专利名称：一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能电池组件领域，具体涉及一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统。
背景技术：
为了提高光伏组件发电量，一个有效的解决方案是通过机械连接，电气驱动以及电子控制电路的联合作用，实现太阳能电池板的空间角度调整。从而实现对入射太阳光的跟踪。尤其是双轴跟踪方案，可以同时实现太阳能方位角及俯仰角的调整。可以最大限度的利用入射太阳光的能量。但双轴跟踪方案广泛应用的最大挑战在于其复杂的结构所带来的成本障碍以及 长期使用中的维修与保养问题。在双轴跟踪方案中，通常采用塔柱式，立柱式或T型的独立结构支撑太阳能电池板。并配有两套分立的驱动系统。除支架系统外，还包括蜗轮蜗杆、连杆等机械组件，以及电气电子体统的电机驱动，控制模块等。通常，跟踪器的电气电子器件都与支架系统等机械结构件集成为一体，并且长期处在恶劣的工作环境中。在光伏阵列中还需解决大面积连线的能量损耗与导线防护等问题。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，采用简单的铰链、螺杆、挺杆及钢缆连接机构系统取代了传统的高成本的涡轮蜗杆传动装置，采用电机驱动系统与机械机构分立的设计布置方案，并可实现集中动作的控制，同时减少了驱动机构中的电气电子系统的连线。本发明的实现由以下技术方案完成
一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，涉及由若干太阳能电池组件构成的阵列，所述太阳能电池组件由太阳能电池板、背板及支柱组成，所述背板固定于所述支柱顶端，所述太阳能电池板固定在所述背板上，其特征在于所述背板背面分别固定设置有方位角推拉铰接点和俯仰角推拉铰接点，所述方位角推拉铰接点连接有方位角转动机构，所述俯仰角推拉铰接点连接有俯仰角转动机构；所述的方位角转动机构与所述阵列中相邻的所述太阳能电池组件中的所述方位角转动机构依次通过钢缆连接，并由一环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动；所述的俯仰角转动机构与所述阵列中相邻的所述太阳能电池组件中的所述俯仰角转动机构依次通过钢缆连接，并由一环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动。以所述支柱与所述背板之间的支承点作为原点，所述方位角推拉铰接点位于所述背板的X轴线上。以所述支柱与所述背板之间的支承点作为原点，所述俯仰角推拉铰接点位于所述背板的Y轴线上。所述方位角转动机构为空间曲柄滑块机构，由螺母、丝杠、连杆、转毂组成，所述丝杠位置与所述支柱连接固定，所述螺母与所述丝杠螺纹配合，所述丝杠与所述转毂固定连接，并能够实现同轴转动，所述连杆一端与所述螺母以球面副连接，所述连杆的另一端与所述方位角推拉铰接点以球面副连接，所述转毂由所述环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动。所述连杆为连杆组，所述连杆组由两根连杆，十字铰链组成，所述两根连杆以轴线对齐方式对顶相连，并可其绕轴线相对转动，连杆另一头分别铰接所述十字铰链，所述连杆组一端的所述十字铰链的自由端与所述螺母铰接，所述连杆组另一端的所述十字铰链的自由端与所述方位角推拉铰接点铰接。所述连杆两端分别采用球头结构。所述俯仰角转动机构为曲柄滑块机构，由螺母、丝杠、转毂组成，所述螺母通过一支架与所述支柱连接固定，所述螺母与所述丝杠之间螺纹配合，所述丝杠连接固定所述转 毂，二者之间能够构成同轴转动，所述丝杠与所述俯仰角推拉铰接点连接，所述转毂由所述环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动。所述方位角转动机构中的所述转毂外缠绕有钢缆，所述钢缆绕圈中部通过一钢丝绳卡与转毂相固定。所述俯仰角转动机构中的所述转毂外缠绕有钢缆，所述钢缆绕圈中部通过一钢丝绳卡与转毂固定。本发明的优点是能够使得太阳能电池板进行两轴追踪，太阳能收率显著提高；装置结构简单，工作可靠，系统的一次性投入成本及后期维修成本低。
