CN115516255A - 一种太阳能跟踪装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种跟踪装置，其由多个支柱(1)和致动器支柱(1’)形成，这些支柱连接至基座(2)和转矩管(4)，太阳能电池板成对安装在所述转矩管(4)上。致动器支柱(1’)具有铰接件(3)，在铰接件旁边布置径向臂(5)，所述径向臂牢固地连接至所述转矩管(4)，所述径向臂在另一端铰接至具有螺杆传动的线性致动器(6)，所述线性致动器的底端(7)也通过接头(8)连接至所述致动器支柱(1’)。每个线性致动器(6)由齿轮(9)致动，所述齿轮与蜗杆(10)啮合，所述蜗杆(10)牢固地连接至由所有致动器共用以及由电动机(12)致动的万向节型传动器(11‑11'‑11”‑11”')，所述万向节型传动器通过支撑件(14)靠近所述转矩管(4)装配。

Description

一种太阳能跟踪装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能跟踪装置及其致动器，为旨在支撑光伏太阳能电池板的类型，具有旋转轴和单排致动装置，具有较大的电池板长度和/或表面积。本发明极大地减少或减轻了这种类型的跟踪装置在风的作用下缺乏动态稳定性，以及因诸如“颤动”和“飞驰”等现象导致的可能损坏，这些现象可能会损坏电池板，甚至导致整个结构的倒塌。

本发明的目的是提供一种简单、可靠、坚固、易于组装且经济的太阳能跟踪装置和致动器，其最小化或消除了在电池板的上表面和下表面上阴影的产生，所述的后个方面在双面光伏电池板中尤其要考虑。而且，与上述所有情况同时，由于所发明的***既不是悬挂在电池板本身上，也不是悬挂在它们所连接的金属结构(称为带件的型材)上，因此电池板上产生的振动最小。使电池板承受应力和/或振动，无论多么小，都会对电池板造成相当大的损坏，甚至迫使电池板更换，或降低其性能或缩短其使用寿命。

背景技术

单排光伏太阳能跟踪装置是已知的，其中光伏电池板布置在横向于长转矩轴的由多个支柱支撑的相应带件上，旨在减少其悬臂在风的作用下缺乏动态稳定性以及由此可能造成的损坏。

在这种意义上，可以引用发明专利WO2019183492，该专利描述了一种太阳能跟踪***，包括可相对于多个基座旋转的支撑结构，其中所述支撑结构包括纵梁和多对横向梁，所述横向梁定向成与纵梁正交，具有多个齿轮箱，所述齿轮箱牢固地连接至成对的横向梁，并连接至平行于所述纵梁之一延伸穿过所述支撑结构的致动轴，所述齿轮箱用于致动线性致动器，所述线性致动器在一端联接到所述基座之一，而在另一端联接到相同的齿轮箱，从而当被传动轴传动时它们延伸或缩回，导致支撑结构绕旋转轴的旋转。

尽管这一结构实现了其设计的功能，但它引起了一系列复杂多样的问题，其中应强调以下方面：

·致动器之间的机械传动依靠直接支撑在支撑太阳能电池板的带件上的传动轴进行，传动轴相对于跟踪装置的旋转轴位于偏心点，这导致传动轴的应力和振动，分别由其自身重量和旋转引起，除了风对轴的作用产生的影响之外，所有可能导致太阳能电池板破裂的情况都会被传递到传动轴上。

·这种类型的跟踪装置结构复杂，涉及电池板下不同区域的多个突出元件，导致它们产生更大的阴影，从而减少了阳光在太阳能发电厂的地面/土壤上反射产生的能量。同样值得注意的是由同一传动轴在太阳能电池板上产生的阴影。

·它们使用具有高机械可逆性的伞齿轮箱，这使得有必要使用具有制动器或其他防止所述可逆性的元件的电动致动***。此外，由于这种类型的齿轮的特性，它们的减速率很低，这意味着由传动轴传动的转矩必须很高，需要相当大的尺寸和重量，因此材料、运输和安装成本很高。

·跟踪装置的装配复杂，因为其致动***与支撑电池板的带件连接，这意味着只有带就位后才能安装跟踪装置。

发明内容

本文推荐的太阳能跟踪装置以完全令人满意的方式在上述每个方面解决了上述问题。

为此目的，设计了一种跟踪装置，其中跟踪装置的致动器件不直接连接至用于支撑和附接光伏太阳能电池板的器件，这消除了对所述电池板的应力和/或振动的传递，极大地促进了跟踪装置的组装，以及将在本说明书中描述的一系列附加优点。

更具体地说，本发明的跟踪装置由多个垂直支柱形成，这些支柱连接至相关的相应基座或支撑底座，支柱平行排列，并且通过轴承或衬套将转矩管搁置在支柱上，用于支撑和附接光伏太阳能电池板的相应器件将组装在转矩管上，其中，所述用于支撑和附接电池板的器件将是常规器件，例如带件、矩形框架、Ω形或U形轮廓件或适配待安装在太阳能跟踪装置中的电池板的特征的任何其他器件。

