光伏电站跟踪调节系统的制作方法

1.本发明涉及一种光伏电站跟踪调节系统，将光伏支架和光伏阵列划分为上、中、下三段，采用中段固定、上段和下段分别独立调节角度的方案，通过缆绳将各排光伏阵列连接在一起、进行统一调节，结构简单、耐用、能够实现精确的调节目标；属于光伏电站技术领域。


背景技术：

2.现有的用于光伏电站的跟踪式支架系统，存在结构复杂、与支架系统结合度高等问题。在露天环境中跟踪支架的使用寿命难以与光伏电站的寿命周期（大于15年）同步，进而在光伏电站运行过程中出现机械故障或老化时进行维修和更换的工程量都较大。
3.在中国专利申请“2020111411987分段调节光伏板角度的光伏电站调节方法”中，公开了一种将光伏阵列划分为三段，并采用中段固定、上段和下段分别独立调节角度的方案。但是，该申请中并未对具体的跟踪调节系统进行机械设计。基于该方案，采用化整为零的调节方法，实际上放宽了跟踪调节系统的机械结构设计的限制条件，也就有了更灵活的设计空间。
4.综上所述，如何设计一种基于分段调节的简单、实用的光伏电站跟踪调节系统成为了一个有待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是设计一种光伏电站跟踪调节系统，通过缆绳将各排光伏阵列连接在一起、进行统一调节，结构简单、耐用、能够实现精确的调节目标。
6.本发明的技术方案是：光伏电站中包括若干排光伏阵列，将各排光伏阵列至少分为相互连接的三段，即上段光伏阵列、中段光伏阵列、下段光伏阵列；中段光伏阵列的安装倾角a为固定值、不能调节；上段光伏阵列的倾角a1和下段光伏阵列的倾角a2能够分别进行调节；其特征在于：所述光伏电站跟踪调节系统由若干组跨越光伏阵列上方的缆绳驱动装置构成；通过若干组缆绳驱动装置共同实现对上段光伏阵列的倾角a1，或/和，下段光伏阵列的倾角a2的调节；所述缆绳驱动装置包括第一立柱、第二立柱、主支承缆绳、第一主动缆绳、第二主动缆绳，还包括若干第一从动缆绳和若干第二从动缆绳；所述第一立柱和所述第二立柱分别设置于若干排光伏阵列的两侧；所述第一立柱和所述第二立柱中设有主缆绳拉紧机构和两组驱动机构；两组驱动机构分别是第一驱动机构、第二驱动机构；主缆绳拉紧机构用于将主支承缆绳贯穿第一立柱和第二立柱，固定且处于拉紧状态；第一驱动机构用于将第一主动缆绳贯穿第一立柱和第二立柱并能够做往复调节；第二驱动机构用于将第二主动缆绳贯穿第一立柱和第二立柱并能够做往复调节；
主支承缆绳上设有若干个滑轮机构，所述滑轮机构的上端固定在主支承缆绳上，下端包括三组滑轮：第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮；具体连接结构包括：第一，所述滑轮机构位于各上段光伏阵列的上边缘的上方，第一滑轮用于与第一主动缆绳滑动连接、第二滑轮用于与第二主动缆绳滑动连接、第三滑轮用于与第一从动缆绳滑动连接；第一从动缆绳的上端固定在第一主动缆绳上、穿过第三滑轮后下端与上段光伏阵列的上边缘的铰链固定连接；通过第一驱动机构对第一主动缆绳进行往复调节，带动第一从动缆绳、并带动上段光伏阵列改变倾角a1；第二，所述滑轮机构位于各下段光伏阵列的下边缘的上方，第一滑轮用于与第一主动缆绳滑动连接、第二滑轮用于与第二主动缆绳滑动连接、第三滑轮用于与第二从动缆绳滑动连接；第二从动缆绳的上端固定在第二主动缆绳上、穿过第三滑轮后下端与下段光伏阵列的下边缘的铰链固定连接；通过第二驱动机构对第二主动缆绳进行往复调节，带动第二从动缆绳、并带动下段光伏阵列改变倾角a2。
