太阳能跟踪系统的制作方法

太阳能跟踪系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种太阳能跟踪设备，包括阵列框架组件、转动装置和调节装置，所述阵列框架组件适于支撑至少一个太阳能收集产品，所述转动装置使得所述阵列框架组件能够沿着固定的主转动轴线转动而至少从东往西跟踪太阳，所述调节装置能够相对于主转动轴线调节所述阵列框架组件，以适应太阳仰角的季节变化和一天中太阳偏角的变化。
【专利说明】太阳能跟踪系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使得太阳能收集器阵列在一年四季中更好地跟踪太阳的跟踪系统。本发明还可以涉及一种使该阵列转动并且允许一起驱动多个单元的驱动系统。该阵列可以包括PV电池板、太阳能集热板、双面模块或者可以从跟踪系统获益的任何其他产品。
【背景技术】
[0002]当阳光以直角照射电池板时，PV电池板(也被称作PV阵列)是最有效的。在赤道区，电池板可以支撑在基本水平的轴上。如果阵列可以在一天中绕着水平轴从东往西转动以使该阵列保持与太阳成直角关系，那么该阵列的效率可以提高达30%。这种类型的转动跟踪是绕着单轴转动的并且通常被称作“单轴线跟踪器”。
[0003]在纬度增加(远离赤道)时，已知的是，使阵列倾斜以补偿纬度。阵列可以绕着倾斜轴(也被称作主轴)从东往西转动以改进太阳能收集。然而，在纬度增加时，太阳跨过天空的弧度在夏季(当太阳在高空时)与冬季(当太阳在低空时)之间极为不同。已知的是，提供一种可以补偿太阳在高纬度的不同轨迹的双轴线跟踪器，但是这些跟踪器复杂且
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[0004]自动跟踪系统需要致动器或电机来操作该系统。很常见的是由单独的电机驱动各PV阵列。这增加了系统的成本和复杂性。将两个或更多个PV阵列连接在一起以由一个电机驱动导致复杂和昂贵的系统，这对于笨重并复杂的双轴跟踪系统来说尤其如此。如果可以提供一种使多个阵列由一个或几个驱动器控制的跟踪系统，那么将是有利的。
[0005]对于许多太阳能阵列来说风阻都是一个问题。这会使得许多阵列固定在某位置以防止被风载荷损坏，但是由于阵列不能转动这将导致效率降低。可选择地，跟踪系统可以制成坚固的并且可以承受风载荷，但是这增加了成本和重量，因此增大了操作系统所需的力。如果可以提供一种具有风容忍性但不具有与复杂性和重量等相关的缺点的跟踪系统，那么将是有利的。
[0006]自阴影对于许多太阳能阵列来说都是一个问题，并且要求各阵列间隔开相当大的距离。这个问题在当太阳在低空时的冬季更普遍。如果可以提供一种以下这种跟踪系统，那么将是有利的，这种跟踪系统具有较少自阴影，以允许阵列更近地放在一起(特别是南北间距)，因而使得阵列横向进一步间隔开，从而能够更好地收集早晨和傍晚的太阳能而不用增加阵列的占地面积。
[0007]本发明的一个目的是提供一种可以解决至少一些上述缺点或为市场提供一种有用或商业选择的太阳能跟踪系统。
[0008]对现有技术的方法、设备或文献的任何引用都不当作构成它们形成公知常识或形成公知常识的一部分的任何证据或承认。

【发明内容】

[0009]根据本发明的第一方面，提供了一种太阳能跟踪设备，它包括阵列框架组件、转动装置和调节装置，
[0010]所述阵列框架组件适于支撑至少一个太阳能收集产品并且具有相对的端部，
[0011]所述转动装置包括一对间隔开的驱动元件，使得所述阵列框架组件能够沿着倾斜的主转动轴线转动而至少从东往西跟踪太阳，所述阵列框架组件的相对端部接近所述驱动元件，以及
[0012]所述调节装置能够相对于主转动轴线调节所述阵列框架组件，以适应太阳仰角的季节变化和一天中太阳偏角的变化，
[0013]所述调节装置邻近所述阵列框架组件的每个端部是可操作的，并且包括相对于各驱动元件连接的第一部分和可调节地连接到第一部分的第二部分，使得所述阵列框架组件能够相对于主转动轴线进行调节。
[0014]在另一种形式中，本发明可以包括太阳能跟踪设备，该太阳能跟踪设备包括阵列框架组件、转动装置和调节装置，所述阵列框架组件适于支撑至少一个太阳能收集产品，所述转动装置使得所述阵列框架组件能够沿着主转动轴线转动而至少从东往西跟踪太阳，所述调节装置能够相对于主转动轴线调节所述阵列框架组件，以同时适应太阳仰角的季节变化和太阳偏角(相对于赤道的位置)的每日变化。
[0015]按此方式，所述太阳能跟踪设备可以用单轴线跟踪器的简单和成本效益提供双轴线跟踪器的较高效率。在一年四季中，所述设备能够以比大多数其他跟踪装置(尤其是单轴线跟踪装置)更有效的方式在早晨和傍晚捕捉太阳能。
[0016]在一个实施方案中，所述设备可以从东往西绕着倾斜的纵轴(主转动轴线)跟随太阳的移动，斜角度取决于纬度，并且还可以绕着次级东西轴线通常以渐增的方式调节，(所述调节装置)为所述跟踪设备提供适应太阳仰角的季节变化和一天早晚的位置的独特能力。
[0017]优选的是，调节装置允许阵列框架组件的一部分升高到高于主转动轴线以及阵列框架组件的一部分降低到低于主转动轴线。适当地，通过使组件的相对端部偏移，使得组件的一个端部偏移到主转动轴线之上，而组件的相对端部偏移到主转动轴线之下来调节阵列框架组件。适当地，偏移绕着跨过组件延伸的次级轴线并且绕着其中间。
[0018]这种偏移可以提供主轴线和次级轴线仅在中午或在春分和秋分设置时互相垂直[直角]的独特性能。相比之下，现有的双轴线跟踪器的轴线一直都是互相垂直的。
