專利名稱：雙向太陽(yáng)能跟蹤器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙向太陽(yáng)能跟蹤器，相對(duì)于現(xiàn)存的用于通過(guò)太陽(yáng) 能面板產(chǎn)生電能的裝置，該雙向太陽(yáng)能跟蹤器具有顯著的相關(guān)特性和 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的主要目的是為承載太陽(yáng)能面板的平臺(tái)提供一種支承結(jié) 構(gòu)，以使該平臺(tái)根據(jù)新穎的運(yùn)動(dòng)形式朝著太陽(yáng)定向，具有平滑且簡(jiǎn)單、 而有效的功 育巨。
在當(dāng)前開(kāi)發(fā)可再生能源的領(lǐng)域中，在世界范圍內(nèi)使用光伏面板(太 陽(yáng)能面板)的太陽(yáng)能設(shè)備存在顯著的增加，所述光伏面板將太陽(yáng)能轉(zhuǎn) 化成電能。這些面板的安裝通常在固定結(jié)構(gòu)上進(jìn)行，該固定結(jié)構(gòu)朝南 定向，在地平線上具有取決于所在地綿度的傾斜度。
面板的電能產(chǎn)量取決于該面板的實(shí)際特性以及從太陽(yáng)接收的輻
射，從太陽(yáng)接收的輻射等于該時(shí)刻的太陽(yáng)輻射乘以由面板表面的垂線
與太陽(yáng)光線的方向形成的余弦，太陽(yáng)光線的方向根據(jù)一天中的某一時(shí) 間和一年中的某一天以及所在地的綿度改變。
在安裝在固定到地面的結(jié)構(gòu)上的太陽(yáng)能面板設(shè)備中，由于面板的 垂線的方向僅在少許時(shí)機(jī)與太陽(yáng)光線重合，所以太陽(yáng)輻射的利用不能 達(dá)到最大值。為了優(yōu)化面板的最大能量輸出，需要將面板安裝在移動(dòng) 結(jié)構(gòu)上，所述移動(dòng)結(jié)構(gòu)不斷地將面板垂直于太陽(yáng)定位。
這些移動(dòng)結(jié)構(gòu)以太陽(yáng)能跟蹤器的名稱公知。
此外，本發(fā)明的目的是提供創(chuàng)新性的太陽(yáng)能跟蹤器，該太陽(yáng)能跟 蹤器具有用于防止由風(fēng)引起的損壞的裝置，從而避免導(dǎo)致對(duì)太陽(yáng)能跟 蹤器的任何缺陷或損壞。
此外，本發(fā)明的目的是提供太陽(yáng)能跟蹤器，該太陽(yáng)能跟蹤器具有 允許對(duì)液壓致動(dòng)器中的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置，從而定期地修正平臺(tái)的 位置并因此修正太陽(yáng)能面板的位置，以便永久地獲得與所述太陽(yáng)能面 板相對(duì)于太陽(yáng)光線垂直的定向，從而能在任何時(shí)刻都獲得最大的太陽(yáng) 能。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前類型的太陽(yáng)能跟蹤器中，主要存在稱為"單向"和"雙向" 的型號(hào)。
單向太陽(yáng)能跟蹤器的特征在于其在地平線之上具有固定的仰角并 隨著一天中時(shí)間的變化而改變方位角，以便跟隨太陽(yáng)，而雙向太陽(yáng)能 跟蹤器在太陽(yáng)的每日運(yùn)行期間改變方位角和仰角，沿垂直于太陽(yáng)光線 的方向?qū)μ?yáng)能或光伏面板進(jìn)行連續(xù)定位，從而實(shí)現(xiàn)比固定設(shè)備高大
約20-30%的凈年產(chǎn)量(取決于所在地的綿度和那里太陽(yáng)光的年度小 時(shí))。
對(duì)于這些雙向太陽(yáng)能跟蹤器的運(yùn)動(dòng)，在市場(chǎng)上存在各種實(shí)現(xiàn)方式， 最常用的方式是繞豎直軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)用于方位的定向，而繞水平軸的 旋轉(zhuǎn)用于仰角的定向。
這些旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通常如下進(jìn)行
方位角，通過(guò)利用電力或液壓驅(qū)動(dòng)的冠輪齒(crown and pinion) 或蝸桿來(lái)產(chǎn)生大約180。的旋轉(zhuǎn)。
對(duì)于仰角，利用液壓心軸或致動(dòng)器，或者也可利用冠輪齒或蝸桿。
此外，為了在太陽(yáng)能跟蹤器上提供強(qiáng)風(fēng)乃至颶風(fēng)的效果，需要設(shè) 置風(fēng)力計(jì)，從而當(dāng)風(fēng)超過(guò)安全速度時(shí)，啟動(dòng)跟蹤器的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的緊 急動(dòng)作，該緊急動(dòng)作作用在跟蹤器上，使得用于太陽(yáng)能面板的支承平 臺(tái)保持處于水平位置，由于靠近地面，風(fēng)的方向也基本是水平的，所 以面板對(duì)風(fēng)的阻力變得盡可能地小，從而避免了對(duì)設(shè)備的某些部件或 元件的可能損壞或破壞。
盡管參照并基于上述概念的系統(tǒng)在功能上是有效的，然而它們?nèi)?具有一系列的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)能概括如下
