TWI424136B - 用於太陽能板之雙軸式太陽追蹤器系統與裝置 - Google Patents

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Description

用於太陽能板之雙軸式太陽追蹤器系統與裝置
本發明係關於一種簡化結構且成本較低的雙軸式太陽追蹤器，用於太陽能光電池(photovoltaic，PV)板及太陽能聚光電池(concentrated photovoltaic，CPV)板上，並用於採用反射聚陽光系統的太陽聚光器及史特靈引擎(Stirling engine)反射碟上。本發明尤指一種簡化結構且以重力作中心的追蹤結構，該追蹤結構包含單一或兩個低成本的線性驅動器，且該線性驅動器安裝在地柱(ground post)的一側，可便於以較低的成本進行更換及維修。
太陽能光電池板逐漸成為一般住宅區屋頂上的標準配備。照射到屋頂上太陽能板的太陽能多寡，依太陽與太陽能板之間所形成仰角的正弦值(sine)而定。換言之，由於兩者所形成的仰角在日出或日落時最小，所以平放的太陽能板所能收集到的太陽能最少。在緯度大約34度的地區，如果將太陽能板安裝在雙軸式太陽追蹤器上，則相較於水平、固定的太陽能板而言，可以多收集49%的太陽能。但是在住宅區屋頂上的太陽能光電池板加裝太陽追蹤器並不實際。至於對太陽能發電廠而言，如果太陽追蹤器的成本不是其主要的考量，那麼在太陽追蹤器上安裝太陽能板確實是可行的。在太陽能聚光電池系統中，太陽能板及其光學配件必須直接面向太陽，以便集中太陽光束。在太陽能光電池及太陽能聚光電池兩系統中，最主要的成本來自於使用傳統的雙軸式太陽追蹤器。在太陽能光電池系統中，如果太陽追蹤器的成本超出太陽能板成本的三分之一，那麼一般就可能不會考慮使用，因為為此進行投資改良並不划算。此外，相較於太陽追蹤器上的固定零件，可動零件的可靠度較低。另一方面，在太陽能聚光電池系統中，若要使太陽能板妥善運作，則必須強制太陽能板與太陽射線互為垂直方可。
在聚光式太陽熱能發電(concentrated solar thermo power，CSP)的應用方面，太陽追蹤器也被用來反射與集中太陽射線。主要的應用方式為將許多太陽反射器固定在雙軸式太陽追蹤器上以收集太陽能。接著再將所收集到的太陽能集中到裝滿水或熔鹽的加熱箱來進行發電。像這樣大規模的太陽發電廠，通常稱作「反射聚陽光系統」(heliostat)發電廠。在反射聚陽光系統發電廠的總成本中，以太陽追蹤器的成本占最高。另一個可以應用本發電系統是史特靈引擎。太陽熱史特靈引擎亦需使用雙軸式太陽追蹤器來收集聚光太陽射線，再利用太陽射線進行加熱，以便發電。本發明以其安裝方式簡單、元件成本低、維修費低及高耐用性等優勢，將更有益於採用太陽熱集中方式的史特靈引擎。
典型雙軸式太陽追蹤器由地柱(ground post)組成，該地柱固定在以混凝土作底座的地底結構中。也可以使用對生態較為友善的螺旋形地柱，螺旋形地柱乃直接鑽入地中，而不使用混凝土底座。在地柱的頂端安裝一旋轉驅動器(slewing drive)以同時支撐太陽能板的重量及水平角旋轉(azimuth rotation)。在旋轉驅動器的頂端固定一線性驅動器在旋轉驅動器及太陽能板之間，以便將太陽能板朝仰角方向提升。雙軸式太陽追蹤器在水平角及仰角上的移動，可以驅動太陽能板直接面向太陽。
然而傳統的太陽追蹤器有一些缺點：一、旋轉驅動器除了必須支撐太陽能板全部的重量外，還必須承載因太陽能板固定傾斜而產生出來的側向力及力矩，並承載太陽能板上的風載(wind load)。二、太陽能板的重量以及側向力所產生的力矩，使得旋轉驅動器的大小取決於太陽能板的大小與重量。而且旋轉驅動器的蝸桿(worm drive)與旋轉齒輪兩元件必須與滾珠軸承(ball bearing)組裝在一起，其中滾珠軸承承受太陽能板的全部重量以及施加在旋轉驅動器上的力矩。如此一來，旋轉驅動器(slewing drive)就會變得非常笨重。三、如果遇到旋轉驅動器發生問題而必須修理或更換時，則必須先拆解整塊太陽能板才能繼續進行。四、由於線性驅動器所提供給單一太陽能板之提升機制(lifting mechanism)的緣故，所以相對於旋轉驅動器的軸心(pivoting point)，太陽能板的重心經常變動，這樣可能會迫使旋轉驅動器必須承受最大的力矩。因此，在設計旋轉驅動器及線性驅動器時，必須考量到太陽能板在傾斜時可能會產生的最大力矩及最大側向力。但這樣又會造成傳統的雙軸式太陽追蹤器變得非常笨重，而且價格昂貴。有鑑於此，本發明提出一種簡化的太陽追蹤器，同時具備價格低廉、重量輕且維修成本低的優點，有助於因應即將到來的能源革命。
為了克服上述傳統雙軸式太陽追蹤器的缺點，本發明所揭露之雙軸式太陽追蹤器，可解決上述部份或所有的問題。其一，本發明避開了將太陽能板的重量與側向力承載在水平角驅動器及仰角驅動器上，而將太陽能板的重量承載在旋轉頭(rotating head)的上面。旋轉頭直接套在地柱的上面，且兩者之間適切地以上軸承和下軸承(upper and lower bearings)固定住。旋轉頭與軸承不僅在垂直方向上承載了整個太陽能板的重量，也在水平方向上平衡了因太陽能板之風載所產生的力矩。此外，由於上軸承和下軸承需長期使用，故本發明可選擇性地使用成本低且無須保養的軸套材質。因此，固定在下方地柱及上方旋轉頭之間的水平角驅動器，不受太陽能板直向(重力)及側向力矩的影響。故本發明所揭露之雙軸式太陽追蹤器在水平角驅動整塊太陽能板時，無須耗費太多力量。
另一方面，本發明將太陽追蹤器分成重量均等的兩段，由一水平梁(管)支撐，且水平梁的重心落在圓筒型的旋轉頭之上。太陽追蹤器的每一段同時在水平梁上保持平衡，如此一來太陽追蹤器可以沿著重力中線，在水平梁上自由地旋轉，因此仰角驅動器也無須耗費太多力量。
