專利名稱：屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統，特別是一種基于平鋪式雙軸旋轉
的太陽跟蹤系統，主要應用于屋頂聚光光伏發電技術中對太陽入照光的跟蹤定位。
背景技術：
目前，隨著世界能源逐步趨近匱乏，新興可再生能源日益成為人們迫切的需要，太 陽能作為一種新興可再生能源，其具有輻照范圍廣，綠色環保，可永久利用等顯著優點，因 此世界各國家一直都在積極開展太陽能利用技術的研究以及產業化開發。太陽能是一種低 密度、間歇性、空間分布不斷變化的能源，與常規能源有本質的區別。這就對太陽能的收集 與利用提出了更高的要求。 為了使太陽能更有效地被利用，太陽能系統感光面應始終跟蹤太陽并和太陽入射
方向垂直，用以獲得最大的效率。現有的太陽能的利用方式分為有跟蹤以及無跟蹤兩種。其
中無跟蹤的太陽能系統利用方式缺點明顯，太陽入射光和感光面垂直時利用率最高，隨著
偏折角度變大進而利用率變小，無跟蹤太陽能系統固定不動，其感光面不能隨時和太陽入
射光保持垂直，因而對于太陽能的利用率遠遠低于有跟蹤的太陽能系統。但由于其設計、使
用、維修成本較低，因而還在一些對太陽能利用率要求不高的生產和生活等領域中應用。據
報道，有跟蹤系統的太陽能利用率比沒有跟蹤系統的太陽能利用率提高20% _35%左右，
在有跟蹤的太陽能系統中，大多數采用立式跟蹤結構，其具有結構笨重，使用地域有限，安
裝調試繁瑣等缺點，同時結構復雜，精度不高。因此，在太陽能利用中，跟蹤系統的使用與否
對太陽能利用效率有很大的影響。在普遍應用的太陽能跟蹤系統中，大多采用了立式結構，
這種結構在地面太陽能跟蹤系統中應用廣泛。立式結構采用鋼管或水泥底座，具有一定高
度，使用過程中表面光伏模組陣列隨電機傳動單軸或雙軸轉動跟蹤太陽。 在通用電動機中，最低轉速一般很難到跟蹤的需要，而能達到該轉速的電機又價
格昂貴，因此由于通用電機轉速的限制，需要采用減速機構，本方案減速機構設置合理、結
構新穎、傳動精確。 隨著改革開放進程的不斷深化，人民生活水平和科學技術水平的不斷進步，高樓 大廈不斷興起。同時，太陽能的利用也從地面走向了樓頂，在普遍采用的立式光伏系統結構 中，在地面使用時常常需要根據地面結構、狀態進行打樁固定安裝等工作，因此需要耗費大 量人力物力。而在屋頂的太陽能利用中，由于樓體結構的限制，難以打樁固定，同時由于樓 體承重的要求，不能使有限面積內壓力過大，因此立式結構在屋頂往往難以實現大規模光 伏模組陣列的集成和應用。
發明內容
針對現有的太陽能利用中普遍存在的無跟蹤以及跟蹤方式復雜、成本高、要求高 等問題，本發明的目的在于提出一種屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統，解決太陽能跟蹤系統 在屋頂利用中存在的技術問題。
本發明的目的，將通過如下技術方案得以實現 —種屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統，包括水平底座、位于水平底座上的框體，以及 安裝在框體內的一組光伏模組架，其特征在于所述自動跟蹤系統包括平鋪式設置在框體 旁側的水平跟蹤機構和俯仰跟蹤機構，框體帶動一組光伏模組架轉動。 進一步地，前述屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統，其中一組光伏模組架通過相平行 的兩根橫桿安裝在框體內，兩根橫桿在同側末端設有連桿機構，且連桿機構與橫桿相垂直 的輸出端安裝到俯仰齒輪組傳動機構的電動機轉軸上，構成俯仰跟蹤機構；水平底座與框 體之間設有一齒數遠大于水平齒輪組傳動機構對接齒輪的底盤齒輪，與電動機轉軸通過水 平齒輪組齒接；所述底盤齒輪固定在水平底座上，并與框體通過軸承相連，構成水平跟蹤機 構。 更進一步地，所述水平跟蹤機構與俯仰跟蹤機構設有各自獨立的電動機。 本發明的原理通過兩軸齒輪傳動改變減小轉速，并通過對電機的控制來達到跟
蹤太陽的目的。俯仰傳動結構采用連桿結構，每組光伏模組均具有兩個自由度，通過平面連
桿機構帶動光伏模組聯動，連桿機構和齒輪機構連接，齒輪機構通過轉向結對連桿機構進
行控制，電機的轉動帶動齒輪機構轉動，從而帶動光伏模組進行轉動。水平傳動結構采用行
星齒輪傳動，底盤齒輪和行星齒輪進行嚙合，傳輸扭矩以及減速比大，因此在轉動過程中是
電機帶動上部光伏模組進行水平轉動。 本發明屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統應用實施后，其有益效果體現在 通過設置水平跟蹤和俯仰跟蹤相結合的結構，精簡了不必要的設施，化立式結構
為水平結構，并適用于屋頂以及絕大多數環境的使用，解決了傳統跟蹤系統在應用范圍以
及應用方式上不足的問題，且安裝調試及維修簡便。
圖1是本發明屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統的整體示意圖； 圖2是本發明雙軸自動跟蹤系統橫桿的結構圖； 圖3是本發明俯仰電機齒輪傳動示意圖； 圖4是本發明水平電機齒輪傳動示意圖； 圖5是本發明水平轉都軸系圖。
