시한다. 트러스 기초(100)는 다양한 실시예에서 논-모멘트 연결로 추적기를 지지하는 행의 다른 기초의 각도보다 더 가파른 각도(θ)만큼 지면에 대해 경사진 한 쌍의 레그를 형성한다. 예를 들어, 각도(θ)는 70도에서 85도 범위일 수 있다. 레그는 분리 거리(S)만큼 지면에 진입하는 지점에서 분리된다. 레그 각도(θ), 분리 거리(S) 및 작업점으로부터의 오프셋 거리(O)는 모두 기초에 대한 모멘트의 영향을 줄이는 데 사용할 수 있다. 각 레그 각도(θ) 및 분리 거리(S)에 대해, 고유한 가상 작업점, 즉 각 레그를 통과하는 선의 교차점 또는 영역이 있다. 주어진 S에 대해, 가상 작업점은 레그 각도에 따라 높이가 증가한다. 어댑터(110)는 추적기 구성요소, 이 경우 모터 어셈블리 또는 베어링을 지지하는 지지면(113)을 갖고 있어 해당 구성요소를 통과하는 회전축이 트러스 기초의 가상 작업점(V_WP)으로부터 실질적으로 오프셋되도록 한다.

도 7a 및 7b는 레그 각도(θ), 분리 거리(S) 및 작업점으로부터 오프셋 거리(O)가 모멘트에 저항하도록 트러스를 최적화하는 데 사용될 수 있는 방법을 도시한다. 도 7a는 주어진 분리 거리(S)에 대해 레그 각도를 통해 트러스 레그 각도(θ)가 더 가파를수록 높이가 증가하는 가상 작업점(V_WP)이 어떻게 달라지는지 도시한다. 동시에, 주어진 간격(S)에 대한 임의의 레그 각도(θ)에서, 추적기 제작자가 지정한 대로 가상 작업점 높이와 회전축의 최소 높이 사이에서 오프셋(O)이 일반적으로 40인치 이상이도록 선택될 수 있다. 횡하중과 관련하여 지배적인 모멘트가 많을수록 이상적인 오프셋은 더 커지고, 재료 제한 및 가능한 최대 분리 거리(S)가 적용된다. 마찬가지로, 도 7b에서 볼 수 있듯이, 주어진 레그 각도에 대해 레그 분리 거리(S)가 증가함에 따라 주어진 레그 각도에 대해 가상 작업점(VWP)도 증가한다. 최대 거리(S)는 스크류 앵커를 구동하는 기계의 범위에 의해 제한된다. 일반적으로 말해, 가상 작업점과 트래커의 회전축 사이의 오프셋이 클수록 트러스 레그에서 경험하는 모멘트의 최대값이 줄어들어 트러스가 모멘트에 저항하는 트러스의 능력이 향상되고 횡하중이 인장 및 압축 값에 미치는 영향이 약간 증가한다.

이제 도 8a를 참조하면, 이 도면은 1230파운드의 측면 하중(F_L), 1360파운드의 수직 하중 및 149kip 또는 149,000lb/inch의 모멘트의 하중 조건을 받는 표준 트러스 기초를 도시한다. 이 값은 트러스 기초 또는 기존 H-파일에 의해 지지되는지 여부에 관계없이 단축 추적기 구동 모터에 대한 최악의 파일 상단 하중에 대해 일반적일 수 있다. 도 8a의 트러스에서, 회전축은 높이가 6피트 또는 72인치인 작업점과 정렬된다. 트러스 레그 각도는 70도이다. 도 8b는 캘리포니아주 Foothill Ranch의 RISA Tech, Inc.에서 개발 및 판매하는 소프트웨어 프로그램인 RISA 3-D에서 생성된 그래프로, 이러한 조건 하에서 각 레그를 따라 발생하는 모멘트의 크기를 도시한다. 도 8b의 그래프에서 볼 수 있듯이, 이러한 조건 하에서 작업점과 회전축을 정렬하면 60,000파운드/인치 이상의 최대 모멘트력이 발생한다. 이는 트러스 구성요소의 모멘트 용량을 초과할 수 있으므로 트러스가 파손될 수 있다. 그 크기의 모멘트에 저항하려면 논-모멘트 연결로 추적기를 지지하는 트러스에 비해 트러스 구성요소들의 크기가 상당해야 하며 트러스를 형성하는 데 사용되는 튜브보다 굽힘에 더 잘 견디는 I-빔과 같은 다른 재료를 사용해야 할 수도 있다.