7.需要说明的是，所述滑轮机构分别与上段光伏阵列和下段光伏阵列相对应、第一从动缆绳与上段光伏阵列相对应、第二从动缆绳与下段光伏阵列相对应，即分别对应于第一立柱和第二立柱所跨越的光伏阵列排数；因此，所述第一从动缆绳和第一从动缆绳的数量均与光伏阵列排数相同，所述滑轮机构的总数量是光伏阵列排数的两倍。
8.进一步的，所述主缆绳拉紧机构至少包括主缆放线轮、主缆张紧轮、主缆收线轮；主缆放线轮和主缆收线轮分别与第一立柱和第二立柱固定连接，主支承缆绳依次穿过主缆放线轮、主缆张紧轮、主缆收线轮；通过主缆放线轮、主缆张紧轮和主缆收线轮共同作用使得主支承缆绳保持固定且处于拉紧状态。
9.进一步的，所述的驱动机构至少包括两个驱动轮，即驱动轮一和驱动轮二，两个驱动轮分别与第一立柱和第二立柱固定连接；所述的第一主动缆绳或第二主动缆绳缠绕在两个驱动轮上，通过两个驱动轮的反向运动、使得第一主动缆绳或第二主动缆绳处于拉紧状态；所述的往复调节是：当驱动轮一执行放线操作、驱动轮二执行收线操作时，能够使得缆绳主体向驱动轮二的方向滑移；当驱动轮二执行放线操作、驱动轮一执行收线操作时，能够使得缆绳主体向驱动轮一的方向滑移。
10.进一步的，所述的驱动机构还包括一个或多个张紧轮，用于使得第一主动缆绳或第二主动缆绳处于拉紧状态。
11.进一步的，与驱动轮配套的机械结构包括：电机、限位盘和插拔式电磁阀，限位盘和驱动轮固定安装在电机的驱动轴上，限位盘中设有若干个限位孔；在静止状态下，插拔式电磁阀上的销插入限位盘的一个限位孔中，使得驱动轴和驱动轮无法转动；当驱动轮需要转动时，首先启动电机、并将插拔式电磁阀上的销从限位盘的限位孔中拔出，然后由电机带动驱动轮转动，转动到位后再将插拔式电磁阀上的销插入限位盘的一个限位孔中，使得驱动轴和驱动轮无法转动。
12.进一步的，所述的电机是步进电机。步进电机在通电后的静止状态下时能够维持静态力矩，防止驱动轮失控。
13.进一步的，所述的限位盘的限位孔的截面积大于插拔式电磁阀上的销的截面积。
当电机形成静态力矩时，有利于消除销所受的横向剪切力、便于插拔。
14.本发明的有益效果是：1、本发明的缆绳驱动装置，结构简单、故障率低、易于操作和维护；2、本发明的调节系统的主体位于光伏阵列的上方，与底部的支架相对独立、不需要在每个支架中安装驱动机构或联动机构，若出现机械问题比较容易更换；3、通过第一主动缆绳、第二主动缆绳、第一从动缆绳、第二从动缆绳，将若干排光伏阵列串联成一个整体，能够很方便的实现对各排光伏阵列的同步调节。
附图说明
15.图1是本发明的光伏电站的俯视图；图2是光伏阵列分段示意图；图3是本发明的缆绳驱动装置的正视图；图4是与图3对应的翻转180度的缆绳驱动装置的正视图；图5是本发明的滑轮机构截面图a-a；图6是本发明的滑轮机构截面图b-b；图7是本发明的缆绳驱动装置调节过程原理图（一）；图8是本发明的缆绳驱动装置调节过程原理图（二）；图9是本发明的驱动机构结构示意图；图10是本发明的驱动机构结构示意图c-c；其中：图3中包含第一主动缆绳、第一从动缆绳和第一固定器连接位置的局部放大图（俯视）；图4中包含第二主动缆绳、第二从动缆绳和第二固定器连接位置的局部放大图（俯视）；在图7、图8中，为了便于表述将缆绳驱动装置进行旋转展开至一个平面之中；图中标号：101：上段光伏阵列、102：中段光伏阵列、103：下段光伏阵列、104：光伏支架、105：第一立柱、106：第二立柱；2：主支承缆绳；3：第一主动缆绳、301：第一从动缆绳、302：第一固定器；4：第二主动缆绳、401