一种预应力柔性支撑斜单轴跟踪系统的制作方法

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，具体为一种预应力柔性支撑斜单轴跟踪系统。

背景技术：

传统光伏跟踪系统具有用钢量大、占用地面空间大、成本高、发电效率低等缺点，因此提出一种安全、可靠、低成本、发电效率高、适用性好的预应力柔性支撑斜单轴跟踪系统。

技术实现要素：

鉴于背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种安全、可靠、低成本、发电效率高、适用性好的预应力柔性支撑斜单轴跟踪系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种预应力柔性支撑斜单轴跟踪支架系统，所述斜单轴跟踪系统包括柔性支撑、跟踪装置、传动装置；柔性支撑由若干组支撑立柱结构沿前后方向排布，各组支撑立柱结构由两组立柱、以及两组分别对应设置的承重钢索组成；两组立柱包括一组高立柱、一组低立柱；所述跟踪装置包括驱动回转减速电机；所述传动装置包括主动钢索、主动滑轮ⅰ、主动滑轮ⅱ、从动钢索、滑轮ⅰ、滑轮ⅱ、第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮、第五滑轮、第六滑轮、驱动摆臂、连接钢索ⅰ、连接钢索ⅱ；所述滑轮ⅰ、滑轮ⅱ、第五滑轮、第六滑轮、驱动摆臂、从动钢索、连接钢索ⅰ、连接钢索ⅱ为多个，所述传动装置通过各驱动摆臂与对应的光伏组件传动相连；各组支撑立柱结构的位于左右外侧的两个高立柱或两个低立柱上分别设有所述滑轮ⅰ、滑轮ⅱ；位于前后外侧的两组支撑立柱结构的其中两个对应立柱上分别相对设有所述主动滑轮ⅱ、主动滑轮ⅰ；且设有主动滑轮ⅱ的立柱前侧设有竖直排列的第一滑轮、第二滑轮，左右两侧分别设有第三滑轮、第四滑轮；除了最前侧外的各组支撑立柱结构的对应立柱上的左右侧均分别设有竖直排列的第五滑轮和第六滑轮，且第五滑轮和第六滑轮均位于滑轮ⅰ和滑轮ⅱ中间的位置处；所述主动钢索呈环状，中间缠绕固定在所述驱动回转减速电机的输出轴上，两端分别穿过主动滑轮ⅰ和主动滑轮ⅱ；所述主动钢索的左右两侧沿前后方向分别与对应的连接钢索ⅰ、连接钢索ⅱ相连；各支撑立柱结构上的从动钢索呈环状，依次串联滑轮ⅰ、驱动摆臂、滑轮ⅱ；位于最前端左侧支撑立柱结构上的连接钢索ⅰ、连接钢索ⅱ一端分别连接从动钢索的上下部分，另一端分别穿过第二滑轮或第四滑轮与对应右侧或左侧的主动钢索连接；位于最前端右侧支撑立柱结构上的连接钢索ⅰ、连接钢索ⅱ一端分别连接从动钢索的上下部分，另一端分别穿过第一滑轮或第三滑轮与对应左侧或右侧的主动钢索连接；其余支撑立柱结构上的连接钢索ⅰ、连接钢索ⅱ一端分别连接从动钢索的上下部分，另一端分别穿过第五滑轮或第六滑轮与对应摇摆柱前侧或后侧的主动钢索连接。

所述柔性支撑还包括拉杆ⅰ、地下预埋件；所述一组立柱由端立柱和若干个摇摆柱组成；所述端立柱为两个，分别位于一组立柱的左右外侧；所述拉杆ⅰ两端分别铰接于相邻的端立柱顶端；所述各立柱的下端均设有若干地下预埋件，且与对应的地下预埋件铰接。

所述柔性支撑还包括锚具、u型卡扣；所述摇摆柱上顶部均设有顶板；所述承重钢索沿左右方向通过所述锚具固定设于每组支撑立柱结构对应的两组端立柱上，且通过u型卡扣与对应的摇摆柱顶板锁紧连接。