为了控制组件的倾斜，已经提出的是，对于多个支柱我们将它们称为致动器支柱以将它们区别于其余支柱，与在每个致动器支柱的上端设置的铰接件(轴承或衬套)相对应，布置有牢固地连接至所述转矩管的径向臂。

每个径向臂的另一端铰接至具有螺杆传动的线性致动器，所述线性致动器的底端也铰接连接至所述致动器支柱。

因此，线性致动器的致动将引起径向臂的角运动，以及因为所述径向臂牢固地连接至转矩管，所以引起转矩管的角运动以及因此与之相关联的电池板组件的角运动。

为此目的，已经设置的是，每个线性致动器将由齿轮-蜗杆组件致动，其中蜗杆将与由万向节型接头和传动轴(在最靠近致动器的对角线部分是可伸缩的)形成的传动器相关联，使得所述传动器将由一个或多个电动机驱动，以便在涉及多于一个电动机的情况下，它们将电子化地同步。

一个或多个电动机可以沿一个方向或另一个方向旋转，这取决于要给予承载太阳能电池板的结构的角运动。已经设置的是，所述结构布置成使得其能够从东向西定向，以及在一天结束时通过反转所述电动机的旋转而返回其初始位置，从而能够提供通常±55-60度的定向范围，如果跟踪装置的设计有此要求，则可以超过这些值。

以这种方式，所描述的传动器能够同时致动多个线性致动器，其特殊之处在于，尽管所述线性致动器的施加点与转矩管分离，但致动器之间的传动***实际上沿着其整个长度运行，在致动器支柱之间的部分装配成靠近且平行于转矩管，从而消除了阴影的产生，在用于实施线性致动器的区域附近限定了倾斜部分，其中传动轴将是可伸缩的以吸收在承载蜗杆的传动部分和靠近且平行于转矩管延伸的部分之间的距离差，这取决于致动器的不同伸展和收缩位置。

从这种结构开始，可获得以下优点：

·线性致动器之间的机械传动通过传动轴实现，该传动轴沿跟踪装置的转矩管被支撑于多个点，在任何点上都不直接连接至太阳能电池板，从而避免了应力和振动传递到其上。

·由于传动轴装配成在致动器支柱之间的部分中靠近跟踪装置的转矩管，因此大大减少了(如果不是完全消除)双面太阳能电池板下产生的阴影，其通常不覆盖本发明中传动轴所在的转矩管的区域，精确地避免上述转矩管的阴影。

·传动轴的支撑件连接至比用于安装太阳能电池板的带件更刚性的元件，这使得轴的尺寸更小，因为它更牢固地被支撑，因此不易因风的作用而弯曲/振动，基于此其进一步受到跟踪装置的相同转矩管的屏蔽而得到保护。

·使用具有高减速比的蜗杆-齿轮式传动器，使它们在机械上几乎不可逆，这使得可以在线性致动器中使用具有更高可逆性/效率的螺杆，也允许使用不具有制动器的电动机，以实现简单性和成本。同时，这种高度的简化使得能够通过传动轴降低致动器之间传动所需的转矩，从而使得能够减轻、因此降低致动器齿轮箱之间的传动轴的成本。

·所述解决方案允许完全安装太阳能跟踪装置的致动***，而无需安装用于支撑和附接电池板的器件。这在安装跟踪装置时是一个优点，因为传动***定位时不会受到带件的干扰，因为它不会干扰电池板的后续组装。此外，致动从整个组装的早期阶段就可操作，从而可以使用电动机来定向转矩管，以便于组装过程的其余部分。

附图说明

作为对本文将提供的描述的补充，以及为了帮助使本发明的特征更容易理解，根据本发明的优选实用示例性实施例，所述描述附有一组构成其整体部分的附图，其中，作为说明而非限制，表示如下：

图1显示了根据本发明制造的太阳能跟踪装置的局部透视图，其中没有太阳能电池板，也没有用于将电池板支撑和附接至跟踪装置的转矩管的器件。

图2显示了根据本发明的优选实际实施例的跟踪装置在调节器件水平处的详细透视图，调节器件用于调节跟踪装置的倾斜。

图3显示了机构在蜗杆-齿轮组件处的详细透视图和横截面图，该组件通过相应电动机来控制致动器的致动。

最后，图4显示了齿轮箱的详细透视图和部分横截面图，齿轮箱与作用在前图的蜗杆上的电动机相关联。

图5显示了根据本发明的第二变型实施例的跟踪装置在调节器件水平处的详细透视图，调节器件用于调节跟踪装置的倾斜。

具体实施方式

根据上面所示的附图，可以看出本发明的太阳能跟踪装置是如何由多个垂直的支柱(1)和致动器支柱(1’)形成的，这些支柱连接至相关的相应基座(2)或支撑底座，这些支柱平行排列，转矩管(4)通过铰接件(3)搁置在支柱上，铰接件(3)例如是轴承或衬套，用于支撑和附接光伏太阳能电池板的器件将组装在转矩管(4)上。