不能作出任何精確的空氣動(dòng)力計(jì)算，由于跟蹤器的形狀根本不與 標(biāo)準(zhǔn)輪廓相似，所以從風(fēng)洞中的測(cè)試所獲得的數(shù)據(jù)將不同于野外的狀 況，從而由于每個(gè)特定區(qū)域的波動(dòng)而不能模擬擾動(dòng)。在任何情形中， 計(jì)算總是定向的，因此必須減小緊急限制速度，由此導(dǎo)致能量產(chǎn)量的 降低。
在風(fēng)的方向平行于太陽(yáng)能面板的情形中，甚至在不必要時(shí)，系統(tǒng) 也將移動(dòng)到水平位置，因而降低了能量輸出。
甚至在為每個(gè)太陽(yáng)能跟蹤器安裝風(fēng)力計(jì)的情形中，也存在由熱差產(chǎn)生的豎直旋風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)，如果豎直旋風(fēng)在跟蹤器端部中的一個(gè)處撞擊 該跟蹤器的表面，則風(fēng)力計(jì)可能不會(huì)檢測(cè)到所述豎直旋風(fēng)，并且由于 對(duì)稱栽荷將產(chǎn)生大扭矩或扭轉(zhuǎn)，這將導(dǎo)致對(duì)太陽(yáng)能跟蹤器的嚴(yán)重?fù)p壞。 此外，必須記住在太陽(yáng)能跟蹤器面對(duì)強(qiáng)風(fēng)、陣風(fēng)乃至颶風(fēng)的情況 下，甚至在太陽(yáng)能跟蹤器安裝有用于從認(rèn)為是緊急速度的特定速度開(kāi) 始預(yù)防損壞的系統(tǒng)并且太陽(yáng)能面板水平定位時(shí)，在移動(dòng)部件與固定部 件之間的附接點(diǎn)處仍產(chǎn)生強(qiáng)大的峰值力。此外，在能產(chǎn)生通稱為"顫 動(dòng)"效應(yīng)的狂風(fēng)或陣風(fēng)的情形中，甚至可能存在這樣的風(fēng)速，即從該 風(fēng)速起，系統(tǒng)將開(kāi)始共振，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的相應(yīng)破壞。

發(fā)明內(nèi)容
在一般方面中，由本發(fā)明提出的雙向太陽(yáng)能跟蹤器通過(guò)以如下方 式將承載太陽(yáng)能面板的平臺(tái)布置在支承結(jié)構(gòu)上來(lái)實(shí)現(xiàn)該平臺(tái)的定向，
即平臺(tái)能利用繞兩個(gè)軸的組合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行自身旋轉(zhuǎn)和定向所述 兩個(gè)軸中的一個(gè)是傾斜的并固定到地面，與平行于地面表面并指向南 方的OY坐標(biāo)軸形成特定的角度；而另一軸垂直于上述的軸，包含在 平臺(tái)的平面中，并且當(dāng)平臺(tái)繞該固定的傾斜軸改變其角度時(shí)，該軸改 變其傾角。
此運(yùn)動(dòng)利用兩個(gè)致動(dòng)器來(lái)執(zhí)行，所述致動(dòng)器分別連接到地面的獨(dú) 立固定點(diǎn)以及平臺(tái)的相同數(shù)量的頂點(diǎn)，導(dǎo)致平臺(tái)繞其在該支承結(jié)構(gòu)中 的中心支承點(diǎn)從初始位置旋轉(zhuǎn)到另 一最終位置，由于利用平臺(tái)的兩個(gè) 旋轉(zhuǎn)角度來(lái)確定平臺(tái)的所述兩個(gè)頂點(diǎn)的最終位置，所以該平臺(tái)具有兩 個(gè)自由度。
這導(dǎo)致所述頂點(diǎn)到地面的各自固定點(diǎn)的距離與平臺(tái)繞兩個(gè)垂直軸 的旋轉(zhuǎn)角保持一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，這意味著對(duì)于每對(duì)角度，僅存在一對(duì) 所述距離并且反之亦然。取決于所在地的坐標(biāo)、 一年中的時(shí)間以及一 天中的時(shí)刻，針對(duì)所述角度的限定值來(lái)計(jì)算距離，通過(guò)致動(dòng)器來(lái)執(zhí)行 調(diào)節(jié)。
所述致動(dòng)器能是液壓缸、心軸或任何其它合適的機(jī)械元件，優(yōu)選 是液壓系統(tǒng)，由于所述致動(dòng)器，能對(duì)連接致動(dòng)器的各自點(diǎn)之間的適當(dāng) 距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。
通過(guò)具有光點(diǎn)反饋的跟蹤裝置也能對(duì)平臺(tái)進(jìn)行定向，因?yàn)樵诳紤]
6所述點(diǎn)之間的距離以相反符號(hào)的增加時(shí)，繞該固定軸的角度設(shè)法改變 (繞該軸旋轉(zhuǎn)的角度有非常小的變化，可以其角度并垂直于該軸定 向)，并且在相同符號(hào)的相等增量時(shí)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)繞該軸的角度變化，可 以其角度并垂直于該軸定向，從而(對(duì)于小的運(yùn)動(dòng))在另一角度的變 化非常小的情況下實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的定向。據(jù)此，通過(guò)若干可選的反復(fù)運(yùn)動(dòng)， 平臺(tái)設(shè)法以光點(diǎn)為中心。
