WO2011023045A1 - 用于太阳能板的双轴式太阳追踪器系统与装置 - Google Patents

用于太阳能板的双轴式太阳追踪器系统与装置 Download PDF

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WO2011023045A1
WO2011023045A1 PCT/CN2010/075376 CN2010075376W WO2011023045A1 WO 2011023045 A1 WO2011023045 A1 WO 2011023045A1 CN 2010075376 W CN2010075376 W CN 2010075376W WO 2011023045 A1 WO2011023045 A1 WO 2011023045A1
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tracker
dual
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horizontal
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廖恒俊
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Liao Henry H
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/10—Control of position or direction without using feedback
    • G05D3/105—Solar tracker
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F24S30/45—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with two rotation axes
    • F24S30/452—Vertical primary axis
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S20/00—Supporting structures for PV modules
    • H02S20/10—Supporting structures directly fixed to the ground
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
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    • F24S2030/115—Linear actuators, e.g. pneumatic cylinders
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a simplified structure and a low cost dual-axis solar tracker for use in a photovoltaic photovoltaic (PV) panel and a concentrated photovoltaic (CPV) panel, and for reflecting sunlight.
  • the system's solar concentrator and Stirling engine are on the reflective disc.
  • the invention particularly relates to a simplified structure and gravity-centered tracking structure comprising a single or two low-cost linear actuators, and the linear actuator is mounted on one side of a ground post, which facilitates Replacement and repair at a lower cost. Background technique
  • Solar photovoltaic panels are becoming standard equipment on the roof of general residential areas.
  • the amount of solar energy that illuminates the solar panels on the roof depends on the sine of the elevation angle formed between the sun and the solar panels. In other words, since the elevation angle formed by the two is the smallest at sunrise or sunset, the flat solar panels can collect the least amount of solar energy. In areas with a latitude of approximately 34 degrees, if the solar panels are mounted on a two-axis solar tracker, 49% more solar energy can be collected than horizontal, fixed solar panels. But the addition of a solar tracker to solar panels on the roof of a residential area is not practical. As for solar power plants, if the cost of the solar tracker is not its primary consideration, it is indeed feasible to install solar panels on the solar tracker.
  • solar trackers are also used to reflect and concentrate solar rays.
  • the main application is to attach a number of solar reflectors to a two-axis solar tracker to collect solar energy. The collected solar energy is then concentrated into a heating tank filled with water or molten salt to generate electricity. Large-scale solar power plants like this are often referred to as "heliostat" power plants. Among the total cost of reflecting solar power systems, the cost of the solar tracker is the highest.
  • Another application that can be applied to this power generation system is the Stirling engine.
  • the solar thermal Stirling engine also uses a two-axis solar tracker to collect concentrated solar rays, which are then heated by solar rays to generate electricity.
  • the invention has the advantages of simple installation method, low component cost, low maintenance cost and high durability, and will be more beneficial to the Stirling engine adopting the solar heat concentration method.
  • a typical two-axis sun tracker consists of a ground post that is fixed in a ground structure with concrete as a base. It is also possible to use a spiral column that is more ecologically friendly. The spiral column is drilled directly into the ground without the use of a concrete base.
  • a slewing drive is mounted at the top of the column to simultaneously support the weight and azimuth rotation of the solar panel.
  • a linear actuator is attached to the top of the rotary drive between the rotary drive and the solar panel to lift the solar panel toward the elevation. The movement of the two-axis sun tracker at horizontal and elevation angles can drive the solar panels directly toward the sun.
  • the rotary drive must support the sun. Plate weight can all, it must also carry lateral forces and moments due to the solar panels generate a fixed tilt out, wind load and carries solar panel (W ind load). Second, the weight of the solar panel and the moment generated by the lateral force, so that the size of the rotary drive depends on the size and weight of the solar panel. Moreover, the worm drive and rotary gear assembly of the rotary drive must be assembled with a ball bearing that receives the full weight of the solar panel and the torque applied to the rotary drive. As a result, the slewing drive becomes very cumbersome. 3. If you encounter a problem with the rotary drive and must repair or replace it, you must disassemble the entire solar panel before proceeding.
  • the present invention proposes a simplified solar tracker that has the advantages of low cost, light weight, and low maintenance cost, and is conducive to responding to the upcoming energy revolution.
  • the two-axis sun tracker disclosed in the present invention can solve some or all of the above problems.
  • the present invention avoids carrying the weight and lateral force of the solar panel on the horizontal angle driver and the elevation driver, and carries the weight of the solar panel on the rotating head.
  • the rotating head is directly placed on the top of the ground column, and the upper and lower bearings are properly fixed between the two. Rotating head and bearing are not It only carries the weight of the entire solar panel in the vertical direction, and also balances the moment generated by the wind load of the solar panel in the horizontal direction.
  • the present invention can selectively use a bushing material which is low in cost and requires no maintenance. Therefore, the horizontal angle driver fixed between the lower ground column and the upper rotating head is not affected by the direct (gravity) and lateral moments of the solar panel. Therefore, the dual-axis solar tracker disclosed in the present invention does not require much force when driving the entire solar panel at a horizontal angle.
  • the present invention divides the sun tracker into two equal sections, supported by a horizontal beam (tube), and the center of gravity of the horizontal beam falls above the cylindrical rotating head.
  • Each segment of the solar tracker is balanced on the horizontal beam at the same time, so that the sun tracker can rotate freely along the center line of gravity and on the horizontal beam, so the elevation drive does not require much effort.
  • the traditional sun tracker fixes the rotary drive in the center between the ground column and the solar panel.
  • the rotary actuator of the conventional solar tracker Once the rotary actuator of the conventional solar tracker is in a condition, the entire solar panel must be removed or disassembled.
  • the present invention mounts the horizontal angle driver and the elevation driver on one side of the ground post and the rotary head by means of nuts and bolts to mount the fitting. This has the advantage of being easy to install, remove and replace, and only one maintenance person can perform routine maintenance work. This is also the biggest difference between the solar tracker of the present invention and the conventional sun tracker.
  • the horizontal angle driver is fixed to one side, which facilitates regular maintenance or replacement, thereby prolonging the life of the solar tracker.
  • the dual-axis sun tracker of the present invention is equipped with a wind-resistant lock.
  • the wind-resistant lock device is activated whenever a strong wind exceeds the wind threshold.
  • the anti-wind lock device uses electromagnetic force to fix the sun tracker to the neutral wind position and firmly locks on the ground column using the two electromagnetic drive locks, so that the linear drive on the sun tracker can withstand strong winds Shocked and beaten.
  • a step-by-step anti-wind lock can be used, which protects the linear drive and the sun tracker from strong winds and greatly extends their service life.
  • Figure 1 illustrates a dual axis solar tracker of the present invention.
  • Figure 2 illustrates a single linear actuator fixed to one side between the rotating head and the ground column for horizontal angular rotation.
  • the 3A-3C diagram shows the rotation mechanism of the upper part of the rotating head to the lower part of the ground pillar via the end (or tilting) viewing angle.
  • Figure 4 illustrates the horizontal angle linear actuator attached to the solar panel and the solar panel is rotated in the ascending direction.
  • FIGS 5A-5C illustrate another manner of rotating the tracker bracket.
  • Figure 6 illustrates the use of a two linear actuator for horizontal angular rotation of the present invention.
  • Figures 7A-7C illustrate the rotation mechanism of two linear actuators.
  • Figure 8 illustrates the dual axis solar tracker of the present invention driven using a direct drive stepper motor.
  • Figure 9 illustrates the use of an electromagnetic wind-resistant lock for the dual-axis solar tracker of the present invention.
  • Figure 10 illustrates the installation of an improved dual-axis sun tracker on a utility pole.
  • FIG. 1 illustrates a dual-axis solar tracker 10 of the present invention.
  • the sun tracker 10 includes a fixed cylindrical ground post 20, and a cylindrical rotating head 30 is placed over the ground post 20.
  • the rotary head 30 is made of a cylindrical tube, and the top end of the cylindrical tube is fixed to the square plate 36 or by a U-shaped tube, and the shape of the tube holder is not limited to the U shape.
  • the ground column boring head is preferably made of galvanized steel and has magnetic attraction.
  • a cylindrical sleeve 34 is fitted at the bottom end thereof in an anastomotic manner between the ground post 20 and the rotary head 30.
  • the cylindrical sleeve 34 not only facilitates the coaxial rotation of the rotating head 30 to the ground column 20, but also neutralizes the lateral torque applied by the solar panel to the wind load.
  • a cylindrical belt edge sleeve 22 is placed in an anastomotic manner between the rotary head 30 and the ground column 20, and the flange top end of the belt edge sleeve 22 can be closed.
  • the flange top end of the belt edge bushing 22 coincides with the inner wall of the rotary head 30, and the cylindrical tail end of the belt edge bushing 22 coincides with the inner wall of the ground pillar 20.
  • the top end of the edge bushing 22 supports the entire weight of the tracker bracket and the solar panel 52, and serves as a pivot point in the cylindrical bushing 34 and the lateral moment applied by the wind load.
  • a thumb washer bushing 17 is placed at the top end of the strap bushing 22.
  • commercially available strap bushings 22 may not fit exactly into the inner diameter of the outer swivel head 30 and the inner diameter of the inner post 20, so a disc bushing 16 or washer bushing may be used instead.
  • the belt edge bushing 22 is replaced by 17 in which the diameter of the slider disk 16 can be slightly smaller than the inner diameter of the rotary head 30.
  • a single tapered roller bearing 19 or a combination of a thrust roller bearing 18 and a cylindrical bushing 34 are used to replace the edge bushing 22.
  • the thrust roller bearing 18 is for the top end and the cylindrical bushing 34 is for the side wall.
  • the top end of the ground column 20 is to be spliced into a cylindrical neck to be inserted into the center hole of the tapered roller bearing 19 or the thrust roller bearing 18 in an anastomotic manner.
  • the advantage of using the thrust roller bearing 18 is that the diameter of the thrust roller bearing 18 does not have to completely match the inner diameter of the rotary head 30, because the cylindrical sleeve 34 is used at both ends of the rotary head 30, so that the rotary head 30 can Coaxial rotation and lateral force.
  • cylindrical roller bearing or the use of a needle bearing to reduce the gap between the rotating head 30 and the ground post 20.
  • a roller bearing When a roller bearing is used, the rotating head 30 will rotate faster because the friction is small. However, with a 12-hour day sunshine and a horizontal angle rotation of the solar tracker 10 at 180 degrees, such a rotational speed is actually quite slow, so that a lower cost bushing can be used.
  • the rotational drive force is primarily used to combat the wind load applied to the solar panel, with only a small portion acting on the rotation of the rotary head 30.
  • the cost and maintenance cost of the combination of the belt sleeve 22 or the sliding pad 16 or the sliding washer 17 and the cylindrical sleeve 34 are relatively low.
  • the cylindrical bushing 34, the cylindrical band bushing 22, the upper sliding pad 16 and the sliding washer 17 which are commercially available for industrial heavy machinery are available in many sizes.
