一种预应力索网支撑的拉索式光伏电池阵列跟踪机构的制作方法

本实用新型属于新能源太阳能光伏电池发电领域，涉及一种预应力索网支撑的拉索式光伏电池阵列跟踪机构。

背景技术：

随着对清洁、可再生新能源需求的不断提高，目前太阳能光伏电池发电项目大批进入建设阶段，且将持续几十年不断新建和改造过程，社会需求巨大。

目前，太阳能光伏工程项目的电池阵列安装方式有固定式和跟踪式。跟踪式电池阵列较固定式阵列，受光能量会提高37.7％，整体发电能力提升5％至6％，或者在保持装机容量不变的情况下，可减少电池阵列面积，相应投资大幅减少，经济效益显著。

但由于跟踪式支架系统每一个支架均需要独立的旋转支架、马达驱动系统以及跟踪控制系统，造价昂贵。光伏电池发电项目对投资成本具有非常高的敏感度。其中，光伏电池阵列的支架及其基础相关的投资就达到总投资的1/4至1/3左右。为了控制整体工程投资，大多数项目采用了价格相对低廉的固定式安装方式，而舍弃了跟踪式电池阵列带来的更高的发电效率。

目前，太阳光跟踪装置又分为单轴和双轴跟踪装置，均通过自动跟踪装置及旋转驱动装置对太阳进行跟踪，由于造价昂贵，目前仅作少量设置。仅有5％至10％的电池板采用了价格高昂的单轴或双轴跟踪式电池阵列安装方式，损失了大量宝贵的光能资源。

固定式支架通过基础立柱及固定支架将光伏电池阵列进行固定安装，不能随季节变化及日出日落对阳光进行跟踪，虽然发电效率不如跟踪式，但由于成本较低，是目前主流的安装方式；

固定式安装方式，由于能量密度较低，整个电站电池阵列及其固定用基础桩数量众多，常规50mw装机容量的太阳能电站，其基础桩基数量达到4万至5万根，如果是渔光互补等在水面上安装太阳能电池阵列的项目，基础桩基的水中施工难度大，工程施工费用较高，且水面上桩基林立，对渔业生产及水上交通产生非常不利影响；又如水库水面浮漂式电站项目，受周边大山阻挡，受光能力受到局限，且对渔业生产和水上交通有不利影响，一旦遇到洪水爆发，大量漂浮物容易堆积，对排洪形成不利影响。

现阶段，太阳能光伏发电项目已经从沙漠高原遍布到了水库、湖塘、盐碱滩涂、高山峻岭之上。而这些在特殊地形上选址的项目，或导致电池阵列的基础相关费用大幅度增加，或导致对生产交通等产生不利影响。水库上的浮漂式电池阵列通过浮漂相互连接，对水上渔业生产、交通及排洪产生不利影响；湖塘上的渔光互补项目，在水中打桩基础的施工难度远远大于陆地施工，不仅投资大，且湖塘水面上桩基林立，阻碍生产交通；高山峻岭上的项目，大面积、大量的桩基运输困难，桩基施工机械移动困难，对林木等生态环境产生大面积破环作用。

因此，需要提供一种可以适应各种不利地形，跟踪太阳光方式性能可靠、价格低廉的全新技术解决方案，有效控制光伏发电项目的综合造价，提升项目投资收益率。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型通过预应力索网支撑方式，直接跨越不利地形，甚至可以架设在峡谷中，选址灵活，大幅度减少基础桩基数量。通过极简的拉索方式，调整电池阵列的受光角度，成排成组一起联动，大幅减少机构零部件数量，可靠性得到有效保障，较传统每个电池阵列均独立控制跟踪的方式，大幅减少了控制系统数量，降低成本。

本实用新型提供的一种预应力索网支撑的拉索式光伏电池阵列跟踪机构，包括预应力索网支撑结构、拉索式跟踪机构；

其特征在于：预应力索网支撑结构是由上部主钢索、下部主钢索以及与上部主钢索、下部主钢索刚性相连的若干相互并列的结构固定总架共同组成单排索网结构；

若干结构固定总架上安装有相应的若干个拉索式跟踪机构；

每一拉索式跟踪机构由太阳能电池安装架，拉索式调节机构组成；

太阳能电池安装架上安装光伏电池，调节拉索连接牵引拉索式调节机构，调整光伏电池朝向角度；单排索网结构中的若干拉索式调节机构连接于同一调节拉索，若干个拉索式跟踪机构联动同步动作。