實(shí)現(xiàn)承載太陽(yáng)能面板的平臺(tái)與固定到地面的結(jié)構(gòu)的固定，以便獲 得繞所述兩個(gè)軸的平滑運(yùn)動(dòng)并起回轉(zhuǎn)接頭作用的一種方式是基于使用 由縱梁和橫梁組成的框架，該框架能繞橫向軸旋轉(zhuǎn)，該橫向軸被對(duì)應(yīng)
于"T"型支承件的橫梁縱向穿過(guò)，該"T"型支承件固定到從固定至 地面的結(jié)構(gòu)露出來(lái)的兩個(gè)支柱，從而該平臺(tái)將保持在特定高度處并能 傾斜和旋轉(zhuǎn)，以便如先前描述地執(zhí)行太陽(yáng)能跟蹤。
"T"型支承件通過(guò)與此T形形狀的中心或豎直段成縱向的橫向軸 旋轉(zhuǎn)地固定。軸或各個(gè)半軸的端部固定到固定支柱的端部。此配置使 平臺(tái)能通過(guò)致動(dòng)器繞后述軸旋轉(zhuǎn)，此外， 一旦到達(dá)此角位置或與此同 時(shí)，僅通過(guò)以適當(dāng)?shù)拇笮『头较蚩s短或加長(zhǎng)致動(dòng)器的幅度，平臺(tái)就能 繞第一軸旋轉(zhuǎn)，這通過(guò)自動(dòng)的電力或機(jī)械控制來(lái)執(zhí)行。
此外，該太陽(yáng)能跟蹤器補(bǔ)充有連接到致動(dòng)器的液壓系統(tǒng)的裝置， 此裝置基于一個(gè)或多個(gè)恰當(dāng)安裝的壓力開(kāi)關(guān)，依靠壓力與應(yīng)力之間存 在的特定關(guān)系，所述壓力開(kāi)關(guān)提供信號(hào)，該信號(hào)將指示用于太陽(yáng)能跟 蹤器的平臺(tái)必須水平定位的確切時(shí)刻，使其能提供對(duì)風(fēng)的最小阻力， 從而避免由于強(qiáng)風(fēng)和/或颶風(fēng)的效應(yīng)而可能出現(xiàn)的對(duì)設(shè)備的可能損壞或 破壞。
壓力開(kāi)關(guān)將連接到對(duì)應(yīng)的液壓系統(tǒng)，目的是檢測(cè)壓力的增加，并 且作為結(jié)果，向致動(dòng)器發(fā)送信號(hào)或指令，所述致動(dòng)器產(chǎn)生平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)， 從而平臺(tái)能動(dòng)作并將太陽(yáng)能跟蹤器置于水平位置。
通過(guò)所述裝置，在如上所迷的任何意外事件的情況下，根據(jù)針對(duì) 結(jié)構(gòu)的相應(yīng)計(jì)算，而不是如為此相同目的而使用風(fēng)力計(jì)的情形那樣以 估計(jì)的方式，當(dāng)達(dá)到作為安全極限力而建立的真實(shí)力時(shí)，系統(tǒng)成功地 置于水平位置。
同樣地，基于所述裝置，當(dāng)風(fēng)沿平行于太陽(yáng)能面板的方向吹動(dòng)時(shí)， 即使在高風(fēng)速的情形中，系統(tǒng)(用于太陽(yáng)能跟蹤器的平臺(tái))也將保持其對(duì)于太陽(yáng)的跟蹤位置，由此增加了能量輸出。
同樣地，基于該裝置，即使在豎直旋風(fēng)的情形中并且當(dāng)這些豎直 旋風(fēng)僅影響表面的一部分時(shí)，將生成緊急信號(hào)，這將保護(hù)太陽(yáng)能跟蹤 器的安全性。
基于所述裝置，實(shí)現(xiàn)了一系列優(yōu)點(diǎn)，在這些優(yōu)點(diǎn)中，主要強(qiáng)調(diào)如
下幾點(diǎn)
1. 經(jīng)濟(jì)節(jié)省，由于壓力開(kāi)關(guān)的成本低于風(fēng)力計(jì)的成本。
2. 系統(tǒng)的較長(zhǎng)的使用壽命，由于不存在只要有風(fēng)就不停旋轉(zhuǎn)的移 動(dòng)部件。
3，較高的可靠性。
嚴(yán)格地說(shuō)，還提供這樣一種裝置，該裝置用于調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工 作壓力，基于此來(lái)建立用于太陽(yáng)能跟蹤器的平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。
具體地，該調(diào)節(jié)裝置的目的是使具有太陽(yáng)能或光伏面板的平臺(tái)在 每一時(shí)刻都能采用適當(dāng)?shù)亩ㄏ颍沟锰?yáng)的光線垂直入射在該太陽(yáng)能 面板上，從而產(chǎn)生最大的太陽(yáng)能利用率，即所討論的來(lái)自太陽(yáng)能跟蹤 器的最大輸出。
具體地，該調(diào)節(jié)裝置旨在用于調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)用于太陽(yáng)能跟蹤器的平臺(tái) 的運(yùn)動(dòng)的液壓系統(tǒng)的工作壓力，在所有的無(wú)論任何原因?qū)е碌南到y(tǒng)液 壓壓力發(fā)生突然增加的情形中都執(zhí)行此調(diào)節(jié)，由此由于該實(shí)際調(diào)節(jié)裝 置而出現(xiàn)過(guò)壓的瞬間排出。