另一方面，傳統太陽追蹤器將旋轉驅動器固定在地柱與太陽能板間的中央位置，一旦傳統太陽追蹤器的旋轉驅動器發生狀況，就必須移除或拆解整塊太陽能板。相較之下，本發明利用螺帽和螺栓以安裝配件的方式，將水平角驅動器及仰角驅動器安裝在地柱及旋轉頭的一側。這樣做的好處在於容易安裝、拆除及更換，而且只要一名維修人員就能進行例行性的維修工作。這也是本發明之太陽追蹤器與傳統太陽追蹤器的最大差別。藉由本發明所提出的低成本線性驅動器，將水平角驅動器固定在一側，可便於定期維修或更換，就可以延長太陽追蹤器的壽命。
再另外一方面，本發明之雙軸式太陽追蹤器配備一抗風鎖裝置。每當強風超出風力臨界值時，抗風鎖裝置就會啟動。所述抗風鎖裝置利用電磁力將太陽追蹤器固定在中性風的位置，並牢牢地鎖在使用兩電磁驅動鎖的地柱上，這樣可使太陽追蹤器上的線性驅動器承受強風期間所受到的震動與拍打。再者，在經常刮風的地區，為了保護線性驅動器，可以使用逐步抗風鎖裝置，如此一來可讓線性驅動器及太陽追蹤器免受強風的侵襲，大大延長其使用壽命。
以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可用以實施之特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「頂」、「底」、「水平」、「垂直」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
追蹤器支撐結構
請參見第1圖，第1圖繪示本發明之雙軸式太陽追蹤器10。太陽追蹤器10包含固定之圓筒型地柱(ground post)20，且地柱20上面套上一圓筒型旋轉頭(rotating head)30。旋轉頭30由一圓筒管製成，而該圓筒管的頂端以上方形板36或以U形管固定起來，其中管支架的形狀並不限於U形。地柱輿旋轉頭較佳的使用材質為鍍鋅鋼且具吸磁性。在旋轉頭30的內側，其底端有一圓筒軸套34吻合地放置在地柱20與旋轉頭30之間。圓筒軸套34不僅方便旋轉頭30對地柱20進行同軸旋轉(coaxial rotation)，也可中和太陽能板受風載(wind load)所施予之側向力矩(lateral torque)。在旋轉頭30內側的頂端，有一圓筒型帶緣軸套22吻合地放置在旋轉頭 30與地柱20之間，且帶緣軸套22的凸緣頂端可以閉合。換言之，帶緣軸套22的凸緣頂端與旋轉頭30的內壁吻合，而帶緣軸套22的圓筒尾端與地柱20的內壁吻合。故於直立時，帶緣軸套22的頂端支撐追蹤器支架及太陽能板52的全部重量，並在圓筒軸套34中和風載所施予之側向力矩時作為一樞軸點。為更方便於旋轉，在較佳實施例中，帶緣軸套22的頂端放置另一滑墊圈(thrust washer bushing)17。然而，商業上使用的帶緣軸套22可能無法確實吻合在外部之旋轉頭30的內徑以及在內部之地柱20的內徑，因此可以改用滑墊碟(disk bushing)16或滑墊圈(washer bushing)17來取代帶緣軸套22，其中滑墊碟16的直徑可以比旋轉頭30的內徑稍小。甚至於使用兩層滑墊碟16或兩層滑墊圈17，並將兩層滑墊碟或兩滑墊圈之潤滑面相對並塗上潤滑劑(lubricant)以大幅降低旋轉頭30旋轉時的摩擦力。該潤滑劑可以為液狀或固狀，而且直至太陽追蹤器10壽終為止都無須再次裝填補充。當使用上滑墊碟16或滑墊圈17時，在旋轉頭30內側首尾兩端的側壁，需另外使用和圓筒軸套34同樣的軸套，可以保持同軸旋轉以及側向支撐。關於使用兩層滑墊碟16或滑墊圈17的繪示，請參見第1圖的右側。較佳的滑墊圈，滑墊碟及軸套的使用材質是為金屬多孔質合金且可滲入固態潤滑劑。
其他可以用來取代帶緣軸套22的物件還有，使用單一錐型滾柱軸承(tapered roller bearing)19，或使用推力滾柱軸承(thrust roller bearing)18及圓筒軸套34的組合，其中推力滾柱軸承18用於頂端，而圓筒軸套34用於側壁。然而，地柱20的頂端需焊接一圓筒頸，以吻合 地插入錐型滾柱軸承19或推力滾柱軸承18的中心孔中。使用推力滾柱軸承18的優點在於推力滾柱軸承18的直徑無須完全吻合旋轉頭30的內徑，這是因為旋轉頭30的頭尾兩端使用了圓筒軸套34，讓旋轉頭30可以進行同軸旋轉，並可承受側向力。其他可以用來取代圓筒軸套34的物件包括使用圓筒型滾柱軸承，或使用滾針軸承以縮小旋轉頭30及地柱20之間的間隙。使用滾柱軸承時，因為摩擦較小，所以旋轉頭30會轉得較快。然而以一天日照12小時、太陽追蹤器10以180度進行水平角旋轉來看，這樣的旋轉速度其實相當慢，因而能夠使用成本較低的軸套。此外，旋轉驅動器力量主要是用來對抗施加在太陽能板上的風載，僅一小部分作用於旋轉頭30的旋轉上。
若要在不測的天候狀況下長期使用，由於帶緣軸套22或滑墊碟16或滑墊圈17和圓筒軸套34之組合的成本及維修費用較為低廉，可視為最佳實施例組合。此外，市面上供應給工業重機械使用的圓筒軸套34、圓筒帶緣軸套22、上滑墊碟16及滑墊圈17有很多尺寸可供選擇。以上這些軸套由多孔質合金(porous alloy)、黃銅、青銅或合成物質製成。這個組合也能提供低摩擦力旋轉以及低廉維修費用，於長期使用狀況下作為一次塗上固態潤滑劑之用。
在旋轉頭30之上有一長型圓筒水平梁(管)50。水平梁50與U形夾鉗44一起固定在上方形板36，並用中心圓筒軸套40套在兩者之間，如第1圖所繪示。該最高圓筒軸套所用之材質類似於旋轉頭30內側的圓筒軸套34。較佳地，水平梁50使用無縫鍍鋅管，這可獲得較佳的旋轉品質。水平梁50的兩側各裝上一組追蹤器支架521及太陽能板52，兩組相互對 稱。水平梁50的重心落在中心圓筒軸套40上以維持平衡。再者，位於旋轉頭30兩側之追蹤器支架521由於中線重心在中線的緣故，更進一步地在水平梁50上維持平衡狀態。因此，太陽追蹤器10兩側的太陽能板52不僅在中心圓筒軸套40上維持平衡，也同時在水平梁50上維持平衡狀態。兩軸若要保持重量平衡，有賴於兩前後左右對稱之太陽能板52安裝在水平梁50上。尚有另一種用非旋轉水平梁(管)50安裝追蹤器支架521的方式，將於之後的內容中論述。本追蹤裝置的安裝方式有別於傳統的安裝方式，傳統上利用旋轉驅動器將大型太陽能板頂在驅動器上，而利用線性驅動器將太陽能板撐起。而本發明安裝在水平梁50兩側的太陽能板52有一項優點，可將太陽能板近零度的位置開始旋轉，利於追蹤出現在地平面上的太陽。此外，當晚上太陽能板52處在垂直位置時，也比較容易清除上面的塵土或積水。第1圖僅繪示太陽追蹤器10，而未繪示水平角線性驅動器及仰角線性驅動器。第1圖顯示太陽追蹤器10在機電驅動器安裝好之前，可以利用少量外力進行水平角及仰角的旋轉。這一點是本發明與傳統太陽追蹤器最主要的差別。
