TW201532380A - 傾斜式追日裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之傾斜式追日裝置包括有一下支撐架、一上支撐架、一十字接頭部、一第一驅動機構以及一第二驅動機構。第一驅動機構提供上支撐架南北向之旋轉動力，包括一推桿、一連接桿及一第一驅動器。第二驅動機構提供上支撐架東西向之旋轉動力，其固設於下支撐架，包括一轉向單元及一第二驅動器。於初始狀態下，第一驅動機構頂推上支撐架，使得上支撐架與水平面具有一與所在地之緯度相同之傾斜角，俾能使每日太陽軌跡所造成之角度改變量呈線性變化，有效提升太陽能板之受光面積並增進發電效率。

Description

傾斜式追日裝置

本發明係關於一種傾斜式追日裝置，尤指一種適用於太陽能發電系統之雙軸傾斜式追日裝置。

替代能源的開發一直是各國努力的方向，太陽能是其中一種具潛力的能源，太陽照射一小時的能量如經過有效利用可以提供一天的能量需求，其優點在於蘊藏量豐富，發電過程中也不會產生汙染，有助於降低二氧化碳的排放，惟其缺點是能量密度低，必須有足夠的面積才可以產生足夠的能量。

早期的太陽能系統是將太陽能板以固定的角度放置，然而此種不能隨著太陽位置調整方向之太陽能板，使用效率較低且無法有效將太陽能聚光收集。有鑑於此，近年來對於追日型發電系統之研究廣受注意，尤其是雙軸驅動之追日裝置更易於掌握太陽移動之角度及軌跡。其中，雙軸追日裝置主要可分為傳統式的仰角-方位角追日模式以及經座標轉換後之東西向-南北向追日模式。

如中華民國公告號M364196號即是以仰角-方位角之追日模式來設計，其利用一水平齒盤結合第一動力源提供方位角之角度變化，並另以一動力源提供仰角輸出，然而此方式在中午時刻需讓太陽能板做一百八十度旋轉後再進行追日，對於控制上會有所缺失。另如中華民國公告號M378286號則是採用東西向-南北向的追日模式，其中心處為十字軸組提供東西向與南北向之旋轉，並以張力纜索結合斜張架件作為其結構體。然而，太陽能板雖與支架體以0度到50度設置，但其角度必須手動設置而不能直接控制。

此外，上述兩種雙軸之追日方式之基準面皆與地面平行，當季節變化或緯度偏差時，皆會影響到太陽能板的聚光度，大大減低發電效率，故習知技術無法對於不同的所在位置或不同的季節給予初始校準位置。發明人緣因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可以解決上述問題之傾斜式追日裝置，幾經研究實驗終至完成本發明。

本發明之主要目的係在提供一種傾斜式追日裝置，俾能在經座標轉換後之東西向-南北向的追日模式下，在起始狀態提供一與所在地之緯度相同之傾斜角，使基準面平行地球自轉軸，俾能使每日太陽軌跡所造成之角度改 變量呈線性變化，有效提升太陽能板之受光面積並增進發電效率。

為達成上述目的，本發明之傾斜式追日裝置包括有一下支撐架、一上支撐架、一十字接頭部、一第一驅動機構以及一第二驅動機構。下支撐架包括一支撐平台及一支柱體，支柱體固設於支撐平台上，作為本裝置之結構支撐；上支撐架之頂端固設有一太陽能接收單元，其可為太陽能面板，用以接收太陽光源。

十字接頭部包括一十字接頭、二下支撐座、二上支撐座及複數軸承，二下支撐座分別具有一通孔，固設於下支撐架上，二上支撐座分別具有一通孔，固設於上支撐架上，十字接頭具有四接頭端，每一接頭端分別穿設於對應之每一通孔，複數軸承係分別套設於每一通孔與每一接頭端之間。藉此，提供了雙軸之旋轉軸線，使之沿南北向及東西向來旋轉。

第一驅動機構提供上支撐架南北向之旋轉動力，包括一推桿、一連接桿及一第一驅動器，推桿之兩端分別樞設於上支撐架之一樞接點及固接第一驅動器，而連接桿之兩端分別樞接推桿及十字接頭，於初始狀態下，該第一驅動機構頂推上支撐架，使得上支撐架(基準面)與水平面具有一與所在地之緯度相同之傾斜角，藉此，使得東西向之轉軸與地球自轉軸平行，南北向之初始角度等同於目前緯度。

第二驅動機構提供上支撐架東西向之旋轉動 力，其固設於下支撐架，包括一轉向單元及一第二驅動器，轉向單元具有一輸入端及一輸出端，輸入端係套設於第二驅動器之一驅動軸，輸出端係套設於十字接頭之接頭端。藉此，透過上述轉向單元將第二驅動器所提供之扭矩，改變其輸出方向並帶動十字接頭，使得上支撐架沿東西向來旋轉。