进一步地，结构固定总架呈“u”型，具有长竖杆、短竖杆和横杆，长竖杆、短竖杆垂直共面固定连接于横杆形成刚性结构，长竖杆端部连接在上部主钢索上，短竖杆端部连接在下部主钢索上。

进一步地，上部主钢索、下部主钢索相互平行并错位构成倾斜安装面。

进一步地，太阳能电池安装架包括一根钢轴、旋转套筒；钢轴一端通过销轴安装于短竖杆的销孔，另一端位于长竖杆的限位槽内；钢轴一端围绕销轴进行旋转，钢轴另一端在限位槽内上下移动；旋转套筒套于钢轴外周，旋转套筒围绕钢轴进行左右旋转；旋转套筒上侧安装有电池固定支架，太阳能电池固定于电池固定支架上。

进一步地，拉索式调节机构包括维度调节机构；所述维度调节机构由维度调节拉索、第一维度调节滑轮、第二维度调节滑轮、第三维度调节滑轮组成；维度调节拉索平行设置于上部主钢索一侧，第一维度调节滑轮安装于上部主钢索上，第二维度调节滑轮、第三维度调节滑轮安装于结构固定总架的横杆上；维度调节拉索处于结构固定总架的横杆下方，横杆两侧的维度调节拉索上分别设置第一分支拉索和第二分支拉索；第一分支拉索绕经第二维度调节滑轮、第一维度调节滑轮后固定于太阳能电池安装架钢轴上，第二分支拉索绕经第三维度调节滑轮后固定于太阳能电池安装架钢轴上。

进一步地，拉索式调节机构包括日跟踪调节机构；所述日跟踪调节机构由日跟踪调节拉索、套筒延长拉杆组成；日跟踪调节拉索平行设置于下部主钢索一侧，套筒延长拉杆垂直固定安装于太阳能电池安装架的旋转套筒下方；日跟踪调节拉索处于结构固定总架的横杆上方；日跟踪调节拉索与套筒延长拉杆端部通过销轴连接。

进一步地，每根调节拉索由两端的驱动装置拉动，组成一套驱动机构，两台驱动装置配合实现调节拉索的左右拉动。

进一步地，多排索网结构成组设置，多排索网结构中的若干拉索式调节机构连接于同一调节拉索，若干个拉索式跟踪机构联动同步动作。

进一步地，还包括跟踪控制系统，根据卫星定位系统及日历时间对太阳位置进行计算跟踪，或者通过光电跟踪装置进行太阳位置跟踪，或者手动方式，对调节拉索进行移动控制。

进一步地，所述索网结构采用其他金属或非金属材料的高强度绳索。

本实用新型可以运用在光伏电池板发电项目中，由于采用了预应力索网支撑系统，可以跨越较长距离，大幅降低传统技术的基础桩数量，大幅降低地基施工工程量，由于可以架空安装电池阵列，因此应用领域可与拓展到高山峡谷等传统技术无法实现的项目上，大幅减少征地数量，电站可以灵活选址，为光伏新能源项目进一步推广应用奠定良好的技术基础。同时在保证跟踪效果的同时，综合性能价格比大幅得到提升。社会经济效益显著。

附图说明

图1为该实用新型的预应力钢缆索网支撑结构示意图；

图2为该实用新型的拉索式光伏电池阵列跟踪机构立体示意图；

图3为该实用新型的拉索式光伏电池阵列跟踪机构侧视示意图；

图4为该实用新型的成排拉索式光伏电池阵列跟踪机构示意图；

图5为该实用新型的成组拉索式光伏电池阵列跟踪机构示意图；

其中：1.基础立柱，2.上部主钢索，3.下部主钢索，4.结构固定总架，5.辅助钢缆，6.维度调节钢轴，7.维度调节销轴，8.限位槽，9.维度调节拉索，10.维度调节分支拉索，11.维度调节滑轮，12.日跟踪旋转套筒，13.套筒延长拉杆，14.日跟踪连接销轴，15.日跟踪拉索，16.电池阵列固定支架，17.成排拉索转向滑轮，18.维度调节马达驱动装置，19.日跟踪马达驱动装置，20.跟踪控制系统，21.固定管箍，22.太阳能电池板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合附图和一个具体实施例对本实用新型的一种预应力索网支撑的拉索式光伏电池阵列跟踪机构做进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。

