PL249058B1

PL249058B1 - Tracker, especially of the solar collector

Info

Publication number: PL249058B1
Application number: PL446210A
Authority: PL
Inventors: Bogdan Wera
Original assignee: Bogdan Wera
Priority date: 2023-09-23
Filing date: 2023-09-23
Publication date: 2026-02-23
Also published as: PL446210A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest traker, zwłaszcza kolektora słonecznego, zawierający podstawę, obrotowy słup, napęd, ramę panelu oraz łożyska. Obrotowy słup (5) osadzony jest wewnątrz cylindrycznego korpusu (2) za pośrednictwem łożyska górnego i łożyska dolnego. Łożysko górne jest zamontowane do trzonu (5.1) obrotowego słupa (5) poprzez flanszę górną, obejmującą łożysko górne od góry i osadzone jest na pierścieniu (2.4) znajdującym się w górnej części korpusu (2). Łożysko dolne zamocowane jest centralnie w dolnej części korpusu (2) i stanowi łożysko samonastawne.The subject of the application is a tracker, particularly for a solar collector, comprising a base, a rotating pole, a drive, a panel frame, and bearings. The rotating pole (5) is mounted inside a cylindrical body (2) via an upper bearing and a lower bearing. The upper bearing is mounted to the shaft (5.1) of the rotating pole (5) via an upper flange, which encloses the upper bearing from above, and is mounted on a ring (2.4) located in the upper part of the body (2). The lower bearing is mounted centrally in the lower part of the body (2) and constitutes a self-aligning bearing.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest traker, zwłaszcza kolektora solarnego. Pod pojęciem trakera należy rozumieć konstrukcję nadążną przeznaczoną do panelu lub kolektora, bądź też zespołu paneli lub kolektorów zamocowanych we wspólnej ramie. Ujawnione rozwiązanie dotyczy obrotowej konstrukcji wsporczej przeznaczonej w szczególności do systemu nadążnego kolektorów słonecznych, który ma na celu śledzenie ruchu słońca dążąc do najlepszej ekspozycji instalacji od świtu do zmierzchu. Rozwiązanie to można również wykorzystać jako konstrukcję nadążną dla paneli fotowoltaicznych.The invention concerns a tracker, particularly for a solar collector. A tracker is defined as a tracking structure designed for a panel or collector, or a set of panels or collectors mounted in a common frame. The disclosed solution concerns a rotating support structure designed specifically for a solar collector tracking system, which aims to track the sun's movement, achieving optimal exposure from dawn to dusk. This solution can also be used as a tracking structure for photovoltaic panels.

Znanych jest szereg rozwiązań dotyczących konstrukcji wsporczych paneli systemów nadążnych, a wśród nich konstrukcje wsporcze paneli zawierające obrotowy słup, przystosowane do sterowania pozycją z wykorzystaniem dwóch siłowników.There are a number of known solutions for supporting structures of tracking system panels, including panel supporting structures containing a rotating pole, adapted to control the position using two actuators.

Ze stanu techniki znane jest rozwiązanie metody i urządzenia do kontroli trakera będącego w rozumieniu tego opisu patentowego elementem wykonawczym systemu nadążnego, przedstawione w publikacji zgłoszenia międzynarodowego numer WO 93/13396A1. Konstrukcja tego znanego trakera została przedstawiona na rysunku oraz opisana w przykładzie wykonania. Podstawowym elementem konstrukcji jest słup podtrzymujący ruchomą ramę, na której znajduje się szereg fotowoltaicznych paneli konwersji energii słonecznej wytwarzających energię elektryczną. Wzniesienie ramy, a tym samym paneli, jest regulowane w jednej osi za pomocą napędu sterownika w postaci siłownika wzniesienia, podczas gdy rama jest regulowana w innej osi za pomocą napędu siłownika azymutu.The prior art includes a method and device for controlling a tracker, which, within the meaning of this patent description, is an actuator of a tracking system. This is presented in international application publication number WO 93/13396A1. The design of this known tracker is shown in the drawing and described in an embodiment example. The basic element of the structure is a pole supporting a movable frame on which a series of photovoltaic solar energy conversion panels generating electricity are mounted. The elevation of the frame, and thus the panels, is adjusted in one axis using a controller drive in the form of an elevation actuator, while the frame is adjusted in another axis using an azimuth actuator drive.

