单轴跟踪型柔性支架光伏发电装置的制作方法

1.本发明涉及一种光伏发电装置，尤其涉及一种采用柔性支架的单轴跟踪型光伏发电装置。


背景技术：

2.采用柔性支架的光伏发电装置通常是将光伏组件安装在具有不同高度的前后两钢索上，钢索绷紧且两端固连在钢索支架上，这样，光伏组件架设于空中，既不占用宝贵的土地资源也无需屋顶资源即可生产出清洁光伏能源。光伏组件吸收太阳辐照能量生产出电能，其发电效率与所吸收到的太阳辐照能量密切相关，其理想状态是光伏组件的受光面与太阳光线处于垂直状态，在常规的由刚性支架的构成的光伏发电装置中，为了得到较高的光伏发电效率，可采用组件安装角度可调的光伏支架来实现对太阳位置的单轴或双轴跟踪，但是在普通的柔性支架光伏发电装置中，钢索两端固连在钢索支柱上并利用钢索张紧装置张拉绷紧于两钢架立柱之间，在此状态下，钢索支柱顶部会承受较大的弯矩，因而还需要在钢索支柱外侧加设张拉装置或者在钢索支柱内侧加设支撑构件来保证钢索支柱的刚性，这样的柔性支架光伏发电装置要想实现光伏组件安装角度的调节是很困难的。此外，安装于前后两根钢索上的光伏组件的下侧边与两钢索之间有四个接触连接点位，每个点位通常都需要通过紧固连接构件并由一个以上的连接螺栓来使光伏组件与钢索固连，这对于位于空中的光伏组件与钢索之间的连接是很不方便的，既费时又费工，安装建设效率很低。


技术实现要素：

3.针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种单轴跟踪型柔性支架光伏发电装置，它能调节钢索高度以满足对太阳位置的单轴跟踪的要求，并且能使光伏组件与钢索之间连接结构简单、安装固定方便。
4.为了解决上述技术问题，本发明的一种单轴跟踪型柔性支架光伏发电装置，包括光伏组件、前后两钢索，每一钢索由两钢索支柱通过钢索支撑轮支撑且两端固连在地基上的，钢索支柱包括与地基固连的支柱固定部及与支柱固定部活动连接的支柱活动部，在支柱活动部与支柱固定部之间设有张力弹簧，至少有一钢索所对应的两钢索支柱在支柱活动部的顶部转动支承有两钢索支撑轮，在该两钢索支柱的支柱活动部上还设有钢索过桥轮，在该两钢索支柱的支柱固定部上沿支柱固定部轴向活动支承有钢索升降轮，该钢索升降轮通过升降支座与升降驱动装置传动连接；该钢索端部依次绕过对应钢索支柱上的一钢索支撑轮、钢索过桥轮、钢索升降轮和另一钢索支撑轮后与地基固连；每一所述光伏组件通过四夹持块安装在前后两钢索上，该夹持块包括夹持块本体，在夹持块本体上设有卡槽，在夹持块本体上还设有钢索过槽，该钢索过槽的宽度a大于钢索直径d，钢索过槽宽度方向的中心平面b与卡槽宽度方向的中心平面c垂直，所述光伏组件上组件边框的下折边插置于所述卡槽内上侧，与组件边框的下折边外侧贴合的钢索穿置于卡槽与钢索过槽中，在夹持块本体上转动支承有偏心夹持轮，该偏心夹持轮的支承轴线位于卡槽下方且与钢索过槽宽度方向
的中心平面b垂直，偏心夹持轮的外周设有与钢索表面相对应的环形凹槽，在偏心夹持轮上设有夹紧手柄，所述光伏组件通过夹持块本体及偏心夹持轮与钢索固连。
