用于太陽(yáng)能電池板的引導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于太陽(yáng)能電池板的弓I導(dǎo)系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及用于保持和移動(dòng)日光吸收裝置的引導(dǎo)系統(tǒng)的領(lǐng)域，所述日光吸收裝置特別是聚光光伏(CPV)模塊，其中日光在照射到光電池之前首先被光學(xué)系統(tǒng)聚焦(例如透鏡系統(tǒng))。
[0002]為了優(yōu)化日光吸收裝置轉(zhuǎn)換日光為電能的效率，很重要的是能夠利用所述裝置可靠地并精確地追蹤太陽(yáng)穿過天空的運(yùn)動(dòng)軌跡，以保證最理想的太陽(yáng)光接收。
[0003]日光吸收裝置的追蹤或引導(dǎo)動(dòng)作可例如是通過圍繞兩個(gè)軸移動(dòng)所述裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述兩個(gè)軸也就是方位軸和仰角軸。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，圍繞仰角軸的運(yùn)動(dòng)可通過使用在引導(dǎo)系統(tǒng)的外殼的沿著該引導(dǎo)系統(tǒng)的仰角軸的兩端處的兩個(gè)馬達(dá)和齒輪獲得。
[0004]使用兩個(gè)馬達(dá)用于一個(gè)軸不僅比例如只用一個(gè)更昂貴，而且引導(dǎo)系統(tǒng)變得更復(fù)雜并因而更易于出現(xiàn)技術(shù)故障。
[0005]作為一種選擇，進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)利用U形元件將在引導(dǎo)系統(tǒng)的外殼的沿著仰角軸的一端處的單個(gè)仰角軸馬達(dá)和齒輪施加的扭矩傳遞到另一端。然而，這種設(shè)計(jì)僅適合保持和移動(dòng)非常小而輕的日光吸收裝置，小而輕的日光吸收裝置不在U形扭矩傳遞元件上施加太多扭矩和載荷應(yīng)力，這能夠顯著惡化追蹤的精度。
[0006]在EP2063200A1中描述了一種兩軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中單個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)/驅(qū)動(dòng)器被用于圍繞仰角軸保持和移動(dòng)日光吸收表面，其中所述表面被直接安裝到仰角軸驅(qū)動(dòng)器的軸上。這樣的設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)的載荷和扭矩不利的分布，特別是對(duì)于非常大而重的日光吸收表面或裝置來(lái)說(shuō)。
[0007]要解決的技術(shù)問題可被闡述為怎樣改進(jìn)用于保持和移動(dòng)日光吸收裝置(例如聚光光伏(CPV)模塊)的引導(dǎo)系統(tǒng)，特別是就穩(wěn)定性、精度和效率而言。
[0008]以上闡述的問題通過提供以下描述的引導(dǎo)系統(tǒng)而由本發(fā)明來(lái)解決。
[0009]本發(fā)明提供一種引導(dǎo)系統(tǒng)，該引導(dǎo)系統(tǒng)用于保持日光吸收裝置并使其繞方位軸和仰角軸移動(dòng)，該日光吸收裝置特別是太陽(yáng)能電池板或聚光光伏模塊，該引導(dǎo)系統(tǒng)包括:夕卜殼；至少一個(gè)方位驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)方位齒輪單元，所述方位驅(qū)動(dòng)器被構(gòu)造成用于驅(qū)動(dòng)所述方位齒輪單元繞所述方位軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；至少一個(gè)仰角驅(qū)動(dòng)器；至少一個(gè)仰角齒輪單元，所述仰角驅(qū)動(dòng)器被構(gòu)造成用于驅(qū)動(dòng)所述仰角齒輪單元繞所述仰角軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且其中所述仰角齒輪單元被連接到扭矩管的第一端。
[0010]所述扭矩管沿所述仰角軸被可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述外殼內(nèi)，其中所述扭矩管被至少兩個(gè)軸承支撐，優(yōu)選所述扭矩管的每端有一個(gè)軸承，并且其中所述扭矩管的第二端被構(gòu)造成接收并連接到用于承載/支撐一個(gè)或多個(gè)所述日光吸收裝置的支撐臂，并且所述扭矩管進(jìn)一步被構(gòu)造成從仰角齒輪單元傳遞扭矩到所述支撐臂。
