一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統的制作方法

本發明涉及太陽能光伏發電領域，尤指一種單軸跟蹤系統，具體涉及一種具用柔性支撐結構的單軸跟蹤系統。

背景技術：

光伏是一種利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統。目前我國光伏行業以市場為主導的資源整合不斷推進，具備競爭力的優勢企業正加緊通過收購電站等方式擴充產能。在電改、新能源微電網、能源互聯網等政策利好刺激下，預計年內光伏產業發展將呈現穩中上升的態勢，看好具備技術、資金、管理、品牌優勢的光伏設備企業和光伏電站運營商。同時，由于市場競爭加劇，規模較小的中小企業將被淘汰，行業大整合似乎已經不可避免。我國光伏產業發展快速，產能已處于絕對的世界第一，產業鏈也比較完善。但與發達國家相比，我國光伏產業在技術上還相差太遠。光伏行業盲目建設、低水平重復、同質化競爭現象仍十分嚴重。行業景氣指數較低，迫使國內光伏生產企業面臨加快產品結構調整，提高產品質量，向高端領域發展的局勢。

因此隨著光伏發電領域的日趨發展成熟，種類繁多的光伏支架系統也在迅速發展。行業之間競爭激烈，上網電價的進一步下調，市場對光伏產品的低成本高發電量的需求越來越強烈。雖然固定式支架系統是目前行業的主導性產品，但是在成本下調的需求下固定支架本身的降本空間越來越小。這就需要發展新的支架產品，在成本最低化的前提下如何實現最大化的發電是行業發展的主流。中國專利CN201610146088.7公開了一種柔性光伏支架，包括至少一個支架單元，所述支架單元包括分別位于兩側的兩個傾斜設置的用于安裝在地面上形成支撐的斜立柱、上部分別和所述斜立柱的上部相連接且下部用于安裝在地面上的兩個豎向拉索、連接在兩個所述斜立柱的上部之間的光伏組件安裝機構，兩個所述斜立柱的上端之間的距離大于兩個所述斜立柱的下端之間的距離。采用斜立柱形式，通過豎向拉索將光伏組件安裝機構的拉力傳遞至地面，節約了兩側主梁，減少了占地面積，單位面積為可以安放更多的光伏組件，可適用于復雜地形和大跨度區域如魚塘及山地等。現有技術中公開了一種柔性光伏支架適用復雜地形的結構設計。但是采用上述發明的技術手段不能追蹤太陽，發電量低的重大缺點。同時上述專利申請的結構設計缺少對野外風速的考慮，柔性支架上的光伏組件會產生共振，對光伏組件上的電池板造成損壞，甚至給光伏電站帶來危險。因此上述專利申請發電量低同時在現實條件基本會出現光伏組件的開裂或者隱裂，采用該光伏結構的電站在現實條件下無法正常運作。

綜上所述，在目前行業市場上需要一種能夠適用復雜地形，成本低廉并且具有追蹤功能，提高太陽能轉化的光伏電站。本發明人經過多年的行業經驗和生產積累，經過反復實驗發明一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統。

技術實現要素：

本發明一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統的目的在于最大化的降低了投資成本，同時在沒有剛性連接的驅動上具有同步跟蹤太陽的效果，保持或者提高發電量的光伏系統。

本發明一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統的另一目的在于提供柔性支架的剛度，避免出現共振的情況。

為了實現上述的目的，本發明一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統，包括四個部分：光伏組件、柔性支架、驅動組件和電機控制部分，所述的柔性支架包括支撐底座、支撐臂、驅動軸承和鋼絲；驅動軸承的一端與支撐臂剛性連接；驅動軸承嵌入到支撐底座的頂端；支撐臂的兩端分別固定連接一條鋼絲；兩條鋼絲的另一端分別連接另一柔性支架中的支撐臂；光伏組件固定在兩條鋼絲之間；所述的驅動組件為柔性驅動部分包括驅動鋼絲繩、驅動輪；驅動鋼絲繩的一端纏繞固定在驅動輪上；驅動輪的中心孔穿過驅動軸承；驅動鋼絲繩的另一端與電機控制部分相連接；柔性驅動部分放置在一列支架的兩側，一套驅動系統可以實現多排柔性支架的驅動跟蹤；