[0019]太阳能跟踪设备可以位于地面上、房顶上、平台上或任何其他合适的位置。不认为仅仅通过优选位置的某些非限制性例子的举例对本发明进行任意不必要的限制。
[0020]所述设备可以用于支撑至少一个太阳能收集装置。太阳能收集装置可以包括至少一个PV电池板和太阳能集热器等。PV电池板的类型可以变化，并且可以包括单晶硅电池板、多晶光伏电池板、太阳能层压板、双面电池板和太阳能聚光器等。太阳能收集装置的尺寸可以变化以进行适应。作为例子，典型的PV电池板是矩形的，并且具有l-2m的长度和
0.5-1.5m的宽度。然而，具有长度为0.2-2.2m和宽度为0.2-1.2m的尺寸的PV电池板也可以是合适的。太阳能集热器可以包括管子、管道和加热箱等。太阳能聚光器可以包括反射面和透镜等，将光或热会聚到相对较小的区域上。
[0021]阵列框架组件可以支撑一个或多个太阳能收集装置，并且可以支撑所有的PV电池板或不同类型的太阳能收集装置的混合。[0022]阵列框架组件可以具有任意合适的形状和尺寸。为了产生较少的横向阴影，阵列框架组件优选为基本上矩形的构造。阵列框架组件可以具有0.5-30m的长度和0.5-10m的宽度，并且通常具有3-6m的长度和1.5-2.2m的宽度。当然，这些可以变化以进行适应。
[0023]阵列框架组件可以由任意合适的材料制成。框架组件由金属制成被认为是方便的。合适的金属是可以处理成防腐蚀的钢。例如，可以使金属涂漆、涂粉末、阳极电镀和镀锌等。可选择地，金属可以包括铝。虽然也可以使用其他金属，但是钢和铝可能在框架组件的制造中是最成本有效的。框架组件可以由金属以外的材料制成。例如，框架组件可以由强的工程塑料制成。还想到框架组件或框架组件的一部分可以由层压材料制成。还想到框架组件可以由不同的材料制成，从而得益于一些材料的强度和另外一些材料的重量。
[0024]框架组件可以包括可以彼此连接或相对于彼此连接以形成组件的细长元件。细长元件可以通过包括螺丝钉紧固件、螺母和螺栓紧固件、铆钉、焊接和压接等的任意合适手段连接。也可以提供紧固装置的组合。细长元件可以包括管、实心棒、细长的盒子形状的元件、L形元件、C形元件、U形元件和通道型元件等。可以提供不同类型的细长元件的组合。组件可以包括横向件、支杆和加固件等。组件可以包括某种平台，在该平台上可以支撑PV电池板。平台可以包括网孔、凿孔板、网格状设置、组合体和横向件等。阵列框架也可以采用一个、直的、刚性的元件的形式，在该元件上交叉固定PV电池板。
[0025]本发明(特别是太阳能跟踪设备的构造)的一个优点是能够为阵列框架组件添加至少一个延伸元件，使得可以连接另外的PV电池板或其他类型的太阳能收集装置或反射器。非限制性例子用图7B中的附图标记78示出。
[0026]应当理解的是，不应当仅仅通过延伸元件的非限制性例子的举例对本发明进行不必要的限制。
[0027]可以存在具有多于一个阵列框架组件将是有利的情况。例如，太阳能跟踪设备可以具有彼此挨着设置的一对阵列框架组件。它们可以适于沿着共同的主转动轴线转动。
[0028]太阳能跟踪设备包括转动装置，所述转动装置使得所述阵列框架组件能够从东往西跟踪太阳，这能够通过使阵列绕着主转动轴线转动实现。
[0029]主转动轴线取决于纬度通常是倾斜的或成角度的。通常，主转动轴线取决于纬度设在16-22°之间。转动装置通常包括可转动轴，并且通常具有一对间隔开的可转动轴，阵列框架组件位于间隔开的轴之间。每个轴的转动轴线通常是对齐的，并且对齐的轴线通常包括主转动轴线。主转动轴线根据使用太阳能跟踪设备的区域的纬度通常成16?22°的角度。
[0030]调节装置可以为主转动轴线提供高达另一个38°的额外的可调节偏移，使得太阳能跟踪设备很好地适应北纬50°和南纬50°之间的纬度。
[0031]调节装置可以包括手动调节装置。可选择地，调节装置可以使用致动器等自动化。如果需要，调节装置可以是远程操作的。如果调节装置是手动调节装置，那么它可以包括一些形式的可调节锁定装置或夹紧装置或其他类型的保持装置。
[0032]在例子中，调节装置可以包括子框架组件(下面更详细地描述的)的一部分，使得阵列框架组件相对于子框架组件可调节地安装。这可以使用一些形式的可调节锁定装置实现。这种类型的调节装置的非限制性例子至少示于图3，调节装置的另一个非限制性例子至少示于图6A和图6B。[0033]可选择地，调节装置可以包括子框架组件以外的部分。例如，调节装置可以包括调节臂或类似物，这种类型的调节装置的非限制性例子至少示于图7A、图7B和图8。
[0034]子框架组件可以被设置成支撑阵列框架组件，并且使得阵列框架组件能够相对于子框架组件的至少一部分转动。子框架组件可以与转动装置可操作地相关联，使得转动装置的转动引起子框架组件的摆动(例如从东往西)，并且由于阵列框架组件连接到子框架组件，所以阵列框架组件也将摆动(例如从东往西)。阵列框架组件可以可调节地安装到子框架组件上，以在夏季太阳和冬季太阳之间进行补偿，尤其是在较高纬度。这将在下面更详细地描述。
[0035]子框架组件可以由任意合适的材料制成，并且结合阵列框架组件所描述的材料可以是合适的。在优选的实施方案中，子框架组件包括可以彼此连接以形成子框架组件的大量的不同构造的细长元件。这将在下面更详细地描述。
[0036]支撑框架组件可以被设置成以正确的倾角支撑太阳能跟踪设备的其余部分。
[0037]支撑框架组件可以是单独的并且可以连接到子框架组件上。可选择地，支撑框架组件可以更方便地形成子框架组件的一部分。在进一步可选方式中，支撑框架组件可以直接连接到阵列面组件，使得不需要子框架组件(例如参照图8中的例子)。支撑框架组件通常沿着主轴线一般成角度支撑太阳能跟踪设备。支撑框架组件可以连接到子框架组件的各端部。