W innym rozwiązaniu znanym z polskiego zgłoszenia patentowego P.438100, ujawniono konstrukcję wsporczą z dwiema osiami obrotu do paneli fotowoltaicznych. Konstrukcja ta zawiera podstawę, maszt zamocowany do podstawy, obracający się wokół własnej osi podłużnej oraz stelaż przeznaczony do montażu paneli fotowoltaicznych zamocowany do masztu za pomocą połączenia wahliwego zapewniającego ruch stelaża wokół osi obrotu. Maszt zawiera mechanizm do odbierania ruchu posuwistego i/lub obrotowego i przenoszenia go na ruch obrotowy masztu wokół osi podłużnej. Konstrukcja wsporcza zawiera mechanizm do poruszania stelażem w osi Y w ustalonym zakresie, który składa się ze sprężyny naciągowej oraz z cięgna. Przedmiotem wynalazku jest również system do obracania w dwóch osiach obrotu konstrukcji wsporczych do paneli fotowoltaicznych.Another solution, known from Polish patent application P.438100, discloses a support structure with two axes of rotation for photovoltaic panels. This structure comprises a base, a mast attached to the base, rotating around its longitudinal axis, and a frame for mounting photovoltaic panels, attached to the mast via a pivot connection that allows the frame to move around the axis of rotation. The mast includes a mechanism for receiving translational and/or rotational movement and transferring it to rotational movement of the mast around the longitudinal axis. The support structure includes a mechanism for moving the frame in the Y axis within a predetermined range, which consists of a tension spring and a cable. The invention also provides a system for rotating photovoltaic panel support structures along two axes of rotation.

Celem rozwiązania jest opracowanie konstrukcji trakera na pojedynczym słupie, która rozwiąże problem niewyważenia systemu nadążnego oraz odchyleń od współosiowości układu, zapewniając niskie opory ruchu systemu nadążnego i zwiększoną żywotność łożyskowania układu.The aim of the solution is to develop a single-pole tracker design that will solve the problem of tracking system imbalance and deviations from the system's coaxiality, ensuring low motion resistance of the tracking system and increased service life of the system's bearings.

Według wynalazku traker, zwłaszcza kolektora solarnego, zawiera podstawę, korpus, obrotowy słup, napęd, ramę panelu oraz łożyska łączące obrotowy słup z korpusem.According to the invention, a tracker, especially a solar collector, comprises a base, a body, a rotating pole, a drive, a panel frame and bearings connecting the rotating pole to the body.

Według wynalazku konstrukcja wsporcza systemu nadążnego charakteryzuje się tym, że obrotowy słup osadzony jest wewnątrz cylindrycznego korpusu za pośrednictwem łożyska górnego i łożyska dolnego. Łożysko górne jest zamontowane przy trzonie obrotowego słupa poprzez flanszę górną obejmującą łożysko górne od góry i osadzone jest na pierścieniu znajdującym się w górnej części korpusu. Łożysko dolne zamocowane jest centralnie w dolnej części korpusu i stanowi łożysko samonastawne.According to the invention, the support structure of the tracking system is characterized by a rotating column mounted inside a cylindrical body via an upper bearing and a lower bearing. The upper bearing is mounted to the shaft of the rotating column via an upper flange that encloses the upper bearing from above and is mounted on a ring located in the upper part of the body. The lower bearing is mounted centrally in the lower part of the body and constitutes a self-aligning bearing.

W korzystnej wersji rozwiązania trzon obrotowego słupa stanowi rura zakończona u dołu czopem osadzonym w łożysku dolnym.In the preferred version of the solution, the shaft of the rotating column is a tube terminated at the bottom with a pin mounted in the lower bearing.

W dalszej korzystnej wersji rozwiązania obrotowy słup jest unieruchomiony w łożysku dolnym za pomocą środka łączącego z podkładką opartą po przeciwnej stronie tulei łożyska dolnego, gdzie podkładka opiera się na powierzchni łożyska dolnego.In a further preferred embodiment, the rotating column is fixed in the lower bearing by means of a connecting means with a washer resting on the opposite side of the lower bearing sleeve, where the washer rests on the surface of the lower bearing.