5.采用上述技术方案后，设有两钢索支撑轮、钢索过桥轮及钢索升降轮的两钢索支柱成为高度可调节的钢索支柱，其所支撑的钢索的高度由支柱活动部的高度位置确定，而该支柱活动部的高度取决于钢索两端点到对应钢索支撑轮之间的距离与左右两钢索支柱上的钢索支撑轮之间的距离之和，该钢索两端点到对应钢索支撑轮之间的距离与左右两钢索支柱上的钢索支撑轮之间的距离之和可以称之为钢索作用长度，该钢索作用长度增加时，支柱活动部将在支柱活动部与支柱固定部之间的张力弹簧的作用下升高位置，反之则降低位置；由于钢索端部依次绕过对应钢索支柱上的一钢索支撑轮、钢索过桥轮、钢索升降轮和另一钢索支撑轮后与地基固连，则钢索的实际长度必然大于钢索作用长度，钢索的实际长度与钢索作用长度的差即为两倍的从一钢索支撑轮经钢索过桥轮绕过钢索升降轮到另一钢索支撑轮之间的距离，该距离可以称之为钢索调节长度，也就是说，决定钢索高度的钢索作用长度可以通过钢索调节长度来改变，当钢索升降轮上升而缩短其与钢索支撑轮之间的距离后，钢索调节长度变短，相应地钢索作用长度变长，支柱活动部就可以在张力弹簧的作用下升高位置，反之则降低位置，从而可以实现钢索高度的调节。
6.由于钢索升降轮通过升降支座与升降驱动装置传动连接，则钢索升降轮可以通过升降驱动装置由控制系统自动调节高度位置从而使钢索的高度位置得以调节，在用以安装光伏组件的前后两钢索中只要有一钢索高度被控制系统通过升降驱动装置自动调节后，即可改变光伏组件的安装角度，因此光伏组件可以在控制系统的调控下通过改变钢索升降轮的高低位置而随太阳位置高度或左右位置的变化来改变安装角度，从而满足对太阳位置的单轴跟踪要求。
7.此外，光伏组件与钢索之间在每一接触连接点位处通过夹持块固定连接，光伏组件上组件边框的下折边以及钢索位于卡槽内，组件边框下折边的内侧面与夹持块上卡槽的上侧面贴合，在夹持块本体上转动支承的偏心夹持轮位于与组件边框下折边外侧面（即光伏组件的下侧面）相贴合的钢索的下方，通过扳动夹紧手柄使偏心夹持轮转动，可使偏心夹持轮与钢索表面相对应的环形凹槽的表面至卡槽上侧面之间的距离逐步减小，从而可以压迫钢索与光伏组件下侧面紧紧地贴合，从而保证了光伏组件与钢索之间固定连接，结构简单、可靠；所设置的钢索过槽可以使夹持块本体上卡槽的上方部位越过钢索而使夹持块卡插到组件边框的下折边，夹持块的安装非常方便，而光伏组件与钢索之间的固定连接过程也只需扳动夹紧手柄即可，操作亦非常方便，偏心夹持轮的外周所设的与钢索表面相对应的环形凹槽使得偏心夹持轮与钢索之间具有较大的接触面积，进一步保证了夹持的可靠。
8.本发明的一种优选实施方式，所述两钢索支撑轮通过同一支承轴转动支承在支柱活动部的顶部。采用该实施方式，可以简化支柱活动部顶部的结构。
9.本发明的另一种优选实施方式，所述钢索过桥轮转动支承在过桥轮支座上，过桥轮支座固连在支柱活动部上端。采用该实施方式，可便于钢索过桥轮的安装。
10.本发明的又一种优选实施方式，所述钢索升降轮转动支承在升降支座上，升降支座活动支承于支柱固定部的侧面与升降驱动装置传动连接。采用该实施方式，既便于钢索升降轮的升降，也使得钢索升降轮在升降调节过程中可以随所绕过的钢索的相对移动而转动，调节过程更便捷。
11.本发明进一步的优选实施方式，所述升降支座通过导轨活动支承于支柱固定部的侧面。采用该实施方式，升降支座可以在导轨的限位下作直线移动且运动阻力小。
12.本发明另一进一步的优选实施方式，所述升降驱动装置包括转动支承在支柱固定部上的丝杆，丝杆一端通过蜗轮螺杆副与驱动电机传动连接，丝杆的另一端与升降支座旋接。采用该实施方式，升降驱动装置结构紧凑、刚性好、传递力矩大，且便于控制升降支座的行程，可以满足调节驱动要求。
13.本发明又一进一步的优选实施方式，在所述钢索上设有钢索张紧器。采用该实施方式，所设置的钢索张紧器可以调节钢索的实际长度，一方面可以在较为松弛的状态下进行柔性支架的安装，另一方面可以较为准确地调节确定钢索的初始高度，保证对太阳位置跟踪的效果。
