CN110737286B - 一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可以调节光伏组件南北方向倾角的平单轴跟踪支架，包括东西方向跟踪系统和南北方向跟踪系统，东西方向跟踪系统采用传统平单轴支架的多排或单排光伏组件跟踪结构；南北方向跟踪系统固定在东西方向跟踪系统的主轴上，通过联动装置实现多组光伏组件南北方向倾角的调整。本发明适用于不同纬度地区，拓展了传统平单轴和带倾角平单轴跟踪支架的应用范围，实现了对太阳入射角一天内、一年内的全程跟踪，效果等同于双轴跟踪支架，提高了发电量，但相比于双轴跟踪支架降低了成本。

Description

一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架

技术领域

本发明属于光伏发电领域，具体涉及一种光伏组件东西方向常规跟踪、南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架。

背景技术

光伏组件的安装方式主要包括固定式和跟踪式两种。其中，固定式可细分为最佳倾角固定式和固定可调式，跟踪式可细分为平单轴跟踪式、斜单轴跟踪式和双轴跟踪式。

总的来说，跟踪式支架能跟踪太阳入射角的变化，进而可利用更多的太阳能以提高发电量，加之近年来跟踪式支架技术不断提高、成本不断降低，因此得到越来越广泛的应用，其中最常见的是平单轴跟踪支架。

平单轴跟踪支架可跟踪太阳一天内入射角的变化，这种安装方式适合纬度低于30°的地区，相比于最佳倾角固定式支架可以提高20％～30％的发电量。但传统平单轴跟踪支架只允许东西方向旋转，无法考虑太阳一年内南北方向位置的变化。因此，为进一步提高发电量，通常采用带倾角平单轴、斜单轴和双轴跟踪等形式，这些形式适用于中、高纬度地区。

带倾角平单轴和斜单轴跟踪支架的光伏组件南北方向倾角较小且固定，无法跟踪太阳南北方向入射角的变化，发电量提高有限；双轴跟踪支架可以同时跟踪太阳东西和南北方向入射角的变化，发电量提高明显，但成本相对较高。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提供一种可以调节光伏组件南北方向倾角的平单轴跟踪支架。本发明所采用的技术方案是：

一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架，其特征在于：该支架包括东西方向跟踪系统和南北方向跟踪系统，东西方向跟踪系统采用传统平单轴支架的多排或单排光伏组件跟踪结构；南北方向跟踪系统固定在东西方向跟踪系统的主轴上，通过联动装置实现多组光伏组件南北方向倾角的调整。

进一步地，该支架适用于普通、双波、双面发电等多种类型组件，组件排列形式为单排或双排。每个支架上安装的组件数量由支架承载力和驱动电机的驱动能力决定，可灵活选择，一般不超过90块。

进一步地，南北方向跟踪系统位于光伏组件以下或光伏组件之旁，避免遮挡组件；南北方向跟踪系统随东西方向跟踪系统的主轴在东西方向转动。

进一步地，光伏组件的南北方向倾角变化范围为-30°～30°，其中，定义朝南为正朝北为负；对于设置在北半球的支架，倾角主要在正半区0°～30°变化，对于设置在南半球的支架，倾角主要在负半区-30°～0°变化；南北方向倾角调节以一年为周期，根据需要设置调节频率和跟踪精度。

进一步地，南北方向跟踪系统包括驱动电机、转动轴、驱动杆、联动杆、从动杆，驱动电机中安装传感器，用以感应太阳一年内入射角的变化，驱动电机带动驱动轴转动，驱动轴带动联动杆，联动杆带动从动杆，从动杆与光伏组件转动轴相连，进而带动光伏组件联动转动。

进一步地，南北方向跟踪系统具有限位、保护、辅助清洁功能。所述平单轴跟踪支架的控制器对南北方向跟踪系统被配置为：当光伏组件南北方向倾角调节到合适角度时，驱动电机自动锁定，在一段时间内，组件保持南北方向倾角不变，而仅随支架东西方向转动。当遇到大风天气时，南北方向的驱动系统将组件放平，最大程度地降低风荷载。当遇到雨雪天气时，南北方向的驱动系统将组件倾斜，利用雨水自动清洗组件，防止积雪。