  • These bushings are made of porous alloy, brass, bronze or synthetic materials. This combination also provides low friction rotation and low maintenance costs, and is used as a solid lubricant once in long-term use.
  • the rotating head 30 is an elongated cylindrical horizontal beam (tube) 50.
  • the horizontal beam 50 is secured to the upper square plate 36 together with the U-shaped clamp 44 and is nested between the two by a central cylindrical bushing 40, as shown in FIG.
  • the material of the highest cylindrical bushing is similar to the cylindrical bushing 34 on the inner side of the rotary head 30.
  • the horizontal beam 50 uses a seamless galvanized tube which provides better spin quality.
  • a pair of tracker brackets 521 and solar panels 52 are mounted on both sides of the horizontal beam 50, and the two groups are symmetrical to each other. The center of gravity of the horizontal beam 50 falls on the central cylindrical sleeve 40 to maintain balance.
  • the tracker holder 521 located on both sides of the rotary head 30 is further balanced on the horizontal beam 50 because the center of gravity of the center line is at the center line. Therefore, the solar panels 52 on both sides of the solar tracker 10 not only maintain balance on the central cylindrical sleeve 40, but also maintain an equilibrium state on the horizontal beam 50. If the two axes are to maintain a weight balance, the solar panels 52 that are symmetric about the two front and rear sides are mounted on the horizontal beam 50. There is another way to mount the tracker bracket 521 with a non-rotating horizontal beam (tube) 50, which will be discussed later. The tracking device is mounted differently than conventional installations.
  • FIG. 1 only shows the sun tracker 10, and does not show a horizontal angle linear drive and an elevation linear drive.
  • Figure 1 shows the sun tracker 10 on board Before the electric drive is installed, a small amount of external force can be used to rotate the horizontal and elevation angles. This is the main difference between the present invention and the conventional sun tracker.
  • the horizontal beam 50 is fixed to the rotating head 30.
  • the sides of the horizontal beam 50 may be replaced by square or rectangular beams.
  • the square beam coincides with the midsection of the inner side of the horizontal beam 50.
  • the use of square or rectangular beams may make it easier to mount solar panels.
  • Fig. 2 illustrates a single linear actuator fixed to one side between the rotary head 30 and the ground column 20 for horizontal angular rotation.
  • the L-shaped bracket 38 is fixed to the upper portion of the rotary head 30, and the open end of the L-shaped bracket 38 is connected to the drive rod 27 of the azimuth linear actuator 28 through the horizontal joint 25 (the size of the bolt coincides with the two through holes).
  • the main body of the linear actuator is fixed to the ground column 20 via the rotating arm 26 and the hinge 24.
  • the hub 24 is designed like a door hinge and is fixed to the ground post 20 by an extension rod.
  • the preferred embodiment bends the trailing end of the rotating arm 26 to 90 degrees so as to be able to clamp the horizontal angle linear actuator body 28 horizontally.
  • the L-shaped bracket 38 is fixed to the upper portion of the rotary head 30 because the L-shaped bracket 38 has a larger diameter than the ground post 20, so a shorter L-shaped bracket 38 is required.
  • the rotating arm 26 clamps the body of the horizontal angle linear actuator 28. In the preferred embodiment, the rotating arm 26 clamps the top end of the body of the horizontal angle linear actuator 28 to form a right angle. It is possible to fix the horizontal angle linear drive 28 and the drive rod 27 in opposite directions to the rotary head 30 and the ground post 20, but it is less recommended.
  • FIG. 3A-3C the 3A-3C diagram illustrates the rotation mechanism of the upper portion of the rotating head 30 with respect to the lower portion of the ground pillar 20 via the end (or tilting) viewing angle.
  • the small solid circle is the ground pillar 20
  • the large dotted circle is a cylindrical rotating head 30.
  • FIG. 3C illustrates the initial position of the sun tracker 10, with the L-shaped bracket 38 aligned with the hinge 24 in a straight line.
  • the L-shaped bracket 38, the rotating arm 26 and the drive rod 27 thus form a right-angled triangle, wherein the rotating arm 26 and the driving rod 27 form two right-angled sides.
  • the rotating head 30 must be rotated in a clockwise direction to increase the length of the bevel, which causes the entire sun tracker 10 to rotate in a clockwise direction.
  • the solar panels are also pushed to face the south (assuming the sun tracker 10 is in the northern hemisphere).
  • the horizontal angular linear drive 28 is attached to the opposite side of the rotary head 30.
  • FIG. 3A when the horizontal angle linear actuator 28 is almost fully extended, the L-shaped bracket 38 and the rotating head 30 are pushed to a position opposite the hinge 24, and the rotation will be approximately or more than 180 degrees. Therefore, the solar panels will face the sunset.
  • the longer L-shaped bracket 38 and the rotating arm 26 can be rotated more than 180 degrees.
  • the way of fixing the sun tracker 10 must be changed; if the sun tracker 10 is in the latitude area, the sun tracker 10 is not fixed all year round. Mode; If the sun tracker 10 is between two 23.5° latitude regions, especially near the equator, dual hubs 24, 74 can be installed on opposite sides of the ground column 20, as shown in Figure 3C.
  • the rotating arm 26 and the horizontal angular linear actuator 28 can be clamped on the opposite side of the hub 74, while the rotating head 30 on the L-shaped bracket 38 is rotated by more than 180°, so that the solar panel faces The sun orbit rotates.
  • FIG. 4 illustrates that the elevation linear actuator 58 is fixed to the solar panel, and the solar panel is rotated toward the elevation angle.
  • the upper portion of the V-shaped rod 51 is fixed to both sides of the horizontal beam 50, and the open end is fixed by the hinge 54.
  • a horizontal rod 49 is horizontally fixed to the rotary head 30 below the V-shaped rod 51, and the open end of the horizontal rod 49 is fixed by a hinge 56.
  • the hub 56 and the hub 54 are respectively fixed to the main body of the elevation linear actuator 58 and the drive rod 57. It is also possible to directly fix the hub 54 to the tracker bracket 521 without using the V-shaped rod 51.
  • the V-shaped rod 51 When the drive rod 57 on the elevation linear drive 58 is extended, the V-shaped rod 51 will rotate the horizontal beam 50 and the tracker bracket 521 to a position where the elevation angle is relatively low (the elevation of the solar panel to the horizon). Since the solar panels are balanced on the horizontal beam 50, little torque is required to rotate the solar panels. In general, the maximum elevation angle required for the solar panel to rotate is between zero degrees (when the solar panel is in the vertical position) to 90 degrees (in the horizontal position). As for if you want to rotate more than 90 degrees, just move the horizontal rod 49 Go to the lower position.
  • the horizontal angle linear drive 28 should not be disturbed by the elevation linear drive 58. Therefore, the V-shaped rod 51 and the fixed horizontal rod 49 must maintain a certain distance from the horizontal angle linear actuator 28.
  • the length of the elevation linear actuator 58, the horizontal rod 49, and the V-shaped rod 51 can be shortened, or the rotary head 30 can be lengthened. Or it may be considered to lengthen the horizontal angle linear drive 28 to be long enough to rotate the rotary head 30 over 180 degrees.
  • the horizontal rod 49 the original length is still maintained by any skilled person, and the V shape can be easily changed and modified.
  • the shape and fixing mechanism of the rod 51 and the horizontal rod 49 such as changing the shape of the V-shaped rod 51 into a U-shaped rod, or changing the single horizontal rod 49 into two parallel horizontal rods 49, the two parallel horizontal rods 49
  • Two non-rotating horizontal beams of the elevation linear drive 58 perform another elevation rotation
  • Figures 5A-5C illustrate another manner of rotating the tracker bracket 521 by rotating the horizontal beam 50 directly onto the upper square plate 36 of the rotating head 30.
  • the horizontal beam 50 is fixed directly to the upper square plate 36 of the rotary head 30 by a simple device like a U-bolt (e.g., a U-shaped clamp 44) without the use of a central cylindrical sleeve 40.
  • the horizontal beam 50 does not rotate the rotating head 30, but the tracker bracket 521 will rotate the horizontal beam 50.
  • a plurality of cylindrical bushings 59 are secured between the straight T-beams 54 of the tracker bracket 521 and the horizontal beams 50 by clamps or U-bolts.
  • the preferred embodiment will secure the cylindrical bushing 59 to the straight T-beam 54 using a pillow type pliers 62. See Figure 5C for the pillow-type pliers 62 and the cylindrical bushing 59.
  • the straight T-beam 54 can be an inverted T-beam and the height of the T-beam will match the depth of the solar panel.
  • the ⁇ beam is stamped and formed from a metal sheet, and the center is an inverted U-shaped T-post, as shown in Fig. 5B.
  • the solar panel 52 can be further secured to the U-shaped T-pillar, i.e., the top edge of the solar panel 52 is drilled into the bottom of the T-pillar along with the spacer 60 and the bolt 61.
  • the elevation linear drive 58 can drive the transverse T-beam 54 of the tracker bracket 521 to rotate about the fixed horizontal beam 50.
  • an L-shaped beam 55 is attached to both ends of the T-shaped beam to form a tracker bracket 521 having a rectangular shape.
  • the drive rod 57 must be pivoted on the tracker bracket 521 rather than being fixed to the fixed horizontal beam 50.
  • the present invention uses a two linear actuator for horizontal angular rotation.
  • the linear actuator 29 and the linear actuator 39 are respectively fixed to the L-shaped bracket 25 of the ground pillar 20 and the L-shaped bracket 35 of the rotary head 30. Both the linear actuator 29 and the linear actuator 39 utilize a horizontal rotary pivot Set on the L-shaped brackets 25, 35.
  • a rotating ring 21 is sleeved and fixed to the ground post 20 by a cylindrical sleeve or a needle bearing.
  • One end of the horizontal arm 23 is fixed to the rotating ring 21, and the other open end is fixed to the cylindrical hinge 37.
  • the cylindrical hub 37 is a tube, and the upper and lower ends are respectively locked by a sliding washer on the rings of the driving rods of the upper and lower linear actuators 39, 29.
  • Figures 7A-7C illustrate the rotation mechanism of the two linear actuators.
  • Figure 7C shows the linear actuator 39 above the linear actuator 29 with the rotary actuator 21 and the cylindrical hub 37 in between when the two linear actuators are in the closed position.
  • the upper linear actuator 39 and the rotary head 30 are pushed, together with the rotary ring 21, the horizontal arm 23 and the cylindrical hinge 37, to start clockwise rotation.
  • Fig. 7B when the lower linear actuator 29 is fully extended, but the upper linear actuator 39 is in the initial position, the rotary head 30 is rotated by about 120 degrees.
  • the rotary head 30 fixed to the linear actuator 39 is rotated by about 120 degrees as shown in Fig. 7C.
  • the second rotation is performed, the rotary ring 21, the horizontal arm 23, and the cylindrical hinge 37 are left in the same position. Therefore, the upper rotary head 30 can be rotated by about 240 degrees with respect to the lower ground 20 .