所述柔性支撑还包括稳定钢索、稳定钢索支架、连接杆；所述各摇摆柱中间位置均设有中间板；各组支撑立柱结构的端立柱上均设有所述稳定钢索支架；所述稳定钢索支架包括拉杆ⅱ、拉杆ⅲ、铰链；所述拉杆ⅱ、拉杆ⅲ的一端分别铰接在端立柱的上端和下端，另一端通过铰链互相铰接；所述稳定钢索沿左右方向两端分别铰接在每组支撑立柱结构左右两侧的铰链上，且通过u型卡扣与对应的摇摆柱的中间板锁紧连接；所述稳定钢索通过若干连接杆与承重钢索连接。

所述柔性支撑还包括主重斜拉杆、轻斜拉杆；各端立柱下端均设有与各主重斜拉杆对应的地下预埋件；所述主重斜拉杆一端铰接于各端立柱顶端，另一端沿左右方向向承重钢索外侧延伸与对应的地下预埋件铰接；最外侧的立柱前侧或后侧分别均设有与轻斜拉杆对应的地下预埋件；所述轻斜拉杆一端铰接于最前后两侧的立柱的顶端，另一端沿前后方向延伸与对应的地下预埋件铰接。

所述柔性支撑还包括轴承座、鱼骨式支架；所述支撑立柱结构的两侧承重钢索上设有若干轴承座；鱼骨式支架两端与两侧承重钢索对应的轴承座转动连接；所述光伏组件固定设于鱼骨式支架上；所述鱼骨式支架靠近从动钢索的一端上固定设有竖直垂下的驱动摆臂。

所述连接钢索ⅰ、连接钢索ⅱ两端均通过u型卡扣设于对应的主动钢索和从动钢索上。

所述低立柱的高度为1-6m；所述高立柱与低立柱的高度差为0-2.8m；所述鱼骨式支架与水平方向的夹角为±45°。

本发明的有益效果是：

1.本发明通过驱动回转减速电机旋转，主动钢索随之转动，连接钢索ⅰ、连接钢索ⅱ使得各排从动钢索传动，带动驱动摆臂摆动，带动鱼骨式支架上的光伏组件旋转，实现自动跟踪，光伏支架始终面向阳光的最佳入射方向，从而使光伏组件全天跟踪太阳的东升西落，获得最佳的发电效率，提高发电量；

2.通过稳定钢索结构布置、鱼骨式支架与承重钢索固定轴承座连接的方式，通过施加预应力保证结构刚度，解决了传统柔性固定支架因不均衡风荷载作用下的结构大幅抖动而导致的光伏组件隐裂问题；

3.当光伏组件承受向下的压力(包括自重、雪荷载和向下的风荷载)时，承重钢索张紧、稳定钢索放松；而当光伏组件承受向上的压力(主要为风作用引起的掀力)时，稳定钢索张紧、承重钢索放松；由于钢索具有足够的轴向刚度，上述机制可以控制系统的变形，也使其振动幅值受到约束和限制；

4.在前后立面上，为了防止立柱在风荷载作用下发生变形，采用斜拉杆连接立柱，并通过两侧斜拉杆铰接于地下预埋件，从而可靠地提供前后向刚度；

5.本发明适应市场需求，柔性支撑的跨度范围在20-50m，空间高度为1-6m，保证土地资源的二次利用；有效降低用钢量，提高发电量，桩基成本显著减少，实现降低发电度电成本。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是图1中支撑立柱结构的结构示意图；

图3是图1中a的局部放大示意图；

图4是图2中b的局部放大示意图；

图5是图4中b1的局部放大示意图；

图6是图2中c的局部放大示意图；

图7是图2中d的局部放大示意图；

图8是图2中e的局部放大示意图；

图9是图2中f的局部放大示意图；

图10是图3中主动钢索的位置结构示意图；

图11是图10中g的局部放大示意图；

图12是图10中h的局部放大示意图；

图13是图2中鱼骨式支架的结构示意图；

图14是图4中主重斜拉杆的位置结构示意图；

图中，1-支撑立柱结构，2-高立柱，3-低立柱，4-锚具，5-连接杆，6-端立柱，7-u型卡扣，8-摇摆柱，9-承重钢索，10-稳定钢索，11-滑轮ⅰ，12-轴承座，13-驱动摆臂，14-从动钢索，15-第六滑轮，16-第五滑轮，17-驱动回转减速电机，18-鱼骨式支架，19-主动滑轮ⅰ，20-主动滑轮ⅱ，21-第四滑轮，22-前后外侧的两组支撑立柱结构的两个对应立柱，23-第一滑轮，24-第三滑轮，25-轻斜拉杆，26-拉杆ⅰ,27-地下预埋件,28-主动钢索，29-光伏组件，30-顶板，31-中间板，32-滑轮ⅱ,33-第二滑轮,34-稳定钢索支架，3401-拉杆ⅱ，3402-拉杆ⅲ，3403-铰链，35-主重斜拉杆，36-连接钢索ⅰ，37-连接钢索ⅱ。