本发明的有益效果是：

1、适用于不同纬度地区，拓展了传统平单轴和带倾角平单轴跟踪支架的应用范围。

2、通过简单的机械传动装置，调节光伏组件南北方向倾角，结合已有的东西方向跟踪技术，实现了对太阳入射角一天内、一年内的全程跟踪，效果等同于双轴跟踪支架，提高了发电量，但相比于双轴跟踪支架降低了成本。

3、南北方向倾角调节以一年为周期，调节次数相对较少，对驱动装置的损耗较小，使用寿命较长，可以做到免维护或少维护。

4、南北方向跟踪系统相对于东西方向跟踪系统的关系使得，即使南北方向跟踪系统暂时出现故障，不影响平单轴支架东西方向正常跟踪。南北方向无法自动跟踪时，还可以手动调节联动杆实现南北方向倾角调节。

附图说明

图1a、图1b、图1c均为本发明一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架实施例的整体三维图(光伏组件双排布置)。其中，图1a中光伏组件东西方向和南北方向均处于水平状态；图1b中光伏组件东西方向处于水平状态，南北方向处于倾斜状态；图1c中光伏组件东西方向和南北方向均处于倾斜状态。

图2a、图2b均为本发明一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架的局部俯视图(光伏组件双排布置)。其中，图2a适用于双面发电光伏组件，图 2b适用于非双面发电光伏组件。

图3a、图3b均为本发明例中一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架的按照图2b中的A-A方向侧视图(光伏组件双排布置)。其中，图3a中支架东西方向转角为0°，图3b中东西方向转角为θ°。

图4a、图4b均为本发明例中一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架的按照图2b中的B-B方向侧视图(光伏组件双排布置)。其中，图4a中光伏组件南北方向转角为0°，图4b中光伏组件南北方向转角为β°。

图5a、图5b、图5c为本发明例中一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架另一种实施方式的整体三维图(光伏组件单排布置)。其中，图5a中光伏组件东西方向和南北方向均处于水平状态；图5b中光伏组件东西方向处于水平状态，南北方向处于倾斜状态；图5c中光伏组件东西方向和南北方向均处于倾斜状态。

图6为图5a所示实施例的局部俯视图(光伏组件单排布置)。

图7a、图7b均为图6的C-C方向侧视图(光伏组件单排布置)。其中，图7a 中支架东西方向转角为0°，图7b中东西方向转角为θ°。

图8a、图8b均为图6的D-D方向侧视图(光伏组件单排布置)。其中，图8a 中光伏组件南北方向转角为0°，图8b中光伏组件南北方向转角为β°。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。实施例1适用于光伏组件双排布置的情况，对应图1a、图1b、图1c、图2a、图2b、图3a、图3b、图4a、图4b。实施例2适用于光伏组件单排布置的情况，对应图5a、图5b、图 5c、图6、图7a、图7b、图8a、图8b。

实施例1：

图1a、图1b和图1c为平单轴跟踪支架分别处于三种不同状态时的示意图，光伏组件采用2×18的布置方式，双排布置，每排18块，共36块。这种支架适用于单面的和双面的等全部光伏组件。

参照图1a、图1b、图1c、图2a、图2b、图3a、图3b、图4a、图4b。

对于平单轴支架，其包括立柱4和主轴(主梁)2，主轴2和固定于立柱4 上的轴承连接；对于双排布置，所述平单轴装置还设置有两侧边梁1，边梁1和主轴2通过多根横向梁3连接为一体。

参照图2b，如果发电光伏组件为非双面发电光伏组件72，边梁1和主轴2 通过多根横向梁3组成主框架支撑结构，主框架结构可绕主轴2东西方向旋转，实现传统平单轴跟踪支架的功能。边梁1和主轴2上装光伏组件的南北方向旋转轴52的轴承，轴52与该轴承连接，光伏组件可沿轴52在南北方向转动调节南北方向倾角。檩条6与轴52连接，光伏组件72放置在檩条6上，通过压块8 固定，将光伏组件72和轴52连在一起，两排光伏组件72最好在东西方向上一一地排成直线，这样，两排光伏组件72之间的同一直线上的光伏组件可以共用一根轴52，或通过连轴器将其连接，从而便于联动机构的布置而采用较简单和轻便的结构进行南北方向上的倾角联动调节。

