太陽能發電單元及其雙軸跟蹤支架的製作方法
2023-07-21 18:23:51 1
專利名稱：太陽能發電單元及其雙軸跟蹤支架的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能光伏發電技術領域，尤其涉及一種用於對太陽能發電單元的雙軸跟蹤支架及具有該雙軸跟蹤支架的太陽能發電單元。
背景技術：
太陽能是一種重要的清潔能源，利用太陽能的太陽能電站，既可以是大型電站，也可以是家用小型電站。大型電站通常具有大量的太陽能發電單元，而家用小型電站只要有一兩個發電單元即可。每一個太陽能發電單元的採集太陽能的設備主要是若干太陽能電池板(或稱陣列組件)，這些太陽能電池板需要由支撐裝置支撐在地面上。並且，由於地區差異、四季變化和每一天內不同時間的太陽照射角度變化的原因，太陽能電池板的角度需要調整，才能增加發電的效率。太陽能電池板角度的調整既包括適應四季變化的南北方向仰角調整，也包括適用一天內早晚變化的東西方向仰角調整。
然而，在我國現有的太陽能電池板的支撐與角度調整裝置(又稱太陽能支架)中， 沒有一個完整及正規的標準技術規範，能用的支架分為
I、固定式支架，是根據項目所在地的日照強度計算出平均每年的最大發電量，計算出相應的支架傾角，該結構 形式結構簡單，免維護，但是因一年四季太陽高度角不一致， 導致太陽光線和組件表面不能始終垂直，即全年發電量為接近平均值，沒有充分利用太陽能，發電量偏低。
2、單軸跟蹤支架，單軸跟蹤支架根據太陽東升西落的原理，調節好參數，使太陽能電池板表面每天對著太陽，儘量地使太陽光線垂直於太陽能電池板(即組件)表面，增大發電量，但該類型支架不能實現太陽能電池板的南北仰角調整。
3、雙軸跟蹤支架，雙軸跟蹤支架結構形式在單軸跟蹤的基礎上根據太陽高度角相關參數自動調整支架傾角，即使太陽能電池板每天每時每刻垂直太陽光線，最大限度地增大發電量，顯著的提高了發電效率，按太陽能電池板25年的壽命計算，該支架的性價比在這三種類型支架中完全佔優。
然而，現有技術的雙軸跟蹤支架，通常結構複雜，造價高，加工與安裝難度大。且現有技術的雙軸跟蹤支架一般比較笨重，鋼材用量較多，故障率高。發明內容
本發明的目的在於提供一種雙軸跟蹤支架，以解決現有技術中的用於太陽能發電單元的雙軸跟蹤支架的成本高、結構複雜、加工與安裝難度大的技術問題。
本發明的另一目的在於提供具有本發明雙軸跟蹤支架的一種太陽能發電單元。
為實現上述目的，本發明的技術方案如下
一種雙軸跟蹤支架，用於太陽能發電單元中太陽能電池板的支撐與仰角調整，所述雙軸跟蹤支架包括前立柱與後立柱，所述後立柱的頂端高於所述前立柱的頂端，所述後立柱設置於所述前立柱的正北方；主梁，所述主梁通過前軸承座連接於所述前立柱頂端，通過後軸承座連接於所述後立柱的頂端，所述前軸承座和所述後軸承座中均設置有與所述主梁平行的縱軸和與所述主梁垂直的橫軸；一組或多組支撐框架，分別連接於所述主梁，每組支撐框架用以支撐一個或多個所述太陽能電池板；升降裝置，包括驅動機構、主連杆、鉸接件和調節連杆，所述主連杆在所述主梁下方平行於所述主梁設置，由驅動機構驅動以在與所述主梁平行的方向上直線移動；所述鉸接件固定連接於所述主梁，所述支撐框架鉸接於所述鉸接件；所述調節連杆下端鉸接於所述主連杆，上端鉸接於所述支撐框架；翻轉裝置，包括一驅動件，所述驅動件的輸出端鉸接一連接臂的一端，所述連接臂的另一端鉸接於所述前軸承座或所述後軸承座的所述縱軸，以通過所述輸出端的伸縮移動帶動所述主梁轉動並帶動所述主梁所連接的所述支撐框架隨所述主梁翻轉。本發明的太陽能發電單元，具有本發明的雙軸跟蹤支架。本發明的有益效果在於，本發明的雙軸跟蹤支架，以主梁下設置的升降裝置帶動 支撐框架實現南北方向跟蹤，而東西方向則是支架相對於主梁轉動，其軌跡是一個1/4圓。通過電動推桿和螺旋升降機的工作實現太陽能電池板對太陽的跟蹤，充分利用不同角度太陽光的照射，達到相當好的效果。同時該雙軸跟蹤支架完全滿足各角度的需求，即可不受項目地的限制，具有非常好的通用性，而且具有結構簡單，製作難度低等優點。在保證雙軸跟蹤支架安全的前提下很好的控制了材料成本，降低了加工難度與安裝難度，外觀優美，最大化地提高性價比。本發明雙軸跟蹤支架的鋼材用量和固定式支架差不多，但是發電量較固定式提高5%左右，以30MW光伏發電項目為例，每年提高二十萬度以上，以電池組件壽命25年計算，可多發電五百多萬度。