14.本发明更进一步的优选实施方式，所述环形凹槽的截面轮廓为圆弧，该圆弧的半径与钢索半径相对应。采用该实施方式，可以保证环形凹槽与钢索之间相互吻合，接触良好、夹持可靠。
15.本发明另一更进一步的优选实施方式，所述偏心夹持轮通过芯轴转动支承在夹持块本体上，芯轴两端与夹持块本体固连。采用该实施方式，偏心夹持轮与夹持块本体之间连接方便，连接结构简单。
16.本发明又一更进一步的优选实施方式，所述夹紧手柄设置于偏心夹持轮的外周。采用该实施方式，可便于对偏心夹持轮的操作，进一步保证连接固定方便。
附图说明
17.下面结合附图和具体实施例对本发明单轴跟踪型柔性支架光伏发电装置作进一步的详细说明。
18.图1是本发明单轴跟踪型柔性支架光伏发电装置一种具体实施方式的结构示意图；图2是图1所示结构中右侧带有钢索升降轮等高度调节构件的钢索支柱及相关构件的放大视图；图3是图2的a向视图；图4是图1所示结构中光伏组件与钢索连接关系的结构示意图；图5是图4所示结构中夹持块相关构件的结构示意图；图6是图5的俯视图；图7是图5的左侧视图。
19.图中：1-钢索、2-光伏组件、201-下折边、3-钢索支柱、31-张力弹簧、32-支柱活动部、33-支柱固定部、4-钢索张紧器、5-升降驱动装置、6-钢索升降轮、7-升降支座、8-导轨、9-钢索过桥轮、10-过桥轮支座、11-钢索支撑轮、12-支承轴、13-丝杆、14-蜗轮螺杆副、15-驱动电机、16-夹持块、17-夹持块本体、18-卡槽、19-偏心夹持轮、20-芯轴、21-夹紧手柄、22-钢索过槽、23-环形凹槽。
具体实施方式
20.在图1和图2所示的单轴跟踪型柔性支架光伏发电装置中，光伏组件2安装在前后
两钢索1上，前后两钢索1具有不同的高度，使其上的光伏组件2与水平面之间形成一倾角α以便更多地吸收太阳光辐照；每一钢索1由左右两钢索支柱3通过钢索支撑轮11支撑，钢索1两端固连在地基上，在钢索1上设有2钢索张紧器4，钢索张紧器4优选为通用的索具螺旋扣，钢索张紧器4串接于左右两侧的钢索支柱3之外的钢索1上；钢索支柱3包括与地基固连的支柱固定部33及与支柱固定部33活动连接的支柱活动部32，支柱固定部33的横截面优选为矩形，支柱活动部32 套插于支柱固定部33上，在支柱活动部32与支柱固定部33之间设有张力弹簧31，为了减少钢索支柱3受弯变形，钢索支柱3向外侧倾斜设置。
21.图1中处于后部的钢索1直接由支柱活动部32顶端的一钢索支撑轮11支撑，其高度基本稳定不变，钢索1的张紧由支柱活动部32与支柱固定部33之间的张力弹簧31保持；参见图3，图1中处于前部的钢索1所对应的两钢索支柱3在支柱活动部32的顶部均转动支承有两钢索支撑轮11，两钢索支撑轮11通过同一支承轴12转动支承在支柱活动部32的顶部，支承轴12与支柱活动部32固连，两钢索支撑轮11分别转动支承在支承轴12上，在该两钢索支柱3的支柱活动部32上还设有钢索过桥轮9，钢索过桥轮9转动支承在过桥轮支座10上，过桥轮支座10固连在支柱活动部32上端，在该两钢索支柱3的支柱固定部33上沿支柱固定部33轴向活动支承有钢索升降轮6，该钢索升降轮6通过升降支座7与升降驱动装置5传动连接，作为优选实施方式，钢索升降轮6转动支承在升降支座7上，升降支座7活动支承于支柱固定部33的侧面且是通过导轨8活动支承于支柱固定部33的侧面并与升降驱动装置5传动连接，导轨8可以是直线导轨副或直线轴承副或是滑动配合类导轨，升降驱动装置5包括转动支承在支柱固定部33上的丝杆13，丝杆13一端通过蜗轮螺杆副14与驱动电机15传动连接，驱动电机15可为伺服电机或步进电机，驱动电机15由控制系统控制适时运转，丝杆13的另一端与升降支座7旋接；该钢索1的端部依次绕过对应侧钢索支柱3上的一钢索支撑轮11、钢索过桥轮9、钢索升降轮6和另一钢索支撑轮11后与地基固连。