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CN201893347U - 跟踪系统以及太阳能跟踪系统 - Google Patents

跟踪系统以及太阳能跟踪系统 Download PDF

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CN201893347U
CN201893347U CN2008901000011U CN200890100001U CN201893347U CN 201893347 U CN201893347 U CN 201893347U CN 2008901000011 U CN2008901000011 U CN 2008901000011U CN 200890100001 U CN200890100001 U CN 200890100001U CN 201893347 U CN201893347 U CN 201893347U
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CN
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叶夫根尼·梅德布雷
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SunPower Corp
Original Assignee
SunPower Corp
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Abstract

公开了跟踪系统和太阳能跟踪系统。所述跟踪系统包括可绕其端-端轴转动的管道。第一支架在管道的第一位置处连接至管道，并与第一支座连接。第二支架在管道的第二位置处连接至管道，并与第二支座连接。平移机构与管道连接，并用于改变第一支架相对第二支架的位置。

Description

跟踪系统以及太阳能跟踪系统
本申请要求2007年7月31日提交的美国临时申请第60/962,720号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。 
技术领域
本发明的实施例涉及太阳能跟踪系统，特别涉及用于光伏阵列的可变倾斜跟踪器。
背景技术
光伏电池，通常称作太阳能电池，是公知的用于将太阳辐射直接转换成电能的装置。通常，将光伏电池组合成互连的电池阵列或模块，将其固定在共同/共用的基片上并电耦合至电力分布网络。需要将阵列的方位保持为近似垂直于阳光光线，从而最大化地暴露于阳光直晒并使能量利用率最大。然而由于太阳光线的入射角会随着每天的时间变化以及每年中的季节或时间变化而改变，通常必须提供跟踪系统以来使光伏阵列相对太阳定位或定向。
用于对光伏阵列进行定向或重定位的传统的跟踪系统通常绕单轴移动(更确切地说是转动)，以跟随太阳经过天空的弧线。然而，由于一年中地平线上的太阳高度不断改变，这些单轴跟踪系统不足以精确地在每天或每年中跟踪太阳。
作为替代方案，已经提出了2轴跟踪系统。然而，这些系统或者过于复杂并因此成本高，或者不够坚固来支撑光伏阵列的重量、或者不足以承受光伏阵列及其跟踪系统经常暴露于的通常很严酷的环境条件。
实用新型内容
根据本实用新型的一个方面，提供了一种跟踪系统，其包括： 管道，其能够绕其端-端轴转动；第一支架，其在管道的第一位置处连接至管道，并与第一支座连接；第二支架，其在管道的第二位置处连接至管道，并与第二支座连接；以及平移机构，其与管道连接，并用于改变第一支架相对第二支架的位置。
其中，第一支架可移动地安装至管道，并且其中第二支架在管道的第二位置处固定至管道。
其中，平移机构将第一支架连接至第一支座，并且平移机构包括蜗轮和起重螺杆。
其中，第一支架在管道的第一位置处固定至管道，第二支架在管道的第二位置处固定至管道。
其中，第二支架具有A型框架结构。
其中，第一支架可移动地安装至管道，并且其中第二支架在管道的第二位置处固定至管道。
其中，平移机构将第一支架连接至第一支座，该平移机构包括蜗轮和起重螺杆，并且其中第二支架具有A型框架结构。
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种太阳能跟踪系统，其包括：矩形管道，其能够围绕其端-端轴转动；光伏模块，其连接至矩形管道的一面；第一支架，其在矩形管道的第一位置处连接至矩形管道，并与第一支座连接；第二支架，其在矩形管道的第二位置处连接至矩形管道，并与第二支座连接；以及平移机构，其与矩形管道连接，并用于改变第一支架相对第二支架的位置。
其中，第一支架可移动地安装至矩形管道，并且其中，第二支架在矩形管道的第二位置处固定至矩形管道。
其中，平移机构将第一支架连接至第一支座，并且平移机构包括蜗轮和起重螺杆。
其中，第一支架在矩形管道的第一位置处固定至矩形管道，第二支架在矩形管道的第二位置处固定至矩形管道。
其中，第二支架具有A型框架结构。
其中，第一支架可移动地安装至矩形管道，并且其中第二支架在矩形管道的第二位置处固定至矩形管道。
其中，平移机构将第一支架连接至第一支座，该平移机构包括蜗轮和起重螺杆，并且其中第二支架具有A型框架结构。
附图说明
图1A例示了根据本发明一个实施例的表示针对低太阳高度处在第一角度的可变倾斜跟踪器的侧视图；
图1B例示了根据本发明一个实施例的表示针对较高太阳高度处在较小的第二角度的可变倾斜跟踪器的侧视图；