여기에서 논의된 바와 같이, 더 많은 강철을 사용하는 브루트 포스식 접근 방식은 트러스 기초의 우아함과 정반대이며 트러스 기초에 의해 제공되는 비용 이점의 일부를 침식할 수 있다. 따라서, 본 개시의 발명자들은 모멘트 연결로 추적기를 지지하는 트러스의 작업점 아래로 회전축을 의도적으로 낮추면 트러스 레그의 최대 모멘트가 크게 감소한다는 것을 발견했다. 도 9a 및 9b를 참조하면, 도 9a는 도 8a의 트러스와 동일한 하중 조건 하에서 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따른 오프셋 트러스 기초의 기하학적 구조를 도시한다; 이는 1230파운드의 측면 하중, 1360파운드의 수직 하중 및 149kip 또는 149,000파운드-인치 모멘트이다. 레그 각도가 80도로 설정되고 S가 약 46.5인치일 때, 회전축이 도 8a에서 72인치와 동일한 높이로 유지되지만, 가상 작업점(V_WP)이 11피트 또는 132인치에 있는 경우, 레그에서 최대 모멘트 값은 15,000파운드 인치 또는 도 8a에서 트러스 값의 1/4로 줄어든다. 따라서, 오프셋(O)이 5피트가 되도록 레그 각도를 증가시켜 가상 작업점(V_WP)을 높이면 도 8a의 트러스 기초는 도면에서 가상 작업점(V_WP) 아래에 H_WP로 표시된 회전축의 높이를 오프셋하여 트러스 레그에 대한 모멘트 힘의 영향을 크게 줄인다. 이는 도 9b에서 그래프로 볼 수 있다. 따라서, 회전축이 논-모멘트 연결로 추적기를 지지하는 행의 다른 트러스와 같은 높이에 있더라도, 가상 작업점(V_WP)을 높이면 트러스 레그에서 저항해야 하는 모멘트 값에 큰 영향을 미친다. 이 기술을 사용하면 논-모멘트 연결을 지원하는 데 사용되는 동일한 부재이지만 다른 형상의 트러스를 구성할 수 있고 모멘트 연결을 성공적으로 지원할 수 있다.

여기에서 논의된 바와 같이, 트러스 기초는 단축 추적기를 효율적으로 지지하는 데 사용될 수 있지만, 추적기와 각 트러스 기초 사이의 연결 특성을 고려해야 한다. 도 10을 참조하면, 측면 하중이 지배적인 논-모멘트 연결의 경우, 토크 튜브 자체 또는 토크 튜브가 매달려 있는 베어링 핀에 관계없이 트래커의 회전축을 트러스의 작업점과 정렬함으로써 최적화가 달성된다. 대조적으로, 큰 모멘트 값에 의해 지배되는 모멘트 연결은 본질적으로 동일한 구성요소의 트러스 기초에 의해 여전히 지지될 수 있지만 트러스 형상은 이러한 기초에서 레그가 훨씬 더 높은 작업점과 회전축을 가리키도록 변경되어야 한다. 예를 들어 기어 박스를 통과할 때 토크 튜브의 중심은 해당 트러스의 가상 작업점(V_WP)에서 0이 아닌 양만큼 오프셋되어야 하고, 오프셋이 클수록 더 큰 영향을 미쳐야 한다. 자체 작업점에서 오프셋되지만 이 모멘트 연결 트러스의 회전축 높이는 논-모멘트 연결 트러스의 작업점과 정렬되어야 하며, 이러한 트러스의 경우 회전축과 정렬된다. 여기에서 논의된 바와 같이, 이 문제와 그 해결책은 연결이 모멘트 연결이든 논-모멘트 연결이든 관계없이 단일 H-파일이 모멘트에 저항해야 하기 때문에 트러스 기초에 고유하다. 일부 단축 추적기에서 모멘트 저항은 여러 기초 또는 심지어 모든 기초에 걸쳐 분포될 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 경우, 여기에서 논의된 원리는 각 행에 있는 다중 트러스 기초의 기하학적 구조에 적용될 수 있으며, 이는 트러스의 작업점 아래에서 회전 축의 일부 오프셋에 유리하게 작용한다.

본 발명의 실시예는 본 명세서에 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 실제로, 본 명세서에 기재된 것 외에도 본 발명의 실시예의 다양한 변형은 전술한 설명 및 첨부도면으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 이러한 변경은 하기의 청구범위에 속하는 것으로 되어 있다. 또한, 본 발명의 일부 실시예가 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현과 관련해 본 명세서에서 설명되었지만, 당업자는 그 유용성이 이에 국한되지 않고 본 발명의 실시예는 임의의 수의 목적을 위해 임의의 수의 환경에서 유리하게 구현될 수 있다. 따라서, 후술하는 청구범위는 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예의 정신과 기술사상을 충분히 고려하여 해석되어야 한다.