  • Two linear actuators have two advantages: one, the rotation angle of the rotary head 30 can exceed 180 degrees, up to about 240 degrees; Second, the use of two shorter linear drives instead of a single long linear drive. Since the rotating head 30 can be rotated by 240 degrees, even in the tropical regions with the largest number of days of sunlight per year, it is not necessary to move the linear actuator whenever the sun orbit traverses the sky apex.
  • the disadvantage of the two linear drives is that the linear drives must be very short in order to reserve space for the solar panels that rotate at low elevation angles. However, if the solar panel adopts a conventional ascending mode instead of the way in which the edge of the edge is raised, the two linear actuators do not need to reserve space. Stepper motor and gear drive for horizontal angular rotation
  • the present invention is driven using a direct drive stepper motor 33, wherein a gear ring 31 is selected one above the spin head 30 or the ground post 20, as shown in FIG.
  • the figure shows that the gear ring 31 is fixed to the rotary head 30.
  • the stepping motor 33 and the gear shaft 32 are directly driven to be fixed to the ground pillar 20.
  • the position of the stepping motor 33 and the gear ring 31 can be directly driven.
  • it is customary to design the gear shaft 32 and the gear ring 31 to match. If the gear ring 31 has 720 saw teeth, the gear needs to go 360 teeth when it is rotated 180 degrees.
  • the motor does not make a gear reduction device every step of the motor, it will make a horizontal rotation of half a degree. To obtain a finer resolution, it is necessary to increase the number of saw teeth of the gear ring 31 or to use a gear reduction device that drives the stepping motor 33.
  • the semi-circular ring 311 is shown on the left side of Fig. 8, and the semicircular ring 311 can be used as a rotation range of more than a semicircle.
  • the advantage of the semicircular gear ring 311 is that the semicircular gear ring 311 can be easily replaced when the original ring is worn or rusted due to prolonged use. At the time of installation, the radius of rotation of the semicircular gear ring 311 can exceed 180 degrees of the ring gear from the smaller ground.
  • the stepper motor 43 is coupled to a worm drive 42.
  • the worm 42 is mostly used on the rotary drive of today's two-axis sun tracker 10, which is wrapped with a ring of ball bearings that rotate horizontally.
  • a gear reduction device so that the desired resolution can be obtained without changing the number of saw teeth on the gear ring.
  • the tilting gear ring also makes the rotation smoother.
  • the advantage of this mode is that the stepping motor 33 and the gear ring 31 are directly driven on the rotary head 30 and The ground column 20 occupies only a small amount of space, which can avoid interference with the elevation linear drive. Moreover, it is also possible for the rotary head 30 to be rotated 360 degrees. In addition, the method can also reduce costs if it is necessary to mass-produce the same gear motor for use in a large-scale solar power plant.
  • the disadvantages of the method are as follows: 1. When encountering a bad weather condition, the gear ring 31 and the direct drive stepping motor 33 must be covered and sealed to avoid damage to the gear and the motor. Second, the gear ring 31 and the gear shaft 32 must be manufactured separately for the rotating heads 30 of different specifications. 3.
  • gear ring 31 and the direct drive stepping motor 33 are used together, they must be tightly coupled to each other, but this may cause problems due to wind damage and long-term vibration. 4.
  • the rotating head 30 When replacing the damaged gear ring 31, the rotating head 30 must be removed; or the design of the two detachable gear rings 31 is used.
  • the motor is rotated horizontally with the magnetic rotor
  • the present invention employs a direct drive stepping motor 33, and it is not necessary to use the gear ring 31 on the rotary head 30.
  • the permanent magnet shaft (or electromagnetic magnet shaft) 321 serves as a rotating shaft for directly driving the stepping motor 33, and the deceleration device of the permanent magnet shaft (or the electromagnetic magnet shaft) 321 can be reduced or decelerated.
  • the electromagnetic magnet shaft refers to the metal rod. Winding the coil, when the coil is energized, the metal rod will generate an induced magnetic field, as shown in the lower left figure of Figure 8.
  • the rotary head 30 must be made of magnetic steel that can be attracted by the magnet shaft 321 .
  • the magnetic attraction provided by the magnet shaft 321 ensures that the magnet shaft 321 and the rotary head 30 do not slip during the friction drive.
  • the magnitude of the rotational force or the rotational friction is proportional to the size of the magnet shaft 321 so that as long as the size of the tracker bracket 521 is larger or the load is larger, the required magnetic force is increased.
  • the larger the size of the tracker holder 521 the larger the required column 20 and the rotating head 30 are, and therefore the larger the magnet shaft 321 is.
  • an electromagnetic rotating shaft is used, the stronger the current flowing through the electromagnetic rotating shaft or the larger the number of coils per unit length, the stronger the generated magnetic force.
  • the magnet shaft 321 has an advantage in that the structure of the horizontal angle driver can be simplified and the cost thereof can be reduced. Since there is no gear ring 31 and gear shaft 32, there is no problem of erosion, rain and dust covering, maintenance, lubricity, and the like.
  • the diameter of the rotary head 30 is divided by the diameter of the magnet shaft 321 and multiplied by the number of steps of the stepping motor for one revolution, which is equal to one rotation of the azimuth resolution (the diameter of the rotary head 30, the diameter of the magnet shaft 321 X stepping)
  • the number of steps in which the motor rotates one revolution the azimuth resolution of one revolution.
  • One or two resolutions are sufficient for solar panels. The higher the resolution, the smaller the diameter of the magnet shaft 321 is to be applied to a precision system such as a solar concentrating battery or a reflection concentrating system.
  • Anti-wind lock device for horizontal and elevation rotation
  • an electromagnetic windproof lock 65 as a solution, see FIG. Since the horizontally rotating rotating head 30 and the horizontally rotating horizontal beam 50 are both cylindrical, an electromagnetic lock shaped like an old-style automobile drum brake is used. Difference between the two In the drum brake, the friction is used to brake, and the electromagnetic wind lock 65 is locked by electromagnetic attraction.
  • the head 63 of the electromagnetic wind lock 65 has a drum shape and is engaged with the rotary head 30 and the horizontal beam 50.
  • the solenoid head 64 is activated by the direct current, the head 63 generates a magnetic force, and the rotating head 30 or the horizontal beam 50, which are made of steel, is attracted to form an anti-wind lock structure.
  • the electromagnetic anti-wind lock 65 is fixed on the ground column 20 and the upper square plate 36, and the ground column 20 and the upper square plate 36 are provided with anti-wind lock support frames 66 for fixing the horizontal angle and elevation electromagnetic anti-wind locks 65, respectively. .
  • the electromagnetic wind lock 65 is quite practical and can protect the linear actuators 28 and 58 when the solar panel 52 is laid flat against strong winds exceeding the wind threshold.
  • the electromagnetic wind-resistant lock 65 is used as a step-by-step wind-resistant lock to counter the strong winds that are constantly blowing.
  • the operational steps of this progressive wind-resistant lock are as follows: 1.
  • the down counter on the tracking device controller is zero during the operation of the anti-wind lock device. 2.
  • the tracking device controller commands the solenoid head screw 64 to release the power supply, causing the head 63 to return to the unlocked position. 3.
  • the tracking device controller commands the horizontal angle linear actuator 28 or the elevation linear actuator 58 to rotate one step in the horizontal or elevation direction. 4.
  • the club head 63 activates and locks the sun tracker 10 to the current position, and the tracking device controller restarts the down counter.
  • the sun tracker 10 operates quite slowly.
  • the horizontal angle rotation is about 180 degrees, while the elevation angle rotation is only 90 degrees. If you rotate on an equinox day with 12 hours of sunshine, it will take four minutes to rotate at a horizontal angle and eight minutes at an elevation angle.
  • the horizontal angle linear drive 28 and the elevation linear drive 58 can be activated one step at a time. Can be less than one second. Therefore, the sun tracker 10 is in a locked state for most of the time.
  • the anti-wind lock device can reduce the horizontal angular linear drive 28 and the elevation linear drive 58 from being subjected to constant wind load vibration and tapping, thereby extending the horizontal angular linear drive 28
  • the service life of the elevation linear drive 58 further extends the useful life of the solar tracker 10.
  • Figure 10 illustrates the installation of a modified dual-axis solar tracker 10 on a utility pole. Since the bottom of the utility pole 12 is larger than the top end, rather than a uniform cylindrical shape at the head and tail, the ends of the inner cylindrical tube 20 are sleeved and fixed to the utility pole.
  • the cylindrical tube 20 replaces the ground column 20 of Fig. 1.
  • a flange ring 70 is attached to the bottom of the cylindrical tube 20 and functions similarly to the circular tube 20 for supporting and supporting the rotary head 30.
  • the position of the swivel head 30 is similar to that of the belt rim 22, and the bottom flange of the rim bushing 22 is located above the flange ring 70 that encloses the cylindrical tube 20.
  • a sliding washer 17 can be selectively inserted between the flange ring 70 and the band bushing 22 to make it smoother when rotated. Further, it is also possible to arbitrarily insert the appropriate upper and lower cylindrical bushings 34 between the outer side of the cylindrical tube 20 and the inner side of the rotary head 30, which not only makes the rotation smoother, but also can withstand the lateral moment and the wind. However, if the outer liner of the cylindrical tube 20 and the inner liner of the rotary head 30 are made of a porous sleeve and are very conformable, it is not necessary to use the cylindrical sleeve 34. That is, the manner in which the rotary head 30 is fixed to the ground post 20 can be modified to be mounted on the utility pole 12 for charging the daytime hybrid or electric vehicle, or to store the power generated during the day. Use for night lighting.
  • the horizontal beam 50 is fixed by the flange of the rotary head 30 and is horizontally fixed to the main body of the rotary head 30 by a U-shaped bolt.
  • a plurality of cylindrical bushings 59 are placed over the horizontal beam 50.
  • Horizontal beam 50 will make the sun
  • the energy board 52 is rotated at an elevation angle, which is the same as the case where the solar panel 52 described above is rotated at an elevation angle by a non-rotating beam.
  • a rechargeable battery and power control box 45 can be attached to any convenient location on the utility pole for night illumination.
  • a single or dual-axis linear actuator that rotates at a horizontal angle is fixed in a manner similar to that previously described in Figures 2 and 6.
  • a single or double-axis linear actuator that rotates at an elevation angle is fixed in a manner similar to that previously described in FIG. 4, except that the elevation driver of FIG. 10 is mounted on one of the rotary head 30 and the tracker bracket 521. On the side, the elevation driver in FIG. 4 is mounted at the center of the rotary head 30 and the tracker bracket 521.
  • the manner in which the cylindrical tube 20 and the rotary head 30 are mounted depends on whether the cylindrical tube 20 can be fitted from the top end of the utility pole. It is easier to assemble the entire rotating assembly before erecting the pole and then from the top of the pole. However, engineering is a challenge if new components are to be installed on poles that have already been erected.
  • the cylindrical tube 20, the rotary head 30 and the sliding washer 17 must be formed in a semi-cylindrical or semi-circular shape to fit the inner and outer tubes of a complete cylindrical shape.