：第二从动缆绳、402：第二固定器；5：滑轮机构、501：第一滑轮、502：第二滑轮、503：第三滑轮、504：主缆绳固定器；6：主缆绳拉紧机构、601：主缆放线轮、602：主缆张紧轮、603：主缆收线轮；7：第一驱动机构、701：第一驱动轮一、702：第一张紧轮、703：第一驱动轮二；8：第二驱动机构、801：第二驱动轮一、802：第二张紧轮、803：第二驱动轮二；9：铰链；10：电机、1001：驱动轴、1002：支撑框架、1003：驱动轮；11：限位盘、1101：限位孔；12：插拔式电磁阀、1201：销。
具体实施方式
16.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
17.如图1所示，该光伏电站的示例中包括六排光伏阵列，将各排光伏阵列分为相互连接的三段、各段光伏阵列之间通过铰链9相互连接，即上段光伏阵列101、中段光伏阵列102、下段光伏阵列103；如图2所示，中段光伏阵列102的安装倾角a为固定值、不能调节；上段光伏阵列101的倾角a1和下段光伏阵列103的倾角a2能够分别进行调节；所述光伏电站跟踪调节系统由若干组跨越光伏阵列上方的缆绳驱动装置构成；通过若干组缆绳驱动装置共同实现对上段光伏阵列的倾角a1，或/和，下段光伏阵列的倾角a2的调节；如图1所示，有三组缆绳驱动装置贯穿光伏阵列并共同对光伏阵列进行调节；具体需要使用多少组缆绳驱动装置、应依据光伏阵列的具体长度而定。
18.所述缆绳驱动装置包括第一立柱105、第二立柱106、主支承缆绳2、第一主动缆绳3、第二主动缆绳4，还包括若干第一从动缆绳301和若干第二从动缆绳401；所述第一立柱105和所述第二立柱106分别设置于若干排光伏阵列的两侧；所述第一立柱105和所述第二立柱106中设有主缆绳拉紧机构6和两组驱动机构；两组驱动机构分别是第一驱动机构7、第二驱动机构8；主缆绳拉紧机构6用于将主支承缆绳2贯穿第一立柱105和第二立柱106，固定且处于拉紧状态；第一驱动机构7用于将第一主动缆绳3贯穿第一立柱105和第二立柱106，能够处于拉紧状态，并能够做往复调节；第二驱动机构8用于将第二主动缆绳4贯穿第一立柱105和第二立柱106，能够处于拉紧状态，并能够做往复调节；主支承缆绳2上设有若干个滑轮机构5，所述滑轮机构5的上端通过主缆绳固定器504固定在主支承缆绳2上，下端包括三组滑轮：第一滑轮501、第二滑轮502、第三滑轮503；具体连接结构包括：第一，所述滑轮机构5位于各上段光伏阵列101的上边缘的上方，第一滑轮501用于与第一主动缆绳3滑动连接、第二滑轮502用于与第二主动缆绳4滑动连接、第三滑轮503用于与第一从动缆绳301滑动连接；第一从动缆绳301的上端通过第一固定器302固定在第一主动缆绳3上、穿过第三滑轮503后下端与上段光伏阵列101的上边缘的铰链9固定连接；通过第一驱动机构7对第一主动缆绳3进行往复调节，带动第一从动缆绳301、并带动上段光伏阵列101改变倾角a1；其中，第一从动缆绳301的长度为l1，从第一固定器302到滑轮机构5的长度为l12，从滑轮机构5到上段光伏阵列101的上边缘的铰链9的长度为l11，l1=l11 l12，l11和l12的长度会随着第一驱动机构7对第一主动缆绳3进行往复调节时产生变化；第二，所述滑轮机构5位于各下段光伏阵列103的下边缘的上方，第一滑轮501用于与第一主动缆绳3滑动连接、第二滑轮502用于与第二主动缆绳4滑动连接、第三滑轮503用于与第二从动缆绳401滑动连接；第二从动缆绳401的上端通过第二固定器402固定在第二主动缆绳4上、穿过第三滑轮503后下端与下段光伏阵列103的下边缘的铰链9固定连接；通过第二驱动机构8对第二主动缆绳4进行往复调节，带动第二从动缆绳401、并带动下段光伏阵列103改变倾角a2；