此外，水平梁50固定在旋轉頭30的方式有很多。舉例來說，只要旋轉頭30上面的水平梁50中段切面是圓筒型的，水平梁50兩側則可改用正方形梁或長方形梁取代。又例如說，正方形梁與水平梁50內側的中段部分相吻合。使用正方形梁或長方形梁可能更便於架設太陽能板的支架。
單一線性驅動器進行水平角旋轉
請參見第2圖，第2圖繪示單一線性驅動器固定在旋轉頭30及地柱20間的一側以進行水平角旋轉。L形支架38固定在旋轉頭30的上部，L形支架38的開口端透過水平樞紐25(螺栓的尺寸與兩通孔吻合)與水平角線性驅動器(azimuth linear actuator)28的驅動桿27連接。線性驅動器的主體經由旋轉臂26與樞紐24固定在地柱20上。樞紐24的設計像門絞鏈(door hinge)，以一延伸桿固定在地柱20上。較佳實施例是將旋轉臂26的尾端彎曲成90度，以便能夠水平地鉗夾住水平角線性驅動器主體28。較佳的做法是將L形支架38固定在旋轉頭30的上部，這是因為L形支架38的直徑比地柱20更大，因此需要用較短的L形支架38。而旋轉臂26鉗夾住水平角線性驅動器28的主體。較佳實施例為，旋轉臂26鉗夾住水平角線性驅動器28主體的頂端而構成直角。將水平角線性驅動器28與驅動桿27反向固定在旋轉頭30及地柱20上是可行的，但較不建議。
請參見第3A-3C圖，第3A-3C圖經由端(或俯)視角度，繪示旋轉頭30上部對於地柱20下部的旋轉機制。小的實線圓圈是地柱20，而大的虛線圓圈是圓筒型的旋轉頭30。第3C圖繪示太陽追蹤器10的初始位置，此時L形支架38與樞紐24對齊成一直線。L形支架38、旋轉臂26及驅動桿27此構成一直角三角形，其中旋轉臂26與驅動桿27構成兩直角邊。太陽追蹤器10在初始位置時，一般就表示太陽能板52於早晨面向東邊方向。接著，如第3B圖所繪示，當驅動桿27伸長時，驅動桿27會同時推動L形支架38及旋轉頭30對地柱20進行順時針方向旋轉。接著，請參見第3C圖上方所繪示的直角三角形。根據幾何定理，當作為直角三角形其中一直角邊的旋轉臂26固定，而另一直角邊的驅動桿27伸長時，作為該直角三角形的斜邊(即樞紐24及水平樞紐25之間的距離)也會伸長，所以不會將水平角線性驅動器28推回到原始位置。因此，旋轉頭30必定會以順時針方向旋轉來增加斜邊的長度，這會讓整個太陽追蹤器10以順時針方向旋轉。在第3B圖中，太陽能板也會受到推動而面向南方(假設太陽追蹤器10位於北半球)。在南半球時，水平角線性驅動器28則會固定在旋轉頭30的相對側。接著，如第3A圖所繪示，當水平角線性驅動器28幾乎完全伸長時，L形支架38及旋轉頭30會被推到與樞紐24相對的位置，旋轉將近或超過180度。因此，太陽能板就會面向日落位置。較長的L形支架38與旋轉臂26可以使轉動角度超過180度。如果太陽追蹤器10所在緯度位置正好位於熱帶地區，則必須改變太陽追蹤器10的固定方式；如果太陽追蹤器10位在緯度較高的地區，則一年四季都不用改變太陽追蹤器10的固定方式；如果太陽追蹤器10位在兩個23.5°緯度地區之間，尤其是接近赤道的地區，則可以在地柱20的相對兩側安裝雙樞紐24、74，如第3C圖所示。夏季時，當太陽軌道橫越天頂點(zenith point)時，可以將旋轉臂26與水平角線性驅動器28鉗夾在相對側的樞紐74，而將L形支架38上的旋轉頭30以超過180°旋轉，讓太陽能板朝太陽軌道旋轉。
任何熟習此技藝者，當可輕易更動與修改水平角線性驅動器28的固定方式，改變固定於地柱20與旋轉頭30之間的長度及角度。於初始位置時，L形支架38、旋轉臂26及驅動桿27未必一定要構成一個直角三角形。藉由改變此固定方式，反而可以讓水平角以超過180°的角度旋轉。但是本發明使用水平角線性驅動器28進行水平角旋轉的本質並不會改變。
線性驅動器進行仰角旋轉
請參見第4圖，第4圖繪示仰角線性驅動器58固定在太陽能板上，且該太陽能板朝仰角進行旋轉。V形桿51的上部固定在水平梁50的兩側，而開口端以樞紐54固定。在V形桿51的下方有一水平桿49水平地固定在旋轉頭30上，水平桿49的開口端以樞紐56固定。樞紐56和樞紐54分別固定在仰角線性驅動器(elevation linear actuator)58的主體及驅動桿57上。也可以不使用V形桿51，而直接將樞紐54固定在追蹤器支架521上。當仰角線性驅動器58上的驅動桿57伸長時，V形桿51會將水平梁50及追蹤器支架521旋轉到仰角比較低的地方(太陽能板的垂直線對地平線之仰角)。由於太陽能板平衡於水平梁50上，所以旋轉太陽能板時需要很少力矩。一般而言，太陽能板進行旋轉時所需的最大仰角介於零度(太陽能板在垂直位置時)到90度(在水平位置時)之間。至於如果要旋轉超過90度時，只要將水平桿49移到較低的位置即可。
從第4圖可以觀察到水平角線性驅動器28不應受到仰角線性驅動器58的干擾。因此，V形桿51及固定住的水平桿49必須與水平角線性驅動器28保持一定的距離。可以將仰角線性驅動器58、水平桿49、V形桿51的長度都改短一些，或是加長旋轉頭30。或也可以考慮把加長水平角線性驅動器28，長到足以將旋轉頭30進行超過180度的旋轉，至於水平桿49仍維持原有長度。
任何熟習此技藝者，當可輕易更動與修改V形桿51及水平桿49的形狀及固定機制，諸如將V形桿51的形狀改成U形桿，或將單一的水平桿49改成兩平行的水平桿49，該兩平行的水平桿49樞紐於仰角線性驅動器58的兩側。
非旋轉水平梁進行另一種仰角旋轉