W korzystnym wariancie rozwiązania napęd zawiera co najmniej siłownik wertykalny wraz z zasilaniem i sterowaniem, gdzie siłownik wertykalny zamocowany jest poziomo jednym końcem na pierwszym ramieniu przy korpusie, a drugim końcem przy obrotowym słupie.In a preferred embodiment, the drive comprises at least a vertical actuator with power supply and control, wherein the vertical actuator is mounted horizontally with one end on the first arm at the body and with the other end at the rotating column.

Korzystnie rura obrotowego słupa w górnej części jest połączona z horyzontalnie ustawioną belką. Belka zawiera zlokalizowane symetrycznie względem osi rury dwa pierwsze elementy zawiasowe połączone z drugimi elementami zawiasowymi ramy panelu, gdzie pierwsze elementy zawiasowe i drugie elementy zawiasowe wraz z środkami łączącymi stanowią połączenie zawiasowe między belką a ramą panelu.Preferably, the tube of the rotating column is connected at its upper part to a horizontally oriented beam. The beam comprises two first hinge elements located symmetrically with respect to the axis of the tube and connected to second hinge elements of the panel frame, wherein the first hinge elements and the second hinge elements together with the connecting means constitute a hinge connection between the beam and the panel frame.

W kolejnym korzystnym wariancie rozwiązania według wynalazku napęd zawiera siłownik horyzontalny zamocowany pionowo jednym końcem na drugim ramieniu przy obrotowym słupie, a drugim końcem przy ramie panelu.In another preferred variant of the solution according to the invention, the drive comprises a horizontal actuator vertically mounted with one end on the second arm at the rotating pole and with the other end at the panel frame.

Zaproponowana konstrukcja, w której obok standardowo wykorzystywanego łożyska górnego w postaci łożyska tocznego zawiera łożysko dolne w postaci łożyska samonastawnego, umożliwia zniwelowanie błędów tolerancji i przewiduje zastosowanie dwóch łożysk w dużym dystansie od siebie, co korzystnie wpływa na ich zdolność do przenoszenia momentu siły wywołanego przykładowo podmuchami wiatru uderzającego w powierzchnię paneli. Tym samym łożysko samonastawne w tym układzie zapewnia zwiększoną żywotność obu łożysk niwelując niekorzystne skutki niewyważenia konstrukcji wraz z panelami czy odchyleń od współosiowości układu. Zaproponowana konstrukcja pozostaje ró wnież niewrażliwa na termiczne zmiany wymiarowe współpracujących elementów. Powiązanie łożyska górnego z obrotowym słupem znacząco niweluje problemy montażowe umożliwiając montaż korpusu ze słupem obrotowym poprzez wsunięcie jednej części w drugą, bez konieczności stosowania specjalistycznych narzędzi, ani też bez ryzyka uszkodzenia łożyskowania układu.The proposed design, which incorporates a lower self-aligning bearing in addition to the standard upper bearing in the form of a rolling bearing, allows for the elimination of tolerance errors and utilizes two bearings spaced far apart, which positively impacts their ability to transmit torque, for example, caused by gusts of wind hitting the panel surface. The self-aligning bearing in this arrangement ensures increased service life for both bearings, eliminating the adverse effects of imbalance between the structure and panels or deviations from the system's alignment. The proposed design is also insensitive to thermal dimensional changes in the interacting components. Linking the upper bearing to the rotating column significantly reduces assembly problems, allowing the body to be assembled with the rotating column by sliding one part into the other, without the need for specialized tools or the risk of damaging the system's bearings.

Przedmiot wynalazku został zilustrowany w przykładzie wykonania na załączonym rysunku, który nie ogranicza jego zakresu ochrony. Wynalazek został przedstawiony na niżej wymienionych figurach rysunku:The invention is illustrated in an embodiment in the attached drawing, which does not limit its scope of protection. The invention is shown in the following drawings:

fig. 1 - konstrukcja wsporcza systemu nadążnego trakera, fig. 2 - obszar dolnego łożyskowania konstrukcji wsporczej trakera według fig. 1 w przekroju, fig. 3 - obszar górnego łożyskowania konstrukcji wsporczej trakera według fig. 1 w przekroju.Fig. 1 - supporting structure of the tracking system of the tracker, Fig. 2 - the area of the lower bearing of the supporting structure of the tracker according to Fig. 1 in cross-section, Fig. 3 - the area of the upper bearing of the supporting structure of the tracker according to Fig. 1 in cross-section.