其中，第二从动缆绳401的长度为l2，从第二固定器402到滑轮机构5的长度为l22，从滑轮机构5到下段光伏阵列103的下边缘的铰链9的长度为l21，l2=l21 l22，l21和l22的长度会随着第二驱动机构8对第二主动缆绳4进行往复调节时产生变化。
19.需要说明的是，由于篇幅限制图3、图4中仅包含了两排光伏阵列，实际可以扩展为更多排的光伏阵列。
20.所述主缆绳拉紧机构6至少包括主缆放线轮601、主缆张紧轮602、主缆收线轮603；主缆放线轮601和主缆收线轮603分别与第一立柱105和第二立柱106固定连接，在第一立柱105的外侧固定设置主缆放线轮601和主缆张紧轮602，在第二立柱106的外侧固定设置主缆张紧轮602和主缆收线轮603；主支承缆绳2依次穿过主缆放线轮601、两个主缆张紧轮602、主缆收线轮603；通过主缆放线轮601、主缆张紧轮602和主缆收线轮603共同作用使得主支承缆绳2保持固定且处于拉紧状态。
21.需要说明的是，由于主支承缆绳2起到承重作用，因此在使用过程中需要保持固定且处于拉紧状态，并且主支承缆绳2应选用比其他缆绳直径更大、强度更高的钢缆。
22.所述的驱动机构至少包括两个驱动轮，即驱动轮一和驱动轮二，两个驱动轮分别与第一立柱105和第二立柱106固定连接；所述的第一主动缆绳3或第二主动缆绳4缠绕在两个驱动轮上，通过两个驱动轮的反向运动、使得第一主动缆绳3或第二主动缆绳4处于拉紧状态；所述的往复调节是：当驱动轮一执行放线操作、驱动轮二执行收线操作时，能够使得缆绳主体向驱动轮二的方向滑移；当驱动轮二执行放线操作、驱动轮一执行收线操作时，能够使得缆绳主体向驱动轮一的方向滑移。
23.所述的驱动机构还包括一个或多个张紧轮。
24.需要说明的是，在每次调节到位后，对于驱动机构中的两个驱动轮，首先将其中一个驱动轮锁定不动，然后驱动另一个驱动轮作收线动作，使得缆绳处于完全张紧状态后再将另一个驱动轮锁定。
25.具体的，如图1、图3、图4所示，第一主动缆绳3和第二主动缆绳4分别位于主支承缆绳2的下方的两侧；第一从动缆绳301和第二从动缆绳401位于主支承缆绳2的正下方；第一驱动机构7、第二驱动机构8均设置在第一立柱105和第二立柱106的内侧、并呈现左右对称分布。在第一立柱105和第二立柱106上分别设置若干个三角支撑框架、用于安装各个驱动轮和张紧轮，包括：第一驱动机构7包括在第一立柱105的内侧安装的第一驱动轮一701和第一张紧轮702、在第二立柱106的内侧安装的第一张紧轮702和第一驱动轮二703；第一主动缆绳3依次穿过第一驱动轮一701、两个第一张紧轮702和第一驱动轮二703，通过两个驱动轮相互配合的动作使得第一主动缆绳3能够作往复运动、并带动若干个第一从动缆绳301、并带动若干个上段光伏阵列101改变倾角a1，实现调节功能；第二驱动机构8包括在第二立柱106的内侧安装的第二驱动轮一801和第二张紧轮802、在第一立柱105的内侧安装的第二张紧轮802和第二驱动轮二803；第二主动缆绳4依次穿过第二驱动轮一801、两个第二张紧轮802和第二驱动轮二803，通过两个驱动轮相互配合
的动作使得第二主动缆绳4能够作往复运动、并带动若干个第二从动缆绳401、并带动若干个下段光伏阵列102改变倾角a2，实现调节功能。