参照图3a、图3b、图4a、图4b，本实施例在东西方向水平状态或倾斜状态时都可实现调节光伏组件南北方向倾角的功能。东西方向跟踪系统的驱动电机在图中未显示，但可以理解，该驱动电机通过齿轮、链条等传动机构带动主轴2 转动，从而调节主框架支撑结构中的光伏组件72的在东西方向上的倾角，每天循环跟踪太阳。

南北方向跟踪系统的驱动电机9固定在主轴2的下部，带动取向为东西方向的驱动轴10转动，驱动杆12与驱动轴10连接，驱动轴10带动驱动杆12转动。驱动轴10通过固定杆11被可转动地固定在横向梁3上。

取向为南北方向的联动杆13和驱动杆12转动连接，驱动杆12带动联动杆 13沿南北方向运动，两排光伏组件中的各个光伏组件的轴52分别连接从动杆14，从动杆14和联动杆13转动连接，联动杆13的运动带动从动杆14旋转并进而带动轴52旋转，实现光伏组件南北方向倾角的联动调节功能。南北方向跟踪系统中的驱动电机9、驱动轴10可以位于主框架支撑结构的端部，也可位于主框架支撑结构的其他位置。

以上实施例所显示的联动结构，可以通过一个电机或数量远少于光伏组件的电机来驱动光伏组件进行南北方向上的倾角调节，且联动结构的重量轻，可靠性高。普通技术人员可以理解，其它的联动结构也可应用于本发明，比如通过链轮、齿轮等传动结构，但是从成本、重量方面，本实施例是更优选的方案。

参照图2a，如果发电光伏组件为双面发电光伏组件71，双面发电光伏组件 71可被安装在安装框710内，安装框再通过轴51连接在所述平单轴装置两侧边梁1和主轴2构成的可转动的框架体系中。双面发电光伏组件71的南北方向跟踪系统的驱动和联动也和前述非双面发电光伏组件72类似，其轴51和从动杆连接，并相应被联动。

以上驱动电机中安装传感器。

南北方向倾角调节以一年为周期，可根据需要设置调节频率和跟踪精度，例如当正午太阳高度角变化5°时南北方向倾角调节一次，调节精度±1°。

实施例2：

图5a、图5b、图5c为平单轴跟踪支架分别处于三种不同状态时的示意图，光伏组件采用1×18的布置方式(单排布置)，共18块。这种支架适用于非双面发电光伏组件。

参照图6、图7a、图7b、图8a、图8b，下部边梁21、主轴22和下部横向梁23组成主框架支撑结构，主轴22和固定于立柱24上的轴承连接，主框架结构可绕主轴22东西方向旋转，实现传统平单轴跟踪支架的功能。东西方向跟踪系统的驱动电机在图中未显示，但可以理解，该驱动电机通过齿轮、链条等传动机构带动主轴22转动，从而调节主框架支撑结构中的光伏组件27的在东西方向上的倾角，每天循环跟踪太阳。

在单排布置的光伏组件中，光伏组件27处在主轴22的正上方，主框架支撑结构上设置支撑结构，光伏组件27的南北方向倾角调节旋转轴36再和该支撑结构连接。

南北方向跟踪系统的驱动电机29通过固定杆30固定在下部边梁21上，驱动电机29有两个，对称放置，同步运动，驱动轴25位于两个驱动电机29之间，驱动轴25也是光伏组件27的南北方向倾角调节旋转轴。光伏组件27的南北方向倾角调节旋转轴36位于支撑杆32之间，与固定在支撑杆32上端的轴承连接，支撑杆32的下端支撑在下部边梁21上。在驱动轴25和轴36的中部设置支撑杆 31，保证轴向转动时的稳定，支撑杆31和主轴22连接。檩条26与驱动轴25 或轴36连接，光伏组件27放置在檩条26上，通过压块28固定。

本实施例在东西方向水平状态或倾斜状态时都可实现联动调节光伏组件南北方向倾角的功能。驱动电机29带动驱动轴25转动，驱动杆33的上端和驱动轴25连接，驱动轴25带动驱动杆33转动。南北方向取向的联动杆34处在光伏组件的下方，联动杆34和驱动杆33转动连接，驱动杆33带动联动杆34沿南北方向运动，从动杆35的上端与轴36连接，下端和联动杆34转动连接，联动杆 34的运动带动从动杆35转动并进而带动轴36旋转，实现光伏组件南北方向倾角调节的功能。南北方向跟踪系统的驱动电机29、驱动轴25可以位于主框架支撑结构的端部，也可位于主框架支撑结构的其他位置。