以上圖中各附圖標記的含義是 1 光伏模組架、2 橫桿、3 框體、4 水平電動機、5 水平齒輪組傳動機構、 6 俯仰電動機、7 轉動結、8 俯仰齒輪組傳動機構、9 水平底座；
10 對接齒輪、11 水平轉軸、12 軸承、13 上法蘭盤、14 底盤齒輪、15 底 板法蘭盤、16 底角螺栓、17 軸套。
具體實施例方式
如圖1本發明屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統的整體示意圖所示可見該屋頂太陽 能雙軸自動跟蹤系統包括水平底座9、位于水平底座9上的框體3，以及安裝在框體3內的 一組光伏模組架1。并在框體3旁側和框體3與水平底座9之間分別平鋪式齒連有俯仰跟 蹤機構和水平跟蹤機構。光伏模組架1通過橫桿2安裝在框體3上，并可以通過轉桿轉動。兩根橫桿2在同側末端設有連桿機構，光伏模組架1上通過連桿機構連接俯仰齒輪組傳動 機構8，并通過俯仰電動機6帶動光伏模組架1轉動；同時，框體3側面安裝的水平電動機 4，帶動水平齒輪組傳動機構5，使框體3帶動光伏模組架1轉動。 如圖2所示的雙軸自動跟蹤系統橫桿的結構圖可見，該光伏模組架1側邊安裝橫 桿2，通過俯仰齒輪組傳動機構8帶動轉動結7轉動，同時帶動橫桿2，使光伏模組架1進行 俯仰轉動。 如圖3所示是本發明俯仰電機齒輪傳動示意圖，俯仰電動機6固定于框體3側壁， 帶動俯仰齒輪組傳動機構8旋轉，同時通過轉動結7帶動橫桿2運動，使光伏模組架1進行 俯仰轉動。 如圖4所示是本發明水平電機齒輪傳動示意圖，水平電動機4安裝于框體3旁側， 帶動水平齒輪組傳動機構5運轉，其中大輪為底盤齒輪14，小輪為對接齒輪10(行星輪)， 水平電動機4旋轉帶動行星輪10轉動，繞底盤齒輪14轉動，進而帶動框體3上的光伏模組 架1水平轉動。 如圖5本發明水平轉都軸系圖所示，水平轉軸11通過底腳螺栓16同底座法蘭盤 15固定，水平轉軸11上裝有水平轉動齒輪機構5的底盤齒輪14，水平轉軸11上部由軸套 17和軸承12組成，頂部由上法蘭盤13和框體3底部中心位置相連，通過軸承12支撐上面 的負載。 通過兩軸齒輪傳動改變減小轉速，并通過對電機的控制來達到跟蹤太陽的目的。 俯仰傳動結構采用連桿結構，每組光伏模組均具有兩個自由度，通過平面連桿機構帶動光 伏模組聯動，連桿機構和齒輪機構連接，齒輪機構通過轉向結對連桿機構進行控制，電機的 轉動帶動齒輪機構轉動，從而帶動光伏模組進行轉動。水平傳動結構采用行星齒輪傳動，底 盤齒輪和行星齒輪進行嚙合，傳輸扭矩以及減速比大，因此在轉動過程中是電機帶動上部 光伏模組進行水平轉動。 在實際設計制造過程中，可以增大水平轉動齒輪機構中兩齒輪中心距離，并重新 設計齒輪齒形參數，采用梯形同步帶傳動代替齒輪嚙合，增大了傳送比，同時減小了噪音以 及齒輪的磨損。
權利要求
屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統，包括水平底座、位于水平底座上的框體，以及安裝在框體內的一組光伏模組架，其特征在于所述自動跟蹤系統包括平鋪式設置在框體旁側的水平跟蹤機構和俯仰跟蹤機構，框體帶動一組光伏模組架轉動。
2. 根據權利要求1所述的屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統，其特征在于所述水平跟蹤 機構與俯仰跟蹤機構設有各自獨立的電動機。
3. 根據權利要求1所述的屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統，其特征在于所述一組光伏 模組架通過相平行的兩根橫桿安裝在框體內，兩根橫桿在同側末端設有連桿機構，且連桿 機構與橫桿相垂直的輸出端安裝到俯仰齒輪組傳動機構的電動機轉軸上，構成俯仰跟蹤機 構。
4. 根據權利要求1所述的屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統，其特征在于所述水平底座 與框體之間設有一齒數遠大于水平齒輪組傳動機構對接齒輪的底盤齒輪，與電動機轉軸通 過水平齒輪組齒接；所述底盤齒輪固定在水平底座上，并與框體通過軸承相連，構成水平跟 蹤機構。
全文摘要
本發明公開了一種屋頂太陽能雙軸自動跟蹤系統，包括水平底座、位于水平底座上的框體，以及安裝在框體內的一組光伏模組架，其特征在于所述自動跟蹤系統包括平鋪式設置在框體旁側的水平跟蹤機構和俯仰跟蹤機構，框體帶動一組光伏模組架轉動。通過相獨立設置的兩個電動機控制兩軸齒輪傳動改變減小轉速，并通過對電機的控制來達到跟蹤太陽的目的。本發明通過設置水平跟蹤和俯仰跟蹤相結合的結構，精簡了不必要的設施，化立式結構為水平結構，并適用于屋頂以及絕大多數環境的使用，解決了傳統跟蹤系統在應用范圍以及應用方式上不足的問題，且安裝調試及維修簡便。
文檔編號H02N6/00GK101694589SQ20091018393
公開日2010年4月14日 申請日期2009年8月13日 優先權日2009年8月13日
發明者劉飛, 盧鑫, 宋賀倫, 張宇翔, 張耀輝, 李望, 殷志珍, 茹占強, 郭超, 陳雪 申請人:蘇州納米技術與納米仿生研究所;