跟踪太阳的太阳能收集系统及其组装方法与流程

背景技术：

一些已知的跟踪太阳的光伏太阳能发电系统(诸如，供电级的光伏装置)被设计为枢转大量的太阳能模块，以便使用尽可能少的驱动马达来跟踪太阳的运动。例如，一些已知的系统包括支承在扭矩管上的并排光伏模块。该扭矩管可包括多个长圆轴，这些轴以端对端的方式连接在一起，并且通常由金属制成。

如此一来，扭矩管和一些相关的硬件就可代表跟踪太阳的太阳能发电系统的主要成本。因此，降低材料成本、制造成本和/或组装这些部件所需的劳动力就可显著降低最初构建此类系统的资金成本。降低此类系统的构建成本对为此类系统筹资有显著影响，由于此类系统成本较低，因而其利息也较低，此类系统以较高速率将电力出售到例如区域电网配电系统后，足以支付最初构建此类系统的债务还本付息。

附图说明

以下附图以举例而非限制方式进行说明。为了简明起见，不一定在结构出现的每一附图中都标出给定结构的每个特征。相同的参考标号不一定表示相同的结构。相反，可使用同一参考标号或不同参考标号来表示类似的特征或具有类似功能的特征。附图未按比例绘制。

图1示出了根据一个实施例的太阳能收集系统的俯视图；

图2是根据一个实施例的用于太阳能收集器系统的电气系统的示意图；

图3示出了根据一个实施例的太阳能收集系统的侧视透视图；

图4示出了根据一个实施例的跟踪器排的侧视透视图；

图5示出了根据一个实施例的跟踪器排的侧视图；

图6是根据一个实施例的安装组件的侧视图；

图7示出了根据一个实施例的安装组件的透视图；

图8示出了根据一个实施例的跟踪器排的侧视图；

图9示出了根据一个实施例的安装组件的剖视图；

图10示出了根据一个实施例的连接组件的剖视图；

具体实施方式

以下具体实施方式在本质上只是说明性的，而并非意图限制本申请的主题的实施例或此类实施例的用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作实例、例子或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、

技术实现要素：
或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。

以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”或“下方”之类的术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“轴向”和“侧向”之类的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，通过参考描述所讨论的部件的文字和相关的附图可以清楚地了解所述取向和/或位置。这样的术语可包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。相似地，除非上下文中明确指明，否则术语“第一”、“第二”和其他此类涉及结构的数值术语并不含有次序或顺序的意思。

术语-—以下段落提供了本公开(包括所附权利要求书)中存在的术语的定义和/或语境：

本说明书包括提及“一个实施例”或“实施例”。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式进行组合。

术语“包括”是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除其他结构或步骤。

各个单元或部件可被描述或声明成“被构造成”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被构造成”用于通过指示该单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时，也可将该单元/部件说成是被构造成执行任务。详述某一单元/电路/部件“被构造成”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35u.s.c.§112第六段。

如本文所用，术语“第一”、“第二”等用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”封装层并不一定暗示该封装层为某一序列中的第一个封装层；相反，术语“第一”用于区分该封装件与另一个封装件(如，“第二”封装件)。

除非本公开另有明确要求，否则术语“一”和“一个”被定义为一个或多个。

以下描述是指元件或节点或特征被“连接”在一起。如本文所用，除非另外明确指明，否则“连接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械连接。

如本文所用，“阻止”用于描述减小影响或使影响降至最低。当组件或特征被描述为阻止行为、运动或条件时，它可以完全防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“阻止”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、表现和/或效应。因此，当组件、元件或特征被称为阻止结果或状态时，它不一定完全防止或消除该结果或状态。

如本文所用，术语“实质上”被定义为在很大程度上但不一定全部是所指定内容(并且包括所指定的，例如，实质上90度包括90度，实质上平行包括平行)，如本领域普通技术人员所理解的那样。在任何公开的实施例中，术语“实质上”、“大约”和“约”可用“在所指定内容的一定百分比内”代替，其中该百分比包括0.1％、1％、5％和10％。

如本文所用，“区域”可用于说明具有可定义特性但不一定有固定边界的物体或材料的离散区域、体积、部分或位置。

在以下描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的操作，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对本领域的技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他实例中，没有详细地描述熟知的技术，以避免不必要地使本发明的实施例难以理解。除非本公开或实施例的性质明确禁止，否则即使未描述或说明，一个实施例的一个或多个特征可应用于其他实施例。

在正常运行过程中，太阳能跟踪器系统可经历高风载和其他环境阻碍。在运行寿命期间，太阳能跟踪器系统及其相关的扭矩管、支承组件和安装组件必须保持结构完整，才能大幅降低成本。因此，降低材料成本、制造成本和/或组装这些部件所需的劳动力就可显著降低太阳能跟踪器系统的成本。本文描述了能够降低太阳能跟踪器系统(包括低成本的安装组件和紧固件)的成本的多种系统和方法。