請參見第5A-5C圖，第5A-5C圖繪示另一種旋轉追蹤器支架521的方式是以水平梁50直接固定在旋轉頭30之上方形板36上而旋轉。水平梁50以類似U形螺栓的簡單裝置(例如U形夾鉗44)，不使用中心圓筒軸套40，直接固定在旋轉頭30的上方形板36上。水平梁50不會對旋轉頭30旋轉，但是追蹤器支架521會對水平梁50旋轉。複數個圓筒軸套59以夾鉗或U形螺栓固定在追蹤器支架521的直向T形梁(crossing T-beam)54與水平梁50之間。較佳實施例會用一枕型軸鉗62將圓筒軸套59固定在直向T形梁54上。關於枕型軸鉗62及圓筒軸套59裝置，請參見第5C圖。
如果將配備太陽光電池的平面太陽能板安裝在太陽追蹤器10上，則直向T形梁54可為一倒反的T形梁，且T形梁的高度會配合太陽能板的深度。在較佳實施例中，T形梁是由金屬片衝壓成形，中央為一倒反U形的T柱(T-post)，如第5B圖所繪示。太陽能板52可以進一步固定在U形的T柱上，即把太陽能板52的頂端邊緣連同墊片60及螺栓61一起鑽進T柱的底部。因為有圓筒軸套59，所以仰角線性驅動器58可以驅動追蹤器支架521的橫向T形梁54繞著已固定住的水平梁50旋轉。若要完成追蹤器支架521的製作，則將L形梁55連接到T形梁的兩端，構成一形狀為長方形的追蹤器支架521。更進一步地，還可以用四塊三角板53固定在長方形追蹤器支架 521的四個角，與L形梁55及T形梁一起支撐追蹤器支架521。裝設T形梁時，其長度及間距大小都必須配合太陽能板52的尺寸。與先前利用水平梁50進行旋轉不同的是，驅動桿57必須樞紐在追蹤器支架521上，而不是固定在已固定住的水平梁50上。
在使用T形梁而非水平梁50來旋轉的另類裝置，此方式適用於追蹤器支架及太陽能板52的尺寸偏大時。若將本實施例與先前的實施例相比，在先前的實施例中，一軸套承載整個太陽追蹤器10的重量；而在本實施例中，用水平梁50旋轉追蹤器支架521時，會將更多的重量分配給複數個軸套59承載。更進一步來說，非旋轉水平梁50帶給仰角線性驅動器58的壓力較小。這種安裝方式適合用於大型的太陽追蹤器10上。
兩線性驅動器進行水平角旋轉
另一方面，請參見第6圖，本發明使用兩線性驅動器來進行水平角旋轉。線性驅動器29及線性驅動器39分別固定於地柱20的L形支架25及旋轉頭30的L形支架35上。線性驅動器29及線性驅動器39都是利用水平旋轉樞紐固定在L形支架25、35上。位於上、下兩方的線性驅動器39、29之間，有一旋轉環21利用圓筒軸套或滾針軸承套於並固定在地柱20上。水平臂23的其中一端固定在旋轉環21上，而另一開口端則與圓筒狀樞紐37一起固定。圓筒狀樞紐37為一管子，上下兩端分別都以滑墊圈鎖在上方及下方線性驅動器39、29之驅動桿的環上。
請參閱第7A-7C圖，第7A-7C圖繪示兩線性驅動器的旋轉機制。第7C圖繪示兩線性驅動器處在關閉位置時，其中線性驅動器39在線性驅動器29 的上方，兩者之間有旋轉環21及圓筒狀樞紐37。當下方的線性驅動器29伸長時，會推動上方的線性驅動器39與旋轉頭30，連同旋轉環21、水平臂23及圓筒狀樞紐37，開始進行順時針旋轉。第7B圖所示，當下方的線性驅動器29完全伸長、但上方的線性驅動器39處在初始位置時，旋轉頭30會轉動約120度。當上方的線性驅動器39完全伸長，固定在線性驅動器39上的旋轉頭30會再旋轉約120度，如第7C圖所示。進行第二次旋轉時，旋轉環21、水平臂23及圓筒狀樞紐37留在同一位置上。因此，上方的旋轉頭30可以相對下方的地柱20旋轉約240度。
兩線性驅動器的優點有兩項：一、旋轉頭30的旋轉角度可以超過180度，最多到240度左右；二、使用兩個較短的線性驅動器，而不是單一的長型線性驅動器。因為旋轉頭30可以旋轉240度，所以即使位於熱帶地區，也毋需每當太陽軌道橫越天頂點時就要移動線性驅動器。這些熱帶地區整年可以享受到陽光的天數最多。至於兩線性驅動器的缺點則是：線性驅動器必須非常地短，以便預留空間給以低仰角轉動的太陽能板。然而，如果太陽能板採傳統的上升方式，而不是採邊旋轉邊上升的方式，則兩線性驅動器就不需要預留空間。
步進馬達與齒輪驅動進行水平角旋轉
請參閱第8圖，本發明使用直接驅動步進馬達33驅動，其中齒輪圓環(gear ring)31擇一套在旋轉頭30或地柱20的上面，如第8圖所繪示。圖上顯示齒輪圓環31固定在旋轉頭30上。接著，直接驅動步進馬達33和齒輪軸32一起固定在地柱20上。或是直接驅動步進馬達33和齒輪圓環31的位置可以相反。進行水平角旋轉時，為能獲得理想中的解析度，往常的 習慣是將齒輪軸32和齒輪圓環31設計得相配合。如果齒輪圓環31有720個鋸齒，則齒輪旋轉180度時需走360齒。而如果馬達每走一步等於齒輪走一齒而未作齒輪減速裝置時，會作水平角半度之旋轉。若要獲得更精細的解析度，必需要增加齒輪圓環31的鋸齒數目，或用驅動步進馬達33的齒輪減速裝置。此外，一半圓齒輪圓環311如第8圖左側所示，半圓齒輪圓環311可用來作為半圓以上的轉動幅度。半圓齒輪圓環311的好處在於，當原有的圓環因長時間使用而磨損或銹蝕，則半圓齒輪圓環311可便於重新替換。在安裝時，半圓齒輪圓環311的轉動幅度自較小的地柱套上時可以超過180度的齒環。
有另一種方式可以用來替代步進馬達上的齒輪圓環，為同時使用水平蝸桿(worm)驅動齒輪軸32及傾斜式齒輪圓環41，如第8圖右下角所繪示。如圖顯示，步進馬達43與蝸桿(worm drive)42相連接。蝸桿42大部分使用於現今雙軸式太陽追蹤器10的旋轉驅動器上，旋轉驅動器會與進行水平角旋轉之滾珠軸承的圓環包在一起。使用蝸桿42及傾斜式齒輪圓環41外，同時也可用齒輪減速裝置，如此便可獲得理想的解析度，而無須改變齒輪圓環上的鋸齒數。另外，傾斜式齒輪圓環也可讓旋轉更加順暢。