在此方面，該調(diào)節(jié)裝置將包括一對(duì)油壓氣動(dòng)膨脹箱，所述油壓氣 動(dòng)膨脹箱包括獨(dú)立的油壓氣動(dòng)緩沖器，所述油壓氣動(dòng)緩沖器與液壓流 體線路平行地連接到實(shí)際的液壓系統(tǒng)設(shè)備。所述油壓氣動(dòng)緩沖器箱包 括作為壓力調(diào)節(jié)元件的內(nèi)部隔膜，基于該內(nèi)部隔膜，當(dāng)系統(tǒng)中存在過(guò) 壓時(shí)，經(jīng)由設(shè)置在實(shí)際緩沖器或箱中的校準(zhǔn)孔將流體排出，在所述箱 中建立兩個(gè)室， 一個(gè)用于氣體，而另一個(gè)例如用于油的其他物質(zhì)，以 這種方式，由液壓系統(tǒng)所產(chǎn)生的過(guò)壓引起的油經(jīng)由此孔排空。
基于所述的調(diào)節(jié)裝置，實(shí)現(xiàn)了施加在太陽(yáng)能跟蹤器的固定結(jié)構(gòu)上 的力的明顯降低，例如在強(qiáng)風(fēng)的情形中或在具有太陽(yáng)能面板的移動(dòng)結(jié) 構(gòu)的運(yùn)動(dòng)停止的情形中，由于此停止不是瞬間的，所以同意能夠減少 通常由風(fēng)的效應(yīng)產(chǎn)生的顫動(dòng)和共振現(xiàn)象。
最后，可以說(shuō)調(diào)節(jié)裝置的油壓氣動(dòng)緩沖器所連接到的流體線路包括獨(dú)立控制的止回閥，所述止回閥命令流體進(jìn)入對(duì)應(yīng)液壓系統(tǒng)的對(duì)應(yīng) 致動(dòng)液壓缸。
利用所述調(diào)節(jié)裝置，所獲得的優(yōu)點(diǎn)是很多的，作為這些優(yōu)點(diǎn)中的
最重要的，可列舉如下
1. 跟蹤器的固定結(jié)構(gòu)上的力的明顯降低，在具有太陽(yáng)能面板的移 動(dòng)結(jié)構(gòu)或平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)停止的情形中以及在陣風(fēng)的情形中都允許小的變 形，直到風(fēng)通過(guò)為止，因?yàn)樵谒鼋Y(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)停止的情形中，該停止 本身不是瞬間的。
2. 實(shí)際上完全減少了由于風(fēng)在系統(tǒng)上的效應(yīng)引起的顫動(dòng)和共振現(xiàn) 象，因?yàn)橥ㄟ^(guò)液壓油以熱的形式獲取的動(dòng)能被耗散，所以避免了系統(tǒng) 上的不必要的應(yīng)力，諸如進(jìn)入共振(這將破壞設(shè)備或?qū)嶋H的太陽(yáng)能跟 蹤器)的危險(xiǎn)。
3. 由于油壓氣動(dòng)緩沖器處于運(yùn)動(dòng)中，所以顫動(dòng)的臨界速度明顯增加。


為了便于理解本發(fā)明的特征并形成此描述性說(shuō)明書(shū)的完整部分， 附加一些附圖，在這些圖中，作為示例而非限制地對(duì)下文進(jìn)行描述
圖1顯示了作為本發(fā)明的目的的雙向太陽(yáng)能跟蹤器的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的 簡(jiǎn)圖，
圖2顯示了與圖1相似的視圖，包括構(gòu)成致動(dòng)器的缸，以便改變 平臺(tái)的頂點(diǎn)中的兩個(gè)距地面的各自固定點(diǎn)的距離。
圖3顯示了根據(jù)實(shí)際實(shí)施例的示例的本發(fā)明的雙向太陽(yáng)能跟蹤器 的透視圖。
圖4顯示了圖3中示出的組件的正視圖。
圖5顯示了承載太陽(yáng)能面板的平臺(tái)與固定到地面的對(duì)應(yīng)支承結(jié)構(gòu) 的連接的局部透視圖。
圖6顯示了框架的示意性透視圖，具有面板的平臺(tái)將設(shè)置在該框 架上，所述框架以這樣的方式支靠在固定支承結(jié)構(gòu)上，即框架能進(jìn)行 兩個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)，該框架處于基本水平的位置(當(dāng)太陽(yáng)在頭頂上時(shí))。
圖7顯示了與圖6相似的視圖，處于框架繞"T"型支承件的橫梁 的旋轉(zhuǎn)位置，用于固定到固定結(jié)構(gòu)的支柱。
9圖8顯示了與圖6相似的視圖，處于繞"T"型支承件的中心或豎 直橫梁的旋轉(zhuǎn)位置。
圖9顯示了與圖8相似的視圖， 一旦框架旋轉(zhuǎn)，則首先繞一軸旋 轉(zhuǎn)，然后繞另一垂直軸旋轉(zhuǎn)。
圖10顯示了與本發(fā)明的太陽(yáng)能跟蹤器所包括的裝置對(duì)應(yīng)的示意 圖，以便防止由風(fēng)引起的損壞。
圖11顯示了形成本發(fā)明的目的的與用于液壓系統(tǒng)中的壓力的調(diào)節(jié) 裝置對(duì)應(yīng)的布置，該液壓系統(tǒng)用于太陽(yáng)能跟蹤器的運(yùn)動(dòng)。
具體實(shí)施例方式
參照附圖特別是關(guān)于圖3到圖5中采用的編號(hào)，能看到平臺(tái)1，該 平臺(tái)1承載太陽(yáng)能面板2并連接到固定到地面的支承結(jié)構(gòu)3。
圖1示意性顯示了平臺(tái)1,該平臺(tái)1由其四個(gè)頂點(diǎn)或其在點(diǎn)"0" 附近的四個(gè)固定點(diǎn)限定，所述平臺(tái)1能繞點(diǎn)"O"旋轉(zhuǎn)，此點(diǎn)"0"位 于距地面高"h"處。
X、 Y、 Z軸是局部坐標(biāo)軸，此處