尽管本文所述的许多实例用于跟踪太阳的太阳能收集系统，但这些技术和结构同样适用于其他非跟踪太阳的或静止的太阳能收集系统，以及集中式光伏太阳能系统和集中式太阳热能系统等。此外，尽管为了便于理解而按照地面安装的跟踪太阳的能量收集太阳能装置对本公开大部分进行了描述，但所公开的技术和结构同样适用于其他太阳能收集装置(例如，屋顶太阳能装置)。

图1示出了太阳能收集系统100的俯视图，该太阳能收集系统可被视作电力农场。太阳能收集系统100包括太阳能收集器阵列102，该太阳能收集器阵列包括多个跟踪器排110。每个跟踪器排110包括多个太阳能收集模块112，这些模块由扭矩构件、驱动轴或扭矩管120支承。每个太阳能收集模块112可包括一个或多个太阳能收集装置或构件114。太阳能收集装置或构件114具有被构造成接收阳光用于转化为电能的上表面116(在图1中可见)。

太阳能收集装置114可以是光伏模块、太阳热能收集装置、集中式光伏装置或集中式太阳热能收集装置的形式。在所示的实施例中，太阳能收集装置114是非集中式光伏(pv)模块的形式。光伏模块112可包括一个或多个装在框架组件中的光伏电池，该框架组件包括光学透明的上盖和周围的框架。在一个实施例中，太阳能模块112可包括连接到太阳能收集构件114的下表面的支承框架。此类光伏模块的设计和结构是本领域熟知的，因此不再详细描述。

在图1所示的实施例中，每个跟踪器排110包括跟踪驱动件130，该跟踪驱动件连接到扭矩管120并且被构造成枢转扭矩管120，以便使收集器装置114跟踪太阳的运动。但在其他实施例中，每个跟踪器排110的扭矩管120可被机械连接到单个跟踪驱动件，使得单个跟踪驱动件同时枢转跟踪器排110的扭矩管120，以便使收集器装置114跟踪太阳的运动。

参见图2，太阳能收集系统100还可包括连接到阵列102的电气系统104。例如，电气系统104可包括作为电源的阵列102，其利用电源线108连接到远程连接装置42。电气系统104也还可包括公用电源、仪表、带有主隔离器的电气面板、接线盒、电气负载和/或带有公用电源监视器的逆变器。

图3示出了阵列102的侧视透视图，其中跟踪器排110倾斜，使得多个太阳能模块114的下表面118可见。每个扭矩管120由地面支承组件122支承在地面上方。每个地面支承组件122包括柱124和支承在柱124的上端处的轴承126。在一些实施例中，该地面支承组件可包括如图3所示的混凝土板128。扭矩管120可具有任何长度并且可由一件或多件或者一部分或多部分形成。柱124相对于彼此的间距可根据在支承结构122之间的扭矩管120的偏转的所需极限、风荷载和其他因素来确定。

在一个实施例中，扭矩构件或扭矩管具有支承在地面上的纵轴l，以便可绕纵轴l枢转通过旋转度为至少约20°的枢转运动范围。扭矩管120可具有沿纵轴l延伸的实心或圆筒形主体。该圆筒形主体可具有任何截面形状，包括但不限于圆形、正方形、三角形、长方形、多边形或其他形状。因此，如本文所用，术语“圆筒形”意在表示“以两个平行或倾斜平面为界并且由直线(所述直线平行于给定平面移动或跟踪具有任意数量的曲线段和/或直线段的封闭形状)产生的表面或固体；以平面为界并且位于垂直或倾斜于给定平面的平面中的表面或固体。”

在一个实施例中，该扭矩管可包括多个又长又圆的轴，这些轴以端对端的方式连接在一起，并且可由金属制成。在一个实施例中，该扭矩管可设置有最少量的材料，以维持结构完整性，从而降低相关成本。在一个非限制性实例中，该扭矩管可具有厚度小于0.75cm的圆筒形壁。作为另一个实例，该扭矩管可具有大于10cm的直径。

图4示出了跟踪器排110的侧视透视图，其中该跟踪器排倾斜，使得太阳能模块112的下表面118可见。跟踪器排110包括多个安装组件140，这些安装组件被构造成将多个太阳能模块112的支承框架附着到扭矩管120上。在图4的实例中，太阳能模块被构造成使得三个太阳能模块沿扭矩管120的长度方向延伸，但可使用任何其他合适的构型。在图4中还示出了连接组件160，其用于连接相邻的扭矩管部分。