[0038]适当地，支撑框架组件包括在太阳能跟踪设备的其余部分的“极端”的第一子组件和在“赤道端”的第二子组件。第一子组件可以较高，而第二子组件可以较矮，从而取决于纬度以正确的倾角协助定位设备。
[0039]支撑框架组件可以由任意合适的材料制成，并且结合阵列框架组件所描述的材料可以是合适的。在例子中，支撑框架组件包括细长的腿元件。如果需要，这些腿元件可以是长度可调节的。每个子组件可以包括一对腿元件(参见作为例子的图3)。可选择地，每个子组件可以包括一个腿元件(参见作为例子的图6A)。在进一步的可选方式中，支撑框架组件可以包括吊架，参照图8描述了吊架的非限制性例子。不应当认为对支撑框架组件进行任何不必要的限制。
[0040]优选的是，支撑框架组件支撑部转动装置。因此，支撑框架组件的一部分可以支撑形成转动装置的一部分的可转动轴。
[0041]太阳能跟踪设备可以由驱动装置驱动。所述驱动装置可以包括电机、撞杆、致动器或任何其他合适的驱动装置。所述驱动装置可以可操作地连接到转动装置以引起阵列框架组件的转动。
[0042]驱动装置可以直接连接到转动装置上，或可以与转动装置间隔开并且由可以包括臂、轴、皮带轮、齿轮、链条和皮带等的中间元件可操作地连接到转动装置。
[0043]在本发明的优选方面中，提供了一种纵向驱动系统以使得多于一个的太阳能跟踪设备能够由驱动装置(例如电机)驱动。因此，在本发明的优选方面中，两个或更多个太阳能跟踪设备可以可操作地连接以由一个驱动装置驱动。纵向驱动系统可以被设置使得这种可操作连接成为可能。纵向驱动系统可以包括使一个太阳能跟踪设备的转动装置与第二个太阳能跟踪设备的转动装置互相连接的互相连接的可转动轴。互相连接的可转动轴可以包括一个轴或互相连接的多个轴。使两个单独的太阳能跟踪设备互相连接的纵向驱动系统的例子如图14中附图标记82所示。可选择地，纵向驱动系统可以包括如图14的后部的皮带和皮带轮系统或链条和齿轮系统或者任何其他合适类型的纵向驱动系统。
[0044]在本发明的另一个优选方面中，提供了一种横向驱动系统。所述横向驱动系统可以附加或取代纵向驱动系统设置。优选的是，除了纵向驱动系统设置之外，还设置横向驱动系统。横向驱动系统的非限制性例子如图14中的附图标记131/134所示。横向驱动系统可以包括如图14所示的至少一个往复臂元件或轴元件。然而，应当理解的是，不应当仅仅通过特定类型的横向驱动系统的举例对本发明进行特定限制。
【专利附图】

【附图说明】
[0045]可以从下面为本领域技术人员提供了足够信息以实施发明的详细说明中了解本发明的优选特征、实施方案和变形。以下的详细说明不被认为以任何方式限制之前的
【发明内容】
的范围。具以下的详细说明将参考如下多幅附图:
[0046]图1A示出设备的朝东仰角，示出典型的冬季中午偏移，并且示出使阵列面组件与冬季的太阳光线成直角放置的较大倾角的阵列面组件。
[0047]图1B示出朝东仰角，示出典型的夏季中午偏移，并且示出使阵列面组件与夏季的太阳光线成直角放置的较小倾角的阵列面组件。
[0048]图2A示出显示阵列面组件在典型的冬季上午和下午时的位置的俯视图。
[0049]图2B示出显示阵列面组件在典型的夏季上午和下午时的位置的俯视图。
[0050]图3示出根据本发明第一实施方案的设备的右上视图，并且示出锁定到连接到可转动轴上的子框架组件的一个例子上的阵列框架组件，特别示出在子框架组件上的双V框架加固臂。
[0051]图4A示出图3的阵列框架组件的端视图，特别示出固定的锁定支架和V形加固元件。
[0052]图4B示出图3的阵列框架组件的右手端的侧视图，特别示出固定的可锁定支架和V形加固元件。
[0053]图5示出具有稍微不同子框架形状以及只有一对支撑阵列框架组件的V形构件的设备的右上视图。这些构件不在子框架上枢转。
[0054]图6A示出根据本发明第二实施方案的设备的右上视图，特别示出弯轨子框架，该设备的阵列面组件在冬天白天的位置。
[0055]图6B示出图6A的设备在春分或秋分位置时的朝东仰角，特别示出弯轨子框架和轮与导向件。
[0056]图6C示出子轨实施方案的另一个变形。
[0057]图7A示出根据本发明第三实施方案的设备的朝东仰角，特别示出用于不需要子框架组件就可以实现偏移的调节臂，该设备的阵列面组件在冬天白天的位置。
[0058]图7B示出图7A的设备的阵列面组件在夏天白天的位置，并且还示出可以添加另外的PV模块的位置。
[0059]图8示出第三实施方案的设备的右上视图，该设备的阵列面组件在冬天白天的位置，特别示出调节臂，包括可以纵向连接邻近跟踪器的扭转轴的纵向驱动系统的例子的一部分，以及包括经由地面支撑元件连接的A框架端点支撑的支撑框架组件。[0060]图9示出支撑框架的右上视图，该支撑框架支撑PV跟踪器，并且具有两对向外倾斜的A框架，该向外倾斜的A框架用具有角落锚固点的地面支撑连接元件锚固到地面或其他结构。在这个框架上的跟踪器可以独立于其他跟踪器操作。
[0061]图10示出其中纵向邻接的跟踪器用悬臂式通用或CV接头连接到共同驱动轴的跟踪器支撑系统的右上视图。可以用伸缩动作调节轴承架的高度和扭转轴的长度。
[0062]图1lA示出用共同扭转轴连接两个太阳能跟踪设备的纵向驱动系统的例子的朝东仰角，其中该共同扭转轴不具有支撑功能，以及其中U形接头的远端由支架以所需的角度保持在臂的远端上，该臂横跨在一个跟踪器的南端和下一个极性定位跟踪器的北端上的A框架。
[0063]图1lB示出与图1lA所示的相似的驱动系统，除了 U形接头现在在A框架的延伸支架上。