OX是從坐標(biāo)原點(diǎn)O指向西方的與地面表面平行的軸，此點(diǎn)O是 地面的升高點(diǎn)，作為剛性支承結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)，平臺(tái)1在該剛性支承結(jié)構(gòu) 處抵靠、旋轉(zhuǎn)和定向。
OY是與地面表面平行的軸，其指向南方。
OZ是沿豎直方向的垂直于地面表面的軸。
能注意的是在圖1和圖2中，所述平臺(tái)1的初始位置(在旋轉(zhuǎn)任 一軸之前)對(duì)應(yīng)于用實(shí)線表示的偏菱形。
一旦旋轉(zhuǎn)，平臺(tái)如由所述圖1和圖2中的點(diǎn)P1、 P2、 P3、 P4所限定。
為了到達(dá)此位置
旋轉(zhuǎn)通過(guò)角度P「 、、。 '、?！?、 又
然后它繞軸O-Az旋轉(zhuǎn)通過(guò)角度a (當(dāng)作出先前的旋轉(zhuǎn)時(shí)，此軸也 轉(zhuǎn)動(dòng))。
重要的是強(qiáng)調(diào)如下事實(shí)系統(tǒng)僅具有兩個(gè)自由度，這意味著利用 兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角就得以完全地限定點(diǎn)Pl和P2 (對(duì)于固定的幾何尺寸)。這意味著在距離Dl (從點(diǎn)Pl到固定點(diǎn)Plo)、距離D2 (從點(diǎn)P2 到固定點(diǎn)P2o )與角度ct和(3之間存在——對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此對(duì)于每對(duì) 的角度ot和e，僅存在一對(duì)距離Dl和D2，并且反之亦然。
當(dāng)然，存在特定的幾何限制，這些幾何限制將點(diǎn)Pl和P2的移動(dòng) 僅限于某些可能的空間區(qū)域(例如，不存在我們能將所述點(diǎn)定位在距 跟蹤器1 km處的任何角度組合)。
通過(guò)正確選擇幾何尺寸，能夠同時(shí)優(yōu)化太陽(yáng)的正確跟蹤以及系統(tǒng) 的不同機(jī)械元件的應(yīng)力降低。
根據(jù)上文所述，利用跟蹤器的所述移動(dòng)，雙向地跟蹤太陽(yáng)是可能的。
為了獲得使平臺(tái)垂直于太陽(yáng)定向的特定角度a和P ，只要計(jì)算距 離Dl (從矩形平臺(tái)的頂點(diǎn)中的一個(gè)或從其外圍的選定點(diǎn)到地面上的固 定點(diǎn))和距離D2(從另一選定的頂點(diǎn)或點(diǎn)到地面的另一點(diǎn))就足夠了 ， 這將為我們提供這些角度， 一旦這些角度已確定，則足以對(duì)致動(dòng)器或 裝置進(jìn)行定位，所述致動(dòng)器或裝置能是液壓缸、心軸或任何其它的機(jī) 械元件，其將為我們確定距離，以便固定距離D1和D2。
通過(guò)市場(chǎng)上已經(jīng)存在的具有光點(diǎn)反饋的跟蹤裝置也能對(duì)平臺(tái)進(jìn)行 定向，由于當(dāng)距離D1和D2以相反符號(hào)的增加時(shí)，角度(3設(shè)法改變(伴 隨角度a的非常小的變化)，并且當(dāng)相同符號(hào)的相等增量時(shí)，角度a發(fā) 生相同的情況，從而能認(rèn)為另一對(duì)應(yīng)角度的變化是非常低的(對(duì)于小 的運(yùn)動(dòng))，而在若千可選的反復(fù)運(yùn)動(dòng)中，平臺(tái)設(shè)法以光點(diǎn)為中心。
為了實(shí)現(xiàn)平臺(tái)1的預(yù)期變化，如先前已經(jīng)提及的，能使用包括液 壓缸、心軸或其它機(jī)械元件的致動(dòng)器，用于固定和控制這些點(diǎn)(平臺(tái) 的頂點(diǎn)和地面的固定點(diǎn)，在另 一鄰近的頂點(diǎn)與地面的另 一 固定點(diǎn)之間 存在另一相同的致動(dòng)器)之間的距離。當(dāng)距離以組合方式以正值和負(fù) 值改變時(shí)，根椐需要完美和精確地實(shí)現(xiàn)在任意時(shí)刻所期望的平臺(tái)的所 有位置。
在圖2中，能看到與圖1中相同的平臺(tái)1，但包括由獨(dú)立液壓缸4 構(gòu)成的致動(dòng)器，液壓缸4在平臺(tái)1的頂點(diǎn)Pl和P2與利用Plo和P20 標(biāo)記的各個(gè)地面固定點(diǎn)之間延伸，Plo和P2o之間的距離為"e"。連接 所述點(diǎn)Plo和P2o的線設(shè)置在距點(diǎn)"O"的豎直線距離"d"處。
在實(shí)際的示例中，已獲得了如下的結(jié)果數(shù)據(jù)日期、位置和尺寸
綿度40oN
曰期5月12日
當(dāng)?shù)貢r(shí)間8:18
Fi50
R1000 mm
1000 mm
h1451 mm
d1186 mm
150 mm
結(jié)果
太陽(yáng)方位角104.0°
太陽(yáng)仰角44.2Q
Ec.時(shí)間3.7 min
a25.0。
50.1。
Dl 1499.7 mm
D2 2775.2 mm
根據(jù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)l的固定的方式之一，如圖6到圖9中所表示的， 可以說(shuō)安裝太陽(yáng)能面板的平臺(tái)1由具有支承件的框架5形成，該框架5 在結(jié)構(gòu)3，上，是回轉(zhuǎn)式的，允許在位于該支承件的固定結(jié)構(gòu)3，上部 中的中心支承件上對(duì)整個(gè)平臺(tái)1進(jìn)行兩個(gè)自由度的合適定向。