  • the seam between each of the circular cylinder rings and the ring of each of the sliding washers 17 is preferably in a staggered configuration because the seams in a staggered configuration during installation are more secure.
  • this dual-axis tracker is not only applicable to photovoltaic panels, but can be widely applied to any solar tracker or satellite tracking.
  • this dual-axis tracker can be used in concentrating photovoltaic panels, trough or dish concentrators (plates), Stirling engine concentrating discs, reflective solar systems, polyphotothermal heaters and satellite trackers.
  • the scope of the present invention is defined by the scope of the appended claims, and the scope of the invention is defined by the scope of the appended claims.

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Description

用于太阳能板的双轴式太阳追踪器系统与装置
技术领域 本发明关于一种简化结构且成本较低的双轴式太阳追踪器， 用于太阳能 光电池 (photovoltaic， PV)板及太阳能聚光电池 (concentrated photovoltaic， CPV) 板上，并用于采用反射聚阳光系统的太阳聚光器及史特灵引擎 (Stirling engine) 反射碟上。 本发明尤指一种简化结构且以重力作中心的追踪结构， 该追踪结 构包含单一或两个低成本的线性驱动器， 且该线性驱动器安装在地柱 (ground post)的一侧， 可便于以较低的成本进行更换及维修。 背景技术
太阳能光电池板逐渐成为一般住宅区屋顶上的标准配备。 照射到屋顶上 太阳能板的太阳能多寡， 依太阳与太阳能板之间所形成仰角的正弦值 (sine)而 定。 换言之， 由于两者所形成的仰角在日出或日落时最小， 所以平放的太阳 能板所能收集到的太阳能最少。在纬度大约 34度的地区， 如果将太阳能板安 装在双轴式太阳追踪器上， 则相较于水平、 固定的太阳能板而言， 可以多收 集 49%的太阳能。 但是在住宅区屋顶上的太阳能光电池板加装太阳追踪器并 不实际。 至于对太阳能发电厂而言， 如果太阳追踪器的成本不是其主要的考 虑， 那么在太阳追踪器上安装太阳能板确实是可行的。 在太阳能聚光电池系 统中， 太阳能板及其光学配件必须直接面向太阳， 以便集中太阳光束。 在太 阳能光电池及太阳能聚光电池两系统中， 最主要的成本来自于使用传统的双 轴式太阳追踪器。 在太阳能光电池系统中， 如果太阳追踪器的成本超出太阳 能板成本的三分之一， 那么一般就可能不会考虑使用， 因为为此进行投资改 良并不划算。 此外， 相较于太阳追踪器上的固定零件， 可动零件的可靠度较 低。 另一方面， 在太阳能聚光电池系统中， 若要使太阳能板妥善运作， 则必 须强制太阳能板与太阳射线互为垂直方可。
在聚光式太阳热能发电 (concentrated solar thermo power, CSP)的应用方 面， 太阳追踪器也被用来反射与集中太阳射线。 主要的应用方式为将许多太 阳反射器固定在双轴式太阳追踪器上以收集太阳能。 接着再将所收集到的太 阳能集中到装满水或熔盐的加热箱来进行发电。像这样大规模的太阳发电厂， 通常称作 「反射聚阳光系统」 （heliostat)发电厂。 在反射聚阳光系统发电厂的 总成本中， 以太阳追踪器的成本占最高。 另一个可以应用本发电系统是史特 灵引擎。太阳热史特灵引擎亦需使用双轴式太阳追踪器来收集聚光太阳射线， 再利用太阳射线进行加热， 以便发电。 本发明以其安装方式简单、 组件成本 低、 维修费低及高耐用性等优势， 将更有益于采用太阳热集中方式的史特灵 引擎。
典型双轴式太阳追踪器由地柱 (ground post)组成， 该地柱固定在以混凝土 作底座的地底结构中。 也可以使用对生态较为友善的螺旋形地柱， 螺旋形地 柱乃直接钻入地中， 而不使用混凝土底座。 在地柱的顶端安装一旋转驱动器 (slewing drive)以同时支撑太阳能板的重量及水平角旋转 (azimuth rotation)。在 旋转驱动器的顶端固定一线性驱动器在旋转驱动器及太阳能板之间， 以便将 太阳能板朝仰角方向提升。 双轴式太阳追踪器在水平角及仰角上的移动， 可 以驱动太阳能板直接面向太阳。
然而传统的太阳追踪器有一些缺点： 一、 旋转驱动器除了必须支撑太阳 能板全部的重量外， 还必须承载因太阳能板固定倾斜而产生出来的侧向力及 力矩， 并承载太阳能板上的风载 (Wind load)。二、太阳能板的重量以及侧向力 所产生的力矩， 使得旋转驱动器的大小取决于太阳能板的大小与重量。 而且 旋转驱动器的蜗杆 (worm drive)与旋转齿轮两组件必须与滚珠轴承 (ball bearing)组装在一起， 其中滚珠轴承承受太阳能板的全部重量以及施加在旋转 驱动器上的力矩。 如此一来， 旋转驱动器 (slewing drive)就会变得非常笨重。 三、 如果遇到旋转驱动器发生问题而必须修理或更换时， 则必须先拆解整块 太阳能板才能继续进行。 四、 由于线性驱动器所提供给单一太阳能板的提升 机制（lifting mechanism)的缘故， 所以相对于旋转驱动器的轴心 (pivoting point), 太阳能板的重心经常变动， 这样可能会迫使旋转驱动器必须承受最大 的力矩。 因此， 在设计旋转驱动器及线性驱动器时， 必须考虑到太阳能板在 倾斜时可能会产生的最大力矩及最大侧向力。 但这样又会造成传统的双轴式 太阳追踪器变得非常笨重， 而且价格昂贵。 有鉴于此， 本发明提出一种简 化的太阳追踪器， 同时具备价格低廉、 重量轻且维修成本低的优点， 有助于 因应即将到来的能源革命。
为了克服上述传统双轴式太阳追踪器的缺点，本发明所揭露的双轴式太阳 追踪器， 可解决上述部份或所有的问题。 其一， 本发明避开了将太阳能板的 重量与侧向力承载在水平角驱动器及仰角驱动器上， 而将太阳能板的重量承 载在旋转头 (rotating head)的上面。 旋转头直接套在地柱的上面， 且两者之间 适切地以上轴承和下轴承 (； upper and lower bearings)固定住。 旋转头与轴承不 仅在垂直方向上承载了整个太阳能板的重量， 也在水平方向上平衡了因太阳 能板之风载所产生的力矩。 此外， 由于上轴承和下轴承需长期使用， 故本发 明可选择性地使用成本低且无须保养的轴套材质。 因此， 固定在下方地柱及 上方旋转头之间的水平角驱动器， 不受太阳能板直向 （重力） 及侧向力矩的 影响。 故本发明所揭露之双轴式太阳追踪器在水平角驱动整块太阳能板时， 无须耗费太多力量。
另一方面， 本发明将太阳追踪器分成重量均等的两段， 由一水平梁 （管) 支撑， 且水平梁的重心落在圆筒型的旋转头之上。 太阳追踪器的每一段同时 在水平梁上保持平衡， 如此一来太阳追踪器可以沿着重力中线， 在水平梁上 自由地旋转， 因此仰角驱动器也无须耗费太多力量。
另一方面， 传统太阳追踪器将旋转驱动器固定在地柱与太阳能板间 的中央位置， 一旦传统太阳追踪器的旋转驱动器发生状况， 就必须移 除或拆解整块太阳能板。 相较之下， 本发明利用螺帽和螺栓以安装配 件的方式， 将水平角驱动器及仰角驱动器安装在地柱及旋转头的一侧。 这样 做的好处在于容易安装、 拆除及更换， 而且只要一名维修人员就能 进行例行性的维修工作。这也是本发明之太阳追踪器与传统太阳追踪器 的最大差别。 藉由本发明所提出的低成本线性驱动器， 将水平角驱动器 固定在一侧， 可便于进行定期维修或更换， 就可以延长太阳追踪器的寿命。
再另外一方面， 本发明的双轴式太阳追踪器配备一抗风锁装置。 每当强 风超出风力临界值时， 抗风锁装置就会启动。 所述抗风锁装置利用电磁力将 太阳追踪器固定在中性风的位置，并牢牢地锁在使用两电磁驱动锁的地柱上， 这样可使太阳追踪器上的线性驱动器承受强风期间所受到的震动与拍打。 再 者， 在经常刮风的地区， 为了保护线性驱动器， 可以使用逐步抗风锁装置， 如此一来可让线性驱动器及太阳追踪器免受强风的侵袭， 大大延长其使用寿 命。 为让本发明的上述内容能更明显易懂， 下文特举一较佳实施例， 并配合 所附图式， 作详细说明如下：
國侧
图 1绘示本发明的双轴式太阳追踪器。
图 2绘示单一线性驱动器固定在旋转头及地柱间的一侧以进行水平角旋转。 第 3A-3C图经由端 （或俯） 视角度， 绘示旋转头上部对于地柱下部的旋转机 制。
图 4绘示水平角线性驱动器固定在太阳能板上， 且该太阳能板朝上升方向进 行旋转。
图 5A-5C绘示另一种旋转追踪器支架的方式。
图 6绘示本发明使用两线性驱动器来进行水平角旋转。
图 7A-7C绘示两线性驱动器的旋转机制。
图 8绘示本发明的双轴式太阳追踪器使用直接驱动步进马达驱动。
图 9绘示本发明双轴式太阳追踪器使用电磁抗风锁。
图 10绘示一电线杆上安装改良过的双轴式太阳追踪器。
具体实 式 以下各实施例的说明是参考附加的图式， 用以例示本发明可用以实施之 特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、 「右」、 「顶」、 「底」、 「水平」、 「垂直」 等， 仅是参考附加图式的方向。 因此， 使用的方向用语是用以说明及理解本发明， 而非用以限制本发明。 追踪器支撑结构