[0064]图12A示出可以连接和操作多个设备的横向驱动系统的东西段，三幅图示出所述设备从中午移动到傍晚然后开始回转到东边。
[0065]图12B示出图12A的驱动系统的东西段，显示设备往回移动到最东边操作位置然后是每日移动的初始部分。
[0066]图13A示出通过地面支撑元件的东段，显示具有C通道型的往复臂的根据本发明第一实施方案的横向驱动系统。
[0067]图13B示出通过地面支撑元件的东段，显示具有双轮导向件和管式往复臂的根据本发明第二实施方案的横向驱动系统。
[0068]图14不出显不具有一个横向驱动系统和两个纵向驱动系统的并排和首尾相连叠放的四个单独设备的右上视图，前面的设备的扭转轴具有详细描述的U形接头设计，后面的设备示出可选择的齿轮和链条(或皮带和皮带轮)驱动装置。
【具体实施方式】
[0069]注意:附图针对的是北半球，为示意性的，不是按比例绘制的，并且所描述的所有实施方案都是针对北半球。
[0070]实施方案的太阳能跟踪设备都具有阵列框架组件13。在一些实施方案中，阵列框架组件可调节地连接到固定到转动驱动轴12上的子框架组件(图3中的59，或图6A/6B中的61/62)上。在其他实施方案中，没有子框架组件，并且阵列面可调节地安装到驱动轴上(例如图8)。在所有的实施方案中，提供了一种可以包括锥形腿(图1)、单柱(图6A)或吊架(图8)的支撑框架组件。
[0071]在优选实施方案中所示出和描述的本发明为一种太阳能跟踪系统，其中太阳能阵列可以通过使阵列面(A)每天绕着主倾斜纵轴从东往西移动，以及(B)随着增量调节绕着次级东西轴移动来追踪太阳的移动。这种增量调节包括使得阵列框架的一端升高到高于在一端的纵轴线的支点，以及使得阵列框架的另一端降低到低于纵轴的另一个支点(如果在中午进行调节)。这给了跟踪器适应太阳仰角的季节变化和一天中早晚的位置的能力，并且使得跟踪器能够将阵列面在一年中每天的早晚都指向几乎垂直于太阳的方向。
[0072]跟踪器还可以结合一种新型的东西驱动方法以及结合有一种创新的(南北)驱动系统的支撑系统。该系统比大多数2轴和方位单轴线跟踪器具有更高的风容忍性和更少的自阴影，并且比大多数跟踪系统需要更小的驱动力。它的设计还使得在温暖的月份太阳捕捉区域能够扩展。
[0073]—个实施方案包括结合有两个新驱动系统的新型支撑系统，一个驱动并排的跟踪器(横向驱动系统)，另一个可以驱动首尾相连的跟踪器(纵向驱动系统)。这意味着许多阵列可以由一个驱动电机转动。
[0074]阵列框架组件可以是矩形的，并且当在操作模式时，为南北走向，保持一个或多个PV或CPV模块或太阳能收集装置。
[0075]支撑框架组件经由两个可转动轴保持跟踪阵列的极端高于赤道端。在这两个可转动轴之间的线表示朝向赤道倾斜的主轴线。
[0076]阵列框架组件每天绕着该轴线从东往西转动并且再回来。
[0077]提供了一种调节装置，该调节装置包括使得阵列框架的每端向相对侧向上或向下偏移远离可转动轴上的支点的方法。这些调节随着季节推移逐渐增加并且可以包括同时使一端向上移动以及使另一端向下移动以改变倾角。可选择地，该调节装置可以先调节一端然后调节另一端。
[0078]概述了实现这种偏移的不同方式。一种方式可以要求阵列框架向上或向下倾斜然后锁在悬挂在可转动轴之间的子框架上。另一种方式涉及使用调节臂实现偏移。
[0079]跟踪器可以作为单独的跟踪器与它自己的支撑系统独立操作，或如果使用图10、图1lA和图1lB中示出的所描述的驱动系统，那么共用驱动轴可以支撑一个阵列的北端和相邻阵列的南端。
[0080]在实施方案中所描述的系统的主要元件的附图标记和标识如下所示。所示出的实施方案可以含有其他的附图标记:
[0081]10 阵列面
[0082]12可转动驱动轴
[0083]13阵列框架组件
[0084]15主(南北)轴线
[0085]16轴线的倾角(Θ )，其取决于纬度设在16?22度
[0086]17 偏移角 Θ I
[0087]18阵列框架的斜角(Θ 2)，其为Θ + Θ I的和
[0088]19赤道端支撑结构
[0089]20极端支撑结构
[0090]L 阵列面在赤道端从轴线的偏移距离
[0091]LI阵列面在极端从轴线的偏移距离。
[0092](对于具有子框架的跟踪器，L将等于LI，除非由于重量平衡原因将阵列面设定为高于主轴线)
[0093]L3夏季在极端的偏移距离，一般小于L和LI
[0094]L4 夏季在赤道端的偏移距离。在不具有子框架的实施方案中，L3和L4可以相等或可以不相等。
[0095]24阵列框架的近边缘
[0096]51 轴承[0097]52安装有轴承的支架(高度可调节的)。也可以看作高度可调节的支架。升高这个支架将次级轴线推向右侧
[0098]53固定到阵列框架上的可锁定支架
[0099]53A赤道端固定支架
[0100]53B极端固定支架
[0101]54V形加固元件
[0102]55浮动的可锁定支架
[0103]56次级东西轴线
[0104]57V形阵列框架支撑
[0105]59子框架组件
[0106]502锁紧销
[0107]60连接杆和子框架之间的枢轴元件
[0108]61固定到阵列框架上的弯曲的(或成角度的)元件
[0109]62在可转动轴之间悬挂的弯曲的子框架
`[0110]63固定到弯轨上并且可用锁紧销锁定到阵列框架上的导向件
[0111]64固定到在子框架轨上运行的弯轨上的轮
[0112]65加固臂
[0113]71可以在阵列框架、可转动轴和它们之间的弯头上枢转的调节臂
[0114]72可枢转弯头
[0115]73可枢转地连接到沿着在下臂上的销滑动的上部调节臂上并且当在所需的位置时锁定的滑动臂