柔性支架支撐底座采用鋼制材料，采用三角形結構進行焊接；支撐底座通過支撐臂將兩行鋼絲拉緊并保持平行，驅動軸承為高分子材料；

所述在柔性支架行與行之間的驅動鋼絲繩下方連接有定滑輪，定滑輪固定在柔性支架上，其作用是保持鋼絲繩的張力和增加外力緩沖；

光伏組件包括固定梁、固定卡扣和固定組件壓塊；所述的固定梁是輕質支撐桿，構成光伏組件的正四邊形外邊緣；通過固定組件壓塊將光伏板與固定梁固定，固定卡扣在固定梁的四個頂點處與鋼絲繩固定連接；

所述的電機控制部分包括控制器、GPS定位儀、電機和傾角儀；所述電機為兩個電機分別帶動光伏組件兩側的柔性支架上的驅動組件進行太陽跟蹤；所述的電機與控制器連接，電機上連接減速機和傾角儀，減速機和驅動鋼絲繩纏繞固定連接；控制器上連接GPS定位儀，通過傾角儀控制電機驅動光伏板的角度；

光伏組件兩側的驅動臂分別由各自的電機和傾角儀組成閉環控制系統；控制系統通過GPS進行經緯度的判斷和時鐘授時，通過天文算法進行主動式控制計算出的目標角度值，分別提供到左右驅動臂的控制邏輯中，左右電機分別進行驅動控制，最終各自達到相同的目標角度；

控制系統設置有許用值，對左右驅動臂的角度返回值和電機的狀態進行實時監控；保證運動過程中，左右兩個驅動臂的角度差不會超過許用值；

所述的柔性支架包括支撐底座、支撐臂、軸承和鋼絲，在支撐臂上的鋼絲之間至少設置一個剛性加強裝置，剛性加強裝置由與鋼絲連接的鋼圈，鋼圈的另一端通過定滑輪和底座連接組成；

剛性加強裝置的鋼圈的圓心與柔性支架的支撐臂同心，鋼圈的外圓與支撐組件的鋼絲繩剛性固定；定滑輪組一端與底座相連，鋼圈設置在定滑輪組合底座之間，剛性加強裝置提高了柔性裝置的剛度，避免風振引起的系統共振。

采用了上述的技術手段，本發明一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統的有益效果為柔性支架包括支撐底座、支撐臂、驅動軸承和鋼絲。采用柔性支撐方式去掉了常規扭矩管和橫撐等零部件，減輕了支撐系統的重量。最大化的降低投資成本，提高系統的投資收益率。采用被拉緊的鋼絲實現兩個支撐樁之間的最大跨距，提高了地形地質等的適應能力。本發明用來支撐光伏組件的零件僅為上下兩行平行拉緊的鋼絲繩，在光伏組件背板后面不需要其它制成零件，可以安裝雙面發電的組件，提高發電效率。又，本發明的驅動方式采用鋼絲與定滑輪的組合，鋼絲驅動系統放置在柔性支架的兩側，一套驅動系統可以實現多排柔性支架的驅動跟蹤功能。極大的降低驅動系統的投資成本，同時降低風載對驅動系統和支架系統的載荷沖擊作用力，提高系統的可靠性。本發明最大的優點是降低成本的同時實現了平單軸跟蹤功能，發電量會比固定式支架系統高出8％～12％左右。最大化發揮出柔性平單軸系統的發電收益率，有很大的市場推廣前景。

附圖說明

如圖1所示一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統結構示意圖。

如圖2所示為柔性支架局部結構示意圖。

如圖3所示為驅動組件的結構示意圖。

如圖4所示為電機控制部分結構圖。

如圖5所示光伏組件模塊結構示意圖。

如圖6所示為另一實施例中柔性支架結構示意圖。

如圖7所示為另一實施例中柔性支架上的加固裝置結構示意圖。

具體實施方式

為使對本發明的目的、構造、特征、及其功能有進一步的了解，茲配合實施例詳細說明如下。同時聲明本發明一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統是具有無限擴展的光伏發電系統。在本發明中柔性支架是以行連接安裝，驅動組件是以列連接安裝。