请参见图 1， 图 1绘示本发明的双轴式太阳追踪器 10。 太阳追踪器 10包 含固定的圆筒型地柱 (ground post)20 , 且地柱 20 上面套上一圆筒型旋转头 (rotating head)30。 旋转头 30由一圆筒管制成， 而该圆筒管的顶端以上方形板 36或以 U形管固定起来， 其中管支架的形状并不限于 U形。 地柱舆旋转头较 佳的使用材质为镀锌钢且具吸磁性。在旋转头 30的内侧， 其底端有一圆筒轴 套 34吻合地放置在地柱 20与旋转头 30之间。 圆筒轴套 34不仅方便旋转头 30对地柱 20进行同轴旋转（coaxial rotation) , 也可中和太阳能板受 风载（wind load)所施予的侧向力矩 (lateral torque)。在旋转头 30内侧的顶 端， 有一圆筒型带缘轴套 22吻合地放置在旋转头 30与地柱 20之间， 且带缘轴套 22的凸缘顶端可以闭合。 换言之， 带缘轴套 22的凸缘 顶端与旋转头 30的内壁吻合， 而带缘轴套 22的圆筒尾端与地柱 20 的内壁吻合。 故于直立时， 带缘轴套 22的顶端支撑追踪器支架及太 阳能板 52的全部重量， 并在圆筒轴套 34中和风载所施予的侧向力矩时 作为一枢轴点。为更方便于旋转， 在较佳实施例中， 带缘轴套 22的顶端放 置另一滑垫圈 (thrust washer bushing)17。 然而， 商业上使用的带缘轴套 22 可能无法确实吻合在外部旋转头 30 的内径以及在内部地柱 20 的内 径， 因此可以改用滑垫碟（disk bushing) 16 或滑垫圈（washer bushing) 17来取代带缘轴套 22， 其中滑垫碟 16的直径可以比旋转头 30的内径稍小。 甚至于使用两层滑垫碟 16或两层滑垫圈 17， 并将 两层滑垫碟或两滑垫圈之润滑面相对并涂上润滑剂（lubricant)以大幅降 低旋转头 30旋转时的摩擦力。所述润滑剂可以为液状或固状， 而且 直至太阳追踪器 10寿终为止都无须再次装填补充。当使用上滑垫碟 16或滑垫圈 17时， 在旋转头 30内侧首尾两端的侧壁， 需另外使用 和圆筒轴套 34同样的轴套， 可以保持同轴旋转以及侧向支撑。 关于 使用两层滑垫碟 16或滑垫圈 17的绘示， 请参见图 1 的右侧。 较佳 的滑垫圈， 滑垫碟及轴套的使用材质是为金属多孔质合金且可渗入 固态润滑剂。
其他可以用来取代带缘轴套 22的对象还有， 使用单一锥型滚柱轴 承 (tapered roller bearing) 19 , 或使用推力滚柱轴承 (thrust roller bearing) 1 8 及圆筒轴套 34的组合， 其中推力滚柱轴承 1 8 用于顶端， 而圆筒轴套 34 用于侧壁。 然而， 地柱 20 的顶端需悍接一圆筒颈， 以吻合地插入锥型 滚柱轴承 19或推力滚柱轴承 18的中心孔中。 使用推力滚柱轴承 18的 优点在于推力滚柱轴承 1 8 的直径无须完全吻合旋转头 30 的内径， 这 是因为旋转头 30 的头尾两端使用了圆筒轴套 34， 让旋转头 30可以进行 同轴旋转， 并可承受侧向力。 其他可以用来取代圆筒轴套 34的对象包括 使用圆筒型滚柱轴承， 或使用滚针轴承以缩小旋转头 30及地柱 20之间的 间隙。 使用滚柱轴承时， 因为摩擦较小， 所以旋转头 30 会转得较快。 然而以一天日照 12小时、 太阳追踪器 10以 180度进行水平角旋转 来看， 这样的旋转速度其实相当慢， 因而能够使用成本较低的轴套。 此外， 旋转驱动器力量主要是用来对抗施加在太阳能板上的风载， 仅一小部分作用于旋转头 30的旋转上。
若要在不测的天候状况下长期使用， 由于带缘轴套 22或滑垫碟 16或滑垫圈 17和圆筒轴套 34组合的成本及维修费用较为低廉， 可 视为最佳实施例组合。 此外， 市面上供应给工业重机械使用的圆筒轴 套 34、 圆筒带缘轴套 22、 上滑垫碟 16及滑垫圈 17有很多尺寸可供 选择。 以上这些轴套由多孔质合金 (porous alloy)、 黄铜、 青铜或合成 物质制成。 这个组合也能提供低摩擦力旋转以及低廉维修费用， 于长期 使用状况下作为一次涂上固态润滑剂使用。
在旋转头 30之上有一长型圆筒水平梁（管） 50。 水平梁 50与 U形夹 钳 44一起固定在上方形板 36， 并用中心圆筒轴套 40套在两者之间， 如图 1 所绘示。所述最高圆筒轴套所用的材质类似于旋转头 30内侧的圆筒轴套 34。 较佳地， 水平梁 50使用无缝镀锌管， 这可获得较佳的旋转品质。 水平梁 50 的两侧各装上一组追踪器支架 521及太阳能板 52， 两组相互对称。水平梁 50 的重心落在中心圆筒轴套 40上以维持平衡。再者， 位于旋转头 30两侧的追 踪器支架 521由于中线重心在中线的缘故，更进一步地在水平梁 50上维持平 衡状态。 因此， 太阳追踪器 10两侧的太阳能板 52不仅在中心圆筒轴套 40上 维持平衡， 也同时在水平梁 50上维持平衡状态。 两轴若要保持重量平衡， 有 赖于两前后左右对称的太阳能板 52安装在水平梁 50上。 尚有另一种用非旋 转水平梁 （管） 50安装追踪器支架 521的方式， 将于以后的内容中论述。 本 追踪装置的安装方式有别于传统的安装方式， 传统上利用旋转驱动器将大型 太阳能板顶在驱动器上， 而利用线性驱动器将太阳能板撑起。 而本发明安装 在水平梁 50两侧的太阳能板 52有一项优点， 可将太阳能板近零度的位置开 始旋转， 利于追踪出现在地平面上的太阳。 此外， 当晚上太阳能板 52处在垂 直位置时， 也比较容易清除上面的尘土或积水。 图 1仅绘示太阳追踪器 10， 而未绘示水平角线性驱动器及仰角线性驱动器。图 1显示太阳追踪器 10在机 电驱动器安装好之前， 可以利用少量外力进行水平角及仰角的旋转。 这一点 是本发明与传统太阳追踪器最主要的差别。
此外， 水平梁 50固定在旋转头 30的方式有很多。 举例来说， 只要旋转 头 30上面的水平梁 50中段切面是圆筒型的，水平梁 50两侧则可改用正方形 梁或长方形梁取代。又例如说，正方形梁与水平梁 50内侧的中段部分相吻合。 使用正方形梁或长方形梁可能更便于架设太阳能板的支架。 单一线性驱动器进行水平角旋转
请参见图 2， 图 2绘示单一线性驱动器固定在旋转头 30及地柱 20 间的一侧以进行水平角旋转。 L形支架 38固定在旋转头 30的上部， L 形支架 38的开口端透过水平枢纽 25 (螺栓的尺寸与两通孔吻合） 与水平 角线性驱动器 (azimuth linear actuator)28的驱动杆 27连接。 线性驱动器的主 体经由旋转臂 26与枢纽 24固定在地柱 20上。 枢纽 24的设计像门绞 链（door hinge), 以一延伸杆固定在地柱 20上。 较佳实施例是将旋转臂 26 的尾端弯曲成 90度， 以便能够水平地钳夹住水平角线性驱动器主体 28。 较 佳的做法是将 L形支架 38固定在旋转头 30 的上部， 这是因为 L形支架 38的直径比地柱 20更大， 因此需要用较短的 L形支架 38。 而旋转臂 26钳夹住水平角线性驱动器 28的主体。 较佳实施例为， 旋转臂 26钳夹住 水平角线性驱动器 28主体的顶端而构成直角。 将水平角线性驱动器 28与 驱动杆 27反向固定在旋转头 30及地柱 20上是可行的， 但较不建议。
请参见第 3A-3C图， 第 3A-3C图经由端 （或俯） 视角度， 绘示旋转头 30上部对于地柱 20下部的旋转机制。 小的实线圆圈是地柱 20， 而 大的虚线圆圈是圆筒型的旋转头 30。 图 3C绘示太阳追踪器 10 的初始 位置， 此时 L形支架 38与枢纽 24对齐成一直线。 L形支架 38、 旋转 臂 26及驱动杆 27此构成一直角三角形， 其中旋转臂 26与驱动杆 27构成 两直角边。太阳追踪器 10在初始位置时， 一般就表示太阳能板 52于早 晨面向东边方向。 接着， 如图 3B所绘示， 当驱动杆 27伸长时， 驱动杆 27会同时推动 L形支架 38及旋转头 30对地柱 20进行顺时针方向旋转。 接着， 请参见图 3C上方所绘示的直角三角形。 根据几何定理， 当作为直角 三角形其中一直角边的旋转臂 26固定， 而另一直角边的驱动杆 27伸长时， 作为该直角三角形的斜边（即枢纽 24及水平枢纽 25之间的距离）也会伸长， 所以不会将水平角线性驱动器 28推回到原始位置。 因此， 旋转头 30必定会 以顺时针方向旋转来增加斜边的长度，这会让整个太阳追踪器 10以顺时针方 向旋转。 在图 3B 中， 太阳能板也会受到推动而面向南方 （假设太阳追踪器 10位于北半球） 。 在南半球时， 水平角线性驱动器 28则会固定在旋转头 30 的相对侧。 接着， 如图 3A所绘示， 当水平角线性驱动器 28几乎完全伸长 时， L形支架 38及旋转头 30会被推到与枢纽 24相对的位置， 旋转将 近似或超过 1 80度。 因此， 太阳能板就会面向日落位置。 较长的 L 形支架 38与旋转臂 26可以使转动角度超过 1 80度。如果太阳追踪器 10所在纬度位置正好位于热带地区， 则必须改变太阳追踪器 10 的 固定方式； 如果太阳追踪器 10位在纬度较高的地区， 则一年四季都 不用改变太阳追踪器 10的固定方式； 如果太阳追踪器 10位在两个 23.5°纬度地区之间， 尤其是接近赤道的地区， 则可以在地柱 20的相 对两侧安装双枢纽 24、 74， 如图 3C所示。 夏季时， 当太阳轨道横 越天顶点（zenith point)时， 可以将旋转臂 26与水平角线性驱动器 28钳 夹在相对侧的枢纽 74， 而将 L形支架 38上的旋转头 30以超过 180°旋 转， 让太阳能板朝太阳轨道旋转。
任何熟习此技艺者，当可轻易更动与修改水平角线性驱动器 28的固定方 式， 改变固定于地柱 20与旋转头 30之间的长度及角度。 于初始位置 时， L形支架 38、 旋转臂 26及驱动杆 27未必一定要构成一个直角三 角形。 藉由改变此固定方式， 反而可以让水平角以超过 180°的角度 旋转。 但是本发明使用水平角线性驱动器 28进行水平角旋转的本质并 不会改变。 线性驱动器进行仰角旋转
请参见图 4， 图 4绘示仰角线性驱动器 58固定在太阳能板上， 且所述太 阳能板朝仰角进行旋转。 V形杆 51的上部固定在水平梁 50的两侧， 而开口 端以枢纽 54固定。 在 V形杆 51的下方有一水平杆 49水平地固定在旋转头 30上， 水平杆 49的开口端以枢纽 56固定。 枢纽 56和枢纽 54分别固定在仰 角线性驱动器 (elevation linear actuator)58的主体及驱动杆 57上。 也可以不 使用 V形杆 51， 而直接将枢纽 54固定在追踪器支架 521上。 当仰角线性驱 动器 58上的驱动杆 57伸长时， V形杆 51会将水平梁 50及追踪器支架 521 旋转到仰角比较低的地方（太阳能板的垂直线对地平线之仰角）。 由于太阳能 板平衡于水平梁 50上， 所以旋转太阳能板时需要很少力矩。 一般而言， 太阳 能板进行旋转时所需的最大仰角介于零度（太阳能板在垂直位置时）到 90度 (在水平位置时） 之间。 至于如果要旋转超过 90度时， 只要将水平杆 49移 到较低的位置即可。