如图1所示，本实用新型提供的一种预应力索网支撑的拉索式光伏电池阵列，其主支撑结构为稳固的预应力索网结构。由两根上、下布置的主钢索为主，上下主钢索相互平行错位构成倾斜安装面，每个跟踪机构的结构固定总架4与上下主钢索连接安装，形成由钢索与固定总架组成的预应力索网结构。如果需要，还可以增加辅助钢缆5进一步加强结构稳定性。

结构固定总架呈“u”型，具有长竖杆、短竖杆和横杆，长竖杆、短竖杆垂直共面固定连接于横杆形成刚性结构固定总架，长竖杆端部连接在上部主钢索2上，短竖杆端部连接在下部主钢索3上。

所述索网结构两端设置有抗拉、抗拔的牢固基础，索网结构两端固定在基础立柱1上。一般地，跨距每50m至80m可再增设中间支撑基础立柱。

所述的索网结构上部主钢索水平高度较下部主钢索高，安装时保证太阳能电池阵列朝向太阳，并可用于支撑其上挂载的所有太阳能电池阵列、调节机构及电力电缆等荷载。

所述索网结构也可采用其他金属或非金属材料的高强度绳索构成。

所述的索网结构上挂设有电缆及其电气附件，负责将电池板电力送出。

如图2、3所示，本实用新型提供的拉索式光伏电池阵列跟踪机构由太阳能电池安装架，维度调节机构和日跟踪调节机构组成。

太阳能电池安装架安装在结构固定总架上，太阳能电池安装架包括一根维度调节钢轴6、旋转套筒12。钢轴一端通过维度调节销轴7安装于短竖杆的销孔，另一端位于长竖杆的限位槽8内。维度调节钢轴6可围绕维度调节销轴7进行上下旋转，维度调节钢轴6另一端可上下移动。为了防止其左右方向的摇摆，在连接上部主钢索的固定总架长竖杆上设置有限位槽8，维度调节钢轴6一端位于限位槽8内。

旋转套筒12套于维度调节钢轴6外周，旋转套筒12可围绕维度调节钢轴6进行左右旋转。

旋转套筒12上侧安装有若干条状电池固定支架16，太阳能电池板22固定于电池固定支架16上，钢轴6围绕维度调节销轴7进行上下旋转时，太阳能电池实现维度调节动作，旋转套筒12围绕维度调节钢轴6进行左右旋转时，太阳能电池实现日跟踪调节动作。

所述的维度调节机构由维度调节拉索9、维度调节滑轮11组成，维度调节滑轮11包括第一维度调节滑轮、第二维度调节滑轮、第三维度调节滑轮。

维度调节拉索9平行设置于上部主钢索2一侧，第一维度调节滑轮安装于上部主钢索2上，第二维度调节滑轮、第三维度调节滑轮安装于结构固定总架4的横杆上。维度调节拉索9处于结构固定总架4的横杆下方，横杆两侧的维度调节拉索9上分别设置第一维度调节分支拉索和第二维度调节分支拉索。第一维度调节分支拉索绕经第二维度调节滑轮、第一维度调节滑轮后固定于太阳能电池安装架钢轴6上，第二维度调节分支拉索绕经第三维度调节滑轮后固定于太阳能电池安装架维度调节钢轴6上。

第一维度调节分支拉索收紧时，钢轴6自由端在限位槽8内向上运动，同时第二维度调节分支拉索放松状态。第二维度调节分支拉索收紧时，维度调节钢轴6自由端在限位槽8内向下运动，同时第一维度调节分支拉索放松状态。

所述的维度调节拉索，通过设有维度调节分支拉索，分支拉索的两端利用固定管箍固定在维度调节拉索上，随同维度调节拉索运动。分支拉索通过上下滑轮对维度调节钢轴上下拉动，实现光伏电池阵列季节性跟踪功能。