在工作过程中，随着太阳位置的高低或左右变化，在控制系统的调控下驱动电机15适时断续运转，通过升降驱动装置5改变钢索升降轮6的位置使得钢索活动部32及其顶端的钢索支承轮11高度发生变化，由钢索支撑轮11支撑的柔性的钢索1随之改变高低位置从而使安装光伏组件2的钢索1部位的高度产生相应变化，相应使得光伏组件2的倾斜角度α能随太阳的位置产生变化，光伏组件2的受光面能与太阳光线尽可能垂直，实现对太阳位置的单轴跟踪，位于支柱固定部33与支柱活动部32之间的张力弹簧31使得钢索1保持适当的张力，保证了光伏组件2倾斜角度改变的实现。
22.如图4所示，每一所述光伏组件2通过四夹持块16安装在前后两钢索1上，参见图5、图6和图7，夹持块16包括夹持块本体17，在夹持块本体17上设有卡槽18，在夹持块本体17上还设有钢索过槽22，钢索过槽22与卡槽18贯通设置，如图7所示，钢索过槽22的槽底为圆弧形，该圆弧形的槽底的半径与钢索1的半径相对应，钢索过槽22的宽度a大于钢索直径d，钢索过槽22宽度方向的中心平面b与卡槽18宽度方向的中心平面c垂直，光伏组件2上组件边框的下折边201插置于卡槽18内上侧，下折边201内侧表面与卡槽18上侧表面贴合，与组件边框的下折边201外侧贴合的钢索1穿置于卡槽18与钢索过槽22中；在夹持块本体17上转动支承有偏心夹持轮19，该偏心夹持轮19的支承轴线位于卡槽18下方且与钢索过槽22宽度方向的中心平面b垂直，作为优选实施方式，偏心夹持轮19通过芯轴20转动支承在夹持块本体17上，偏心夹持轮19活动套接在芯轴20上，芯轴20两端与夹持块本体17固连，芯轴20轴线与偏心夹持轮19中心轴线的偏差所形成的偏心距保证了光伏组件2的组件边框的下折边201
与钢索1能方便地插入卡槽18内并通过偏心夹持轮19的转动而被可靠紧固连接；偏心夹持轮19的外周设有与钢索1表面相对应的环形凹槽23，环形凹槽23的截面轮廓为圆弧，该圆弧的半径与钢索1半径相对应；在偏心夹持轮19上设有夹紧手柄21，夹紧手柄21设置于偏心夹持轮19的外周，扳动夹紧手柄21使偏心夹持轮21转动便可使光伏组件2通过夹持块本体17及偏心夹持轮19与钢索1固连。
23.以上仅列举了本发明的一些优选实施方式，但本发明并不局限于此，还可以作出许多的改进和变换。如所述处于后部的钢索1也可以不是直接由支柱活动部32顶端的一钢索支撑轮11支撑其高度基本稳定不变，而可以是也采用所对应的两钢索支柱3在支柱活动部32的顶部均转动支承有两钢索支撑轮11，并且安装相应的钢索过桥轮9和钢索升降轮6，与处于前部的钢索1一样同样具有高度调节功能，还可以是处于后部的钢索1采用具有高度调节功能的结构而处于前部的钢索1采用现有技术的结构高度基本稳定不变，均同样能实现对太阳位置单轴跟踪的要求；所述支柱固定部33的横截面也可以不是为矩形，而可以是为圆形；所述升降支座7也可以不是通过导轨8活动支承于支柱固定部33的侧面，而可以是通过设置于支柱固定部33侧面的导槽活动支承于支柱固定部33的侧面。如此等等，只要是在本发明基本原理基础上所作出的改进与变换，均应视为落入本发明的保护范围内。