實施例一

如圖1所示一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統結構示意圖。如1圖所示包括四個部分：光伏組件100、柔性支架200、驅動組件300和電機控制部分400。柔性支架200包括支撐底座、驅動軸承、支撐臂、和鋼絲，其中柔性支架包括第一柔性支架210和第二柔性支架220。第一柔性支架210的支撐底座211頂端上設置有驅動軸承212。驅動軸承212一端的平面與長條形支撐臂213剛性固定垂直連接。在支撐臂213的一端連接有鋼絲214，鋼絲214的另一端與第二柔性支架220上的支撐臂223一端連接。支撐臂223的另一端與鋼絲224連接。鋼絲224的另一端與第一柔性支架210上的支撐臂213的另一端連接。第二柔性支架220支撐底座221頂端上設置有驅動軸承222。驅動軸承222一端的平面與長條形支撐臂223剛性固定垂直連接。鋼絲214和鋼絲224平行相距一個支撐臂寬度，支撐臂213與支撐臂223寬度相同。第一柔性支架210與第二柔性支架220之間通過鋼絲連接，鋼絲214和鋼絲224被拉緊。光伏組件100固定在兩條鋼絲之間。驅動組件300為柔性驅動，包括驅動鋼絲繩、驅動輪。柔性驅動300包括第一柔性驅動310和第二柔性驅動320。第一柔性驅動鋼絲繩311的一端纏繞固定在的第一柔性驅動輪312上；將第一柔性驅動輪312的中心孔穿過第一柔型支架210上的驅動軸承213；第一柔性驅動鋼絲繩311的另一端與電機控制部分400相連接。第二柔性驅動鋼絲繩321的一端纏繞固定在的第二柔性驅動輪322上；將第二柔性驅動輪322的中心孔穿過第二柔型支架220上的驅動軸承223；第二柔性驅動鋼絲繩321的另一端與電機控制部分400相連接。一套驅動組件可以實現多排柔性支架的驅動。

如圖2所示為柔性支架局部結構示意圖。如圖2所示柔性支架210包括支撐底座211、驅動軸承212、支撐臂213、鋼絲214和鋼絲224。支撐底211座采用鋼制材料，本實施例中支撐底座211采用三角形結構進行焊接。支撐底211的頂端設有平行相對應的兩個支架，在兩個支架上開設有圓孔，連個圓孔相對應。驅動軸承212的兩端分別安裝在連個支架上開設的圓孔中，驅動軸承212可以旋轉，驅動軸承212的一端與支撐臂213固定連接。驅動軸承212上設置有驅動轉輪312，在本實施例中驅動轉輪312中心開設有正四邊形孔，與驅動軸承212上的四邊形對應。鋼絲繩214與鋼絲繩224分別與支撐臂213的兩個端點連接，鋼絲繩上下對應平行，與支撐臂213連接成為一個長方形。通過支撐臂將鋼絲穿過支撐臂的上端和下端，兩排鋼絲保持平行并將鋼絲拉緊。在追日跟蹤的過程中，兩排鋼絲始終保持固定的相對位置，保護光伏組件不會受力變形。驅動軸承212選擇高分子材料，該種材料即能保證較小的摩擦阻力，也可以實現25年的工作壽命。

如圖3所示為柔性驅動組件的結構示意圖。如圖3所示柔性驅動組件310包括驅動鋼絲繩311、驅動輪312。驅動鋼絲繩311的一端纏繞固定在驅動輪312上，驅動鋼絲繩311的另一端與電機控制端相連接。如圖1至圖3所示驅動組件放置在每行柔性支架的兩側，實現多行柔性支架的驅動跟蹤。每一行柔性支架的兩側分別設置有驅動鋼絲繩纏繞固定在驅動輪上，驅動輪的中心孔穿過驅動軸承。通過電機控制部分400將驅動鋼絲繩311的拉拽動作變成驅動轉輪的轉動動作，實現每一排柔性支架上的光伏組件追日旋轉。如圖3所示本發明在柔性支架行與行之間安裝定滑輪313，通過強力彈簧固定在柔性支架上的支撐底座上，達到驅動系統在追日的啟動或停止過程中進行張力釋放以及緩沖沖擊力。

