專利名稱：可折疊光伏支架結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能相關設備領域，尤其涉及一種用于太陽能設備的可折疊光伏支架結構。
背景技術：
石油、天然氣等能源的消耗導致環境問題日益惡化，清潔型新能源的開發和利用具有重要的經濟價值和環保意義。太陽能是一種取之不盡用之不竭的新能源，但是作為新型能源技術核心的太陽能電池板在使用過程中占用面積較大，這給太陽能電池板的推廣應用帶來一定的困難，因此出現將太陽能電池板安裝在屋頂或是墻壁上的方案，以能夠利用所有能接收到陽光的空間。目前，常用的太陽能電池板安裝支架有固定式和可折疊式。固定式支架多采用焊接方式接合或者采用連接件裝配而成，體積大且過于笨重，給裝配、運輸及維護都帶來了極大的不便，而且必須要由專業人員在現場安裝，作業量和作業時間都高于其它工業產品。可折疊式支架各組成部分采用螺栓固定方式連接，可以實現部分折疊甚至完全折疊，折疊后的支架占用空間小，因此，便于運輸。但是目前的可折疊式支架安裝過程比較麻煩，且需要由專業人員到現場安裝。
發明內容
為了解決太陽能電池板安裝支架存在的上述問題和不足，本發明提供了一種自重小，可完全折疊，具有高強度、大剛度，且能夠安裝多種類型太陽能電池板的安裝支架。本發明目的通過如下技術方案實現該支架結構包括整體安裝支架以及安裝于整體安裝支架上的可折疊太陽能電池板安裝支架。所述可折疊太陽能電池板安裝支架由多個剪叉式可折疊結構單元組成；所述剪叉式可折疊結構單元包括下端安裝座、上端安裝座、位于長邊的長邊連桿和位于短邊的短邊連桿；所述長邊連桿每兩根鉸接形成一個長邊剪叉單元，短邊連桿每兩根鉸接形成一個短邊剪叉單元；所述長邊剪叉單元兩兩串聯展開后形成剪叉式可折疊結構單元的長邊，并分別與下端安裝座和上端安裝座鉸接；短邊剪叉單元展開后形成剪叉式可折疊結構單元的短邊，分別與下端安裝座和上端安裝座鉸接。所述下端安裝座和上端安裝座上分別設置四個相同直徑、軸線位于同一平面、且相互垂直的安裝孔；所述下端安裝座上還設置與整體支撐架相連接的安裝孔。當所述可折疊太陽能電池板安裝支架完全展開時，太陽能電池板安裝在剪叉式可折疊結構單元中間，通過端蓋壓緊，同時下端安裝座與上端安裝座通過螺栓連接或者其他固連方式，使得可折疊太陽能電池板安裝支架在展開后固定，形成高度超靜定的桁架結構， 以提高其結構剛度和強度。所述多個長邊剪叉單元或短邊剪叉單元串聯形成剪叉式可折疊結構單元的長邊或短邊。所述剪叉式可折疊結構單元的長邊由兩個長邊剪叉單元組成，短邊由一個短邊剪叉單元構成。所述長邊連桿或短邊連桿鉸接折疊后，鉸接孔以上部分的長度大于等于鉸接孔以下部分的長度；且長邊連桿與下端安裝座或上端安裝座的鉸接孔到最近的長邊連桿鉸接孔的距離等于短邊連桿與下端安裝座或上端安裝座的鉸接孔到最近的短邊連桿鉸接孔的距離，展開后能夠安裝弧線形或者球面形太陽能電池板。本發明的主要優點是在滿足強度和剛度要求的情況下，能夠實現完全折疊，達到便于運輸和安裝的目的，節約了人力成本和運輸成本，提高了現場作業效率，而且能夠適應多種安裝環境的需要。同時由于可折疊光伏支架結構由多個剪叉式可折疊結構單元組成，因此可以實現太陽能電池板安裝支架的標準化、系列化和通用化，便于互換和維護。