每个支柱(1)和致动器支柱(1’)应设置有单个铰接件(3)或一组铰接件，这具体取决于对风的暴露程度。

在每个致动器支柱(1’)的单个铰接件(3)的侧向或在每组铰接件(3)之间，径向臂(5)布置成牢固地连接至转矩管(4)，径向臂(5)在另一端铰接至具有线性螺杆传动的线性致动器(6)，线性致动器(6)的底端(7)通过连接件(8)连接至致动器支柱(1’)。

这样，致动器的致动将引起径向臂(5)的角运动，因此引起整个太阳能电池板组的角运动。

根据图2至图4，每个线性致动器(6)的螺杆由齿轮(9)致动，齿轮(9)与蜗杆(10)啮合，蜗杆(10)牢固连接至所有线性致动器共用的万向节型传动器(11-11'-11”-11”')，其通过齿轮箱(16)由至少一个电动机(12)致动。

如图2所示，万向节型传动器的结构意味着，由于所述线性致动器的施加点与转矩管(4)相隔一定距离，依靠其铰接件(13)的所述传动器可以这样运行：在致动器支柱(1’)之间的部分中装配成靠近及平行于转矩管(4)，所述部分通过相应的支撑件(14)连接至转矩管。

此外，如图2所示，为了适应线性致动器由于其自身致动而可以采用的不同位置，传动器的倾斜部分(11’)将具有伸缩性，限定了中空管状部分，在这种情况下为方形截面，但也可以是任何其他截面，其对应于相同的附图标记(11')和位于该部分内的可移动部分(11”')，能够包括用于限制其伸缩路径的限制器件。

万向节型传动器允许多个线性致动器由单个电动机同时致动。

所述电动机(12)将优选地与中央的线性致动器(6)之一相对应地布置，使得其齿轮箱(16)与万向节型传动器(11-11'-11”-11”')串联连接，该轴(11)限定了双输出轴，所述双输出轴通过孔(18)穿过齿轮箱(16)，并通过基于锥齿轮(17)的减速传动由电动机(12)的驱动轴(15)致动，不排除任何其他常规传动***。

这种布置减少了通过传动轴在线性致动器之间传动的转矩。可选地，电动机也可以与端部的致动器支柱(1’)之一的线性致动器相对应地安装。在该特定实施例中，如图5所示，通过将电动机平行于转矩管布置，可以省去齿轮箱(16)。

可选地，还预见了另一特定实施例，其中电动机(12)具有双输出轴，在这种情况下，双输出轴布置成与中央的线性致动器(6)之一相对应以及平行于转矩管(4)，以及其中电动机(12的所述双输出轴对应于万向节型传动器(11-11'-11”-11”')的轴(11)。该特定实施例使得可以省去优选实施例的齿轮箱(16)，同时保持由传动轴传动的相同转矩要求，尽管增加了要安装的电动机的成本。

然而，如果装置非常大且非常重，则不排除一个以上异步电动机的参与，所述电动机通过机械器件(诸如本发明中提出的这些器件)和/或电子器件在它们启动时被适当地同步。

Claims (5)

1.一种太阳能跟踪装置，由连接至相关的相应基座(2)或支撑底座的多个支柱(1)和致动器支柱(1’)形成，所述支柱平行排列，通过每个支柱的至少一个铰接件(3)将转矩管(4)支撑在所述支柱上，用于支撑和附接太阳能电池板的器件组装在所述转矩管上，其特征在于，与每个致动器支柱(1’)对应，在其铰接件(3)旁边布置径向臂(5)，所述径向臂牢固地连接至所述转矩管(4)，所述径向臂在另一端铰接至具有螺杆传动的线性致动器(6)，所述线性致动器(6)的底端(7)也通过接头(8)连接至所述致动器支柱(1’)，每个线性致动器(6)由齿轮(9)致动，所述齿轮(9)与蜗杆(10)啮合，所述蜗杆(10)牢固地连接至由所有致动器共用的万向节型传动器(11-11'-11”-11”')，所述万向节型传动器由电动机(12)致动，尤其在于，所述万向节型传动器的限定在所述线性致动器(6)之间的部分(11”)通过支撑件(14)靠近所述转矩管(4)装配。

2.根据权利要求1所述的太阳能跟踪装置，其特征在于，所述万向节型传动器的在所述转矩管(4)和用于致动每个致动器的蜗杆(10)之间采用倾斜布置的部分(11')具有伸缩构造。

3.根据权利要求1所述的太阳能跟踪装置，其特征在于，所述电动机(12)布置在组件的中央的线性致动器上，通过齿轮箱(16)与所述万向节型传动器(11-11'-11”-11”')串联。

4.根据权利要求1所述的太阳能跟踪装置，其特征在于，所述电动机(12)具有双输出轴，所述双输出轴布置成平行于所述转矩管(4)及与中央的线性致动器(6)之一相对应，尤其在于，所述电动机(12)的所述双输出轴对应于所述万向节型传动器(11-11'-11”-11”')的所述轴(11)。

5.根据权利要求1所述的太阳能跟踪装置，其特征在于，所述电动机(12)布置在组件的端部的线性致动器之一上。

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