图I是本发明结构 图2是本发明中俯仰角转动机构结构 图3是本发明中方位角转动机构结构 图4是本发明中方位角转动机构结构图二；
图5是本发明中方位角转动机构结构图三。
具体实施例方式以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解
如图1-5所示，图中标记1-60分别为电池板I、内铰链2、电池板支架3、十字铰架4、内铰链5、丝杠6、销轴7、外铰链8、铰链9、上防尘护罩10、轴承座盖11、钢丝绳12、支架13、下防尘护罩14、立柱15、导轨16、转毂17、丝杠18、滑块19、带座轴承20、球头连杆21、外铰链22、销轴23、球面支座24、螺母支座25、轴承26、螺母27、转毂28、外铰链29、销轴30、内铰链31、销轴32、内铰链33、球面支座34、内螺纹35、托板36、转毂37、槽38、球面支座39、轴40、钢丝绳41、钢丝绳卡42、钢丝绳卡43、销轴44、双头铰链45、外铰链46、滑块47、销轴48、双头铰链49、销轴50、外铰链51、连杆52、夹头53、连杆54、销轴55、铰链56、方位角转动机构57、俯仰角转动机构58、方位角推拉铰接点59、俯仰角推拉铰接点60。实施例一如图I所示，本实施例采用在电池板I背面增加方位角推拉铰接点59、俯仰角推拉铰接点60并链接方位角转动机构57以及俯仰角转动机构58以实现对电池板I的方位角、俯仰角控制，其中方位角转动机构57的推拉动作由钢丝绳41驱动，实现对电池板I方位角的改变；俯仰角转动机构58的推拉动作由钢丝绳12驱动，实现对电池板I俯仰角的改变。本实施例以立柱15为支承中心以支撑其他零部件。立柱15上固定有支架13和托板37。太阳能电池组件由电池板I及电池板支架3组成。电池板支架3上面布置电池板1，下面安装两个内铰链2。内铰链2与十字铰架4上部的外铰链8以及销轴9形成铰接，电池板支架3可绕着铰接副的轴线自由旋转，即允许电池板I对太阳方位角进行跟踪，其中十字铰架4固定在电池板支架3的中线上，以实现对电池板I太阳俯仰角变化的稳定控制。十字铰架4的下面分别加工设置有一外铰链5和一内铰链9。内铰链9与外铰链22以及销轴23形成铰接，并可以绕销轴23的轴线自由转动。十字铰架4可以带动铰接在外铰链8上的电池板支架3及电池板I绕此铰接副自由转动，即允许电池板I对太阳高度角进行跟
足示O如图2所示，支架上的内铰链与螺母支座25上的外铰链29及销轴30组成铰接，并可以于销轴内部自由转动。丝杠6 —头固定有内铰链31，内铰链31与外铰链5及销轴32组成铰接，并可以绕销轴32自由转动。丝杠6的螺纹部分与螺母27配合。螺母27下端固定安装转毂28，转毂28外面缠绕钢丝绳12，钢丝绳12绕圈中部通过钢丝绳卡42与转毂28固定。螺母外表面的台肩上套两个轴承26，轴承26的外圈固定在螺母支座25内，转毂28可以带动螺母27在螺母支座25内自由转动。随着螺母27的转动，与之配合的丝杠6沿螺母轴线运动。螺母支座25上加工外铰链29。外铰链29与支架13上的内铰链33以及销轴30形成铰接，并可以绕销轴30的轴线自由转动。电池板I对太阳高度角(即俯仰角)的跟踪的具体实现方式如下钢丝绳12驱动转毂28转动，转毂28带动螺母27同轴旋转。随着螺母27的转动，丝杠6沿螺母27的轴线方向上下运动。丝杠6上下运动的同时，内铰链32与外铰链5相应地发生相对转动，推动十字铰架4绕销轴9转动。十字铰架4便带动电池板支架3以及电池板I一起绕销轴9转动。最终实现电池板I对闻度角的跟踪。如图3所示，托板36上分别固定两个带座轴承20，带座轴承20的轴承孔中装入丝杠18。丝杠18下端装配转毂17，两者实现同轴旋转。转毂17外面缠绕钢丝绳41，钢丝·绳41绕圈中部通过钢丝绳卡43与转毂17固定。转毂17带动丝杠18在带座轴承20的支承下进行自由转动。托板36上固定安装导轨16。滑块19中间加工与丝杠18配合的内螺纹35，一端加工成可在导轨16中滑动的燕尾形，另一端固定安装球面支座35。转毂17带动丝杠18转动，与丝杠18配合的滑块19沿内螺纹35的轴线方向运动，即可在丝杠18上进行往复运动。电池板支架3上固定安装球面支座24，球面支座24可固定于电池板支架3的中线上，以实现对电池板I的稳定控制。