[0116]74当接近高倾角时阻止阵列向下摆动的拉紧带
[0117]78可以在一年的暖日末尾，秋分和春分之间安装的另外的太阳能模块、太阳能收集装置或反射器的位置
[0118]81通用接头或CV接头
[0119]82扭转轴
[0120]83用于将轴承和可转动轴保持在所需的角度的延伸支架
[0121]84向赤道端会聚的地面支撑元件
[0122]92较高的、极性的、向外倾斜的(侧视)A框架(端视)
[0123]93较低的、赤道的、向外倾斜的A框架
[0124]95诸如锚桩或锚栓等紧固件
[0125]96间隔件或隔垫
[0126]102可以伸缩地滑进或滑出以改变扭转轴的长度并且用销或锁定螺母锁在适当位置的较小直径的可伸/缩轴
[0127]103锁紧销
[0128]111横跨A框架支撑的臂，将轴承支架以及因此的通用接头保持在所需的角度
[0129]112轴承支架
[0130]113将横跨臂连接到A框架支撑的支架
[0131]121连接杆[0132]122往复臂
[0133]131 C-段往复臂
[0134]132导轮/导向轴承
[0135]133固定支架
[0136]134管或杆往复臂
[0137]135轮导向件
[0138]136轮导向件的轴
[0139]137固定到往复臂上的凸耳
[0140]138塑料轴承中的枢轴销
[0141]141具有齿轮和链条或皮带轮和皮带的扭转轴
[0142]142齿轮或皮带轮
[0143]143链条或皮带
[0144]下面更详细地参考附图，首先是图1A，图1A示意性地示出在冬季中午阵列面10的基本位置并且示出偏移角。相反，图1B示意性地示出在夏季中午阵列框架组件10的基本位置并且示出较小的(并且反向的)偏移角。阵列面组件10可操作地安装到为两个可转动轴12形式的一对间隔开的转动装置上，一个轴12位于支撑框架组件19的上端，另一个轴位于支撑框架组件20的上端。
[0145]轴12沿着也可以称为主(南北)轴线的主转动轴线15成直线。转动轴线15根据近似纬度倾斜。轴线的倾角标示为图1A中的Θ并且将取决于纬度设定在16?22°。
[0146]提供了一种调节装置以使得阵列面能够从转动轴线15进一步倾斜或偏移。字母L示出阵列面在设备的赤道端从轴线15的偏移距离，而字母LI示出阵列面在极端从轴线15的偏移距离。如图1A(冬季偏移)和图1B(夏季偏移)所示，夏季在极端的偏移距离L3 —般小于冬季的偏移。
[0147]附图标记17(参见图1A)示出阵列框架的斜角Θ 2，其为Θ + Θ I的和。附图标记18示出偏移角Θ I。
[0148]图2A示出显示阵列框架组件10在典型的冬季上午和下午的位置的俯视图，图2B示出显示阵列框架组件10在典型的夏季上午和下午的位置的俯视图。可转动轴12作为固定的参考点不于每幅图中。
[0149]图3示出根据第一实施方案的完整的太阳能跟踪设备。该设备简要包括由子框架组件59支撑的阵列框架组件13。子框架组件59具有相对的端部，每个端部都固定到为驱动轴12形式的转动装置上。因此,驱动轴12以顺时针方式或逆时针方式的转动将引起子框架组件59以相应的顺时针方式或逆时针方式摆动,该摆动将引起阵列框架组件13摆动，从而能够跟踪太阳。驱动轴12安装到支撑框架组件19，20的上端。在这个特定的实施方案中，支撑框架组件包括在设备一端的较短的第一子组件20和在另一端的较长的第二子组件19。每个子组件包括一对腿元件。轴承51位于高度可调节的轴承支架52上，而该支架安装到每个子组件的上端。
[0150]子框架组件59包括被制成大体采用细长U形的细长元件。细长元件的每端固定到相应的驱动轴12上。
[0151]阵列框架组件13支撑一个或多个PV电池板。框架组件13包括由子框架组件59按以下方式支撑的金属框架。框架组件13的下端(参见图3)通过可锁定支架53A连接到子框架组件59的下端。可锁定支架53A可以在不同位置锁到子框架组件59上以调节阵列框架组件13相对于子框架组件的角度。子框架组件设置有多个间隔开的开口，并且可锁定支架53A可以经由锁紧销锁到这些开口的任一个中。
[0152]按相似的方式，第二浮动的可锁定支架55设置在子框架组件59的另一端上，并且支架55还可以被锁进在子框架组件的该另一端上的间隔开的开口的任一个中。
[0153]一对V形加固元件54被设置为将阵列框架组件的上端与子框架组件间隔开。另一对相似的加固元件54被设置为支紧阵列框架组件13的下端，并且第二对加固元件固定到另一个浮动的可锁定支架55上。另一个支撑设置有一对框架支撑57，其下端通常连接到子框架组件上。最后，设置高度可调节的支架58，其下端可以可调节地安装到子框架组件59上，其上端固定到阵列框架组件13上。支架58的移动(调节)(并且特别是支架的升高)将次级轴线56推向右侧。
[0154]该设置使得阵列框架组件13能够相对于子框架组件以特定的方式转动或偏移。相对于简单地使阵列框架组件的一端向上或向下倾斜，阵列框架组件可以通过绕着次级轴线56的一些转动而相对于主转动轴线15被调节。这种特定的偏移设置导致阵列框架组件的一半移动到主转动轴线15之上，而阵列框架组件的另一半移动到主转动轴线15的之下，这示于图3中并且还至少示于图1A和图1B中。
[0155]图4A是阵列框架组件13的端视图的特写，特别示出固定的锁定支架53和锁进图3所示的子框架组件上的一个开口中的锁紧销502。图4A还示出V形框架加固臂54，其下端连接到也具有锁紧销502的浮动的可锁定支架55上。图4B是阵列框架组件的右手端的侧视图。
[0156]图5示出子框架形状的细微变化。只有一对刚性地固定到子框架上的V形支撑元件。这种设置没有移动东西轴线56的位置的装置。