从图 4可以观察到水平角线性驱动器 28不应受到仰角线性驱动器 58的 干扰。 因此， V形杆 51及固定住的水平杆 49必须与水平角线性驱动器 28保 持一定的距离。 可以将仰角线性驱动器 58、 水平杆 49、 V形杆 51的长度都 改短一些， 或是加长旋转头 30。 或也可以考虑把加长水平角线性驱动器 28， 长到足以将旋转头 30进行超过 180度的旋转， 至于水平杆 49仍维持原有长 任何熟习此技艺者， 当可轻易更动与修改 V形杆 51及水平杆 49的形状 及固定机制， 诸如将 V形杆 51的形状改成 U形杆， 或将单一的水平杆 49改 成两平行的水平杆 49， 该两平行的水平杆 49枢纽于仰角线性驱动器 58的两 非旋转水平梁进行另一种仰角旋转
请参见图 5A-5C, 图 5A-5C绘示另一种旋转追踪器支架 521的方式是以 水平梁 50直接固定在旋转头 30的上方形板 36上而旋转。水平梁 50以类似 U形螺栓的简单装置 （例如 U形夹钳 44)， 不使用中心圆筒轴套 40， 直接固 定在旋转头 30的上方形板 36上。 水平梁 50不会对旋转头 30旋转， 但是追 踪器支架 521会对水平梁 50旋转。 复数个圆筒轴套 59以夹钳或 U形螺栓固 定在追踪器支架 521的直向 T形梁 (crossing T-beam)54与水平梁 50之间。 较 佳实施例会用一枕型轴钳 62将圆筒轴套 59固定在直向 T形梁 54上。关于枕 型轴钳 62及圆筒轴套 59装置， 请参见图 5C。
如果将配备太阳光电池的平面太阳能板安装在太阳追踪器 10上，则直向 T形梁 54可为一倒反的 T形梁， 且 T形梁的高度会配合太阳能板的深度。在 较佳实施例中， τ 形梁是由金属片冲压成型， 中央为一倒反 U 形的 T 柱 (T-post), 如图 5B所绘示。太阳能板 52可以进一步固定在 U形的 T柱上， 即 把太阳能板 52的顶端边缘连同垫片 60及螺栓 61 —起钻进 T柱的底部。 因 为有圆筒轴套 59，所以仰角线性驱动器 58可以驱动追踪器支架 521的横向 T 形梁 54绕着已固定住的水平梁 50旋转。 若要完成追踪器支架 521的制作， 则将 L形梁 55连接到 T形梁的两端，构成一形状为长方形的追踪器支架 521。 更进一步地，还可以用四块三角板 53固定在长方形追踪器支架 521的四个角， 与 L形梁 55及 T形梁一起支撑追踪器支架 521。装设 T形梁时， 其长度及间 距大小都必须配合太阳能板 52的尺寸。 与先前利用水平梁 50进行旋转不同 的是， 驱动杆 57必须枢纽在追踪器支架 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来旋转的另类装置，此方式适用于追踪器支 架及太阳能板 52的尺寸偏大时。若将本实施例与先前的实施例相比， 在先前 的实施例中， 一轴套承载整个太阳追踪器 10的重量； 而在本实施例中， 用水 平梁 50旋转追踪器支架 521时，会将更多的重量分配给复数个轴套 59承载。 更进一步来说， 非旋转水平梁 50带给仰角线性驱动器 58的压力较小。 这种 安装方式适合用于大型的太阳追踪器 10上。 两线性驱动器进行水平角旋转
另一方面， 请参见图 6， 本发明使用两线性驱动器来进行水平角旋转。 线 性驱动器 29及线性驱动器 39分别固定于地柱 20的 L形支架 25及旋转头 30 的 L形支架 35上。线性驱动器 29及线性驱动器 39都是利用水平旋转枢纽固 定在 L形支架 25、 35上。 位于上、 下两方的线性驱动器 39、 29之间， 有一 旋转环 21利用圆筒轴套或滚针轴承套于并固定在地柱 20上。水平臂 23的其 中一端固定在旋转环 21上， 而另一开口端则与圆筒状枢纽 37—起固定。 圆 筒状枢纽 37为一管子， 上下两端分别都以滑垫圈锁在上方及下方线性驱动 器 39、 29的驱动杆的环上。
请参阅图 7A-7C, 图 7A-7C绘示两线性驱动器的旋转机制。 图 7C绘示 两线性驱动器处在关闭位置时，其中线性驱动器 39在线性驱动器 29的上方， 两者之间有旋转环 21及圆筒状枢纽 37。 当下方的线性驱动器 29伸长时， 会 推动上方的线性驱动器 39与旋转头 30， 连同旋转环 21、水平臂 23及圆筒状 枢纽 37， 开始进行顺时针旋转。 图 7B所示， 当下方的线性驱动器 29完全伸 长、 但上方的线性驱动器 39处在初始位置时， 旋转头 30会转动约 120度。 当上方的线性驱动器 39完全伸长，固定在线性驱动器 39上的旋转头 30会再 旋转约 120度， 如图 7C所示。 进行第二次旋转时， 旋转环 21、 水平臂 23及 圆筒状枢纽 37留在同一位置上。 因此， 上方的旋转头 30可以相对下方的地 柱 20旋转约 240度。
两线性驱动器的优点有两项：一、旋转头 30的旋转角度可以超过 180度， 最多到 240度左右； 二、 使用两个较短的线性驱动器， 而不是单一的长型线 性驱动器。 因为旋转头 30可以旋转 240度， 所以即使每年拥有阳光的天数最 多的热带地区， 也毋需每当太阳轨道横越天顶点时就要移动线性驱动器。 至 于两线性驱动器的缺点则是： 线性驱动器必须非常地短， 以便预留空间给以 低仰角转动的太阳能板。 然而， 如果太阳能板采传统的上升方式， 而不是采 边旋转边上升的方式， 则两线性驱动器就不需要预留空间。 步进马达与齿轮驱动进行水平角旋转
请参阅图 8，本发明使用直接驱动步进马达 33驱动，其中齿轮圆环 (gear ring)31择一套在旋转头 30或地柱 20的上面， 如图 8所绘示。 图上显示齿轮 圆环 31固定在旋转头 30上。 接着， 直接驱动步进马达 33和齿轮轴 32—起 固定在地柱 20上。或是直接驱动步进马达 33和齿轮圆环 31的位置可以相反。 进行水平角旋转时， 为能获得理想中的分辨率， 往常的习惯是将齿轮轴 32和 齿轮圆环 31设计得相配合。如果齿轮圆环 31有 720个锯齿，则齿轮旋转 180 度时需走 360齿。 而如果马达每走一步等于齿轮走一齿而未作齿轮减速装置 时， 会作水平角半度的旋转。 若要获得更精细的分辨率， 必需要增加齿轮圆 环 31的锯齿数目， 或用驱动步进马达 33的齿轮减速装置。 此外， 一半圆齿 轮圆环 311如图 8左侧所示， 半圆齿轮圆环 311可用来作为半圆以上的转动 幅度。半圆齿轮圆环 311 的好处在于， 当原有的圆环因长时间使用而磨损或 锈蚀， 则半圆齿轮圆环 311 可便于重新替换。 在安装时， 半圆齿轮圆环 311 的转动幅度自较小的地柱套上时可以超过 180度的齿环。
有另一种方式可以用来替代步进马达上的齿轮圆环， 为同时使用水平蜗 杆 (worm)驱动齿轮轴 32及倾斜式齿轮圆环 41， 如图 8右下角所绘示。 如图 显示， 步进马达 43与蜗杆 (worm drive)42相连接。蜗杆 42大部分使用于现今 双轴式太阳追踪器 10的旋转驱动器上，旋转驱动器会与进行水平角旋转之滚 珠轴承的圆环包在一起。 使用蜗杆 42及倾斜式齿轮圆环 41夕卜， 同时也可用 齿轮减速装置， 如此便可获得理想的分辨率， 而无须改变齿轮圆环上的锯齿 数。 另外， 倾斜式齿轮圆环也可让旋转更加顺畅。
本方式的优点在于，直接驱动步进马达 33及齿轮圆环 31在旋转头 30及 地柱 20上只占很少空间， 可以避免对于仰角线性驱动器产生干扰。而且旋转 头 30也有可能可以旋转 360度。另外， 如果需要大量制造相同的齿轮马达以 供应规模大的太阳能电厂使用时， 本方法也可以降低成本。 然而， 本方法的 缺点在于： 一、遇到不良的天候状况时， 必须将齿轮圆环 31及直接驱动步进 马达 33 进行覆盖并密封起来， 以避免齿轮及马达受到损害。 二、 齿轮圆环 31及齿轮轴 32必须针对不同规格的旋转头 30各别制造。 三、 由于齿轮圆环 31及直接驱动步进马达 33—起搭配使用， 所以彼此之间必须紧密嚿合， 但 这却可能会因为受到风载的损害及长期震动而造成问题。 四、 更换毁坏的齿 轮圆环 31时， 必须将旋转头 30拆下； 或者使用两片可拆式齿轮圆环 31之设 计。
歩进马达与磁铁轴 (magnetic rotor)进行水平角旋转
另一方面， 本发明采用直接驱动步进马达 33， 不需在旋转头 30上使用 齿轮圆环 31。 永久磁铁轴 （或是电磁磁铁轴） 321作为直接驱动步进马达 33 的转轴，永久磁铁轴 (或是电磁磁铁轴） 321的减速装置减不减速皆可， 电磁磁 铁轴是指在金属棒上缠绕线圈， 当线圈通电时， 该金属棒会产生感应磁场， 如图 8左下方之图所绘示。旋转头 30必须由可被磁铁轴 321吸引的磁性钢材 制成。 然而， 磁铁轴 321所提供的磁性吸力， 确保了磁铁轴 321与旋转头 30 在摩擦驱动过程中不会滑动。 旋转力或旋转摩擦力的大小与磁铁轴 321 的大 小成正比， 因此， 只要追踪器支架 521 的尺寸愈大或其荷重愈大， 则所需的 磁力就要愈大。 然而， 追踪器支架 521的尺寸愈大， 则所需的地柱 20及旋转 头 30也要愈大， 因此磁铁轴 321也就会愈大。 此外， 如果使用电磁转轴， 则 流经电磁转轴的电流越强或是单位长度的线圈数越大， 则产生的磁力越强。 而电磁转轴的半径即使比永久磁铁轴 321的半径小， 也能产生够大的磁力。 磁铁轴 321 的优点在于， 可简化水平角驱动器的结构且降低其成本。 因 为没有齿轮圆环 31及齿轮轴 32， 所以就不会出现侵蚀 、 雨水及尘土覆盖、 维修保养、 润滑性等的问题。 旋转头 30的直径除以磁铁轴 321 的直径后， 再乘以步进马达旋转一圈的步数， 就等于方位分辨率旋转一圈（旋转头 30的 直径 ÷磁铁轴 321的直径 X步进马达旋转一圈的步数 =转一圈的方位分辨率）。 分辨率一、 两度对太阳能光电池板而言已经足够。 分辨率愈高， 则需将磁铁 轴 321 的直径减少， 以应用于像太阳能聚光电池、 反射聚阳光系统等精密系 统上面。
进行水平角及仰角旋转的抗风锁装置
为了避免太阳能板 52与水平角线性驱动器 28互相干扰， 最好将太阳能 板 52与 L形支架 38对齐成一直线。 如图 3 C所示， 此时驱动杆 27的 力向量最大， 因为驱动杆 27与 L形支架 38接近垂直， 且太阳能板 52位于 初始位置。 但如图 3A所示， 驱动杆 27伸长至结束位置时， 其力向量 最小， 这是因为驱动杆 27与 L形支架 38之间为斜角。 这个小斜角的位置 不利于风载推动水平角线性驱动器 28， 而这对于图 4中之仰角旋转所造成的 问题甚至更大。 当仰角线性驱动器 58的驱动杆 57完全伸长， 但驱动杆 57与 L形支架 38之间的斜角却是最小时， 驱动杆 57就必须对抗侧 向吹来的强风， 这会对驱动器 58造成侵害。