具体实施方式

结合图1至14所示，一种预应力柔性支撑斜单轴跟踪系统，斜单轴跟踪系统包括柔性支撑、跟踪装置、传动装置；柔性支撑由若干组支撑立柱结构1沿前后方向排布，各组支撑立柱结构1由两组立柱、以及两组分别对应设置的承重钢索9组成；两组立柱包括一组高立柱2、一组低立柱3；跟踪装置包括驱动回转减速电机17(通过传统天文算法与光电传感器结合的控制系统来控制电机)；传动装置包括主动钢索28、主动滑轮ⅰ19、主动滑轮ⅱ20、从动钢索14、滑轮ⅰ11、滑轮ⅱ32、第一滑轮23、第二滑轮33、第三滑轮24、第四滑轮21、第五滑轮16、第六滑轮15、驱动摆臂13、连接钢索ⅰ36、连接钢索ⅱ37；从动钢索14、滑轮ⅰ11、滑轮ⅱ32、第五滑轮16、第六滑轮15、驱动摆臂13、连接钢索ⅰ36、连接钢索ⅱ37为多个，传动装置通过各驱动摆臂13与对应的光伏组件29传动相连；各组支撑立柱结构1的位于左右外侧的两个高立柱2或两个低立柱3上分别设有滑轮ⅰ11、滑轮ⅱ32；位于前后外侧的两组支撑立柱结构1的其中两个对应立柱上分别相对设有主动滑轮ⅱ20、主动滑轮ⅰ19；且设有主动滑轮ⅱ20的立柱前侧设有竖直排列的第一滑轮23、第二滑轮33，左右两侧分别设有第三滑轮24、第四滑轮21；除了最前侧外的各组支撑立柱结构1的对应立柱上的左右侧均分别设有竖直排列的第五滑轮16和第六滑轮15，且第五滑轮16和第六滑轮15均位于滑轮ⅰ11和滑轮ⅱ32中间的位置处；主动钢索28呈环状，中间缠绕固定在驱动回转减速电机17的输出轴上，两端分别穿过主动滑轮ⅰ19和主动滑轮ⅱ20；主动钢索28的左右两侧沿前后方向分别与对应的连接钢索ⅰ36、连接钢索ⅱ37相连；各支撑立柱结构上的从动钢索14呈环状，依次串联滑轮ⅰ11、驱动摆臂13、滑轮ⅱ32；位于最前端左侧支撑立柱结构上的连接钢索ⅰ36、连接钢索ⅱ37一端分别连接从动钢索14的上下部分，另一端分别穿过第二滑轮33或第四滑轮21与对应的右侧或左侧的主动钢索28连接；位于最前端右侧支撑立柱结构上的连接钢索ⅰ36、连接钢索ⅱ37一端分别连接从动钢索14的上下部分，另一端分别穿过第一滑轮23或第三滑轮24与对应的左侧或右侧的主动钢索28连接；其余支撑立柱结构上的连接钢索ⅰ36、连接钢索ⅱ37一端分别连接从动钢索14的上下部分，另一端分别穿过第五滑轮16或第六滑轮15与对应摇摆柱的前侧或后侧的主动钢索28连接。

柔性支撑还包括拉杆ⅰ26、地下预埋件27；一组立柱由端立柱6和若干个摇摆柱8组成；端立柱6为两个，分别位于一组立柱的左右外侧；拉杆ⅰ26两端分别铰接于相邻的支撑立柱结构1的端立柱6顶端；各立柱的下端均设有若干地下预埋件27，且与对应的地下预埋件27铰接。

柔性支撑还包括锚具4、u型卡扣7；摇摆柱8上顶部均设有顶板30；承重钢索9沿左右方向通过锚具4固定设于每组支撑立柱结构1对应的两组端立柱6上，且通过u型卡扣7与对应的摇摆柱8顶板30锁紧连接。