圖I為本發明實施例的太陽能發電單元及雙軸跟蹤支架處於最小南北仰角狀態的示意圖。圖2為本發明實施例的太陽能發電單元及雙軸跟蹤支架位於最大南北仰角狀態的示意圖。圖3為本發明實施例的雙軸跟蹤支架的立體圖。圖4為本發明實施例的雙軸跟蹤支架的支撐框架的示意圖。圖5為圖I中的G部放大圖。圖6為圖I中B-B截面圖。圖7為圖I中C-C截面圖。圖8為圖3中的H部放大圖。圖9-圖11為圖I中的F-F截面放大示意圖。圖12為本發明實施例的雙軸跟蹤支架的後軸承座的局部示意圖。圖13為圖12中的D部放大圖。圖14為圖12中的E-E剖視圖。主要附圖標記說明11前立柱12後立柱 13地樁14基礎預埋件2後軸承座20連接塊21橫軸22縱軸23抱箍
24U型槽25座板 26十字聯軸器
3前軸承座
31縱軸32抱箍
4升降裝置
41螺旋升降機42主連杆43調節連杆 44鉸接
5支撐框架
51支撐框縱杆52支撐框內橫杆 53支撐框橫杆
54支撐縱杆55延伸杆
6太陽能電池板
7翻轉裝置
70銷軸71軸連接端72連接臂
73凸耳74自由端75推桿套
76鉸接座77固定座78加強筋
79電機
8主梁
81上支撐座82下支撐座
84安裝座85下滾輪 ；36安裝座
87上滾輪具體實施方式
體現本發明特徵與優點的典型實施例將在以下的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本發明的範圍，且其中的說明及附圖在本質上是當作說明之用，而非用以限制本發明。
如圖I-圖2所示，本發明實施例的太陽能發電單元，包括太陽能電池板6及本發明實施例的雙軸跟蹤支架。這裡所說的前後，是以太陽能電池板6面向陽光的一側為前，反之一側為後。前後方向確定之後，左右也就隨之確定。
下面具體介紹本發明優選實施例的雙軸跟蹤支架。
如圖I和圖2所示，本發明實施例的雙軸跟蹤支架，主要包括前立柱11、後立柱 12、主梁8、支撐框架5、升降裝置4和翻轉裝置7幾大部分，先逐個介紹以上各個部分，然後再介紹本發明實施例的雙軸跟蹤支架的組裝及仰角調整。
一、前立柱11和後立柱12
前立柱11底部和基礎預埋件14螺栓連接，前立柱11頂端設置有前軸承座3。後立柱12的頂端高於前立柱11的頂端，後立柱12需設置於前立柱11的正北方，前立柱11 與後立柱12可以長度相同，統一規格便於製作。後立柱12的底部固定連接於地樁13，後立柱11頂端設置有後軸承座2。當然，前立柱11和後立柱12也可以長度不同，均螺栓連接至同一高度的基礎預埋件14
二、主梁 8
主梁8是支撐太陽能電池板6的主要部件，主梁上連接有支撐框架5和升降裝置 4,主梁8兩端通過前軸承座3和後軸承座2連接前立柱11和後立柱12。
如圖I和圖2所示，主梁8設置於前、後立柱11、12的頂端之間。如圖8所示，主梁8的前端通過抱箍32連接於前軸承座3 ;如圖5所示，主梁8的後端通過抱箍23連接於後軸承座2。前軸承座3和後軸承座2中均設置有與主梁8平行(包括共線的情形)的縱軸31、22，後軸承座2中均設置有與主梁8垂直且與地面(或水平面)平行的橫軸21，橫軸21的作用是便於主梁8的安裝，如圖5、圖12-圖14所示，橫軸21安裝於後軸承座2的向下的U型槽24的下方，以免橫軸21阻礙後軸承座2沿縱軸22的翻轉，橫軸21由座板25支撐，座板25固定連接在後立柱12的頂端，橫軸21和縱軸22通過十字聯軸器26連接，橫軸21和縱軸22能夠在十字聯軸器26的軸孔內轉動，。