Na rysunku fig. 1 przedstawiono przykład wykonania trakera, czyli konstrukcji wsporczej systemu nadążnego kolektora słonecznego. Konstrukcja wsporcza zawiera podstawę 1 w postaci spawanej konstrukcji z profili stalowych. Do podstawy za pomocą flanszy mocującej 2.6 przytwierdzony jest cylindryczny korpus 2, którego cylinder stanowi rura 2.2. Wewnątrz korpusu 2 osadzony jest obrotowy słup 5, w sposób umożliwiający mu obrót wokół własnej wzdłużnej osi symetrii. Trzon 5.1 obrotowego słupa 5 w górnej części jest połączony z horyzontalnie ustawioną belką 5.3, która zawiera zlokalizowane symetrycznie względem osi trzonu 5.1 dwa pierwsze elementy zawiasowe 5.4 połączone z dwoma drugimi elementami zawiasowymi 6.1 ramy panelu 6. Pierwsze elementy zawiasowe 5.4 i drugie elementy zawiasowe 6.1 wraz z środkami łączącymi 9 stanowią połączenie zawiasowe między belką 5.3 a ramą panelu 6, zapewniając tym samym ruchomość ramy w horyzontalnej osi połączeń zawiasowych. Napęd zawiera siłownik wertykalny 8.1 i siłownik horyzontalny 8.2 wraz z zasilaniem i sterowaniem. Siłownik wertykalny 8.1 zamocowany jest poziomo jednym końcem na pierwszym ramieniu 2.1 przyspawanym do korpusu 2, a drugim końcem przy obrotowym słupie 5. Siłownik horyzontalny 8.2 zamocowany jest pionowo jednym końcem na drugim ramieniu 5.5 przyspawanym do obrotowego słupa 5, a drugim końcem przy ramie panelu 6.Figure 1 shows an example of a tracker, i.e., a supporting structure for a tracking solar collector system. The supporting structure comprises a base 1 in the form of a welded structure made of steel profiles. A cylindrical body 2, the cylinder of which is a tube 2.2, is attached to the base by means of a mounting flange 2.6. A rotating pole 5 is mounted inside the body 2, enabling it to rotate around its own longitudinal axis of symmetry. The shaft 5.1 of the rotating pole 5 is connected in its upper part to a horizontally oriented beam 5.3, which comprises two first hinge elements 5.4 located symmetrically with respect to the shaft axis 5.1, connected to two second hinge elements 6.1 of the panel frame 6. The first hinge elements 5.4 and the second hinge elements 6.1, together with the connecting means 9, constitute a hinge connection between the beam 5.3 and the panel frame 6, thus ensuring the mobility of the frame along the horizontal axis of the hinge connections. The drive comprises a vertical actuator 8.1 and a horizontal actuator 8.2, together with power supply and control. The vertical actuator 8.1 is mounted horizontally with one end on the first arm 2.1 welded to the body 2, and the other end on the rotating column 5. The horizontal actuator 8.2 is mounted vertically with one end on the second arm 5.5 welded to the rotating column 5, and the other end on the panel frame 6.

Jak to pokazano na rysunku fig. 2, trzon 5.1 obrotowego słupa 5 stanowi rura, zamknięta od dołu zaślepką 5.7, w którą wkręcony jest czop 5.2. Czop 5.2 jest osadzony w łożysku dolnym 3, które jest łożyskiem samonastawnym, kulkowym, jednorzędowym, w oprawie typu UCF. Po przeciwnej stronie do czopa 5.2, na łożysku dolnym 3 oparta jest podkładka 7, która jest skręcona z czopem 5.2 środkiem łączącym 9 w postaci śruby z standardową podkładką. Podkładka zabezpiecza czop 5.2 przed wysunięciem się z łożyska dolnego 3. Łożysko dolne 3 jest zamocowane na flanszy nośnej 2.3, która przykręcona jest na gwintowanych szpilkach do flanszy pośredniej 2.5. Flansza pośrednia zespawana jest z rurą 2.2 korpusu 2.As shown in Fig. 2, the shaft 5.1 of the rotating column 5 is a tube, closed at the bottom by a cap 5.7, into which the journal 5.2 is screwed. The journal 5.2 is mounted in the lower bearing 3, which is a self-aligning, single-row ball bearing in a UCF type housing. On the side opposite the journal 5.2, a washer 7 rests on the lower bearing 3, which is screwed to the journal 5.2 by means of a connecting means 9 in the form of a screw with a standard washer. The washer protects the journal 5.2 against slipping out of the lower bearing 3. The lower bearing 3 is mounted on a support flange 2.3, which is screwed on threaded pins to the intermediate flange 2.5. The intermediate flange is welded to the tube 2.2 of the body 2.