圖1是本發明與太陽能電池板和整體支架的安裝示意圖；圖2是本發明的結構示意圖；圖3是本發明折疊后的結構示意圖；圖4是剪叉式可折疊結構單元折疊后的結構示意圖；圖5是兩個剪叉單元(5)串聯結構圖；圖6是剪叉單元(6)結構圖；圖7是剪叉式可折疊結構單元折疊過程示意圖；圖8是多個剪叉單元串聯構成的剪叉式可折疊結構單元示意圖；圖9是多個剪叉單元串聯構成的剪叉式可折疊結構單元折疊后的結構示意圖；圖10是兩端簡支梁受均布載荷示意圖；圖11是多個剪叉單元串聯構成圓弧形結構示意圖；圖12是剪叉單元幾何特征示意圖；圖13是圓弧形剪叉式可折疊結構單元結構示意圖；圖14是圓弧形剪叉式可折疊結構單元折疊后的結構示意圖；圖15是一種可拆卸螺栓連接固定方式；圖16是一種不可拆卸固定銷固定方式。圖中標號1-整體安裝支架；2-太陽能電池板；3-可折疊太陽能電池板固定支架；4-剪叉式可折疊結構單元；4a_下端固定座；4b-上端固定座；4c-長邊連桿；4d-短邊連桿；5-長邊剪叉單元；6-短邊剪叉單元。
具體實施例方式本發明提供了一種可折疊光伏支架結構，下面結合附圖對本發明的結構、原理及具體實施方式
作進一步的說明。圖1是本發明所提供的可折疊光伏支架結構與太陽能電池板和整體支架安裝后的效果圖。可折疊太陽能電池板安裝支架3上端安裝有太陽能電池板2，下端與整體支架1 固定安裝，根據不同的安裝使用條件，整體支架1的結構形式不盡相同。可折疊太陽能電池板安裝支架3主要包括剪叉式可折疊結構單元4，多個剪叉式可折疊結構單元4串聯構成可折疊太陽能電池板安裝支架3，可折疊結構單元由下端固定座4a、上端固定座4b、長邊連桿 4c和短邊連桿4d組成，如圖2所示。兩根長邊連桿如鉸接形成長邊剪叉單元5，兩個長邊剪叉單元5串聯展開后形成剪叉式可折疊結構單元4的長邊，并分別和下端固定座如和上端固定座4b鉸接，如圖5所示。兩根短邊連桿4d鉸接展開后形成短邊剪叉單元6，并分別和下端固定座如和上端固定座4b鉸接，如圖6所示。下端安裝座如和上端安裝座4b上分別設置四個相同直徑、軸線位于同一平面、且相互垂直的安裝孔；所述下端安裝座如上還設置與整體支撐架1相連接的安裝孔。長邊連桿如和短邊連桿4d長度需要根據太陽能電池板尺寸設計；長邊連桿如和短邊連桿4d中間的鉸接孔位置需根據太陽能電池板尺寸設計。除此之外，通過設計改變所述長邊連桿如和短邊連桿4d鉸接孔的位置和剪叉單元6的裝配方法，能夠實現不同類型太陽能電池板，比如平板式太陽能電池板、弧線形甚至球面形太陽能電池板。當可折疊太陽能電池板安裝支架3完全展開后，下端安裝座如和上端安裝座4b 通過螺栓連接或者其它固定方式固連，使得可折疊太陽能電池板安裝支架3完全固定。由于太陽能電池板安裝在展開后的剪叉式結構單元4形成的置入空間內，因此通過端蓋壓緊的方式，能夠在固定連接下端安裝座如和上端安裝座4b的同時，緊固了太陽能電池板。圖3是本發明所提供的可折疊太陽能電池板安裝支架3折疊后的效果圖，由圖可以發現其可以實現完全折疊，占用空間小，方便運輸。本發明能夠實現完全折疊，是因為可折疊太陽能電池板安裝支架3是由多個相同的可折疊剪叉式結構單元4串聯構成，可折疊剪叉式結構單元4折疊后的效果圖如圖4所示。剪叉式可折疊結構單元4能夠實現完全折疊需滿足相應的設計條件，接下來對剪叉式可折疊結構單元4的結構進行分析。設剪叉式可折疊結構單元長寬高分別為a，b，h，長邊連桿如長為I1,短邊連桿長為I2，如圖5和圖6所示。為了實現完全折疊首先必須滿足以下條件