前軸承座3的結構與後軸承座2的結構可以相同，例如也同樣具有橫軸。主梁8固定連接有鉸接件44，鉸接件44的上方鉸接於支撐框架6，用以給太陽能電池板6南北方向的仰角調整提供支點。鉸接件44既可以是直杆，也可以是其他形狀，既可以垂直於主梁8，也可以不垂直於主梁8。如圖8所示，鉸接件44可為一對，分別固定連·接於主梁8的左右兩個側面。至於主梁8與其他部件的其餘連接關係，在下面相應部件的介紹中再做說明。三、支撐框架5本發明實施例的雙軸跟蹤支架，其可包括一組或多組支撐框架5，每組支撐框架5用以支撐一個或多個太陽能電池板6，如圖4所示，本實施例中，共有六組支撐框架5，每一支撐框架5上固定連接有三塊太陽能電池板6。如圖3和圖4所示，支撐框架5包括由支撐框橫杆53和支撐框縱杆51所圍成的支撐框，在所述支撐框內還設置有支撐框內橫杆52，所述支撐框的支撐框縱杆51上方還固定連接有支撐縱杆54，支撐縱杆54的長度大於支撐框縱杆51的長度，太陽能電池板6通常是固定連接在支撐縱杆54上。在前一部分所說的鉸接件44的頂端，如圖8所示，即鉸接於所述支撐框內橫杆52的兩相對內側。如圖I、圖2和圖8所示，從前後的位置來說，鉸接件44鉸接於支撐框架5的支撐框內橫杆52的前方，支撐框內橫杆52的後方垂直向下連接有延伸杆55,也即支撐框內橫杆52的底面連接有延伸杆55，延伸杆55的下端鉸接的是調節連杆43，調節連杆43屬於升降
>j-U ρ α裝直。主梁8上還分別固定連接有上支撐座82和下支撐座81。四、升降裝置4升降裝置4是用於對太陽能電池板6的南北方向的仰角進行調整的裝置，升降裝置4包括螺旋升降機41、主連杆42、鉸接件44和調節連杆43。螺旋升降機41固定於主梁8的下方，通常是側下方，螺旋升降機41為太陽能電池板6的南北方向的仰角進行調整提供動力，但本發明並不局限於此，也可以由其他動力源來提供這一動力。主連杆42在主梁8下方平行於主梁8設置，通過銷軸連接於螺旋升降機41的絲杆，由螺旋升降機41驅動以在與主梁8平行的方向上做直線運動。鉸接件44的連接關係如前所述，其提供了太陽能電池板6進行南北方向仰角調整的旋轉支點；而調節連杆43下端鉸接於主連杆42，上端鉸接於延伸杆55下端，提供了太陽能電池板6進行南北方向仰角調整的旋轉力矩；在主連杆42移動到位以後，調節連杆43的兩個端點及鉸接件44的鉸接點這三個點，形成一個穩定的三角形，因此能夠穩固支撐調整到位後的太陽能電池板。上述鉸接的位置均可通過銷軸進行鉸接。
主連杆42通過多個上支撐座81與多個下支撐座82來保證其運動的直線性，如圖 6和圖8所示，主梁8的底面上固定連接有下支撐座82，下支撐座82上設置有下滾輪85，下滾輪85具有凹槽以承託主連杆42，加強筋84用以加強下支撐座82與主梁8之間的連接強度。如圖7所示，主梁8的側面上固定連接有上支撐座81，上支撐座81上設置有上滾輪 87，加強筋86用以加強下支撐座81與主梁8之間的連接強度。
如圖I和圖2所示，主連杆42在向後立柱12方向運動時，增大太陽能電池板6的南北方向的仰角，而向前立柱11方向運動時，則減小太陽能電池板6的南北方向的仰角。通過螺旋升降機41使得絲杆實現平行於主梁8的直線運動，進而帶動的主連杆42的直線位移，依靠上支撐座81與下支撐座82的約束，使得主連杆42平行於主梁8運動，主連杆42 通過銷軸帶動調節連杆43運動，主連杆42通過銷軸使得支撐框架5在主梁8上依託 鉸接件44的鉸接軸實現轉動，從而實現南北方向的仰角跟蹤，跟蹤角度為20度到45度，南北方向仰角的角度可以在20-45度之間。
五、翻轉裝置