Na rysunku fig. 3 przedstawiono połączenie obrotowego słupa 5 z korpusem 2 w górnej części. Do trzonu 5.1 obrotowego słupa 5 przyspawana jest flansza górna 5.6, na której zamontowane jest łożysko górne 4. Podczas montażu obrotowego słupa 5 w korpusie, trzon 5.1 jest wsuwany w korpus 2 od góry, czop 5.2 jest osadzany w łożysku dolnym 3, a w tym czasie łożysko górne 4 jest wsuwane w gniazdo 2.4 zawierające w tym przykładzie wykonania fazę głęboką na 4 mm i odchyloną od pionu pod kątem 20 stopni. Ostatecznie korpus 2 zostaje osłonięty od góry flanszą górną 5.6 zabezpieczając oba łożyska przed bezpośrednim działaniem środowiska zewnętrznego, zwłaszcza przez zanieczyszczeniami.Figure 3 shows the connection of the rotating column 5 with the upper part of the body 2. An upper flange 5.6 is welded to the shaft 5.1 of the rotating column 5, on which the upper bearing 4 is mounted. During assembly of the rotating column 5 in the body, the shaft 5.1 is inserted into the body 2 from above, the journal 5.2 is mounted in the lower bearing 3, and at the same time the upper bearing 4 is inserted into the socket 2.4, which in this embodiment has a chamfer 4 mm deep and inclined from the vertical at an angle of 20 degrees. Finally, the body 2 is covered from above with an upper flange 5.6, protecting both bearings from the direct action of the external environment, especially from contamination.

Claims

Patent claims

1. A tracker, especially for a solar collector, comprising a base, a body, a rotating pole, a drive, a panel frame and bearings connecting the rotating pole with the body, characterized in that the rotating pole (5) is mounted inside a cylindrical body (2) by means of an upper bearing (4) and a lower bearing (3), wherein the upper bearing (4) is mounted at the shaft (5.1) of the rotating pole (5) by means of an upper flange (4) embracing the upper bearing (4) from above and is mounted on a ring (2.4) located in the upper part of the body (2), and the lower bearing (3) is mounted centrally in the lower part of the body (2) and constitutes a self-aligning bearing.

2. Tracker according to claim 1, characterized in that the shaft (5.1) of the rotating column (5) is a tube terminated at the bottom with a pin (5.2) mounted in the lower bearing (3).

3. Tracker according to claim 1 or 2, characterized in that the rotating post (5) is mounted in the lower bearing (3) by means of a connecting means (9) with a washer (7) resting on the opposite side of the lower bearing bush (3) to said rotating post (5).

4. Tracker according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the drive comprises at least a vertical actuator (8.1) with power supply and control, mounted horizontally with one end on the first arm (2.1) to the body (2) and with the other end to the rotating column (5).

5. Tracker according to claim 1 or 2 or 3 or 4, characterized in that the shaft (5.1) of the rotating post (5) is connected in the upper part to a horizontally arranged beam (5.3), wherein the beam (5.3) comprises two first hinge elements (5.4) located symmetrically with respect to the axis of the tube (5.1) connected to two second hinge elements (6.1) of the panel frame (6), wherein the first hinge elements (5.4) and the second hinge elements (6.1) together with the connecting means (9) constitute a hinge connection between the beam (5.3) and the panel frame (6).

6. Tracker according to claim 1 or 2 or 3 or 4 or 5, characterized in that it comprises a horizontal actuator (8.2) vertically mounted with one end on the second arm (5.5) at the rotating column (5) and with the other end at the panel frame (6).