球面支座24与球面支座34之间通过球头连杆21连接，球头连杆21两端的球头外表面分别与球面支座24与球面支座34的内球面配合，形成球面副，并可以绕任一轴线转动。此处设置球头结构的目的在于消除方位角转动机构57及俯仰角转动机构58这两控制机构各自运动中所带来的干涉效果。电池板I对太阳方位角(即方位角)的跟踪的具体实现方式如下钢丝绳12驱动转毂17转动，转毂17带动丝杠18—起转动。随着丝杠18的转动，滑块16上下运动。滑块16在丝杠18上上下运动，推动球头连杆21上下运动，球头连杆21两端的球头外表面相应地分别在球面支座24与球面支座34的内球面内转动。球头连杆21的上下移动及转动推动电池板支架3以及电池板I绕销轴7转动。最终实现电池板I对太阳方位角的跟踪。实施例二 相较实施例一，本实施例的不同点在于本实施例的不同点在于电池板I对太阳方位角的跟踪，即绕销轴9的转动采用如图4所示的方案。在本实施例中，省去了丝杠18，滑块19，以及支承它们的托板36、带座轴承20、导轨16。转毂17改用转毂37。转毂安装 在轴40上，可以绕轴40转动。转毂37上固定安装球面支座39，球面支座39与球头连杆21下端球头配合。转毂37的边缘加工槽38，钢丝绳绕槽38 —周。拉动钢丝绳，带动转毂37转动，球面支座39随转毂37 —起绕轴40转动。球面支座39推动球头连杆21上下运动，带动电池板支架3绕轴9转动。实现电池板I对太阳方位角的跟踪。本实施例中的结构不具备自锁功能，钢丝绳行程短。实施例三相较实施例一，本实施例的不同点在于本实施例用铰接副连杆机构来代替实施例一中的球面副连杆机构。滑块19由成滑块47代替。滑块47左端的内铰链与双头铰链49的外铰链以及销轴48形成铰接，并可以绕销轴48转动。连杆52下端加工外铰链51，外铰链51与双头铰链49的内铰链以及销轴50形成铰接，并可以绕销轴50转动。连杆54的上端加工外铰链46，外铰链46与双头铰链45的内铰链以及销轴55形成铰接，并可以绕销轴55转动。球面支座24由铰链56代替。铰链56与双头铰链45上端的外铰链以及销轴44形成铰接，并可以绕销轴44转动。连杆54下端与连杆52上端加工环形突起，夹头53夹住连杆54和连杆52的环形突起，连杆54和连杆52可以绕他们的公共轴线相对转动。上述三个实施例在具体实施时首先实施例二、三相较于实施例一只是采用了不同结构形式的方位角转动机构57，并不影响由两套机构分别控制电池板I方位角及俯仰角改变的过程。以立柱15对电池板支架3的支承点为原点，方位角推拉铰接点59处于该原点X轴轴线上，俯仰角推拉铰接点60处于该原点Y轴轴线上，其目的都在于能够使用较小的力完成对电池板支架3的推拉动作。此外额外需要阐述的是方位角推拉铰接点59、俯仰角推拉铰接点60这两个铰接点相较上述原点的距离由电池板支架3所需的推拉力、方位角转动机构57或俯仰角转动机构58与立柱15间的设置距离决定。上述实施例都是用于光伏阵列，即太阳能电池板阵列中的，所以将每个电池板I上的方位角转动机构57及俯仰角转动机构58通过钢缆连接成一闭环，即方位角转动机构57内设置有转毂17，将每个电池板I上的方位角转动机构57内的转毂17通过钢缆连接成一体，以实现对光伏阵列方位角变化的同步控制，并且通过对于转毂17的行程控制可以精确地控制电池板I的方位角变化大小。俯仰角转动机构58对于电池板I的控制原理与方位角转动机构57的控制原理一致，故不在此赘述。
权利要求
1.一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，涉及由若干太阳能电池组件构成的阵列，所述太阳能电池组件由太阳能电池板、背板及支柱组成，所述背板固定于所述支柱顶端，所述太阳能电池板固定在所述背板上，其特征在于所述背板背面分别固定设置有方位角推拉铰接点和俯仰角推拉铰接点，所述方位角推拉铰接点连接有方位角转动机构，所述俯仰角推拉铰接点连接有俯仰角转动机构；所述的方位角转动机构与所述阵列中相邻的所述太阳能电池组件中的所述方位角转动机构依次通过钢缆连接，并由一环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动；所述的俯仰角转动机构与所述阵列中相邻的所述太阳能电池组件中的所述俯仰角转动机构依次通过钢缆连接，并由一环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动。