可以看到，框架5設(shè)有縱梁6以及橫梁7和8,并且能繞軸9旋轉(zhuǎn)， 作為平臺(tái)1與固定結(jié)構(gòu)3'之間的固定元件，"T"型支承件10的橫梁 10，穿過(guò)該軸9。
軸9的端部固定到縱梁6的加強(qiáng)件6，。
由于軸11的端部固定到從固定結(jié)構(gòu)3，露出來(lái)的支柱13和14， 所以"T，，型支承件10能繞軸11旋轉(zhuǎn)，該軸11沿支承件10的垂直中 心或段12的內(nèi)部延伸。在其幾何軸中標(biāo)注的此軸11能實(shí)現(xiàn)為用于固 定到各個(gè)支柱13和14的兩個(gè)半軸15，在所述兩個(gè)半軸15與各個(gè)支柱 13和14的聯(lián)接中，僅能看到與圖6的支承件13的聯(lián)接。
利用此配置，框架5能以任意的方向和角度定向，以便實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能跟蹤。
從圖6中所示的位置開(kāi)始，在"T"型支承件不移動(dòng)的情況下，框 架5能沿箭頭16的方向繞幾何軸9旋轉(zhuǎn)，例如到達(dá)圖7的位置。如果 從圖6的相同位置開(kāi)始，沿箭頭17的方向繞幾何軸11旋轉(zhuǎn)，則框架5 將獲得圖8的位置。沿兩個(gè)軸的這些旋轉(zhuǎn)限定了具有兩個(gè)自由度的組 合運(yùn)動(dòng)，該組件就如同框架5連接在回轉(zhuǎn)接頭中那樣起作用。在圖9 中，能看到由于繞兩個(gè)軸9和11的組合旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的位置。
所述運(yùn)動(dòng)僅利用兩個(gè)缸或致動(dòng)器4，來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述缸或致動(dòng)器4， 通過(guò)它們的下端連接到結(jié)構(gòu)3，的獨(dú)立固定點(diǎn)并經(jīng)由它們的上端連接到 固定裝置18(所述固定裝置18也是回轉(zhuǎn)型的)以便能夠采用任意的角 度。取決于致動(dòng)器4，(在此情形中為液壓缸)的延伸或收縮，適當(dāng)?shù)?以正值和負(fù)值改變致動(dòng)器4，所連接的點(diǎn)之間的距離，在每個(gè)時(shí)刻實(shí)現(xiàn) 所期望的平臺(tái)1的位置。
圖IO顯示了與用于防止由風(fēng)引起的損壞的裝置相對(duì)應(yīng)的簡(jiǎn)圖，該 裝置包括壓力開(kāi)關(guān)19，該壓力開(kāi)關(guān)19連接到對(duì)應(yīng)于液壓系統(tǒng)的線路 20中的一條，該液壓系統(tǒng)用于供應(yīng)在本發(fā)明的太陽(yáng)能跟蹤器中應(yīng)用的 致動(dòng)器4或4，，特別是在有強(qiáng)風(fēng)(換言之在預(yù)設(shè)值之上的風(fēng))的情況 下，用于執(zhí)行定位在水平位置中的平臺(tái)上的太陽(yáng)能面板的位置的改變。
一些止回閥21安裝在液壓流體線路20中，實(shí)際的液壓系統(tǒng)包括 缸22及其對(duì)應(yīng)的活塞23,該活塞23可在缸22的內(nèi)部移動(dòng)并聯(lián)接到相 應(yīng)的桿24,此缸被致動(dòng)器4或4，使用，從而執(zhí)行對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)的傳遞。
圖6到圖9中所述和所示的裝置旨在，在風(fēng)力大于可能損壞太陽(yáng) 能跟蹤器的機(jī)構(gòu)的預(yù)定值的特定情況下，該裝置起作用，從而使液壓 系統(tǒng)將平臺(tái)并因此將太陽(yáng)能跟蹤器的太陽(yáng)能面板定位在水平位置，在 接收由壓力開(kāi)關(guān)19發(fā)送的對(duì)應(yīng)信號(hào)之后執(zhí)行操作，該信號(hào)指示不得不 對(duì)用于太陽(yáng)能面板的平臺(tái)進(jìn)行水平定位以由此提供對(duì)風(fēng)的最小阻力的 確切時(shí)刻，從而防止太陽(yáng)能跟蹤器的機(jī)構(gòu)的任何可能損壞或破壞。
最后，圖11顯示了用于調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的壓力的裝置，該液壓系 統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)承載本發(fā)明的太陽(yáng)能跟蹤器的太陽(yáng)能面板的平臺(tái)，該液壓 系統(tǒng)本身包括對(duì)應(yīng)的液壓流體線路19，，連同具有活塞23，和桿24， 的油缸22， 一起用于將力傳遞到對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)，以驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能跟蹤器的 平臺(tái)。因此，該調(diào)節(jié)裝置本身包括一對(duì)由獨(dú)立的油壓氣動(dòng)膨脹箱限定的