本方式的優點在於，直接驅動步進馬達33及齒輪圓環31在旋轉頭30及地柱20上只占很少空間，可以避免對於仰角線性驅動器產生干擾。而且旋轉頭30也有可能可以旋轉360度。另外，如果需要大量製造相同的齒輪馬達以供應規模大的太陽能電廠使用時，本方式也可以降低成本。然而，本方式的缺點在於：一、遇到不良的天候狀況時，必須將齒輪圓環31及直接驅動步進馬達33進行覆蓋並密封起來，以避免齒輪及馬達受到損害。二、 齒輪圓環31及齒輪軸32必須針對不同規格的旋轉頭30各別製造。三、由於齒輪圓環31及直接驅動步進馬達33一起搭配使用，所以彼此之間必須緊密囓合，但這卻可能會因為受到風載的損害及長期震動而造成問題。四、更換毀壞的齒輪圓環31時，必須將旋轉頭30拆下；或者使用兩片可拆式齒輪圓環31之設計。
步進馬達與磁鐵軸(magnetic rotor)進行水平角旋轉
另一方面，本發明採用直接驅動步進馬達33，不需在旋轉頭30上使用齒輪圓環31。永久磁鐵軸(或是電磁磁鐵軸)321作為直接驅動步進馬達33的轉軸，永久磁鐵軸(或是電磁磁鐵軸)321的減速裝置減不減速皆可，電磁磁鐵軸是指在金屬棒上纏繞線圈，當線圈通電時，該金屬棒會產生感應磁場，如第8圖左下方之圖所繪示。旋轉頭30必須由可被磁鐵軸321吸引的磁性鋼材製成。然而，磁鐵軸321所提供的磁性吸力，確保了磁鐵軸321與旋轉頭30在摩擦驅動過程中不會滑動。旋轉力或旋轉摩擦力的大小與磁鐵軸321的大小成正比，因此，只要追蹤器支架521的尺寸愈大或其荷重愈大，則所需的磁力就要愈大。然而，追蹤器支架521的尺寸愈大，則所需的地柱20及旋轉頭30也要愈大，因此磁鐵軸321也就會愈大。此外，如果使用電磁轉軸，則流經電磁轉軸的電流越強或是單位長度的線圈數越大，則產生的磁力越強。而電磁轉軸的半徑即使比永久磁鐵軸321的半徑小，也能產生夠大的磁力。
磁鐵軸321的優點在於，可簡化水平角驅動器的結構且降低其成本。因為沒有齒輪圓環31及齒輪軸32，所以就不會出現侵蝕、雨水及塵土覆蓋、維修保養、潤滑性等的問題。旋轉頭30的直徑除以磁鐵軸321的直徑 後，再乘以步進馬達旋轉一圈的步數，就等於方位解析度旋轉一圈(旋轉頭30的直徑÷磁鐵軸321的直徑×步進馬達旋轉一圈的步數=轉一圈的方位解析度)。解析度一、兩度對太陽能光電池板而言已經足夠。解析度愈高，則需將磁鐵軸321的直徑減少，以應用於像太陽能聚光電池、反射聚陽光系統等精密系統上面。
進行水平角及仰角旋轉的抗風鎖裝置
為了避免太陽能板52與水平角線性驅動器28互相干擾，最好將太陽能板52與L形支架38對齊成一直線。如第3C圖所示，此時驅動桿27的力向量最大，因為驅動桿27與L形支架38接近垂直，且太陽能板52位於初始位置。但如第3A圖所示，驅動桿27伸長至結束位置時，其力向量最小，這是因為驅動桿27與L形支架38之間為斜角。這個小斜角的位置不利於風載推動水平角線性驅動器28，而這對於第4圖中之仰角旋轉所造成的問題甚至更大。當仰角線性驅動器58的驅動桿57完全伸長，但驅動桿57與L形支架38之間的斜角卻是最小時，驅動桿57就必須對抗側向吹來的強風，這會對驅動器58造成侵害。
針對上述問題，本發明提出使用一電磁抗風鎖65作為解決之道，請參見第9圖的繪示。因為水平角旋轉的旋轉頭30與仰角旋轉的水平梁50都呈圓筒狀，所以使用一形狀像舊式汽車鼓式煞車(drum brake)的電磁鎖。兩者的差異在於鼓式煞車利用摩擦力來煞車，而電磁抗風鎖65使用電磁吸引力來閉鎖。在第9圖中，電磁抗風鎖65的桿頭63呈鼓狀，與旋轉頭30及水平梁50相合。當電磁頭螺線64通直流電啟動後，桿頭63就會產生磁力，吸引皆由鋼鐵製成的旋轉頭30或水平梁50，形成抗風鎖結構。然而當設計 水平梁50固定而追蹤器支架521旋轉時，也必須設計電磁桿頭63可以吸引追蹤器支架521。電磁抗風鎖65固定在地柱20及上方形板36上，且地柱20與上方形板36上都裝有抗風鎖支撐架66，分別用來固定水平角及仰角電磁抗風鎖65。電磁抗風鎖65相當實用，可以保護太陽能板52平放時的水平角線性驅動器28與58，對抗超出風力臨界值的強風。
針對電磁抗風鎖65，本發明提出一個更加實用的應用方式。例如沿海等多風地區，當太陽能板52受到強風吹襲的同時，水平角線性驅動器28與58也會不斷地受到強風的侵害而容易損壞。這裡提出一個創新想法：將電磁抗風鎖65作為逐步抗風鎖，以對抗不斷吹襲的強風。此逐步抗風鎖的運作步驟如下所述：一、追蹤裝置控制器上的遞減計數器(down counter)在抗風鎖裝置運作期間為零。二、追蹤裝置控制器命令電磁頭螺線64解除供電，使桿頭63回到未上鎖位置。三、追蹤裝置控制器命令水平角線性驅動器28或仰角線性驅動器58在水平角或仰角方向上轉動一步。四、桿頭63啟動並將太陽追蹤器10鎖在目前位置，且追蹤裝置控制器重新啟動遞減計數器。
一天當中，太陽追蹤器10的運作速度相當緩慢。水平角旋轉是180度左右，而仰角旋轉大部分則只有90度。如果在有12小時日照的晝夜等長日(equinox day)旋轉，則以水平角旋轉一度會花四分鐘，以仰角旋轉一度會花八分鐘。另一方面，水平角線性驅動器28及仰角線性驅動器58每啟動一步可能小於一秒鐘。因此，太陽追蹤器10在絕大部分時間都處在鎖定狀態。在水平角線性驅動器28及仰角線性驅動器58連續啟動期間，抗風鎖裝置可以減少水平角線性驅動器28及仰角線性驅動器58受到恆常風荷重 之震動及拍打的情形，故能延長水平角線性驅動器28及仰角線性驅動器58的使用壽命，進而延長了太陽追蹤器10的使用壽命。
於電線桿上安裝雙軸式太陽追蹤器
請參見第10圖，第10圖繪示一電線桿上安裝改良過之雙軸式太陽追蹤器10。由於電線桿12的底部比頂端要大，而非頭尾均勻的圓柱狀，因此將一內側均勻之圓筒管20的頭尾兩端套於並固定在電線桿上。在第10圖中，圓筒管20取代第1圖中的地柱20。但有一凸緣圓環70固定在圓筒管20的底部，作用與圓筒管20類似，都是用來托住並支撐旋轉頭30。旋轉頭30的所在位置和帶緣軸套22類似，而帶緣軸套22的底部凸緣位在位於套住圓筒管20的凸緣圓環70之上。可以選擇性地在凸緣圓環70及帶緣軸套22之間插進一滑墊圈17，則旋轉時會更加順暢。此外，也可在圓筒管20外側及旋轉頭30內側之間，任意插進合適的上、下圓筒軸套34，不僅能讓旋轉時更加順暢，也能夠承受側向力矩及風力。然而，假若圓筒管20的外襯及旋轉頭30的內襯由多孔質軸套製成且十分吻合，則無須使用圓筒軸套34。也就是說，旋轉頭30固定在地柱20上的方式，經過改良後可以安裝在電線桿12上，以供日間混合動力車或電動車充電之用，或儲存日間所產生的電力以供夜間照明使用。