[0011]這里的方位軸或者說(shuō)垂直軸應(yīng)被理解為優(yōu)選地平行于重力方向的軸而仰角軸或者說(shuō)水平軸為優(yōu)選地垂直于所述方位軸的軸。然而，仰角軸和方位軸不相互垂直也是可能的。
[0012]進(jìn)一步指出用于承載/支撐一個(gè)或多個(gè)所述日光吸收裝置的支撐臂的概念還可能包括所述支撐臂保持/支撐用于保持一個(gè)或多個(gè)日光吸收裝置的框架結(jié)構(gòu)，所述日光吸收裝置特別地例如是多個(gè)太陽(yáng)能電池板或聚光光伏模塊。
[0013]本發(fā)明的引導(dǎo)系統(tǒng)因此可以在外殼內(nèi)經(jīng)由扭矩管傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0014]所述扭矩管可被軸承支撐，該軸承安裝到外殼。因此，外殼上的支撐臂和日光吸收裝置的重力載荷可與扭矩管上的扭矩載荷解耦。接近于無(wú)重力載荷或僅有大幅減少的重力載荷被傳遞到扭矩管，該扭矩管可產(chǎn)生相比于現(xiàn)有技術(shù)更高精度的引導(dǎo)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0015]其中一個(gè)所述軸承可被集成到仰角驅(qū)動(dòng)器/齒輪單元中。
[0016]換而言之，所述引導(dǎo)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于優(yōu)化一個(gè)或多個(gè)日光吸收裝置的重力載荷導(dǎo)致的應(yīng)力的分布和扭矩載荷的分布。特別地，例如沿安裝到所述裝置的一個(gè)或多個(gè)日光吸收裝置的重力線的主要重力載荷可被引導(dǎo)系統(tǒng)的軸承和外殼支撐，從而所述重力載荷可以與仰角驅(qū)動(dòng)器和仰角齒輪解耦。
[0017]不需要支撐和保持主要的重力載荷，仰角驅(qū)動(dòng)器和仰角齒輪主要用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)所述日光吸收裝置，從而可獲得從仰角驅(qū)動(dòng)器到日光吸收裝置的更穩(wěn)定和更精準(zhǔn)的扭矩傳遞，甚至對(duì)于大而重的日光吸收裝置也是如此。
[0018]扭矩管可360°旋轉(zhuǎn)并可向任意類型的驅(qū)動(dòng)單元傳遞適當(dāng)?shù)呐ぞ??？沙惺芘ぞ馗哌_(dá)300kNm甚至更高的動(dòng)態(tài)載荷。扭矩管也可被適當(dāng)?shù)卦O(shè)定尺寸以便承受任意預(yù)定的靜態(tài)載荷，例如由太陽(yáng)能模塊的重力引起(從50kg/50m2到200kg/200m2或更高)和/或由高風(fēng)速施加在太陽(yáng)能模塊上的壓力引起。然而，所述扭矩管不限于這些物理措施并且其尺寸可根據(jù)具體應(yīng)用以成比例的方式調(diào)整。
[0019]此外，在扭矩管被置于引導(dǎo)系統(tǒng)外殼內(nèi)和/或不需要第二仰角驅(qū)動(dòng)器和齒輪的情況下，可提高引導(dǎo)系統(tǒng)的緊湊性。
[0020]外殼可優(yōu)選為T形，其中“T”的豎條可例如容納方位軸并且“T”的水平條容納仰角軸。這樣的形狀有助于獲得引導(dǎo)系統(tǒng)上的重力載荷分布的更好平衡。
[0021]轉(zhuǎn)動(dòng)盤可被附接到扭矩管的第二端，并且所述盤可被構(gòu)造成接收并連接到用于承載/支撐一個(gè)或多個(gè)日光吸收裝置的支撐臂，并且其中扭矩管可被構(gòu)造成從仰角齒輪單元傳遞扭矩到所述盤。
[0022]這樣，可獲得從扭矩管到所述支撐臂的更好的扭矩傳遞，和/或當(dāng)來(lái)自被仰角驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的仰角齒輪單元的扭矩被施加在扭矩管上時(shí)，扭矩管上的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力進(jìn)一步減少。
[0023]進(jìn)一步，引導(dǎo)系統(tǒng)還可包括附接到扭矩管的第一端的轉(zhuǎn)動(dòng)盤，并且所述第二轉(zhuǎn)動(dòng)盤可被構(gòu)造成接收并連接到用于承載/支撐一個(gè)或多個(gè)其它日光吸收裝置或用于承載配重以平衡附接到扭矩管的第二端的日光吸收裝置的重力的第二支撐臂，并且其中扭矩管被構(gòu)造成從仰角齒輪單元傳遞扭矩到所述盤。
[0024]另選地，用于承載/支撐一個(gè)或多個(gè)其它日光吸收裝置或用于承載配重的所述第二支撐臂還可以被直接安裝到扭矩管的第一端而不需要轉(zhuǎn)動(dòng)盤。
[0025]在例如一個(gè)或多個(gè)日光吸收裝置被安裝到引導(dǎo)系統(tǒng)的扭矩管的每一端處的情況下，仰角驅(qū)動(dòng)器和仰角齒輪單元可通過經(jīng)由扭矩管傳遞的扭矩圍繞仰角軸移動(dòng)所安裝的所有日光吸收裝置。