上述推桿可具有兩截式伸縮桿件，當伸長或縮短該推桿時，上支撐架利用穿設於上支撐座之十字接頭作為轉軸，使之沿南北向旋轉，並至少可達到600mm之行程距離。

在本發明中，可更包括一第一承載板，用以將二下支撐座鎖固至下支撐架。同時，在本發明中，可更包括一第二承載板，用以將第二驅動機構鎖固至下支撐架。藉此，使各構件能更穩固的鎖附在下支撐架上，避免裝置在運轉過程中，因震顫晃動而產生敲擊噪音或造成上支撐架基準面之偏移。

其中，上述轉向單元可為螺旋傘齒輪組，可將驅動器所提供之扭矩轉換其輸出方向。上述第一驅動器及第二驅動器可為電動馬達，在使用上根據實際所需之轉矩大小選定符合馬力輸出之馬達，藉以提供上支撐架及太陽能接收單元足夠之旋轉動能。

再者，第二驅動機構可更包括一減速單元，其連接第二驅動器與轉向單元之輸入端，上述減速單元可為滾柱減速機、行星式減速機或其組合。藉此，透過改變減 速比，將第二驅動器之高轉速扭矩降低至匹配太陽每小時15度之速度，以達到低速、非間歇性運轉之特點。

以上概述與接下來的詳細說明皆為示範性質是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。

2‧‧‧下支撐架

21‧‧‧支撐平台

22‧‧‧支柱體

3‧‧‧上支撐架

31‧‧‧太陽能接收單元

32‧‧‧樞接點

4‧‧‧十字接頭部

41‧‧‧十字接頭

411‧‧‧接頭端

412‧‧‧接頭端

42‧‧‧下支撐座

421‧‧‧通孔

43‧‧‧上支撐座

431‧‧‧通孔

44‧‧‧軸承

5‧‧‧第一驅動機構

51‧‧‧推桿

52‧‧‧連接桿

53‧‧‧第一驅動器

6‧‧‧第二驅動機構

61‧‧‧轉向單元

611‧‧‧輸入端

612‧‧‧輸出端

62‧‧‧減速單元

63‧‧‧第二驅動器

631‧‧‧輸出軸

71‧‧‧第一承載板

72‧‧‧第二承載板

θ‧‧‧傾斜角

φ‧‧‧仰角

圖1係本發明一較佳實施例之傾斜式追日裝置之立體圖。

圖2係本發明一較佳實施例之傾斜式追日裝置之分解圖。

圖3係本發明一較佳實施例之傾斜式追日裝置之局部放大圖。

圖4係本發明一較佳實施例之傾斜式追日裝置之南北向作動圖。

圖5係本發明一較佳實施例之傾斜式追日裝置之東西向作動圖。

請參閱圖1至圖3，係本發明一較佳實施例之傾斜式追日裝置之立體圖、分解圖以及局部放大圖。圖中出示一傾斜式追日裝置包括有一下支撐架2、一上支撐架3、 一十字接頭部4、一第一驅動機構5、一第二驅動機構6、第一承載板71以及第二乘載板72。下支撐架2包括一支撐平台21及一支柱體22，支撐平台21固定於地面，支柱體22係為固設於支撐平台21之中空構架。上支撐架3之頂端固設有一太陽能接收單元31，在本實施例中，其以四片太陽能板所組成，一片太陽能板之尺寸約為1680mm*1640mm，而太陽能板之尺寸決定了支柱體22之高度，當所需瓦數越高，追日機構之支柱體22高度也必須越高。

接著，如圖2及圖3所示，十字接頭部4包括一十字接頭41、二下支撐座42、二上支撐座43及複數軸承44。二下支撐座42分別具有一通孔421，固設於一第一承載板71上，便於後續將整塊承載板鎖附在支柱體22之頂部斜面上。二上支撐座43分別具有一通孔431，固設於上支撐架3上。十字接頭41具有四接頭端411,412,413,414，並界定出相互垂直之二軸線，接頭端412,414之連線係為東西向之樞轉軸線；接頭端411,413之連線係為南北向之樞轉軸線。每一接頭端411,412,413,414分別穿設於對應之每一通孔421,431，其中，複數軸承44分別套設於每一通孔421,431與每一接頭端411,412,413,414之間，提供十字接頭41與每一通孔421,431之相對旋轉。

關於南北向之旋轉控制方面，需藉由第一驅動機構5提供旋轉動力，如圖2及圖3所示，第一驅動機構5包括一推桿51、一連接桿52及一第一驅動器53。推桿51係為兩截式伸縮桿件，可透過伸長或縮短該推桿51頂推上 支撐架3，使之沿南北向旋轉，並至少可達到600mm之行程距離。推桿51之一端樞設於上支撐架3之一樞接點32上，而另一端則與第一驅動器53相連接，其中，第一驅動器53係為一電動馬達以提供推桿51之滑動動能。而連接桿52之兩端分別樞接推桿51及十字接頭41之接頭端412，作為連結帶動之用。據此，藉由第一驅動機構5將十字接頭41之接頭端412與上支撐架3相連接，作為南北向旋轉時之控制機構。