所述的日跟踪调节机构由日跟踪拉索15、套筒延长拉杆13组成。

日跟踪拉索15平行设置于下部主钢索3一侧，套筒延长拉杆13垂直固定安装于太阳能电池安装架的旋转套筒12下方。

日跟踪拉索15处于结构固定总架4的横杆上方。日跟踪拉索15与套筒延长拉杆13端部通过日跟踪连接销轴14连接。

日跟踪调节拉索在向左方或右方收紧时，带动套筒延长拉杆左右移动，并带动旋转套筒可围绕钢轴进行左右旋转。

所述日跟踪调节机构通过旋转套筒围绕钢轴进行左右旋转，安装电池阵列的电池固定支架固定在套筒上，随套筒共同旋转，实现光伏电池阵列日跟踪功能。日跟踪旋转套筒通过与套筒刚性连接的套筒延长拉杆与日跟踪拉索用销轴连接。随着日跟踪拉索的左右拉动，套筒被拉动旋转，带动固定在上面的光伏电池阵列一起左右旋转跟踪太阳。

如图4所示，所述索网结构上可并列安装若干太阳能电池构成单排，各自具有相应的结构固定总架、太阳能电池安装架、维度调节机构和日跟踪调节机构。成排太阳能电池的维度调节机构和日跟踪调节机构共用相同的维度调节拉索、日跟踪调节拉索。

所述的拉索式光伏电池阵列跟踪机构的每根调节拉索两端设置有马达驱动装置组成一套马达驱动机构，左右两台驱动装置配合实现拉索的左右拉动。每套马达驱动机构在动作时，一端马达驱动装置拉动时，另一端马达驱动装置进行恒力矩释放拉索。

如图5所示，所述的拉索式光伏电池阵列跟踪机构可以进一步由多排形成组，并可以通过设置相应的滑轮机构和调节拉索合并机构，将成排或成组调节拉索利用固定管箍固定合并后通过同一套马达驱动机构拉动，实现联动同步跟踪功能。

所述的拉索式光伏电池阵列跟踪机构可以根据需要，在维度调节及日跟踪调节机构中独立选择安装其中一种调节机构或全部两种调节机构。

所述的拉索式光伏电池阵列跟踪机构的调节，可以由一套跟踪控制系统信号同时控制多套马达驱动机构。

所述的拉索式光伏电池阵列跟踪机构的一套马达驱动机构由两个马达驱动装置组成，每个驱动装置由伺服马达、钢索卷筒、力矩控制器及控制系统组成。

所述的拉索式光伏电池阵列跟踪机构的跟踪控制系统20可以根据卫星定位系统及日历时间对太阳位置进行计算跟踪，可以通过光电跟踪装置进行跟踪，可以混合以上方法综合计算控制，也可以手动控制。

实施例：

以下渔光互补项目为例进行说明。如图1所示，在湖两侧堤坝上建有对应的两排基础立柱，每对基础立柱1之间架设有一排预应力钢缆及结构固定总架组成的索网结构作为支撑结构。在此索网结构上布置有成排的跟踪机构。每个跟踪机构如图2所示，通过结构固定总架4挂接在主钢缆2、3上；维度调节钢轴6通过维度调节销轴7与总架4相连，限位槽8限制维度调节钢轴6的左右摆动，维度调节拉索9拉动维度调节分支拉索10，通过维度调节滑轮11将维度调节钢轴上下拉动进行调节。日跟踪旋转套筒12安装在维度调节钢轴6上，可以围绕钢轴进行旋转；日跟踪拉索15拉动套筒上的套筒延长拉杆13，调整套筒12的旋转角度，套筒带动其上固定的电池阵列固定支架16完成电池阵列倾斜角度调整。如图4所示，控制成排电池阵列角度的两根拉索9、15在两端基础立柱处通过成排拉索转向滑轮17变向后，分别与马达驱动装置18、19连接。马达驱动装置受控制系统20控制，实现跟踪太阳的功能。

在建设时，首先根据项目所在地的气象条件和地质资料，对基础立柱及钢索的荷载等进行计算设计。在湖堤两岸建好基础立柱，将两根主钢索2、3与基础立柱1相连接，并施加部分预应力拉紧，安装固定总架4和辅助钢缆5，之后再次进行预应力调整，形成稳固的索网体系。之后安装除拉索外的电池阵列跟踪机构和电缆等电力送出用其他部件。再安装两根拉索9和15，将拉索与驱动马达装置相连并施加适当的预应力拉紧；再逐个将拉索与维度调节分支拉索、日跟踪套筒延长拉杆用管箍或销轴进行连接，保证所有的电池阵列固定支架双轴向角度一致；如果多排成组控制调节，则在基础立柱两端的滑轮侧将多排的拉索用固定管箍相连；最后安装太阳能电池阵列，并进行总体调试，合格后移交生产使用。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的解释，并不用于限制本实用新型，尽管对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。