[0157]图6A、图6B和图6C不出本发明另一个主要的实施方案,主要区别在于子框架组件的构造。在这个特定的构造中，阵列框架组件13支撑在大致弯曲的组件上。该组件包括固定到阵列框架组件上的上部弯曲元件61和位于上部弯曲元件61下面的下部弯曲元件62。可以使用大量导轮64沿着下部弯曲元件62弓丨导上部弯曲元件61。
[0158]因此，阵列框架组件13的斜角可以相对于子框架组件调节，并且当处于所需的构造中时，可以由三个间隔开的可锁定引导元件63锁在适当的位置。引导元件63形成双重功能，(I)保持上部弯曲元件61不从下部弯曲元件62脱落下来和(2)将上部弯曲元件61 (因此将阵列框架组件13)锁到下部弯曲元件62(子框架组件的一部分)上。该锁定可以使用锁紧销以可以类似于参照图3所述的锁定设置的方式完成。
[0159]下部弯曲元件62具有相对的端部，该端部固定到驱动轴12上，使得驱动轴12的转动引起下部弯曲元件62的转动，因此引起上部弯曲元件61和阵列面10的转动。主转动轴线(驱动轴12的共同转动轴线)倾斜到所需的角度(取决于纬度)，这使用包括支撑框架组件的一对间隔开的支撑部20与19来实现。因此，如图6A和图6B所示的太阳能跟踪设备提供了与图3和图5所示的太阳能跟踪设备相同的功能，但是却具有不同的结构。
[0160]下面参照图7A、图7B和图8，示出基本上无需图3、图6A和图6B所述的子框架组件就能支撑阵列框架组件13的本发明第三实施方案，。在本发明的第三实施方案中，阵列框架组件13由可调节的枢转臂71保持在所需的角度。第三实施方案的太阳能跟踪设备也包括一对相对的一般直立的支撑部19与20,在该支撑部上以与之前描述的相同的方式可转动地支撑驱动轴12。枢转臂71的一端连接到各驱动轴12上。该枢转臂的另一端经由可枢转弯头72连接到另一个枢转臂71上。弯头72的枢转轴线与驱动轴12的转动轴线成直角。因此，驱动轴12的转动将使得一对枢转臂在顺时针或逆时针(视情况而定)方向摆动。然而，每对枢转臂可以相对于彼此调节(即，每对枢转臂之间的角度可以调节)，这将调节阵列面组件10的斜角。与图7B相比，在图7A中清楚地显示了这种情况，其中在图7B中，每对枢转臂相对于彼此枢转以比图7A中的每对枢转臂的角度彼此更靠近。因此，在图7A所示的枢转臂之间的钝角处，阵列面组件10的倾斜大于其中阵列面组件采用更多水平方向的图7B所示的枢转臂之间的锐角处的倾斜。
[0161]为了将枢转臂71保持在所需的角度，提供了当各臂元件处于所需的位置时枢转地连接到一个臂元件上并且可以锁到另一个臂元件上的另一个滑动臂73。
[0162]最后，拉紧带74可以被设置以当接近高倾角时阻止阵列向下摆动。
[0163]图7B还示出能够提供延伸部78，以允许在一年的暖日末尾的秋分和春分之间安装另外的太阳能模块(例如PV电池板)(当阵列面组件10处于图7B所示的任意更水平位置时，因此可以连接延伸板78而不需要撞击地面或太阳能跟踪设备的其他元件)。
[0164]参照图8，示出了图7A和图7B的实施方案的细微变化，变化之处在于一般直立的支撑柱19与20被吊架式地面支撑元件84取代。支撑元件84具有下部地面接触元件和向上延伸的端元件92与93。每个端元件的上端包含其上可以连接轴承51并且驱动轴12可以由各自轴承51支撑的延伸支架83。
[0165]在这个特定的实施方案中，示出了一种机构，使得不同的太阳能跟踪设备能够结合在一起并由一个电机驱动。这使用纵向驱动系统来实现。纵向驱动系统包括细长的扭转轴82，该扭转轴的一端结合到被连接到各自驱动轴12的通用接头81。同一个细长的扭转轴82的另一端连接到被连接到第二个太阳能跟踪设备的驱动轴的另一个通用接头81。按此方式，可以通过使用细长的扭转轴82将设备彼此连接而使用一个电机或其他类型的致动器转动两个或更多个太阳能跟踪设备。
[0166]下面，参照图10，更详细地示出了一种特定类型的细长的扭转轴82。轴82可以由间隔开的轴承51支撑以转动，每个轴承支撑在支架52上，该支架由细长的腿元件或支撑结构19，20支撑。轴82的长度可以由较小直径的可伸/缩轴102调节，该较小直径可伸/缩轴可以相对于轴82的其余部分伸缩并且可以用锁紧销103锁在所需的位置。在这个特定的实施方案中，需要指出的很重要的一点是，扭转轴82的每端都直接结合到子框架组件或太阳能跟踪设备的其他元件上，因此扭转轴82的每端都包括确定的驱动轴12。
[0167]图1lA示出一种稍微不同类型的扭转轴设置，其中扭转轴82本身不是由轴承51等支撑，而是与由轴承51支撑的驱动轴12互相连接，该驱动轴用通用接头81连接到扭转轴82上。
[0168]图1lB与图1lA所示的实施方案相似，除了轴承51支撑在延伸支架83上，而不是图1lA中所示的支撑框架组件111。
[0169]下面，参照图9，示出了一种太阳能跟踪设备用的吊架式支撑设置，示出了各种锚杆95和间隔件96以协助将太阳能跟踪设备锚定在支撑面上。图9还示出了多对导轮，其形成如在图14中最佳不出的横向驱动系统的一部分,它的可选方案如图13A和图13B所不。
[0170]图14示出横向和纵向驱动系统的例子，它们的组合可以允许许多并排和首尾相连叠放的跟踪器由一个驱动电机驱动。示出了使用共同扭转轴的两个可能的纵向驱动系统。
[0171]图14还示出了由横向驱动系统互相连接的一对并排的太阳能跟踪设备，该横向驱动系统包括可以是C段往复臂131 (如在图13A中更详细地示出的)或细长的杆或管式往复臂134(如在图13B中更详细地示出的)的往复臂。臂131/134位于每个太阳能跟踪设备的支撑吊架上的相对的轮导向件135之间。臂131/134由同时铰接到臂和子框架组件59上的连接杆121连接到子框架组件59上。因此，臂的往复运动将引起每个太阳能跟踪设备的阵列面组件10转动以跟踪太阳。