柔性支撑还包括稳定钢索10、稳定钢索支架34、连接杆5；各摇摆柱8中间位置均设有中间板31；各组支撑立柱结构1的端立柱6上均设有稳定钢索支架34；稳定钢索支架34包括拉杆ⅱ3401、拉杆ⅲ3402、铰链3403；拉杆ⅱ3401、拉杆ⅲ3402的一端分别铰接在端立柱6的上端和下端，另一端通过铰链3403互相铰接；稳定钢索10沿左右方向两端分别铰接在每组支撑立柱结构1左右两侧的铰链3403上，且通过u型卡扣7与对应的摇摆柱8的中间板31锁紧连接；稳定钢索10通过若干连接杆5与承重钢索9连接。

柔性支撑还包括主重斜拉杆35、轻斜拉杆25；各端立柱8下端均设有与各主重斜拉杆35对应的地下预埋件27；主重斜拉杆35一端铰接于各端立柱顶端，另一端沿左右方向向承重钢索9外侧延伸与对应的地下预埋件27铰接；最外侧的立柱前侧或后侧分别均设有与轻斜拉杆25对应的地下预埋件27；轻斜拉杆25一端铰接于最前后两侧的立柱的顶端，另一端沿前后方向延伸与对应的地下预埋件27铰接。

柔性支撑还包括轴承座12、鱼骨式支架18；支撑立柱结构1的两侧承重钢索9上设有若干轴承座12；鱼骨式支架18两端与轴承座12转动连接；光伏组件29固定设于鱼骨式支架18上；鱼骨式支架18靠近从动钢索14的一端上固定设有竖直垂下的驱动摆臂13，鱼骨式支架18上的光伏组件29通过驱动摆臂13与传动装置相连。

连接钢索ⅰ36、连接钢索ⅱ37两端均通过u型卡扣7设于对应的主动钢索28和从动钢索14上。

低立柱的高度为1-6m；高立柱2与低立柱3的高度差为0-2.8m；鱼骨式支架18与水平方向的夹角为±45°,(高度差由当地纬度的最佳倾角确定)每排支撑立柱结构1中的摇摆柱8之间的距离为20-50m。

如图1-14所示，本发明工作原理和流程如下：

安装时用千斤顶对每排支撑立柱结构1的两侧的承重钢索9施加拉力，后用锚具4将承重钢索9在立柱顶端上锁紧，使得结构承受预应力，将柔性拉索支架转化为类似刚性结构。

支架跟踪原理：光伏组件29固定设于鱼骨式支架18上，通过传统天文算法与光电传感器结合的控制系统识别最佳入射角度，驱动回转减速电机17自动旋转，带动主动钢索28转动，与主动钢索28卡扣固定的连接钢索ⅰ36、连接钢索ⅱ37带动各排从动钢索14也随之传动，带动驱动摆臂13摆动，带动鱼骨式支架18上的光伏组件29旋转。

结构校核：经过有限元分析，确保受力可靠、经济合理；并进行了cfd模拟风洞分析，展开了包括自重、风荷载、雪荷载和温度等不利工况组合下的力学分析，校核了支架、传动机构、钢索、立柱、基础等各部件的承载能力，满足工程要求。

1、钢索

承重钢索最大拉力78.41kn，钢索截面积140mm²，名义屈服强度1110mpa，抗拉承载能力设计值为155.4kn，满足。

稳定钢索最大拉力35.5kn，钢索截面积140mm²，名义屈服强度1110mpa，抗拉承载能力设计值为155.4kn，满足。

2、立柱

考虑横向框架的受力后，立柱最大轴向压力206.27kn，计算长度3m，规格为ф114*5，材料性质为q235b，回转半径38.6mm，按照b类截面，稳定系数为0.594，应力比：0.68，满足。

3、主重斜拉杆

主重斜拉杆最大轴力184kn，采用ф40粗的钢棒，强度级别为hpb300，屈服强度设计值为270mpa。考虑中间调节螺纹套筒处削弱，有效面积为975mm²，受拉承载能力设计值为263kn，满足。

4、稳定钢索支架拉杆

稳定钢索拉杆最大轴向拉力29.72kn，采用5*55钢拉条，考虑连接螺栓处开孔削弱后的最不利截面积为167.5mm²，材料强度q345b，屈服强度设计值为305mpa，抗拉承载能力设计值为51kn，满足。