如圖4所示為電機控制部分結構圖。如圖4所示單軸跟蹤系統電機控制部分400由控制器、GPS定位儀、電機和傾角儀組成閉環控制系統。電機控制部分400有電機驅動系統進行控制，分別為電機驅動410和電機驅動420。電機驅動410包括電機411和傾角儀412；電機驅動420包括電機421和傾角儀422。電機411和電機421分別連接減速機，減速機與驅動組件上的驅動鋼絲繩連接。電機驅動410和電機驅動420分別與電機控制端400的控制器401連接。控制器401與GPS定位儀402連接。本發明電器控制端的的兩臺電機411和電機421之間沒有電氣聯系，分別進行控制。因此電機411和電機421之間的工作協調非常重要，需要每一行柔性支架在一個相同的傾角。但是柔性支架上的支撐臂之間沒有剛性連接，驅動系統在追日過程中，必須保證左右兩個支撐臂在同一個跟蹤角度上。控制器采用時控技術，通過與GPS定位儀402連接進行經緯度的判斷和時鐘授時，結合高精度的天文算法計算出的目標角度值分別提供到左右驅動臂的控制邏輯中進行主動式控制。最終各自達到每一行柔性支架在一個相同的傾角角度。驅動系統電機控制端除了分別驅動兩側追日驅動外，同時對兩側驅動臂的角度返回值和電機的狀態進行實時監控，設置兩個驅動比的角度許用值。保證在驅動過程中，兩個驅動臂的角度差不會超過許用值，使得控制方式可靠簡單。

如圖5所示光伏組件模塊結構示意圖。如圖5所示光伏組件100安裝在柔性支架上兩個平行拉緊的鋼絲繩214和鋼絲繩224之間。光伏組件100包括固定梁110、固定卡扣120和光伏組件固定壓塊130。固定梁110是輕質支撐桿，構成光伏組件的正四邊形外邊緣。固定梁110在鋼絲繩214和鋼絲繩224垂直方向上支撐光伏組件100，固定卡扣120在固定梁110的四個頂點處。將光伏板放置在固定梁110上，再將光伏組件固定壓塊130固定在光伏組件和固定梁的上方。光伏組件與鋼絲繩的固定方式至少采用四點固定方式，固定卡扣120和柔性支架上的鋼絲繩固定連接。采用該結構的光伏組件能夠滿足光伏板在鋼絲繩彈性變形方向上的相對滑動，同時通過限位塊對組件進行該方向上的限位。能夠阻止組件在鋼絲繩方向的大位移動，又能保證組件在鋼絲繩變形過程中不受力有效保護光伏組件。在柔性支架上兩條平行的鋼絲繩上可以設置多個光伏組件模塊。在本發明中光組件上可采用雙玻組件，柔性支架上的組件背板后沒有任何支撐零件，對組件沒有遮擋實現雙面組件的發電系統，提高發電效率。