对于单排光伏组件，如前所述，上述联动结构可以通过数量远少于光伏组件的电机来驱动光伏组件进行南北方向上的倾角调节，且联动结构的重量轻，可靠性高。普通技术人员可以理解，其它的联动结构也可应用于本发明，比如通过链轮、齿轮等传动结构，但是从成本、重量方面，本实施例是更优选的方案。

以上驱动电机中安装传感器。

南北方向倾角调节以一年为周期，可根据需要设置调节频率和跟踪精度，例如当正午太阳高度角变化5°时南北方向倾角调节一次，调节精度±1°。

以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架，其特征在于：该支架包括东西方向跟踪系统和南北方向跟踪系统，东西方向跟踪系统采用传统平单轴支架的多排或单排光伏组件跟踪结构；南北方向跟踪系统固定在东西方向跟踪系统的主轴上，通过联动装置实现多组光伏组件南北方向倾角的调整；

发电光伏组件为非双面发电光伏组件，边梁和主轴通过多根横向梁组成主框架支撑结构，主框架结构可绕主轴东西方向旋转，实现传统平单轴跟踪支架的功能；边梁和主轴上装光伏组件的南北方向旋转轴的轴承，南北方向旋转轴与该轴承连接，光伏组件可沿南北方向旋转轴在南北方向转动调节南北方向倾角；檩条与南北方向旋转轴连接，光伏组件放置在檩条上，通过压块固定，将光伏组件和南北方向旋转轴连在一起，两排光伏组件在东西方向上一一地排成直线，两排光伏组件之间的同一直线上的光伏组件共用一根南北方向旋转轴，或通过连轴器将其连接；

南北方向跟踪系统的驱动电机固定在主轴的下部，带动取向为东西方向的驱动轴转动，驱动杆与驱动轴连接，驱动轴带动驱动杆转动；驱动轴通过固定杆被可转动地固定在横向梁上；

取向为南北方向的联动杆和驱动杆转动连接，驱动杆带动联动杆沿南北方向运动，两排光伏组件中的各个光伏组件的南北方向旋转轴分别连接从动杆，从动杆和联动杆转动连接，联动杆的运动带动从动杆旋转并进而带动南北方向旋转轴旋转，实现光伏组件南北方向倾角的联动调节功能；南北方向跟踪系统中的驱动电机、驱动轴位于主框架支撑结构的端部或位于主框架支撑结构的其他位置；

所述平单轴跟踪支架的控制器对南北方向跟踪系统被配置为：当光伏组件南北方向倾角调节到合适角度时，南北方向跟踪系统的驱动电机自动锁定，在一段时间内，光伏组件保持南北方向倾角不变，而仅随东西方向跟踪系统的主轴东西方向转动；当遇到大风天气时，南北方向跟踪系统的驱动电机将光伏组件放平，最大程度地降低风荷载；当遇到雨雪天气时，南北方向跟踪系统将光伏组件倾斜，利用雨水自动清洗光伏组件，防止积雪。

2.根据权利要求1所述的一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架，其特征在于：光伏组件排列形式为单排或双排。

3.根据权利要求1所述的一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架，其特征在于：南北方向跟踪系统位于光伏组件以下或光伏组件之旁，避免遮挡组件；南北方向跟踪系统随东西方向跟踪系统的主轴在东西方向转动。

4.根据权利要求1所述的一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架，其特征在于：光伏组件的南北方向倾角变化范围为-30°～30°，其中，定义朝南为正朝北为负；对于设置在北半球的支架，倾角在正半区0°～30°变化，对于设置在南半球的支架，倾角在负半区-30°～0°变化；南北方向倾角调节以一年为周期。

5.根据权利要求1所述的一种光伏组件南北方向倾角可调的平单轴跟踪支架，其特征在于：南北方向跟踪系统包括驱动电机、转动轴、驱动杆、联动杆、从动杆，驱动电机中安装传感器，用以感应太阳一年内入射角的变化，驱动电机带动驱动轴转动，驱动轴带动联动杆，联动杆带动从动杆，从动杆与光伏组件转动轴相连，进而带动光伏组件联动转动。

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