针对上述问题， 本发明提出使用一电磁抗风锁 65作为解决之道， 请参见 图 9的绘示。 因为水平角旋转的旋转头 30与仰角旋转的水平梁 50都呈圆筒 状， 所以使用一形状像旧式汽车鼓式煞车 (drum brake)的电磁锁。 两者的差异 在于鼓式煞车利用摩擦力来煞车， 而电磁抗风锁 65使用电磁吸引力来闭锁。 在图 9中， 电磁抗风锁 65的杆头 63呈鼓状， 与旋转头 30及水平梁 50相合。 当电磁头螺线 64通直流电启动后， 杆头 63就会产生磁力， 吸引皆由钢铁制 成的旋转头 30或水平梁 50， 形成抗风锁结构。 然而当设计水平梁 50固定而 追踪器支架 521旋转时， 也必须设计电磁杆头 63可以吸引追踪器支架 521。 电磁抗风锁 65固定在地柱 20及上方形板 36上，且地柱 20与上方形板 36上 都装有抗风锁支撑架 66， 分别用来固定水平角及仰角电磁抗风锁 65。 电磁抗 风锁 65相当实用， 可以保护太阳能板 52平放时的线性驱动器 28及 58， 对 抗超出风力临界值的强风。
针对电磁抗风锁 65， 本发明提出一个更加实用的应用方式。 例如沿海等 多风地区， 当太阳能板 52受到强风吹袭的同时， 线性驱动器 28及 58也会不 断地受到强风的侵害而容易损坏。 这里提出一个创新想法： 将电磁抗风锁 65 作为逐步抗风锁， 以对抗不断吹袭的强风。 此逐步抗风锁的运作步骤如下所 述： 一、 追踪装置控制器上的递减计数器 (down counter)在抗风锁装置运作期 间为零。 二、 追踪装置控制器命令电磁头螺线 64解除供电， 使杆头 63回到 未上锁位置。三、追踪装置控制器命令水平角线性驱动器 28或仰角线性驱动 器 58在水平角或仰角方向上转动一步。 四、 杆头 63启动并将太阳追踪器 10 锁在目前位置， 且追踪装置控制器重新启动递减计数器。
一天当中， 太阳追踪器 10的运作速度相当缓慢。水平角旋转是 180度左 右， 而仰角旋转大部分则只有 90度。 如果在有 12 小时日照的昼夜等长日 (equinox day)旋转， 则以水平角旋转一度会花四分钟， 以仰角旋转一度会花八 分钟。 另一方面， 水平角线性驱动器 28及仰角线性驱动器 58每启动一步可 能小於一秒钟。 因此， 太阳追踪器 10在绝大部分时间都处在锁定状态。在水 平角线性驱动器 28及仰角线性驱动器 58连续启动期间， 抗风锁装置可以减 少水平角线性驱动器 28及仰角线性驱动器 58受到恒常风荷重的震动及拍打 的情形， 故能延长水平角线性驱动器 28及仰角线性驱动器 58的使用寿命， 进而延长了太阳追踪器 10的使用寿命。 于电线杆上安装双轴式太阳追踪器
请参见图 10， 图 10绘示一电线杆上安装改良过的双轴式太阳追踪器 10。 由于电线杆 12的底部比顶端要大， 而非头尾均匀的圆柱状， 因此将一内侧均 匀的圆筒管 20的头尾两端套于并固定在电线杆上。在图 10中， 圆筒管 20取 代图 1中的地柱 20。 但有一凸缘圆环 70固定在圆筒管 20的底部， 作用与圆 筒管 20类似， 都是用来托住并支撑旋转头 30。 旋转头 30的所在位置和带缘 轴套 22类似，而带缘轴套 22的底部凸缘位在位于套住圆筒管 20的凸缘圆环 70之上。 可以选择性地在凸缘圆环 70及带缘轴套 22之间插进一滑垫圈 17， 则旋转时会更加顺畅。 此外， 也可在圆筒管 20外侧及旋转头 30内侧之间， 任意插进合适的上、 下圆筒轴套 34， 不仅能让旋转时更加顺畅， 也能够承受 侧向力矩及风力。 然而， 假若圆筒管 20的外衬及旋转头 30的内衬由多孔质 轴套制成且十分吻合， 则无须使用圆筒轴套 34。 也就是说， 旋转头 30固定 在地柱 20上的方式， 经过改良后可以安装在电线杆 12上， 以供日间混合动 力车或电动车充电使用， 或储存日间所产生的电力以供夜间照明使用。
水平梁 50用旋转头 30的凸缘固定住， 并用 U形螺栓水平地固定在旋转 头 30的主体上。 复数个圆筒轴套 59套在水平梁 50上。 水平梁 50会使太阳 能板 52进行仰角旋转， 这与前面述及的太阳能板 52以非旋转梁进行仰角旋 转的情况相同。此外， 一充电式电池及电力控制箱 45可固定在电线杆上任何 方便的位置， 供夜间照明使用。
以水平角进行旋转的单或双轴式线性驱动器， 其固定方式与前面于图 2 和图 6所述者类似。 以仰角进行旋转的单或双轴式线性驱动器， 其固定方式 与前面于图 4所述者类似， 仅不同的是， 图 10中的仰角驱动器安装在旋转头 30及追踪器支架 521的其中一侧，而图 4中的仰角驱动器则安装在旋转头 30 及追踪器支架 521的中央位置。
圆筒管 20及旋转头 30的安装方式端赖于圆筒管 20能否从电线杆的顶端 套上。 比较容易的做法是， 在架设电线杆前就先将整个旋转组件组装好， 接 着再从电线杆的顶端套上。 然而， 如果要在已架设完成的电线杆上加装新的 组件， 在工程上则是一项挑战。 圆筒管 20、 旋转头 30及滑垫圈 17必须做成 半圆筒型或半圆环形， 以配合做成完整圆筒型的内管及外管。 再者， 每一圆 筒圆环与每一滑垫圈 17圆环之间的接缝以交错配置为佳，因为安装时以交错 配置的接缝的安全性较高。
虽然本发明已用较佳实施例揭露双轴式太阳追踪器如上， 然其并非用以 限定本发明。 再者， 本双轴追踪器的各项特征， 不仅现在光伏电板之应用， 而且可广泛应用在任何太阳追踪器或卫星追踪。 例如， 本双轴追踪器可应用 在聚光式光伏板， 槽状或碟状聚光器 (板)， 史特灵引擎聚光盘， 反射聚阳光系 统， 聚光电热器以及卫星追踪器。 本领域的普通技术人员， 在不脱离本发明 之精神和范围内， 当可作各种的更动与修改， 因此本发明的保护范围当视后 附之权利要求界定的范围为准。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述双轴式太阳追踪器装置包 含：
一地柱， 由一长型圆筒管制成， 包含一顶端与一底端； 其中所述顶端支 撑一旋转头； 其中所述地柱之所述顶端可为张开或闭合； 其中所述地 柱之底端固定在如地面等的底层结构中；
所述旋转头由一大圆筒管制成， 所述圆筒管以一上方形板密封起来; 其中所述旋转头的内壁套在所述地柱的外壁上面， 并用二轴套或二轴 承吻合地置于所述旋转头顶端与底端之间的间隙， 其中所述二轴套包 含上、 下轴套或所述二轴承包含上、 下轴承；
一圆筒水平梁， 直接或利用一圆筒轴套固定并平衡于所述旋转头之上； 一追踪器支架， 安装在所述水平梁上， 并在所述旋转头的两侧保持左右 对称， 也在所述水平梁两侧保持前后对称；
一或两水平角线性驱动器， 水平地固定在所述地柱与所述旋转头之间， 以驱动所述旋转头及所述追踪器支架进行水平角旋转； 以及
一仰角线性驱动器， 垂直地固定在所述旋转头与所述追踪器支架 (或所述 圆筒水平梁)之间， 以驱动所述追踪器支架进行仰角旋转， 且旋转轴的 重心集中在所述水平梁上。
2. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述追踪 器支架、 所述地柱、 所述圆筒管、 所述水平梁 （管） 皆由吸磁性不锈钢 金属或吸磁性不锈钢合金制成。
3. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述水平 角旋转由位在外侧的所述旋转头转动， 而所述旋转头则套在位于内 侧的所述地柱上， 两者间放入所述二轴套或所述二轴承， 让所述旋转头 可以对所述地柱进行同轴旋转； 其中所述上轴套或所述上轴承进一 步地支撑所述旋转头及所述追踪器支架的载重量。
4. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述上轴 套为一圆筒型带缘轴套， 其凸缘适切地与所述旋转头的内壁吻合； 其中 所述带缘轴套的主体适切地与所述地柱的内壁吻合； 其中一选择性使用 的滑垫圈吻合地置于所述带缘轴套之上， 以促进旋转； 其中所述下轴套 为一圆筒轴套。
5. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述上轴 套由一或两滑垫碟或滑垫圈及第一圆筒轴套组成， 且所述一或两滑垫碟 或滑垫圈与顶端吻合， 且所述两滑垫碟或所述两滑垫圈之润滑面相对， 让旋转更加顺畅； 其中所述第一圆筒轴套与上方侧壁吻合； 其中一第二 圆筒轴套与下方侧壁吻合。
6. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述上轴 承为一锥型滚柱轴承； 其中所述下轴承为一圆筒轴套； 或其中所述上 轴承可选择性由在顶端的推力滚柱轴承及在顶端侧壁的圆筒轴套所组 成；其中位于顶端及底端的所述两圆筒轴套可选择性由滚柱轴承或滚针 轴承取代。
7. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述旋转 头受一线性驱动器驱动而进行水平角旋转；所述线性驱动器的所 述驱动杆及所述主体分别地枢纽于固定在所述旋转头及所述地柱一侧的 伸长支架上；其中所述线性驱动器的所述驱动杆与所述主体的所述枢纽 位置可以互相对换。
8. 根据权利要求 7所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 一第一支 架固定在所述旋转头的一侧，所述线性驱动器的驱动杆水平地枢纽于所 述第一支架的尾端； 而所述线性驱动器的主体固定在一旋转臂上； 其 中所述旋转臂则枢纽于所述地柱上的一第二支架上；其中所述线性驱动 器可以藉由所述驱动杆的伸缩及所述旋转臂的旋转而进行水平方向的 旋转。
9. 根据权利要求 8所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 在所述地 柱的相对侧使用另一与所述第二支架相同的支架， 作为所述旋转 臂的枢钮， 以让所述旋转头在相反面旋转。
10. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述旋转 头受所述两线性驱动器驱动而进行水平角旋转； 而所述两线性驱动器 则分别枢纽于两支架上， 且所述等支架分别固定在所述旋转头与 所述地柱上。
11. 根据权利要求 10项所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述双 轴式太阳追踪器装置另包含：
一上支架与一下支架， 分别固定在所述旋转头与所述地柱一侧； 其中所 述两线性驱动器的主体分别枢纽于所述上支架及所述下支架 的开口端； 其中所述两线性驱动器可以分别对所述上支架及所 述下支架进行水平旋转；