翻轉裝置7是用於對太陽能電池板6的東西方向的仰角進行調整的裝置，翻轉裝置7主要包括連接臂72、推桿、固定座77和鉸接座76。本實施例中，推桿為具有電機79的電動推桿，但不限於此，也可以手動推桿。並且，作為驅動件，推桿也可以由油缸來代替。
如圖9-圖11所示，在後立柱12上，固定連接有固定座77，固定座77通過加強筋 78來加強與立柱12的連接強度。在固定座77的末端，通過鉸接座76鉸接推桿的推桿套 75，推桿的自由端(即輸出端)74與連接臂72鉸接，具體的是，在連接臂72的右端下方設置凸耳73，在凸耳73中穿設銷軸70以鉸接自由端74的頂端。
連接臂72的前端為軸連接端71，通過連接塊20與後軸承座2中的縱軸22可樞轉的連接，如圖12-圖14所示，連接塊20是後軸承座2的本體，連接塊20的頂面內側形成有 U型槽24，縱軸22固定連接在U形槽24內，連接塊20的前端通過抱箍23與主梁8固定連接。在圖5中，軸連接端71與連接塊20的連接位置在連接塊20的頂面，例如通過螺栓固定連接在連接塊20的頂部。自由端74的伸縮運動帶動連接臂72移動，通過軸連接端71， 帶動連接塊20和縱軸22繞縱軸22的中心線實現東西方向轉動，進而帶動主梁8及支撐框架5東西轉動，最終實現太陽能電池板6的東西方向仰角調整。
如圖9-圖11所示，本發明實施例的雙軸跟蹤支架，在自由端74的伸出量固定的情況下，鉸接座76的鉸接軸、銷軸70和縱軸22三者相互平行且距離關係固定，因此是穩定的三角形結構，因此能夠穩固支撐東西仰角調整到位後的太陽能電池板6。
如圖9-圖11所示，圖9-圖11中是在後立柱12的後方觀察後立柱12，因此圖 9-圖11中左側是東右側是西，自由端42在向伸出方向運動時，可以使太陽能電池板6的東西方向的仰角向左調整，即向東調整；自由端42在向縮回方向運動時，可以使太陽能電池板6的東西方向的仰角向右調整，即向西調整。東西方向各有45度的調整幅度，圖9所示為東西方向的仰角為O時的情形，圖10為偏東45度的情形，圖11為偏西45度的情形。
以下再介紹本發明的雙軸跟蹤支架的安裝與仰角調整
安裝步驟如下將製作好的前立柱11、後立柱12與基礎預埋件14、13螺栓連接， 因基礎施工誤差較大，調整兩立柱位置儘可能的保證安主梁8後主梁8與地面夾角為20 度，將主梁8通過抱箍23、32與前、後軸承座3、2固定連接，儘可能地保證同心度、同軸度， 其次將支撐框架5與主梁8銷軸連接，將翻轉裝置7與後立柱12及連接臂72銷軸連接，螺旋升降機41固定於主梁8上，主連杆42、調節連杆43、支撐框架5、螺旋升降機41採用銷軸進行鉸接。
本發明實施例的雙軸跟蹤支架，對於南北仰角的調整頻率例如可為一年四次，例如春季、夏季、秋季和冬季各一次。也可每一個月、兩個月進行一次調整。而對於東西方向的仰角，則可以一天調整三次、五次和七次等。
本發明的雙軸跟蹤支架，以主梁8下設置的升降裝置4帶動支撐框架5實現南北方向跟蹤，而東西方向則是翻轉裝置7驅動主梁8，支撐框架5隨主梁8轉動，其軌跡是一個 1/4圓。通過電動推桿和螺旋升降機41的工作實現太陽能電池板6對太陽的跟蹤，充分利用不同角度太陽光的照射，達到相當好的效果。同時該雙軸跟蹤支架完全滿足各角度的需求，即可不受項目地的限制，具有非常好的通用性，而且具有 結構簡單，製作難度低等優點。 在保證雙軸跟蹤支架安全的前提下很好的控制了材料成本，降低了加工難度與安裝難度， 外觀優美，最大化地提高性價比。本發明雙軸跟蹤支架的鋼材用量和固定式支架差不多，但是發電量較固定式提高5%左右，以30MW光伏發電項目為例，每年提高二十萬度以上，以電池組件壽命25年計算，可多發電五百多萬度。
本領域技術人員應當意識到在不脫離本發明所附的權利要求所揭示的本發明的範圍和精神的情況下所作的更動與潤飾，均屬本發明的權利要求的保護範圍之內。9
權利要求