下文结合图1至图4描述了安装组件140和连接组件160的多种实施例的具体实施方式。

图5示出了跟踪器排110的侧视图，该跟踪器排包括多个太阳能收集模块112，每个太阳能收集模块具有朝向太阳的上表面116和与上表面112相对的下表面118。跟踪器排110包括安装组件140，其被构造成将多个太阳能模块112附着到扭矩管120上。安装组件140包括多个支柱构件142。从图5的角度，仅可看见两个支柱构件，但可存在其他支柱构件。例如，如图4所示，可提供四个支柱构件142。

多个支柱构件中的每一个从扭矩管120延伸到太阳能模块112的至少一个支承框架。在图5所示的实施例中，每个支柱构件142包括连接至太阳能模块112的外边缘或第一端115，以及连接至扭矩管120且与第一端115相对的第二端117。支柱构件142可通过任何合适的紧固件或连接件、在太阳能模块的任何合适的点或区域处，直接或间接连接至太阳能模块112。

图6示出了包括多个支柱构件142的安装组件140的放大侧视图。每个支柱构件142包括位于临近扭矩管120的端区处的上孔144和下孔146。安装组件140还包括固定到扭矩管120的鞍状构件或太阳能模块保持构件。上鞍状构件154跨扭矩管120的上部延伸，下鞍状构件156跨扭矩管120的下部延伸。上鞍状构件包括与支柱构件142的上孔144对齐的上鞍状孔155。下鞍状构件156包括与支柱构件142的下孔146对齐的下鞍状孔157。

在至少一个实施例中，鞍状构件和/或支柱构件由一片金属片材(例如，钢金属片材)制成以增强硬度。在至少一些实施例中，金属片材可以是金属、金属合金或化合物。金属片材可包括例如钢、铜(cu)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、铁(fe)、钛(ti)、铝(al)或它们的任意组合。

在一个实施例中，安装组件140还包括多个空心紧固件170，这些紧固件延伸穿过上孔144/155和下孔146/157。每个空心紧固件170包括至少一个环状凸缘172，其接合相应支柱构件142的外表面。空心紧固件170的环状凸缘172被模锻成牢固地将支柱构件142和鞍状构件154/156连接至扭矩管120。

为了便于描述，图5示出了各自具有两个孔144/146的两个支柱构件142、各自具有两个孔155/157的两个鞍状构件154/156以及四个空心紧固件170，但应当理解，可使用任何所需数量的支柱构件、鞍状构件、孔和/或空心紧固件来将太阳能模块112安装到扭矩管120上。

图7示出了包括空心紧固件170的安装组件的透视剖视图，该空心紧固件延伸穿过两个支柱构件142和上下鞍状构件154/156。每个空心紧固件170包括两个环状凸缘172之间的管状主体部分174。每个环状凸缘172接合相应支柱构件142的外表面。在一个实施例中，支柱构件142的外表面提供有配合区域或环状轴承表面143，每个环状凸缘172被模锻在该区域上。

在一个实施例中，空心紧固件170可包括管状或圆筒形主体部分，该主体部分可具有任何截面形状，包括但不限于圆形、正方形、三角形、长方形、多边形或其他形状。在一个实施例中，空心紧固件由单个金属管(例如，钢金属片材)制成。在至少一些实施例中，金属管可以是金属、金属合金或化合物。金属片材可包括例如钢、铜(cu)、镍(ni)、钴(co)、铬(cr)、铁(fe)、钛(ti)、铝(al)或它们的任意组合。

应当理解，使用空心紧固件能够显著降低太阳跟踪器安装和连接组件的成本。与常规紧固件或螺丝相比，本公开的空心紧固件可设置有少量的紧固材料(例如金属)，同时仍能保持安装和连接组件的强度和结构完整性。作为非限制性实例，空心紧固件的管状主体部分可具有大于1cm的直径和小于10mm的壁厚度，或者在一些实施例中，壁厚度可小于6mm。

在一个实施例中，环状凸缘可与管状主体一体形成，例如如图6至图7所示。但在其他实施例中，环状凸缘可与空心紧固件的管状主体单独形成。

在图5至图7所示的实施例中，空心紧固件170牢固地将支柱构件142和鞍状构件154/156连接至扭矩管120，但不直接延伸到扭矩管120中。但在其他实施例中，空心紧固件可直接接合和/或延伸穿过扭矩管的至少一个孔。

图1至图7示出了根据各种实施例的太阳能收集系统和安装组件。除非另有指明，否则除了依次增加100之外，图8至图10的部件类似。

图8示出了包括多个太阳能收集模块212的跟踪器排210的侧视图。跟踪器排210包括安装组件240，其被构造成将多个太阳能模块212附着到扭矩管220上。安装组件240包括多个支柱构件242，这些支柱构件被构造成将太阳能电池模块212安装到扭矩管220上。多个支柱构件242中的每一个从扭矩管220延伸到第一端215处的太阳能模块212的支承框架。支柱构件242在与第一端215相对的第二端217处连接至扭矩管220。