LA1Bu=L -- AB21:L = A2B12L‘kLbuC1=L S12Cr2=hLollBllLo11B12Lo12B21丄。12召22=PkLollAl二 L ^O11A2二 L = ^O12A1Lo12A2 =(1-/丄O2B11Lo2Bn二 L = O2S21L = O 2^220.5/2
(Cl)
(C2)其中，ρ為比例系數，0 < ρ < 1。為了實現完全折疊，即要求折疊后剪叉式結構單元4的長和寬均處于折疊狀態。 假設不考慮連桿和鉸接處的實體尺寸，即完全折疊后連桿完全重合，此時滿足關系式L0nBn +L0nBu =LBnCi即Pl1 = 0. 512(C3)綜上所述，可折疊太陽能電池板安裝支架3實現完全折疊需滿足(Cl)、(C2)和
5(C3)。由圖5可知，剪叉式結構單元4的長為b = I^l2l +h2( 1 )由圖6可知，剪叉式結構單元4的寬為α = φ22+Η2(2)實際設計中，可以根據太陽能電池板2的尺寸設計長邊連桿如和短邊連桿4d的長度。此外，由于高度h并非固定值，一般h設計為電池板的厚度，當h改變時，對應的長b 和寬a會改變，但始終保持一定的關系
Λ2—-a2 =Z12-/,2(3)
41 2因此，相同規格尺寸的可折疊光伏支架結構能夠安裝同一系列，不同規格尺寸的太陽能電池板，這是本發明的顯著優點。本發明所提供的可折疊光伏支架結構還具有折疊方便的優點。這里結合圖7，主要介紹剪叉式結構單元4的折疊過程。狀態I表示剪叉式結構單元4完全展開。折疊時，用力抬升使得剪叉式結構單元 4逐漸升高；同時在寬度方向，由兩端向中間推壓，使得剪叉式結構單元4寬度變小；在長度方向，由兩端向中間擠壓，使得剪叉式結構單元4長度變小，如狀態II所示。按照上述方法， 逐漸折疊至完全折疊，如狀態III所示。反之即為展開過程。為了便于大面積使用，在不改變連桿長度的條件下，可以將多個剪叉單元串聯，展開后形成剪叉式可折疊單元4的長邊或短邊，如圖8所示。從圖9可以發現，由多個剪叉單元串聯后構成的剪叉式可折疊單元4能夠實現完全折疊。不過考慮到整體結構剛度和強度，一般情況下優先采用剪叉式可折疊結構單元4長邊包含兩個剪叉單元，短邊包含一個剪叉單元的結構方案。但是，當剪叉式可折疊單元4的邊長越長時，相同受載狀態下結構撓曲變形越大。 可以將剪叉式可折疊單元4的其中某一條邊，邊長為1，等效簡化為一兩端簡支梁，在太陽能電池板自重或風壓、雪壓的作用下產生撓曲變形，如圖10所示。這里可以認為梁受到均布載荷作用，設均布載荷為q，則梁產生的撓曲變形為 =K/3-2/x2+X3)(4)
24EIv’其中EI為梁的等效彎曲剛度。當x = |時，梁的撓曲變形最大，即CDmax = -^―(5)
384￡7由式(4)可知，在均布載荷作用下的梁產生撓曲變形近似為四次拋物線。為了克服撓曲變形，可以通過改變可折疊結構單元4的側邊剪叉式結構單元的中間鉸的位置實現預先矯正結構的撓曲變形的目的。在工程應用上，為簡化設計，該四次拋物線可以近似用圓弧代替，如圖11所示。多個剪叉單元串聯展開后，各單元中間連接鉸構成圓弧需滿足的條件為
I=I =I
h h+ι 1
1S1=L1=L^ = 1,2,L η)
(C4)
ι, >1其中，η為剪叉單元的個數。剪叉單元展開后形成的圓弧形半徑與連桿桿長和連桿夾角相關，接下來分析其展開后的幾何特性。設圓弧半徑為r，鉸接點Ei (i = 1,2, Ln)與鉸接點FiG = 1,2, Ln)的距角幾何知識可得如下方程組