26.如图7所示，对应于图3的光伏阵列的整体形态为“之”字形，第一从动缆绳301的长度为l1，从第一固定器302到滑轮机构5的长度为l12，从滑轮机构5到上段光伏阵列101的上边缘的铰链9的长度为l11，l1=l11 l12，此时l11段基本垂直于地平面；第二从动缆绳401的长度为l2，从第二固定器402到滑轮机构5的长度为l22，从滑轮机构5到下段光伏阵列103的下边缘的铰链9的长度为l21，l2=l21 l22，此时l21段基本垂直于地平面。
27.如图8所示，在图7的基础上对光伏阵列进行调节，将光伏阵列的整体形态从“之”字形调整为“一”字形，即：使得上段光伏阵列101的倾角a1、下段光伏阵列103的倾角a2均与中段光伏阵列102的倾角a相同；具体调节过程是：第一驱动轮一701作收线动作、第一驱动轮二703作放线动作，使得第一主动缆绳3整体向第一立柱105侧滑移，从第一固定器302到滑轮机构5的长度变长为l12a，从滑轮机构5到上段光伏阵列101的上边缘的铰链9的长度变短为l11a，l1=l11a l12a；第二驱动轮一801作收线动作、第二驱动轮二803作放线动作，使得第二主动缆绳4整体向第二立柱106侧滑移，从第二固定器402到滑轮机构5的长度变长为l22a，从滑轮机构5到下段光伏阵列103的下边缘的铰链9的长度变短为l21a，l2=l21a l22a；需要说明的是，在缆绳滑移的过程中，由于光伏阵列倾角的变化，l11段和l21段的方向角度会有所改变。
28.进一步的，与各个驱动机构的各个驱动轮配套的机械结构包括：电机10、限位盘11和插拔式电磁阀12，限位盘11和驱动轮固定安装在电机10的驱动轴1001上，限位盘11中设有若干个限位孔1101；在静止状态下，插拔式电磁阀12上的销1201插入限位盘11的一个限位孔1101中，使得驱动轴1001和驱动轮无法转动；当驱动轮需要转动时，首先启动电机10、并将插拔式电磁阀12上的销1201从限位盘11的限位孔1101中拔出，然后由电机10带动驱动轮转动，转动到位后再将插拔式电磁阀12上的销1201插入限位盘11的一个限位孔1101中，使得驱动轴1001和驱动轮无法转动。
29.具体的，如图9所示，与各个驱动轮配套的机械结构包括：电机10、限位盘11和插拔式电磁阀12；电机10固定在支撑框架1002上，电机10与驱动轴1001连接，驱动轴1001上固定安装两个限位盘11，与两个限位盘11对应的在支撑框架1002上安装两个插拔式电磁阀12；所述的驱动轮1003固定安装在驱动轴1001上、位于两个限位盘11之间；限位盘11中设有若干个限位孔1101，插拔式电磁阀12上的销1201能够插入限位盘11的限位孔1101中，从而锁定限位盘11并阻止驱动轴1001的转动；当插拔式电磁阀12上的销1201从限位盘11的限位孔1101中拔出时，电机10能够带动驱动轴1001和驱动轮1003转动。
30.如图10所示，限位盘11的限位孔1101按10
°
间隔呈圆周型排列，便于实现对缆绳收放的精确调节。
31.所述的电机10是步进电机。步进电机在通电后的静止状态下时能够维持静态力矩，防止驱动轮失控。
32.所述的限位盘11的限位孔1101的截面积大于插拔式电磁阀12上的销1201的截面
积。当步进电机形成静态力矩时，有利于消除销1201所受的横向剪切力、便于插拔。
33.当然，本发明创造并不局限于下述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。