[0026]方位齒輪單元和/或仰角齒輪單元可為下列類型中的一個(gè)或它們的組合:蝸輪、正齒輪或斜齒輪。
[0027]所述蝸輪可為包絡(luò)蝸輪，即其中蝸桿的輪廓和齒輪齒可相互適配以便增大它們的接觸面。
[0028]蝸桿輪廓和齒輪齒之比或兩個(gè)齒輪之比和/或它們的尺寸可成比例地取決于日光吸收裝置的表面積，其中較小表面積可被小齒輪齒數(shù)比和/或齒輪尺寸驅(qū)策。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的引導(dǎo)系統(tǒng)可操縱每個(gè)日光吸收裝置的達(dá)50m2、100m2、150m2、200m2或更大的表面積并且所述日光吸收裝置可具有達(dá)50kg、100kg、150kg、200kg或更大的重量。
[0030]還有，方位齒輪單元和/或仰角齒輪單元可為自鎖定的，這可以改善引導(dǎo)系統(tǒng)的操作安全性。
[0031]引導(dǎo)系統(tǒng)的軸承可為滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承，優(yōu)選地是單列或雙列滾珠軸承。
[0032]軸向或徑向滾針軸承，或圓錐滾子軸承，或這些軸承的組合也是可行的。
[0033]扭矩管的材料可包括金屬、鋼或碳，優(yōu)選的材料例如是歐洲結(jié)構(gòu)等級(jí)S275或S355的鋼。
[0034]扭矩管可具有例如達(dá)320mm以上的外徑，和/或達(dá)12mm以上的厚度，和/或達(dá)1200mm以上的長(zhǎng)度，并且在兩端具有寬度達(dá)10mm、20mm或更大的邊緣。
[0035]對(duì)于齒輪單元來(lái)說(shuō)，扭矩管和/或外殼的尺寸可與日光吸收裝置的表面積成比例和/或與支撐臂的尺寸成比例，以便獲得更好的定制以及制作及材料成本的經(jīng)濟(jì)性。
[0036]太陽(yáng)追蹤單元于是可例如包括上述的引導(dǎo)系統(tǒng)和一個(gè)或多個(gè)聚光光伏模塊。
[0037]在根據(jù)本發(fā)明的用于保持日光吸收裝置并使其繞方位軸和仰角軸移動(dòng)的方法中，所述日光吸收裝置特別是太陽(yáng)能電池板或聚光光伏模塊，仰角驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)仰角齒輪單元圍繞所述仰角軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且扭矩管可傳遞扭矩到用于一個(gè)或多個(gè)所述裝置的支撐臂，所述扭矩管的第一端連接到所述仰角齒輪單元并且所述扭轉(zhuǎn)管所述系統(tǒng)的仰角軸被可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在外殼內(nèi)，其中所述支撐臂被附接到扭矩管的第二端。
[0038]以下附圖示例性代表根據(jù)本發(fā)明的引導(dǎo)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式:
[0039]圖1:根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的引導(dǎo)系統(tǒng)的扭矩管。
[0040]圖2a:根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的用于保持和移動(dòng)日光吸收裝置的引導(dǎo)系統(tǒng)。
[0041]圖2b:具有集成軸承的示例性仰角驅(qū)動(dòng)器和仰角齒輪單元。
[0042]圖3:根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式的太陽(yáng)追蹤單元。
[0043]圖1中示出了基于本發(fā)明的引導(dǎo)系統(tǒng)的示例性扭矩管100。
[0044]扭矩管100可具有達(dá)320mm以上的外徑100，和/或達(dá)12mm以上的厚度(S卩，外徑104和內(nèi)徑103之差)，和/或達(dá)1200mm以上的長(zhǎng)度109，并具有位于兩端101、102處的具有達(dá)10mm、20mm或更大的寬度110的邊緣或法蘭106、107。
[0045]扭矩管的外形可為圓柱形，但其它的外形例如立方體形也可以。
[0046]扭矩管100的材料可包括金屬、鋼或碳，優(yōu)選的材料例如是歐洲結(jié)構(gòu)等級(jí)S275或S355的鋼。
[0047]邊緣或法蘭106、107可具有孔，這些孔用于通過例如螺釘或螺栓將扭矩管100附接到例如齒輪單元和/或轉(zhuǎn)動(dòng)盤和/或支撐臂，如以下圖2和圖3進(jìn)一步所示。然而，其它用于將扭矩管100附接到進(jìn)一步元件的方法也是可行的，例如通過焊接或