[0172]重要的是，当阵列在其最受风位置时，连接杆121将具有近似垂直的定向，并且由于导向件132与135阻止臂向上或向下移动，所以跟踪器比常规横向驱动系统更能够承受风力。
[0173]此外，通过具有纵向驱动系统82或141和横向驱动系统131，一个驱动电机可以转动(以同步的方式)可以是纵向地(一个在另一个的后面)或横向地(一个挨着一个)排列的多个太阳能跟踪设备的阵列面组件。
[0174]下面，参照图13A，示出了特定类型的横向驱动系统的一个非限制性实施方案。在这个特定的系统中，臂元件131包括C段并且由在轴136上运行的导轮132支撑以往复移动，该轴由可以螺栓连接到太阳能跟踪设备的支撑吊架84的一部分上的L形支架133支撑。连接杆121经由支架137枢转地连接到往复臂131，并且连接杆121以相似的方式通常连接到太阳能跟踪设备的一部分上。
[0175]图13B大致类似，除了 C形往复臂131被替换为由绕着垂直轴线转动的导轮135所引导的圆管134。
[0176]图12A和图12B示出横向驱动组件的往复运动如何能使得阵列面组件10从东往西以及从西往东枢转。
[0177]当阵列框架锁到在与纵轴线平行的平面中的子框架上时，跟踪器能够扮作倾斜单轴线跟踪器。这发生在春分或秋分前后。
[0178]此外，阵列框架北端和南端可以向彼此相反的方向偏移。一端锁到低于轴线的位置，因此从早晨到傍晚，这端摆动通过在轴线下面的弧线。当阵列每天转过主纵轴线时，这由阵列的另一端偏移高于轴线来平衡，这种偏移绕着轴线的弧线翻转。
[0179]这种偏移调节可以逐渐进行，以使阵列面在可接受的范围内保持与太阳垂直。如果手动进行这种调节，那么将是每阵列花费少于2分钟的简单过程。
[0180]从当阵列面在中午与纵轴线接近平行时的秋分时刻起，向赤道的倾斜逐渐增加(赤道端向下调节和/或极端向上调节)(图1A)。在冬季的上午，阵列开始白天面向SE (所有描述都指北半球)，但是由于偏移，到傍晚时，阵列自动地面向设定冬季太阳的SW(图2A)。
[0181]一旦冬季冬至过去，那么赤道端日益升高和/或极端日益降低直到夏至，在早晨阵列面向ENE，在中午阵列面接近水平(+或-10度)，而在下午阵列面向WNW，在一天中跟随太阳的路径(图2B)。[0182]这表明相对于总是在上午面向东而在下午面向西并且在这些时间与太阳光线的角度高达30度的非方位单轴线跟踪器的显著改善。
[0183]其他优点是，在冬季的早晚位置，阵列框架的高端向下移动而低端向上摆动，使得斜向北投射的阴影比许多双轴线和单轴线跟踪器更短。
[0184]此外，阵列的重量被均匀地平衡并且转动阵列需要的力相对较小。
[0185]一个实施方案在邻近的南北阵列之间具有共同的可转动的扭转轴，其作为支撑结构的一部分并且添加加固和加固优势，意味着可以减少材料的成本。这种设置意味着移动一个跟踪器的驱动单元也将转动以精确相位彼此纵向连接的一个或多个跟踪器。
[0186]补充的横向(东西)驱动系统比现有驱动系统具有更好的风锁能力。使用这种驱动系统连同纵向驱动系统使得多排跟踪器能够由一个往复臂驱动。
[0187]该系统还具有其他的好处，能够具有额外的PV模块或在温暖的月份中添加的反射面，这是因为，在这些时间中，阵列框架的赤道端与地面很好地分开并且不会有阴影包围跟踪器。
[0188]本发明可以用单轴线跟踪器的简单和成本效益提供双轴线跟踪器的较高效率。本发明允许阵列面在一年四季都紧紧跟随太阳，并且在早晨和傍晚比大多数跟踪器捕捉更多太阳能。
[0189]在冬季这种跟踪器与大多数跟踪器相比产生较少斜的自阴影。这允许叠放的阵列的南北间隔较小。因此，对于可比拟的地面覆盖率，跟踪器可以横向进一步间隔开放置，意味着减少早晨和傍晚的阴影并且提高了利用系数。
[0190]该系统由于可以固定地倾斜设定在16?22度并且可调节的偏移添加直到+或-38度而很好地适于北纬50度和南纬50度之间的纬度。这使得在冬季朝向赤道的最大倾斜在中午高达60度。
[0191]手动调节是所描述的调节阵列框架的偏移的方法，但是该调节可以使用致动器等简单地自动进行。这提供了使得调节更频繁(也许在每天中)和通过远程控制的机会。
[0192]优选的实施方案具有标准的一个太阳能PV模块，但是该系统还将使太阳能热系统和一定范围的集中系统很好地工作，并且也很好地适合于双面模块。
[0193]依照相关法律，本发明用语言描述了针对结构或方法特征的或多或少细节。本说明书中使用的术语“包括”及其变形是包含的意思并且不排除任何其他特征。需要理解的是，本发明不限于所示出或所描述的具体特征，因为在此描述的手段包括实施本发明的优选形式。因此，本发明要求保护在由本领域技术人员适宜解释的所附权利要求书的适当范围内的任何形式或变形。
[0194]在整个说明书和权利要求书(如果存在)中，除非上下文另有要求，否则术语“基本上”或“大约”将理解为不限于由该术语所限定的范围的值。
[0195]本发明的任意实施方案都只是示意性的，而不限制本发明。因此，应当理解的是，在不超出本发明的精神和范围的情况下，可以对所描述的任意实施方案作出其他各种改变和变形。
【权利要求】