2.根据权利要求I所述的一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，其特征在于以所述支柱与所述背板之间的支承点作为原点，所述方位角推拉铰接点位于所述背板的X轴线上。
3.根据权利要求I所述的一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，其特征在于以所述支柱与所述背板之间的支承点作为原点，所述俯仰角推拉铰接点位于所述背板的Y轴线上。
4.根据权利要求I所述的一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，其特征在于所述方位角转动机构为空间曲柄滑块机构，由螺母、丝杠、连杆、转毂组成，所述丝杠位置与所述支柱连接固定，所述螺母与所述丝杠螺纹配合，所述丝杠与所述转毂固定连接，并能够实现同轴转动，所述连杆一端与所述螺母以球面副连接，所述连杆的另一端与所述方位角推拉铰接点以球面副连接，所述转毂由所述环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动。
5.根据权利要求4所述的一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，其特征在于所述连杆为连杆组，所述连杆组由两根连杆，十字铰链组成，所述两根连杆以轴线对齐方式对顶相连，并可绕其轴线相对转动，连杆另一头分别铰接所述十字铰链，所述连杆组一端的所述十字铰链的自由端与所述螺母铰接，所述连杆组另一端的所述十字铰链的自由端与所述方位角推拉铰接点铰接。
6.根据权利要求4所述的一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，其特征在于所述连杆两端分别采用球头结构。
7.根据权利要求I所述的一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，其特征在于所述俯仰角转动机构为曲柄滑块机构，由螺母、丝杠、转毂组成，所述螺母通过一支架与所述支柱连接固定，所述螺母与所述丝杠之间螺纹配合，所述丝杠连接固定所述转毂，二者之间能够构成同轴转动，所述丝杠与所述俯仰角推拉铰接点连接，所述转毂由所述环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动。
8.根据权利要求4所述的一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，其特征在于所述方位角转动机构中的所述转毂外缠绕有钢缆，所述钢缆绕圈中部通过一钢丝绳卡与转毂相固定。
9.根据权利要求7所述的一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，其特征在于所述俯仰角转动机构中的所述转毂外缠绕有钢缆，所述钢缆绕圈中部通过一钢丝绳卡与转毂固定。
全文摘要
本发明涉及太阳能电池组件领域，具体涉及一种用钢缆驱动的太阳能电池板双轴跟踪系统，其特征在于所述背板背面分别固定设置有方位角推拉铰接点和俯仰角推拉铰接点，所述方位角推拉铰接点连接有方位角转动机构，所述俯仰角推拉铰接点连接有俯仰角转动机构；所述的方位角转动机构与所述阵列中相邻的所述太阳能电池组件中的所述方位角转动机构依次通过钢缆连接，并由一环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动；所述的俯仰角转动机构与所述阵列中相邻的所述太阳能电池组件中的所述俯仰角转动机构依次通过钢缆连接，并由一环路动力驱动装置通过钢缆连接驱动。本发明的优点是结构简单，工作可靠。
文档编号G05D3/00GK102929289SQ201210317258
公开日2013年2月13日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者王子延, 刘小稚 申请人:王子延, 刘小稚