實施例二

如圖6所示為另一實施例中一種具有柔性支撐結構的單軸跟蹤系統柔性支架結構示意圖。如1圖所示柔性支撐結構的單軸跟蹤系統包括四個部分：光伏組件100、柔性支架200、驅動組件300和電機控制400部分。柔性支架200包括支撐底座、驅動軸承、支撐臂、鋼絲和加固裝置。其中柔性支架包括第一柔性支架210和第二柔性支架220。第一柔性支架210的支撐底座211頂端上設置有驅動軸承212。驅動軸承212一端的平面與長條形支撐臂213剛性固定垂直連接。在支撐臂213的一端連接有鋼絲214，鋼絲214的另一端與第二柔性支架220上的支撐臂223一端連接。支撐臂223的另一端與鋼絲224連接。鋼絲224的另一端與第一柔性支架210上的支撐臂213的另一端連接。第二柔性支架220支撐底座221頂端上設置有驅動軸承222。驅動軸承222一端的平面與長條形支撐臂223剛性固定垂直連接。鋼絲214和鋼絲224平行相距一個支撐臂寬度。支撐臂213與支撐臂223寬度相同。第一柔性支架210與第二柔性支架220之間通過鋼絲連接，鋼絲214和鋼絲224被拉緊。如圖6所示在第一柔性支架210和第二柔性支架220之間設置有有加固裝置500，防止風速帶來的共振現象。如圖1所示光伏組件100固定在兩條鋼絲之間。驅動組件300為柔性驅動，包括驅動鋼絲繩、驅動輪。柔性驅動300包括第一柔性驅動310和第二柔性驅動320。第一柔性驅動鋼絲繩311的一端纏繞固定在的第一柔性驅動輪312上；將第一柔性驅動輪312的中心孔穿過第一柔型支架210上的驅動軸承213；第一柔性驅動鋼絲繩311的另一端與第一電機控制部分400相連接。第二柔性驅動鋼絲繩321的一端纏繞固定在的第二柔性驅動輪322上；將第二柔性驅動輪322的中心孔穿過第二柔型支架220上的驅動軸承223；第二柔性驅動鋼絲繩321的另一端與第二電機控制部分400相連接。一套驅動組件可以實現多排柔性支架的驅動。

如圖7所示為另一實施例中柔性支架上的加固裝置結構示意圖。如圖7所示加固裝置500包括鋼圈510、定滑輪定組合520和剛性加強底座530。如圖6和圖7所示鋼圈510的圓心與柔性支架的支撐臂同心，外圓與支撐組件的鋼絲繩剛性固定。定滑輪組合520的兩端與剛性加強底座530相連，定滑輪組合520的下端與剛性加強底座530之間留有空間。鋼圈510從定滑輪組合520和剛性加強底座530之間穿過。定滑輪組520由兩個定滑輪組成，剛性加強底座530起到支撐定滑輪組520的作用。在追日跟蹤過程中鋼圈510會隨著系統一同旋轉。如果系統在風的作用下柔性支架出現震動時，鋼圈起到約束柔性支架震動的作用，同時又支撐兩個鋼絲繩；兩個定滑輪將鋼圈進行限位。采用加固裝置提高了柔性支架的剛度防止共振發生。

綜合上述，如何使用柔性支撐結構實現平單軸跟蹤為本發明首次提出可實現的技術方案。本發明通過兩個驅動臂實現鋼絲繩支撐的拉緊和保持相對固定的位置，采用專門設計的高分子材料軸承實現驅動臂和支撐底座的滑動摩擦運動。軸承的選材即保證了降低的滑動摩擦力，也保證了25年的抗耐磨性能。驅動鋼絲繩實現行與行之間的驅動力傳動是本發明創造性的設計，驅動鋼絲繩的傳動方式，定滑輪的張力控制；每行上的驅動轉輪，以及兩個電機的協同運動功能實現了多排平單軸跟蹤功能。柔性支架上的加固裝置保證光伏組件很好的固定在兩個柔性支撐的鋼絲上，避免光伏組件的損壞具有實用性。兩條鋼絲與光伏組件之間的連接卡進行了獨創設計，固定方式即保證了較少的用材，也保證了組件在柔性支撐上不受額外的作用力減少隱裂的風險。從光伏電站成本上分析，該結構的成本與固定式支架系統持平，但發電量會比固定式支架系統高出8％～12％左右。本發明設計的產品最大的優點是在降低光伏電站建造成本的前提下，實現了平單軸跟蹤功能，最大化發揮出柔性平單軸系統的發電收益率，具有廣闊的市場推廣前景。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明的范例。必需指出的是，已揭露的實施例并未限制本發明的范圍。相反地，在不脫離本發明的精神和范圍內所作的更動與潤飾，均屬本發明的專利保護范圍。