一旋转环， 套在位于所述上支架与所述下支架之间的所述地柱上； 其中 一水平臂固定在所述旋转环的一侧； 其中所述水平臂外端与一作为 枢纽之直立管固定在一起；其中所述两线性驱动器之所述等驱动杆则 枢纽于所述直立管的顶端及底端；
其中所述旋转头， 藉由所述等上， 下线性驱动器的所述等驱动杆的伸 长而在水平角方向上旋转超过 180度。
12. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述旋转 头由一步进马达及其齿轮轴的驱动而对所述地柱进行水平角旋转， 且所 述步进马达及所述齿轮轴固定在所述地柱或所述旋转头的侧面上； 其中 一齿轮圆环与所述齿轮轴组合起来后， 分别套住或固定在所述旋转头或 所述地柱之上； 此目的是为了让所述旋转头进行水平角旋转， 其中所述 齿轮圆环可用固定于所述旋转头的半圆齿轮圆环所取代。
13. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述旋转 头由一步进马达的驱动而进行水平角旋转， 且所述步进马达连接在一蜗 杆齿轮上， 且所述蜗杆齿轮水平地固定在所述地柱或所述旋转头的侧面 上； 其中一倾斜式齿轮圆环与所述蜗杆齿轮组合起来后， 分别固定在所 述旋转头或所述地柱上； 此目的是为了让所述旋转头进行水平角旋转， 其中所述倾斜式齿轮圆环可用固定于所述旋转头的半圆齿轮取代。
14. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述旋转 头受一步进马达的驱动而对所述地柱进行水平角旋转，且有一永 久圆型磁铁轴或一圆型电磁磁铁轴连接在步进马达上， 所述圆型 磁铁轴与所述旋转头会密切地接触， 而所述旋转头由具有吸磁力的 材料制成； 其中所述磁性吸力提供所述旋转头旋转时的摩擦力。
15. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述水平 梁透过一圆筒轴套固定并平衡在所述旋转头之上， 且所述圆筒轴套套在 所述水平梁的中间， 以便所述水平梁进行旋转； 其中所述两侧对称之追 踪器支架安装在所述水平梁上， 并在所述旋转头上保持平衡； 其中所述 追踪器支架之两侧进一步地在所述水平梁上保持平衡， 且仰角旋转轴心 集中在所述水平梁上。
16. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述水平 梁直接固定并平衡在所述旋转头之上； 其中所述水平梁以复数个圆筒轴 套套住， 用来安装所述追踪器支架的所述等直向梁； 其中所述追踪器支 架绕着已固定住的所述水平梁旋转， 且仰角旋转轴心集中在所述水平梁 上。
17. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 一线性驱 动器主体垂直地枢纽于固定在所述旋转头的第一固定臂上； 其中所述线 性驱动器的所述驱动杆直接枢纽在所述追踪器支架上， 或枢纽于固定在 所述水平梁上的第二固定臂上； 其中所述驱动杆伸长时， 所述追踪器支 架会以仰角方向旋转， 且旋转轴心集中在所述水平梁上。
18. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述追踪 器装置直向支架是以由金属片冲压成型之 τ形梁做成， 且中央形成一 U 形的 τ柱； 其中所述等 T形梁安装是以倒反 T形梁钳夹并平衡在所述水 平梁上； 其中所述倒反 u形的中央 T柱， 用螺栓以固定所述等太阳能光 电池板。
19. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述双轴 式太阳追踪器装置包含两电磁抗风锁， 其中之一所述抗风锁固定在所述 地柱上与所述旋转头相邻； 另一所述抗风锁则固定在旋转头板上与所述 水平梁相邻； 其中两鼓状杆头位于所述等电磁抗风锁之电磁头螺线的中 央； 其中当电磁头螺线导电启动时， 所述等杆头会吸引所述旋转头与所 述水平梁， 藉由电磁吸力让所述太阳追踪器锁在期望中的抗风位置。
20. 根据权利要求 19所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 在双轴式 太阳追踪器进行旋转时， 所述等抗风锁装置作为逐步抗风锁， 在所述等 水平角或仰角线性驱动器连续启动之间锁住所述追踪器。
21. 根据权利要求 1所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述追踪 器装置应用在装载一太阳能光电池板、 一太阳能聚光电池板、 一槽状或 碟状聚光器、 一反射聚阳光系统太阳反射器、 一太阳热能聚光器， 或者 是一卫星天线。
22. 根据权利要求 1 所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述旋转 头固定在所述地柱上的方式， 经过改良后可以安装在电线杆上； 其中圆 筒管连同下凸缘圆环一起固定， 以支撑所述追踪器支架； 其中有一外带 缘轴套吻合地套在所述旋转头上，且与所述圆筒管的所述凸缘圆环相配， 且一滑垫圈及一可选择性使用的圆筒轴套插于两者之间， 让旋转更加顺 畅； 其中一安装两侧对称的追踪器支架及太阳能板的水平梁在凸缘上保 持平衡， 并固定在所述旋转头的主体上。
23. 根据权利要求 22所述的双轴式太阳追踪器装置， 其特征在于： 所述圆筒 管及所述凸缘圆环、 所述带缘轴套， 以及所述滑垫圈由半圆筒或半环制 成， 在中间位置组合成一完整的圆筒或圆环； 其中所述每一圆筒与所述 每一圆环的所述接缝彼此交织， 以便安装于现有的电杆上。
24. 一种双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述双轴式太阳追踪器系统 包含：
一地柱， 由一加长型水平圆筒管制成， 包含一顶端与一底端； 其中所述 地柱的顶端支撑一旋转头； 其中所述地柱的所述底端固定在像地面等 的底层结构中；
所述旋转头由一大圆筒管制成， 所述圆筒管上以一平板密封起来； 其中所述旋转头套在所述地柱上面， 并用复数个轴套或轴承吻合地置 于所述顶端与所述底端之间的间隙；
一加长型圆筒水平梁， 直接或利用一轴套固定并平衡于所述旋转头平板 之上；
一追踪器支架， 安装在所述水平梁上， 并在所述旋转头的两侧保持左右 对称， 也在所述水平梁上保持前后对称；
一水平角驱动器， 固定在所述地柱与所述旋转头之间的， 以驱动所述旋 转头及所述追踪器支架进行水平角旋转；
一仰角线性驱动器， 固定在所述旋转头与所述追踪器支架或所述圆筒水 平梁之间， 以驱动所述追踪器支架进行仰角旋转。
25. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 水平角 旋转由所述旋转头套在所述地柱上， 其间隙放入复数个所述轴套或轴 承， 让所述旋转头可以对所述地柱进行同轴旋转。
26. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述旋转 头对所述地柱的的水平角旋转， 由一线性驱动器的主体及驱动杆分别 地枢纽于所述旋转头及所述地柱一侧而旋转， 可使所述旋转头对所述 地柱在水平角方向上旋转超过 180度。
27. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述追踪 器可在相对的一侧水平角旋转， 其方式是将所述线性驱动器固定在所 述地柱相对的一侧。
28. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述旋转 头对所述地柱进行水平角旋转由两线性驱动器驱动， 而所述两线性驱 动器主体分别枢纽并固定在所述旋转头与所述地柱的一侧； 而所述两 线性驱动器的驱动杆枢纽而连接； 其中结合所述两线性驱动器的所述 两驱动杆伸长， 可使所述旋转头对所述地柱在水平角方向上旋转超 过 180度。
29. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述旋转 头受一步进马达及其齿轮轴的驱动而对所述地柱进行水平角旋转， 且连 结一齿轮圆环分别固定在所述地柱及所述旋转头上； 且所述齿轮轴可以 是一蜗杆齿轮。
30. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述旋转 头对所述地柱进行水平角旋转， 受一步进马达磁铁轴的驱动， 所 述磁铁轴是一无齿轮圆型永久磁铁轴或一圆型电磁磁铁轴与所述 旋转头会以磁性吸力密切地接触而旋转。
31. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述仰角 旋转轴套固定在所述水平梁并平衡在所述旋转头之上， 且仰角旋转轴心 集中在所述水平梁上。
32. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述水平 梁直接固定在所述旋转头之上； 其中所述追踪器支架的仰角旋转则绕着 所述水平梁上复数个轴套旋转， 且仰角旋转轴心集中在所述水平梁上。
33. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述仰角 旋转由一线性驱动器枢纽于所述旋转头及所述追踪器支架 (或所述水平 梁)之间； 其中所述线性驱动器的所述驱动杆伸长时， 所述追踪器支架会 以仰角方向旋转， 且旋转轴心集中在所述水平梁上。
34. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 两电磁抗 风锁固定在所述地柱与所述旋转头之间， 以及固定在所述平板与所述水 平梁 (或所述追踪器支架） 之间； 其中所述等电磁杆头启动后会所述太阳 追踪器锁在任一期望水平角及仰角的位置。
35. 根据权利要求 34所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述等抗 风锁装置在所述等线性驱动器水平角或仰角连续启动之间， 作逐步锁住 所述追踪器。
36. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述追踪 器支架是用来装载一太阳能聚光电池板、 一槽状或碟状聚光器、 一反射 聚阳光系统、 一太阳热能聚光器， 或者是一卫星天线。
37. 根据权利要求 24所述的双轴式太阳追踪器系统， 其特征在于： 所述旋转 头固定在所述地柱上的方式， 经过改良后可以安装在电线杆上， 以供日 间混合动力车或电动车充电使用， 或储存日间所产生的电力以供夜间照 明使用。
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