6
離為h，其他參數如圖12所示。由
權利要求
1.一種可折疊光伏支架結構，包括整體安裝支架(1)以及安裝于整體安裝支架(1)上的可折疊太陽能電池板安裝支架(3)，其特征在于，所述可折疊太陽能電池板安裝支架(3)由多個剪叉式可折疊結構單元(4)組成；所述剪叉式可折疊結構單元(4)分為下端安裝座( )、上端安裝座(4b)、位于長邊的長邊連桿Ge)和位于短邊的短邊連桿Gd)；所述長邊連桿Ge)每兩根鉸接形成一個長邊剪叉單元(5)，短邊連桿Gd)每兩根鉸接形成一個短邊剪叉單元(6)；所述長邊剪叉單元(5)兩兩串聯展開后形成剪叉式可折疊結構單元(4)的長邊，并分別與下端安裝座Ga)和上端安裝座Gb)鉸接；短邊剪叉單元(6)展開后形成剪叉式可折疊結構單元的短邊，分別與下端安裝座Ga)和上端安裝座Gb)鉸接。
2.根據權利要求1所述的可折疊光伏支架結構，其特征在于所述下端安裝座Ga)和上端安裝座Gb)上分別設置四個相同直徑、軸線位于同一平面、且相互垂直的安裝孔；所述下端安裝座Ga)上還設置與整體支撐架(1)相連接的安裝孔。
3.根據權利要求1所述的可折疊光伏支架結構，其特征在于當所述可折疊太陽能電池板安裝支架(3)完全展開時，太陽能電池板(2)安裝在剪叉式可折疊結構單元(4)中間， 通過端蓋壓緊，同時下端安裝座Ga)與上端安裝座Gb)通過螺栓連接或者其他方式固連， 使得可折疊太陽能電池板安裝支架(3)在展開后固定，形成高度超靜定的桁架結構，以提高其結構剛度和強度。
4.根據權利要求1所述的可折疊光伏支架結構，其特征在于所述多個長邊剪叉單元 (5)或短邊剪叉單元(6)串聯形成剪叉式可折疊結構單元(4)的長邊或短邊。
5.根據權利要求4所述的可折疊光伏支架結構，其特征在于所述剪叉式可折疊結構單元的長邊由兩個長邊剪叉單元( 組成，短邊由一個短邊剪叉單元(6)構成。
6.根據權利要求4所述的可折疊光伏支架結構，其特征在于所述長邊連桿Ge)或短邊連桿Gd)鉸接折疊后，鉸接孔以上部分的長度大于等于鉸接孔以下部分的長度；且長邊連桿Ge)與下端安裝座Ga)或上端安裝座Gb)的鉸接孔到最近的長邊連桿Ge)鉸接孔的距離等于短邊連桿Gd)與下端安裝座Ga)或上端安裝座Gb)的鉸接孔到最近的短邊連桿Gd)鉸接孔的距離，展開后能夠安裝弧線形或者球面形太陽能電池板。
全文摘要
本發明涉及太陽能相關設備領域，尤其涉及一種用于太陽能設備的可折疊光伏支架結構。一種可折疊光伏支架結構，主要包括剪叉式可折疊結構單元。剪叉式可折疊結構單元串聯展開后形成太陽能電池板安裝支架，展開后的支架各單元中間形成太陽能電池板的置入空間，底側與整體支撐架連接。由于采用了可折疊剪叉式結構，可實現完全折疊，折疊后不僅占用空間小，便于運輸，而且零件結構簡單，加工制造方便。同時，通過設計改變連桿鉸接孔的位置和剪叉單元的裝配方法，可以實現既能夠安裝平板式太陽能電池板，也能夠安裝弧線形甚至球面形太陽能電池板，因而該太陽能電池板安裝支架具有廣泛應用前景。
文檔編號H01L31/042GK102437214SQ20111042771
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月20日 優先權日2011年12月20日
發明者劉向, 褚福磊, 趙景山 申請人:清華大學