油壓氣動(dòng)緩沖器25,在所述油壓氣動(dòng)膨脹箱中形成中間插入可變形隔 膜28的氣室26和油室27,在所有情形中，該隔膜28構(gòu)成用于油壓氣 動(dòng)箱或緩沖器25的內(nèi)部壓力的調(diào)節(jié)元件，為油壓氣動(dòng)緩沖器25的每 一個(gè)設(shè)置校準(zhǔn)孔29,用于排出流體(與室27相對(duì)應(yīng)，在此情形中為油)。 油壓氣動(dòng)緩沖器25所連接的液壓流體線路19，包括各自的止回閥30。
油壓氣動(dòng)緩沖器25與液壓流體線路19，平行地安裝，校準(zhǔn)孔29 用于填充和排空，從而在對(duì)應(yīng)的液壓系統(tǒng)中的壓力突然增加的情況下， 經(jīng)由此校準(zhǔn)孔29每個(gè)油壓氣動(dòng)緩沖器25可進(jìn)行瞬間排放，所有這些 允許針對(duì)所考慮的太陽(yáng)能跟蹤器的運(yùn)動(dòng)、執(zhí)行的平臺(tái)且因此太陽(yáng)能面 板的運(yùn)動(dòng)，對(duì)液壓系統(tǒng)中的工作壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便定期地修正太陽(yáng) 能面板的位置并在每一時(shí)刻都獲得最大的太陽(yáng)能。
權(quán)利要求
1.一種雙向太陽(yáng)能跟蹤器，由支承結(jié)構(gòu)(3或3’)形成，所述支承結(jié)構(gòu)支承平臺(tái)(1)，平臺(tái)(1)承載將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能的太陽(yáng)能面板(2)，以方位角和仰角改變所述平臺(tái)(1)的定向，以恒定地使其表面垂直于太陽(yáng)光線的方向，其特征在于用于改變所述平臺(tái)(1)的定向的運(yùn)動(dòng)通過(guò)兩個(gè)致動(dòng)器(4或4’)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述致動(dòng)器分別連接到地面上的固定點(diǎn)(P1o，P2o)以及所述平臺(tái)(1)的另外的頂點(diǎn)(P1，P2)，由于平臺(tái)(1)的所述兩個(gè)頂點(diǎn)(P1，P2)與其兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角α，β相關(guān)聯(lián)，所以導(dǎo)致所述平臺(tái)能繞其中心支承點(diǎn)“O”以兩個(gè)自由度從初始位置旋轉(zhuǎn)到另一最終位置所述兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角中的一個(gè)β繞固定到地面并與平行于地面表面的坐標(biāo)軸(OY)形成角度Φ的傾斜固定軸(O-G1)，而另一角度α繞軸(O-Az)，所述軸(O-Az)垂直于前述傾斜固定軸，包含在所述平臺(tái)1的平面中，并且當(dāng)所述平臺(tái)繞所述傾斜固定軸(O-G1)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述軸(O-Az)改變其傾角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于所述 頂點(diǎn)(Pl, P2)到地面的相應(yīng)固定點(diǎn)(Pl0, P2o)的距離(Dl， D2)與所述平 臺(tái)(l)繞其垂直軸(O-Cl， O-Az)的旋轉(zhuǎn)角(ot， &)保持一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系， 這表明對(duì)于每對(duì)角度(ct ， P)，僅存在一對(duì)所述距離(D1， D2)，并且反 之亦然。
3. 根據(jù)上述權(quán)利要求所述的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于根 據(jù)所在地的坐標(biāo)、 一年中的時(shí)間以及一天中的時(shí)刻，通過(guò)兩個(gè)期望的 角度(oc, (3)來(lái)計(jì)算和確定所述距離(D1， D2)，利用所述致動(dòng)器(4)來(lái) 調(diào)節(jié)和改變所述距離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于所述 致動(dòng)器(4)是液壓缸、心軸或任何其它的能夠固定所述距離(Dl, D2)的 才幾械元件。
5. 根椐權(quán)利要求3所述的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于所述 致動(dòng)器是具有光點(diǎn)反饋的跟蹤裝置，利用所迷跟蹤裝置，在與所述距 離(D1，D2)相反的符號(hào)的增量的情況下，繞所述固定軸(0-G1)的角度(P) 設(shè)法改變，伴隨另一角度(oc)的小的變化，并且在相同符號(hào)的相等增量 的情況下，繞可沿其角度定向并垂直于上述固定軸的軸(O-Gl)的角度 (oc)產(chǎn)生變化，并且對(duì)于小的運(yùn)動(dòng)，將伴隨另一角度(P)的微小變化，這導(dǎo)致在若干可選的反復(fù)運(yùn)動(dòng)中所述平臺(tái)(l)以所述光點(diǎn)為中心。