1.一种太阳能跟踪设备，它包括阵列框架组件、转动装置和调节装置， 所述阵列框架组件适于支撑至少一个太阳能收集产品并且具有相对的端部， 所述转动装置包括一对间隔开的驱动元件，使得所述阵列框架组件能够沿着倾斜的主转动轴线转动而至少从东往西跟踪太阳，所述阵列框架组件的相对端部接近所述驱动元件，以及 所述调节装置能够相对于主转动轴线调节所述阵列框架组件，以适应太阳仰角的季节变化和一天中太阳偏角的变化， 所述调节装置邻近所述阵列框架组件的每个端部是可操作的，并且包括相对于各驱动元件连接的第一部分和可调节地连接到第一部分的第二部分，使得所述阵列框架组件能够相对于主转动轴线进行调节。
2.如权利要求1所述的设备，其中第一部分包括适于将所述阵列框架组件保持在所需的位置和方向上的子框架组件。
3.如权利要求1或2所述的设备，其中所述驱动元件包括两个可转动轴，支撑所述子框架组件的各端部，所述轴具有限定主转动轴线的转动轴线。
4.如权利要求3所述的设备，包括适于在纵向方向上支撑所述可转动轴的支撑框架组件，使得支撑结构的极端相对于支撑结构的赤道端具有更高的仰角，在所述可转动轴之间的线包括主转动轴线。
5.如前述权利要求中任一项所述的设备`，其中所述阵列框架组件设置有相对的远端，并且所述调节装置使得所述远端能够跨过次级东西轴线(在中午)移动，从而当一个远端向下移动而另一个远端向上移动时并且当到达所希望的位置时，所述阵列框架锁进适当的位置。
6.如权利要求5所述的设备，其中东西轴线接近所述阵列框架组件的中间。
7.如权利要求5或6所述的设备，其中所述阵列框架组件由中心固定在所述阵列框架的赤道端上的第一可锁定支架和邻近所述阵列框架的极端固定的第二可锁定支架相对于所述子框架组件锁进适当的位置，两个可锁定支架适于锁在所述子框架上。
8.如权利要求7所述的设备，还包括一对加固元件，所述加固元件连接在所述阵列框架组件的各端部，邻近所述阵列框架组件的角落，向所述阵列框架组件的下面突出，并且具有连接到所述加固元件的下端的可锁定支架，当固定的可锁定支架不接近所述子框架时，所述可锁定支架适于锁在所述子框架上。
9.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述子框架组件包括具有面向上的大致凹形并且在南北方向上悬挂在所述驱动元件之间的刚性元件。
10.如权利要求2~9中任一项所述的设备，包括横跨所述子框架组件的大致中部并且形成双V形(当从任一端观看时)的第一和第二对支撑元件，所述支撑元件的会聚的上端在支撑点处枢转地支撑所述阵列框架组件的每侧，在所述支撑点之间的线表示次级东西轴线，绕着次级东西轴线所述阵列框架的远端可以向上或向下移动。
11.如权利要求10所述的设备，其中第一对支撑元件的长度可调节，第二对支撑元件在与所述子框架组件的连接点处可枢转，使得延长第一对支撑元件将以弧线方式推离所述阵列框架组件。
12.如权利要求3~7和9中任一项所述的设备，包括在所述阵列框架下面纵向固定的向下突出元件，至少两个轮和至少三个导向件固定在所述向下突出元件上，所述轮能够在面向上的半圆形子框架轨上运行，使得所述阵列框架组件的端部相对于主转动轴线反向偏移，然后锁在所述子框架组件上的所希望的位置，所述导向件具有固定的可锁定支架的功倉泛。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述阵列框架组件的端部可以远离主转动轴线反向地偏移，阵列面的斜角适于随着或不随着所述端部相等的偏移而变化。
14.如权利要求13所述的设备，包括在所述阵列框架组件的两端的臂，所述臂适于在与所述阵列框架组件的连接点处枢转，并且在所述阵列框架组件和驱动元件之间具有枢转弯头，所述臂可由另外的锁定臂锁定在所希望的位置。
15.如前述权利要求中任一项所述的设备，包括支撑所述子框架组件或所述阵列框架组件的各端部的支撑框架组件，所述支撑框架组件的一个端部高于所述支撑框架组件的另一个端部，所述支撑框架组件适于固定到支撑面上。
16.一种太阳能跟踪系统，包括如前述权利要求中任一项所述的第一设备和如前述权利要求中任一项所述的第二设备，第一设备和第二设备在南北方向上纵向对齐，并且纵向驱动系统使得第一设备和第二设备互相连接，从而一个设备的转动将引起第二设备的转动。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述纵向驱动系统包括扭转轴，所述扭转轴与一个设备的驱动轴可操作地相关联并且与另一个设备的驱动轴可操作地相关联，使得所述扭转轴的转动将引起各驱动轴的转动。
18.—种太阳能跟踪系统，包括如前述权利要求中任一项所述的第一设备和如前述权利要求中任一项所述的第二设备，第一设备和第二设备处于横向方向上，并且横向驱动系统使得第一设备和第二设备互相连接，从而一个设备的转动将引起第二设备的转动。`
19.如权利要求18所述的系统，其中所述横向驱动系统包括经由杆可操作地连接到太阳能跟踪设备的至少一个往复细长元件，所述杆枢转地连接到所述细长元件和所述设备上。
20.一种太阳能跟踪系统，包括第一太阳能跟踪设备和第二太阳能跟踪设备，第一设备和第二设备处于横向方向上，并且横向驱动系统使得第一设备和第二设备互相连接，从而一个设备的转动将引起第二设备的转动。
21.一种太阳能跟踪系统，包括第一太阳能跟踪设备和第二太阳能跟踪设备，第一设备和第二设备处于纵向方向上，并且纵向驱动系统使得第一设备和第二设备互相连接，从而一个设备的转动将引起第二设备的转动。
【文档编号】F24J2/38GK103518104SQ201280013334
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年2月17日 优先权日:2011年2月17日
【发明者】伊恩·亨利·肖 申请人:伊恩·亨利·肖