Claims (20)

1. 복수의 태양광 패널;
   상기 복수의 태양광 패널의 방향을 변경하기 위한 회전축;
   각각이 제1 각도로 분리되고 지면 아래 위로 뻗어 있으며 각각의 제1 트러스 기초의 작업점에서 회전축을 지지하는 한 쌍의 제1 트러스 레그를 포함하는 복수의 제1 트러스 기초; 및
   제2 각도로 분리되고 지면 아래 위로 뻗어 있으며 적어도 하나의 제2 트러스 기초의 작업점 아래에서 회전축을 지지하는 제2 쌍의 경사진 트러스 레그를 포함하는 적어도 하나의 제2 트러스 기초를 구비하는 단축 추적기.
2. 제1항에 있어서,
   각각의 제1 트러스 기초는 논-모멘트 연결을 통해 작업점에서 회전축을 지지하는 단축 추적기.
3. 제2항에 있어서,
   논-모멘트 연결은 베어링 내의 회전 부재인 단축 추적기.
4. 제3항에 있어서,
   회전 부재는 토크 튜브 및 베어링 핀 중 하나인 단축 트래커.
5. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 제2 트러스 기초는 모멘트 연결을 통해 작업점 아래에서 회전축을 지지하는 단축 추적기.
6. 제5항에 있어서,
   모멘트 연결은 단축 추적기용 구동 어셈블리에 대한 것이며, 상기 구동 어셈블리는 외부 충격으로 인한 회전축의 회전에 저항하면서 추적기가 상기 회전축을 중심으로 이동하게 하는 단축 추적기.
7. 제1항에 있어서,
   제1 각도는 35도 내지 70도인 단축 추적기.
8. 제2항에 있어서,
   제2 각도는 10도 내지 40도인 단축 추적기.
9. 각도(α)만큼 분리되고 지면 아래 위로 뻗어 있는 한 쌍의 경사진 트러스 레그;
   트러스 기초를 형성하기 위해 상기 각도(α)만큼 분리된 트러스 레그를 결합하는 어댑터; 및
   상기 어댑터에 부착되고 회전축이 트러스 기초의 작업점 아래에 오프셋으로 유지되는 단축 추적기 요소를 포함하는 모멘트 최적화 기초 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    어댑터는 모멘트 연결을 통해 회전축을 지지하는 모멘트 최적화 기초 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    추적기 요소는 외력으로 인한 추적기의 회전에 저항하면서 단축 추적기를 회전시키는 구동 어셈블리인 모멘트 최적화 기초 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    구동 어셈블리는 슬루 모터(slew motor) 및 기어 박스(gear box)를 포함하는 모멘트 최적화 기초 시스템.
13. 제11항에 있어서,
    구동 어셈블리는 2개 이상의 트래커 행을 상호 연결하는 행간 구동 어셈블리를 포함하는 모멘트 최적화 기초 시스템.
14. 복수의 태양광 패널의 방향을 변경하기 위한 회전축;
    각각이 제1 트러스 기초의 작업점에서 회전축을 지지하는 한 쌍의 제1 트러스 레그를 포함하는 복수의 제1 트러스 기초; 및
    적어도 하나의 제2 트러스 기초의 작업점 아래에서 회전축을 지지하며 제2 각도로 분리된 제2 쌍의 트러스 레그를 포함하는 적어도 하나의 제2 트러스 기초를 포함하는 힘 전달에 최적화된 단축 추적기.
15. 제14항에 있어서,
    각각의 제1 트러스 기초는 논-모멘트 연결을 통해 작업점에서 회전축을 지지하는 힘 전달에 최적화된 단축 추적기.
16. 제15항에 있어서,
    논-모멘트 연결은 베어링 내의 회전 부재에 대한 것인 힘 전달에 최적화된 단축 추적기.
17. 제16항에 있어서,
    회전 부재는 토크 튜브 및 베어링 핀 중 하나인 힘 전달에 최적화된 단축 추적기.
18. 제14항에 있어서,
    적어도 하나의 제2 트러스 기초는 모멘트 연결을 통해 작업점 아래에서 회전축을 지지하는 힘 전달에 최적화된 단축 추적기.
19. 제18항에 있어서,
    모멘트 연결은 단축 추적기용 구동 어셈블리에 대한 것이며, 구동 어셈블리는 외부 충격으로 인한 회전축의 회전에 저항하면서 추적기가 회전축을 중심으로 이동하게 하는 힘 전달에 최적화된 단축 추적기.
20. 제19항에 있어서,
    구동 어셈블리는 슬루 모터와 기어 박스 중 하나, 및 2개 이상의 트래커 행을 상호 연결하는 행간 구동 어셈블리를 포함하는 힘 전달에 최적화된 단축 추적기.

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