水平梁50用旋轉頭30的凸緣固定住，並用U形螺栓水平地固定在旋轉頭30的主體上。複數個圓筒軸套59套在水平梁50上。水平梁50會使太陽能板52進行仰角旋轉，這與前面述及的太陽能板52以非旋轉梁進行仰角旋轉的情況相同。此外，一充電式電池及電力控制箱45可固定在電線 桿上任何方便的位置，供夜間照明之用。
以水平角進行旋轉的單或雙軸式線性驅動器，其固定方式與前面於第2圖和第6圖所述者類似。以仰角進行旋轉的單或雙軸式線性驅動器，其固定方式與前面於第4圖所述者類似，僅不同的是，第10圖中的仰角驅動器安裝在旋轉頭30及追蹤器支架521的其中一側，而第4圖中的仰角驅動器則安裝在旋轉頭30及追蹤器支架521的中央位置。
圓筒管20及旋轉頭30的安裝方式端賴於圓筒管20能否從電線桿的頂端套上。比較容易的做法是，在架設電線桿前就先將整個旋轉元件組裝好，接著再從電線桿的頂端套上。然而，如果要在已架設完成的電線桿上加裝新的元件，在工程上則是一項挑戰。圓筒管20、旋轉頭30及滑墊圈17必須做成半圓筒型或半圓環形，以配合做成完整圓筒型的內管及外管。再者，每一圓筒圓環與每一滑墊圈17圓環之間的接縫以交錯配置為佳，因為安裝時以交錯配置的接縫的安全性較高。
雖然本發明已用較佳實施例揭露雙軸式太陽追蹤器如上，然其並非用以限定本發明。再者，本雙軸追蹤器之各項特徵，不僅現在光伏電板之應用，而且可廣泛應用在任何太陽追蹤器或衛星追蹤。例如，本雙軸追蹤器可應用在聚光式光伏板，槽狀或碟狀聚光器(板)，史特靈引擎聚光碟，反射聚陽光系統，聚光電熱器以及衛星追蹤器。任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．雙軸式太陽追蹤器
16．．．滑墊碟
17．．．滑墊圈
18．．．推力滾柱軸承
19．．．錐型滾柱軸承
20．．．地柱
21．．．旋轉環
22．．．圓筒帶緣軸套
23．．．水平臂
24．．．樞紐
25．．．L形支架
26．．．旋轉臂
27．．．驅動桿
28．．．水平角線性驅動器
29．．．下線性驅動器
30．．．旋轉頭
31．．．齒輪圓環
32．．．齒輪軸
321．．．磁鐵軸
33．．．步進馬達
34．．．圓筒軸套
35．．．L形支架
36．．．上方形板
37．．．圓筒狀樞紐
38．．．L形支架
39．．．上線性驅動器
40．．．中心圓筒軸套
41．．．斜齒輪圓環
42．．．蝸桿
43．．．步進馬達
44．．．U形夾鉗
45．．．充電式電池及控制箱
49．．．水平桿
50．．．水平梁(管)
51．．．V形桿
52．．．太陽能板
521．．．追蹤器支架
53．．．三角板
54．．．直向T形梁
55．．．L形梁
56．．．水平桿樞紐
57．．．枕型軸鉗
58．．．仰角線性驅動器
59．．．圓筒軸套
60．．．墊片
61．．．螺栓
62．．．枕型軸鉗
63．．．磁桿頭
64．．．電磁頭螺線
65．．．電磁抗風鎖
66．．．抗風鎖支撐架
70．．．凸緣圓環
第1圖繪示本發明之雙軸式太陽追蹤器。
第2圖繪示單一線性驅動器固定在旋轉頭及地柱間的一側以進行水平角旋轉。
第3A-3C圖經由端(或俯)視角度，繪示旋轉頭上部對於地柱下部的旋轉機制。
第4圖繪示水平角線性驅動器固定在太陽能板上，且該太陽能板朝上升方向進行旋轉。
第5A-5C圖繪示另一種旋轉追蹤器支架的方式。
第6圖繪示本發明使用兩線性驅動器來進行水平角旋轉。
第7A-7C圖繪示兩線性驅動器的旋轉機制。
第8圖繪示本發明之雙軸式太陽追蹤器使用直接驅動步進馬達驅動。
第9圖繪示本發明雙軸式太陽追蹤器使用電磁抗風鎖。
第10圖繪示一電線桿上安裝改良過之雙軸式太陽追蹤器。
10．．．雙軸式太陽追蹤器
16．．．上滑墊碟
17．．．滑墊圈
18．．．推力滾柱軸承
19．．．錐型滾柱軸承
20．．．地柱
22．．．帶緣軸套
30．．．旋轉頭
32．．．齒輪軸
34．．．圓筒軸套
50．．．水平梁(管)
52．．．太陽能板

Claims (35)

  1. 一種雙軸式太陽追蹤器，其包含：一地柱，由一長型圓筒管製成，包含一頂端與一底端；其中該頂端支撐一旋轉頭；其中該地柱之該頂端可為張開或閉合；其中該地柱之底端固定在底層結構中；該旋轉頭由一大圓筒管製成，該圓筒管以一上方形板密封起來；其中該旋轉頭的內壁套在該地柱的外壁上面，並用二軸套或二軸承吻合地置於該旋轉頭頂端與底端之間的間隙，其中該二軸套包含上、下軸套或該二軸承包含上、下軸承；一圓筒水平梁，直接或利用一圓筒軸套固定並平衡於該旋轉頭之上；一追蹤器支架，安裝在該水平梁上，並在該旋轉頭的兩側保持左右對稱，也在該水平梁兩側保持前後對稱；一水平角線性驅動器，水平地固定在該地柱與該旋轉頭之間，以驅動該旋轉頭及該追蹤器支架進行水平角旋轉；以及一仰角線性驅動器，垂直地固定在該旋轉頭與該圓筒水平梁之間，以驅動該追蹤器支架進行仰角旋轉，且旋轉軸的重心集中在該水平梁上，其中該旋轉頭受該水平角線性驅動器驅動而進行水平角旋轉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該追蹤器支架、該地柱、該圓筒管、該水平梁皆由不鏽金屬或不鏽合金製成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該水平角旋轉由位在外側的該旋轉頭轉動，而該旋轉頭則套在位於內側的該地 柱上，兩者間放入該二軸套或該二軸承，讓該旋轉頭可以對該地柱進行同軸旋轉；其中該上軸套或該上軸承進一步地支撐該旋轉頭及該追蹤器支架的載重量。