關於東西向之旋轉控制方面，需藉由第二驅動機構6提供旋轉動力，如圖2及圖3所示，第二驅動機構6在本實施例中包括有一轉向單元61、一減速單元62及一第二驅動器63，固設於第二承載板72上。第二驅動器63係為一電動馬達，在使用上根據實際所需之轉矩大小選定符合之馬力輸出，此處採用具有2hp(馬力)之伺服馬達。而第二驅動器63連接一減速單元62，其為滾柱減速機與行星式減速機之組合構件，透過減速機內齒數的改變，達到所需之減速比，讓第二驅動器63之高轉速扭矩降低至匹配太陽每小時15度之速度，以達到低速、非間歇性運轉之特點。

轉向單元61在本實施例中係為螺旋傘齒輪組，具有一輸入端611和一輸出端612，經減速處理後，輸入端611套設於減速單元62之一輸出軸631中，並將輸出端612與輸入端611相嚙合，藉以改變其扭矩方向，而輸出端612係套設於十字接頭41之接頭端414上，將扭矩傳遞至十字接頭41並帶動上支撐架3使之沿東西向旋轉，提供低速、 穩定之旋轉動力。

請參閱圖4，係本發明一較佳實施例之傾斜式追日裝置之南北向作動圖。如圖所示，在初始狀態下，上支撐架3與水平面具有一與所在地之緯度相同之傾斜角θ，此時支撐架3所構成之平面即為新的基準面，有別於傳統雙軸追日裝置之基準面與水平面平行。

然而，此基準面並非根據其所在地之緯度而固定不變，也會因為季節的改變而略有變化，因此基準面在南北向會產生一仰角φ變化，但仰角φ在每天追日時幾乎是不會改變的，僅需採用一日一動或數日一動來調整南北向之仰角φ變化，其中，仰角φ之全年仰角變化介於±23.5°之間。

請參閱圖5，係本發明一較佳實施例之傾斜式追日裝置之東西向作動圖。東西向的旋轉因其基準面與水平面呈一傾斜角θ的緣故，東西向之轉軸係平行地球之自轉軸，這將使太陽軌跡所造成之角度改變量呈線性變化，有助於控制轉軸之穩定旋轉。此外，透過第二驅動機構6提供旋轉動力，經由轉向單元61、減速單元62之配合，將第二驅動器63結合適當減速比，減速輸出等同於太陽角速度之轉速，並帶動上支撐架3及太陽能接收單元31，以達到低速、非間歇性運轉之特點。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

2‧‧‧下支撐架

21‧‧‧支撐平台

22‧‧‧支柱體

3‧‧‧上支撐架

31‧‧‧太陽能接收單元

4‧‧‧十字接頭部

5‧‧‧第一驅動機構

51‧‧‧推桿

52‧‧‧連接桿

53‧‧‧第一驅動器

6‧‧‧第二驅動機構

61‧‧‧轉向單元

62‧‧‧減速單元

63‧‧‧第二驅動器

Claims (9)

1. 一種傾斜式追日裝置，包括有：一下支撐架，包括一支撐平台及一支柱體，該支柱體固設於該支撐平台上；一上支撐架，其頂端固設有一太陽能接收單元；一十字接頭部，包括一十字接頭、二下支撐座、二上支撐座及複數軸承，該二下支撐座分別具有一通孔，固設於該下支撐架上，該二上支撐座分別具有一通孔，固設於該上支撐架上，該十字接頭具有四接頭端，每一接頭端分別穿設於對應之每一通孔，該複數軸承係分別套設於每一通孔與每一接頭端之間；一第一驅動機構，係提供該上支撐架南北向之旋轉動力，包括一推桿、一連接桿及一第一驅動器，該推桿之兩端分別樞設於該上支撐架之一樞接點及固接該第一驅動器，該連接桿之兩端分別樞接該推桿及該十字接頭，於初始狀態下，該第一驅動機構頂推該上支撐架，使得該上支撐架與水平面具有一與所在地之緯度相同之傾斜角；以及一第二驅動機構，係提供該上支撐架東西向之旋轉動力，其固設於該下支撐架，包括一轉向單元及一第二驅動器，該轉向單元具有一輸入端及一輸出端，該輸入端係套設於該第二驅動器之一驅動軸，該輸出端係套設於該十字接頭之該接頭端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之傾斜式追日裝置，其中，該推桿具有兩截式伸縮桿件，並至少有600mm之行程距離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之傾斜式追日裝置，其中，更包括一第一承載板，用以將該二下支撐座鎖固至該下支撐架。
4. 如申請專利範圍第1項所述之傾斜式追日裝置，其中，更包括一第二承載板，用以將該第二驅動器鎖固至該下支撐架。
5. 如申請專利範圍第1項所述之傾斜式追日裝置，其中，該轉向單元係為螺旋傘齒輪組。
6. 如申請專利範圍第1項所述之傾斜式追日裝置，其中，該第二驅動機構更包括一減速單元，其連接該第二驅動器與該轉向單元之該輸入端。
7. 如申請專利範圍第6項所述之傾斜式追日裝置，其中，該減速單元係為滾柱減速機、行星式減速機或其組合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之傾斜式追日裝置，其中，該第一驅動器係為電動馬達。
9. 如申請專利範圍第1項所述之傾斜式追日裝置，其中，該第二驅動器係為電動馬達。