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于所述 平臺(tái)基于框架(5)構(gòu)成，所述框架以傾斜方式安裝在支承件(10)上，所述 致動(dòng)器(4')連接到實(shí)際框架(5)的獨(dú)立點(diǎn)，從而建立所述框架(5)的旋轉(zhuǎn)， 并因此建立所述平臺(tái)繞中心點(diǎn)以兩個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)，具體特征在于， 經(jīng)由"T"型支承件(10)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)平臺(tái)以回轉(zhuǎn)接頭的方式的定向，所 述"T，，型支承件的橫梁(IO，)被屬于框架(5)的橫向軸(9)穿過(guò)，所述框 架能繞所述橫向軸以一定的自由度旋轉(zhuǎn)；使所述"T"型支承件(10)的 垂直中心或段(12)被軸(11)縱向穿過(guò)，所述軸(ll)固定在用于支承所述 平臺(tái)的相應(yīng)固定結(jié)構(gòu)(3')的兩個(gè)支柱(13, 14)之間，以第二自由度旋轉(zhuǎn)。
7. 根椐權(quán)利要求1和4所述的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于 用于操作所述致動(dòng)器(4或4，)的對(duì)應(yīng)液壓系統(tǒng)包括用于預(yù)防由風(fēng)引起 的損壞的裝置，所述裝置包括安裝在液壓流體線路(20)中的一個(gè)或多個(gè) 壓力開(kāi)關(guān)(19)，缸(22)及其活塞(23)加入所述液壓流體線路(20)中，安裝 所述壓力開(kāi)關(guān)(19)以提供信號(hào)，所述信號(hào)指示必須自動(dòng)執(zhí)行承載太陽(yáng)能 面板的平臺(tái)向水平位置運(yùn)動(dòng)的確切時(shí)刻，具有太陽(yáng)能面板的所述平臺(tái) 當(dāng)處于該水平位置時(shí)對(duì)強(qiáng)風(fēng)的阻力最小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1和4所迷的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于 用于操作所述致動(dòng)器(4或4，)的對(duì)應(yīng)液壓系統(tǒng)包括壓力調(diào)節(jié)裝置，所 述壓力調(diào)節(jié)裝置包括一對(duì)油壓氣動(dòng)緩沖器(25),能夠調(diào)節(jié)太陽(yáng)能跟蹤器 的固定結(jié)構(gòu)(3或3，)由于外部原因的影響而承受的突然載荷；具體特 征在于，所述油壓氣動(dòng)緩沖器(25)與對(duì)應(yīng)于液壓系統(tǒng)(22， -23，)的流體 線路(19')平行地連接。
9. 根椐權(quán)利要求8所述的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于所述 油壓氣動(dòng)緩沖器(25)優(yōu)選包括各自的油壓氣動(dòng)膨脹箱。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于 構(gòu)成各自的油壓氣動(dòng)緩沖器(25)的每個(gè)膨脹箱包括內(nèi)部隔膜(28)，作為 箱內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)元件，所述箱具有校準(zhǔn)孔(28),用于排出流體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8到IO所述的雙向太陽(yáng)能跟蹤器，其特征在于 在液壓流體線路(19')中安裝各自的受控止回閥(30),所述油壓氣動(dòng)緩 沖器(25)連接到所述液壓流體線路。
全文摘要
跟蹤器由結(jié)構(gòu)(3)形成，該結(jié)構(gòu)支承平臺(tái)(1)，平臺(tái)(1)承載太陽(yáng)能面板(2)，改變?cè)撈脚_(tái)的方位角和仰角定向，以便跟蹤太陽(yáng)。此運(yùn)動(dòng)通過(guò)兩個(gè)致動(dòng)器(4)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述致動(dòng)器分別連接到地面上的固定點(diǎn)(P1o，P2o)以及平臺(tái)(1)的另外的頂點(diǎn)(P1，P2)，從而導(dǎo)致該平臺(tái)繞其中心支承點(diǎn)“O”旋轉(zhuǎn)。連接致動(dòng)器(4)的點(diǎn)之間距離(D1，D2)與平臺(tái)(1)繞兩個(gè)垂直軸的旋轉(zhuǎn)角(β，α)具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，所述兩個(gè)垂直軸是傾斜的固定軸(O-G1)和另一軸(O-Az)，該軸(O-Az)相對(duì)于第一軸改變其傾角。
文檔編號(hào)F24J2/54GK101680686SQ200780051890
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
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