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該上軸套為一圓筒型帶緣軸套，其凸緣適切地與該旋轉頭的內壁吻合；其中該帶緣軸套的主體適切地與該地柱的內壁吻合；其中一選擇性使用之滑墊圈吻合地置於該帶緣軸套之上，以促進旋轉；其中該下軸套為一圓筒軸套。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該上軸套由一或兩滑墊碟或滑墊圈及第一圓筒軸套組成，且該一或兩滑墊碟或滑墊圈與頂端吻合，且該兩滑墊碟或該兩滑墊圈之潤滑面相對，讓旋轉更加順暢；其中該第一圓筒軸套與上方側壁吻合；其中一第二圓筒軸套與下方側壁吻合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該上軸承為一錐型滾柱軸承；其中該下軸承為一圓筒軸套；或其中該上軸承由在頂端的推力滾柱軸承及在頂端側壁的圓筒軸套所組成；其中位於頂端及底端的該兩圓筒軸套可為滾柱軸承。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該旋轉頭受一水平角線性驅動器驅動而進行水平角旋轉；該水平角線性驅動器的驅動桿及主體分別地樞紐於固定在該旋轉頭及該地柱之一側的伸長支架上；其中該線性驅動器之該驅動桿與該主體的該樞紐位置可以互相對換。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中一第一支架固定在該旋轉頭的一側，該水平角線性驅動器之驅動桿水平地樞紐於該第一支架的尾端；而該水平角線性驅動器之主體固定在一旋轉臂上；其中該旋轉臂則樞紐於該地柱上之一第二支架上；其中該水平角線性驅動器可以藉由該驅動桿的伸縮及該旋轉臂的旋轉而進行水平方向的旋轉。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中在該地柱的相對側使用另一與該第二支架相同的支架，作為該旋轉臂的樞鈕，以讓該旋轉頭在相反面旋轉。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其另包含：一上支架與一下支架，分別固定在該旋轉頭與該地柱之一側；其中該水平角線性驅動器以及一輔助水平角線性驅動器之主體分別樞紐於該上支架及該下支架的開口端；其中該兩水平角線性驅動器可以分別對該上支架及該下支架進行水平旋轉；一旋轉環，套在位於該上支架與該下支架之間的該地柱上；其中一水平臂固定在該旋轉環的一側；其中該水平臂外端與一作為樞紐之直立管固定在一起；其中該兩水平角線性驅動器之該驅動桿則樞紐於該直立管之頂端及底端；其中該旋轉頭，藉由該兩水平角線性驅動器之驅動桿的伸長而在水平角方向上旋轉超過180度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該旋轉頭由一步進馬達及其齒輪軸的驅動而對該地柱進行水平角旋轉，且該步進馬 達及該齒輪軸固定在該地柱或該旋轉頭的側面上；其中一齒輪圓環與該齒輪軸組合起來後，分別套住或固定在該旋轉頭或該地柱之上；此目的是為了讓該旋轉頭進行水平角旋轉，其中該齒輪圓環可用固定於旋轉頭的半圓齒輪圓環所取代。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該旋轉頭由一步進馬達的驅動而進行水平角旋轉，且該步進馬達連接在一蝸桿齒輪上，且該蝸桿齒輪水平地固定在該地柱或該旋轉頭的側面上；其中一傾斜式齒輪圓環與該蝸桿齒輪組合起來後，分別固定在該旋轉頭或該地柱上；此目的是為了讓該旋轉頭進行水平角旋轉，其中該傾斜式齒輪圓環可用固定於旋轉頭的半圓齒輪取代。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該旋轉頭受一步進馬達的驅動而對該地柱進行水平角旋轉，且有一永久圓型磁鐵軸或一圓型電磁磁鐵軸連接在步進馬達上，該圓型磁鐵軸與該旋轉頭會密切地接觸，而該旋轉頭由具有磁性吸力的材料製成；其中該磁性吸力提供該旋轉頭旋轉時的摩擦力。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該水平梁透過一圓筒軸套固定並平衡在該旋轉頭之上，且該圓筒軸套套在該水平梁的中間，以便該水平梁進行旋轉；其中該兩側對稱之追蹤器支架安裝在該水平梁上，並在該旋轉頭上保持平衡；其中該追蹤器支架之兩側進一步地在該水平梁上保持平衡，且仰角旋轉軸心集中在該水平梁上。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該水平梁直接固定並平衡在該旋轉頭之上；其中該水平梁以複數個圓筒軸套套住， 用來安裝該追蹤器支架之該直向梁；其中該追蹤器支架繞著已固定住的該水平梁旋轉，且仰角旋轉軸心集中在該水平梁上。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中一仰角線性驅動器主體垂直地樞紐於固定在該旋轉頭之第一固定臂上；其中該仰角線性驅動器之該驅動桿直接樞紐在該追蹤器支架上，或樞紐於固定在該水平梁上之第二固定臂上；其中該仰角線性驅動器之該驅動桿伸長時，該追蹤器支架會以仰角方向旋轉，且旋轉軸心集中在該水平梁上。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該追蹤器直向支架是以由金屬片衝壓成型之T形梁做成，且中央形成一U形的T柱；其中該T形梁安裝是以倒反T形梁鉗夾並平衡在該水平梁上；其中該倒反U形的中央T柱，用螺栓以固定該太陽能光電池板。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其另包含兩電磁抗風鎖，其中之一該抗風鎖固定在該地柱上與該旋轉頭相鄰；另一該抗風鎖則固定在旋轉頭板上與該水平梁相鄰；其中兩鼓狀桿頭位於該兩電磁抗風鎖之電磁頭螺線的中央；其中當電磁頭螺線導電啟動時，該桿頭會吸引該旋轉頭與該水平梁，藉由電磁吸力讓該太陽追蹤器鎖在期望中的抗風位置。