1.一種雙軸跟蹤支架，用於太陽能發電單元中太陽能電池板的支撐與仰角調整，其特徵在於，所述雙軸跟蹤支架包括 前立柱與後立柱，所述後立柱的頂端高於所述前立柱的頂端，所述後立柱設置於所述前立柱的正北方； 主梁，所述主梁通過前軸承座連接於所述前立柱頂端，通過後軸承座連接於所述後立柱的頂端，所述前軸承座和所述後軸承座中均設置有與所述主梁平行的縱軸和與所述主梁垂直的橫軸； 一組或多組支撐框架，分別連接於所述主梁，每組支撐框架用以支撐一個或多個所述太陽能電池板； 升降裝置，包括驅動機構、主連杆、鉸接件和調節連杆，所述主連杆在所述主梁下方平行於所述主梁設置，由驅動機構驅動以在與所述主梁平行的方向上直線移動；所述鉸接件固定連接於所述主梁，所述支撐框架鉸接於所述鉸接件；所述調節連杆下端鉸接於所述主連杆，上端鉸接於所述支撐框架； 翻轉裝置，包括一驅動件，所述驅動件的輸出端鉸接一連接臂的一端，所述連接臂的另一端鉸接於所述前軸承座或所述後軸承座的所述縱軸，以通過所述輸出端的伸縮移動帶動所述主梁轉動並帶動所述主梁所連接的所述支撐框架隨所述主梁翻轉。
2.如權利要求I所述的雙軸跟蹤支架，其特徵在於，所述鉸接件鉸接於所述支撐框架的前方，所述支撐框架後方垂直向下連接有延伸杆，所述調節連杆鉸接於所述延伸杆的下端。
3.如權利要求I所述的雙軸跟蹤支架，其特徵在於，所述橫軸和所述縱軸通過十字聯軸器連接，所述後軸承座還包括連接塊和在所述連接塊的頂面內側形成的U型槽，所述縱軸固定連接在所述U形槽內，所述縱軸能夠在十字聯軸器的縱向軸孔內轉動，所述連接臂的軸連接端固定連接於所述連接塊的所述頂面，所述連接塊的前端通過抱箍與所述主梁固定連接。
4.如權利要求2所述的雙軸跟蹤支架，其特徵在於，所述支撐框架包括由支撐框橫杆和支撐框縱杆所圍成的支撐框，在所述支撐框內還設置有支撐框內橫杆，所述支撐框的支撐框縱杆上方還固定連接有支撐縱杆，所述支撐縱杆的長度大於所述支撐框縱杆。
5.如權利要求I所述的雙軸跟蹤支架，其特徵在於，所述驅動件為電動推桿，所述後立柱上設置有與所述後立柱垂直的固定座，所述推桿的推桿套鉸接於所述固定座。
6.如權利要求2所述的雙軸跟蹤支架，其特徵在於，所述主梁的底面上固定連接有下支撐座，所述下支撐座上設置有下滾輪，所述下滾輪具有凹槽以承託所述主連杆。
7.如權利要求6所述的雙軸跟蹤支架，其特徵在於，所述主梁的側面固定連接有上支撐座，所述上支撐座上設置有上滾輪以與所述下滾輪配合保證所述主連杆運動的直線性。
8.如權利要求4所述的雙軸跟蹤支架，其特徵在於，所述鉸接件為一對，底端分別鉸接於所述主梁兩側，頂端分別鉸接於所述支撐框內橫杆的兩相對內側，所述延伸杆設置於所述支撐框內橫杆的底面。
9.如權利要求I所述的雙軸跟蹤支架，前立柱的底部和基礎預埋件螺栓連接，所述前立柱與所述後立柱等高，所述後立柱的底部連接有地樁。
10.一種太陽能發電單元，其特徵在於，所述太陽能發電單元包括權利要求1-9任一所述的雙軸跟蹤 支架。
全文摘要
本發明公開了一種雙軸跟蹤支架及太陽能發電單元，用於太陽能電池板的支撐與仰角調整，包括前、後立柱；主梁，通過前、後軸承座連接於前、後立柱頂端，前後軸承座中均設置有縱軸和橫軸；一組或多組支撐框架，分別連接於主梁，每組支撐框架支撐一個或多個太陽能電池板；升降裝置包括驅動機構、主連杆、鉸接件和調節連杆，主連杆在主梁下方平行於主梁設置，由驅動機構驅動在主梁平行的方向上直線移動；鉸接件連接於主梁，支撐框架鉸接於鉸接件；調節連杆下端鉸接於主連杆，上端鉸接於支撐框架；翻轉裝置包括一驅動件，驅動件輸出端鉸接連接臂，連接臂的另一端鉸接於前或後軸承座的縱軸。本發明結構簡單、安裝方便且性價比高。
文檔編號H01L31/042GK102931253SQ20121043818
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者陳小剛, 艾方, 高殿軍, 鄭永 申請人:內蒙古科盛太陽能科技有限責任公司