图9示出了包括空心紧固件270的安装组件240的侧视图，该空心紧固件实质上延伸穿过两个支柱构件242、扭矩管220和上鞍状构件254。空心紧固件270包括上环状凸缘272a和下环状凸缘272b之间的管状主体部分274。管状主体部分274延伸穿过扭矩管220，并延伸穿过扭矩管220的上下孔211a/211b。下环状凸缘272a延伸穿过支柱构件242，并被模锻成接合至少一个支柱构件242的外表面。上环状凸缘272b延伸穿过上鞍状构件254，并被模锻成接合鞍状构件254的外表面。在图9的实施例中，空心紧固件的环状凸缘接合支柱构件和鞍状构件的外表面，但在其他实施例中，空心紧固件的环状凸缘可直接接合扭矩管、太阳能模块或任何其他所需部件。

再次参见图4，连接组件160将相邻扭矩管部分120a和120b连接起来，以形成连续的扭矩管120。连接组件160包括扭矩传递构件或连接构件162，其跨扭矩管部分120a/120b的相邻端并将这些相邻端牢固地连接在一起，以形成连续的扭矩管120。

图10示出了根据一个实施例的连接相邻扭矩管部分的连接组件的侧视剖视图。如图所示，连接组件360包括空心紧固件370，该空心紧固件实质上延伸穿过连接构件362的第一孔364a、第一扭矩管部分320a和连接构件362的第二孔364b。类似地，另一空心紧固件可实质上延伸穿过第二相邻扭矩管部分和连接构件362的第三孔和第四孔(图9的侧视剖视图中不可见)。空心紧固件370包括第一环状凸缘372a和第二环状凸缘372b之间的空心主体374。在一个实施例中，空心紧固件370的环状凸缘372被模锻成接合连接构件362的外表面，从而连接连接构件362跨的相邻扭矩管部分。

在至少一个实施例中，连接构件由一片金属片材(例如，钢金属片材)制成以增强硬度。在至少一些实施例中，金属片材可以是金属、金属合金或化合物。在一个实施例中，连接构件是在相邻扭矩管部分之间延伸的曲面板，诸如图4和图10所示。但在其他实施例中，连接构件可设置成条、杆或任何其他所需的形式或结构。

为了便于描述，图9仅示出了一个连接构件362和一个空心紧固件372，但应当理解，可使用任何所需数量的连接构件、连接构件孔、扭矩管孔和/或空心紧固件来将相邻扭矩管部分连接在一起，以形成连续的扭矩管。

在一个实施例中，模锻方法可用于组装上述安装和/或连接组件。用于组装太阳能收集系统的方法可包括使空心紧固件的端部变形这一步骤，其中使端部变形以产生环状凸缘。在模锻期间，空心紧固件的端部可在支柱构件、扭矩管和/或连接构件的外表面上方轴向运行或移动，以在这些构件之间产生模锻连接。在一个实施例中，可使用任何合适的模锻工具来产生径向力，用于使空心紧固件的端部向外变形并跨支柱构件、连接构件和/或扭矩管的表面，以在这些构件之间形成模锻连接。该方法还可包括在支柱构件、扭矩管和/或连接构件中形成孔这一步骤。此外，该方法还可包括将空心紧固件插入支柱构件、扭矩管和/或连接构件中的孔这一步骤。

本文公开的至少一个实施例的一个方面包括以下认识：可以低于已知设计的成本制造太阳能发电系统的某些部件，诸如用于将太阳能收集设备附着到枢转结构构件(例如扭矩管)的那些部件。

上述说明和实例提供了说明性实施例的结构和用途的完整说明。尽管上文以一定程度的特殊性或参照一个或多个单个实施例描述了某些实施例，但本领域技术人员可在不脱离本发明范围的情况下对所公开的实施例作出多种改变。因此，所述方法和系统的各个说明性实施例并非意在限于所公开的具体形式。相反，这些实施例包括权利要求书范围内的所有修改和替代，并且不同于所示实施例的实施例可包括所述实施例的部分或全部特征。例如，可省略元件或将其组合成单一结构，并且/或者可替换连接。此外，在合适的情况下，上述任何实例的各方面可与所述的其他任何实例的各方面组合，以形成具有相当或不同性质和/或功能并且解决相同或不同问题的更多实例。同样，应当理解，上述益处和优点可涉及一个实施例，或者可涉及多个实施例。例如，可使用不同的结构构型、材料和/或控制生产步骤来实践和/或实施本发明的方法和系统的实施例。权利要求书并非意在包括、也不应当被理解为包括方法或步骤功能用语限制，除非在给定的权利要求中分别用短语“用于……的方法”或“用于……的步骤”清楚地列举出此类限制。