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中在雙軸式太陽追蹤器進行旋轉時，該兩抗風鎖裝置作為逐步抗風鎖，在該水平角或仰角線性驅動器連續啟動之間鎖住該追蹤器。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該追蹤器應用在裝載一太陽能光電池板、一太陽能聚光電池板、一槽狀或碟狀聚光 器、一反射聚陽光系統太陽反射器、一太陽熱能聚光器，或者是一衛星天線。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該旋轉頭固定在該地柱上的方式，經過改良後可以安裝在電線桿上；其中圓筒管連同下凸緣圓環一起固定，以支撐該追蹤器支架；其中有一外帶緣軸套旋轉頭吻合地套在該圓筒管上，且與該圓筒管的該凸緣圓環相配，且一滑墊圈及一可選擇性使用之圓筒軸套插於兩者之間，讓旋轉更加順暢；其中一安裝兩側對稱之追蹤器支架及太陽能板的水平梁在旋轉頭凸緣上保持平衡，並固定在該旋轉頭的主體上。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該圓筒管及該凸緣圓環、該帶緣軸套，以及該滑墊圈由半圓筒或半環製成，在中間位置組合成一完整的圓筒或圓環；其中該圓筒與該圓環之接縫彼此交織，以便安裝於現有的電桿上。
  23. 一種雙軸式太陽追蹤器，其包含：一地柱，由一加長型水平圓筒管製成，包含一頂端與一底端；其中該地柱之頂端支撐一旋轉頭；其中該地柱之該底端固定在底層結構中；該旋轉頭由一大圓筒管製成，該圓筒管上以一平板密封起來；其中該旋轉頭套在該地柱上面，並用複數個軸套或軸承吻合地置於該頂端與該底端之間的間隙；一加長型圓筒水平梁，直接或利用一軸套固定並平衡於該旋轉頭平板之上；一追蹤器支架，安裝在該水平梁上，並在該旋轉頭的兩側保持左右對 稱，也在該水平梁上保持前後對稱；一水平角線性驅動器，固定在該地柱與該旋轉頭之間，以驅動該旋轉頭及該追蹤器支架進行水平角旋轉；一仰角線性驅動器，固定在該旋轉頭與該追蹤器支架或該圓筒水平梁之間，以驅動該追蹤器支架進行仰角旋轉，其中該旋轉頭對該地柱的水平角旋轉，由該水平角線性驅動器之主體及驅動桿分別地樞紐於該旋轉頭及該地柱之一側而旋轉，可使該旋轉頭對該地柱在水平角方向旋轉180度。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中水平角旋轉由該旋轉頭套在該地柱上，其間隙放入複數個該軸套或軸承，讓該旋轉頭可以對該地柱進行同軸旋轉。
  25. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該追蹤器可在相對的一側水平角旋轉，其方式是將該水平角線性驅動器固定在該地柱相對的一側。
  26. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該旋轉頭對該地柱進行水平角旋轉由兩水平角線性驅動器驅動，而該兩水平角線性驅動器主體分別樞紐並固定在該旋轉頭與該地柱的一側；而該兩水平角線性驅動器之驅動桿樞紐而連接；其中結合該兩水平角線性驅動器之該兩驅動桿伸長，可使該旋轉頭對該地柱在水平角方向上旋轉超過180度。
  27. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該旋轉頭受一步進馬達及其齒輪軸的驅動而對該地柱進行水平角旋轉，且連結一齒 輪圓環分別固定在該地柱及該旋轉頭上；且該齒輪軸可以是一蝸桿齒輪。
  28. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該旋轉頭對該地柱進行水平角旋轉，受一步進馬達磁鐵軸的驅動，該磁鐵軸是一無齒輪圓型永久磁鐵軸或一圓型電磁磁鐵軸與該旋轉頭會以磁性吸力密切地接觸而旋轉。
  29. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該仰角旋轉軸套固定在該水平梁並平衡在該旋轉頭之上，且仰角旋轉軸心集中在該水平梁上。
  30. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該水平梁直接固定在該旋轉頭之上；其中該追蹤器支架之仰角旋轉則繞著該水平梁上複數個軸套旋轉，且仰角旋轉軸心集中在該水平梁上。
  31. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該仰角旋轉由該仰角線性驅動器樞紐於該旋轉頭及該水平梁之間；其中該線性驅動器之該驅動桿伸長時，該追蹤器支架會以仰角方向旋轉，且旋轉軸心集中在該水平梁上。
  32. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中兩電磁抗風鎖固定在該地柱與該旋轉頭之間，以及固定在該平板與該水平梁之間；其中該電磁桿頭啟動後會該太陽追蹤器鎖在任一期望中水平角及仰角的位置。
  33. 如申請專利範圍第32項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該抗風鎖，在該水平角線性驅動器或該仰角線性驅動器連續啟動之間，作逐步鎖住 該追蹤器。
  34. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該追蹤器支架是用來裝載一太陽能聚光電池板、一槽狀或碟狀聚光器、一反射聚陽光系統、一太陽熱能聚光器，或者是一衛星天線。
  35. 如申請專利範圍第23項所述之雙軸式太陽追蹤器，其中該旋轉頭固定在該地柱上的方式，經過改良後可以安裝在電線桿上，以供日間混合動力車或電動車充電之用，或儲存日間所產生的電力以供夜間照明使用。
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