图2例示了根据本发明一个实施例的光伏阵列的透视图，该光伏阵列固定在可变倾斜跟踪系统上，该系统具有平移机构，用来通过将第一支架(support)从第一位置移动至管道中的另一不同位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。
图3A例示了根据本发明一个实施例的平移机构的一部分，其包括用来啮合蜗轮或起重螺杆的螺纹套圈。
图3B例示了根据本发明一个实施例的平移机构的一部分，其包括螺旋进入可移动/可旋转套圈的蜗轮或起重螺杆。
图3C例示了根据本发明一个实施例的平移机构的一部分，其包括套筒构件。
图4例示了根据本发明一个实施例的光伏阵列的透视图，该光伏阵列固定在可变倾斜跟踪系统上，该系统具有平移机构，用来通过改变第二支座(base)相对于第一支座的位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。
图5例示了根据本发明一个实施例的光伏阵列的透视图，该光伏阵列固定在可变倾斜跟踪系统上，该系统具有平移机构，用来通过改变第二支座相对于第一支座的位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。
具体实施方式
本文对跟踪系统(如太阳能跟踪系统)进行说明。在下文的说明中提出许多具体细节，例如平移机构，来提供对本发明的实施例的 充分理解。对本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以脱离这些具体细节而实现。在其它情况下，并未对公知的制造技术如光伏模块制造技术进行详细说明，以避免不必要地模糊本发明的实施例。另外，应当理解，附图中的各种实施例是示例性表示而无需按比例绘制。
说明书中对“一个实施例”的参考意味着结合该实施例描述的特定的特征、结构、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中多处出现的语句“在一个实施例中”并不必然指向同一实施例。
本文描述的是例如为固定的光伏阵列或模块实现太阳能跟踪的跟踪系统。该跟踪系统可以包括可绕其端-端轴旋转的管道。在一个实施例中，第一支架在管道的第一位置处连接至管道，并与第一支座连接。第二支架可以在管道的第二位置处连接至管道，并与第二支座连接。在一个实施例中，平移机构与管道连接，并用于改变第一支架相对于第二支架的位置。在一个实施例中，平移机构通过将第一支架从管道的第一位置移动至管道中的不同的第三位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。在另一实施例中，平移机构通过改变第二支座相对于第一支座的位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。
可以提供低成本并且鲁棒的跟踪系统，其能够沿着或围绕至少两个轴移动光伏阵列来使阵列中的光伏电池最大化地暴露于阳光直晒，并因此最大化所产生的能量。根据本发明的一个实施例，提供了一种太阳能跟踪系统来提供相比单轴跟踪系统更多的移动灵活性和调整选项，并相比普通的2轴跟踪系统具有较低的复杂度。该跟踪系统能够自动操作或手动操作，并能够与一个或更多的额外跟踪系统并行地同时对太阳能发电设备中的多个光伏阵列或模块进行重定位。
在一个实施例中，提供了用于支撑光伏阵列的跟踪系统。在一个实施例中，跟踪系统包括上部支架，具有狭长形支架构件，其下端铰接至支座或表面，其上端旋转(pivotably)连接至光伏阵列第一侧(上侧)的上端。下部支架的上端连接至光伏阵列的第二侧(下侧)，其下端与表面或支座邻接，并且下部支架还包括用于改变上部支架的下端与下部支架邻接支座的点之间的距离长度(L)的装置。改变该长度能够改变光伏阵列在基座上被支撑的角度。在一个具体实施例 中，下部支架包括下部支架构件，其上端连接至光伏阵列的第二侧(下侧)，构件下端与可旋转地安装至支座的蜗轮或起重螺杆啮合。转动蜗轮或起重螺杆可以将下部支架构件的啮合点向蜗轮或起重螺杆移动，并改变光伏阵列的角度。还公开了其它实施例。
本发明涉及跟踪系统，更具体地涉及能够沿着或绕至少两个轴来移动光伏阵列或模块的跟踪系统(即可变倾斜的跟踪系统)，以使阵列中的光伏电池最大化地暴露于阳光直晒，并因此使光伏阵列的能量利用率最大。参照图1A至图5对根据本发明若干实施例的跟踪系统进行说明。
图1A例示了根据本发明一个实施例的表示针对低太阳高度处在第一角度的可变倾斜跟踪器的侧视图。图1B例示了根据本发明一个实施例的表示针对较高太阳高度处在较小的第二角度的可变倾斜跟踪器的侧视图。参照图1A和图1B，跟踪系统100包括管道102，该管道可绕其端-端轴104转动(在下述图2中可以更清楚地看到这一方面)。参照图1A，第一支架106在管道102的第一位置108处与管道102连接，并与第一支座110连接。第二支架112在管道102的第二位置114处与管道102连接，并与第二支座116连接。平移机构(图1A和图1B中未示出，参照图2-5所示的各种实施例详细说明)与管道102连接，用于改变第一支架106相对于第二支架112的位置。
参照图1A和图1B，根据本发明的一个实施例，所述平移机构通过将第一支架106从管道102的第一位置108移动至管道102中不同的第三位置116，来改变第一支架106相对于第二支架112的位置。在一个实施例中，第一支架106可移动地安装至管道102，第二支架112在管道102的第二位置114处固定至管道102。也即，尽管根据参照图1A和图1B描述的实施例，第二支架112可以被可旋转地安装至管道102，但第二支架112的位置被固定在管道102的第二位置114处。在一个具体实施例中，平移机构将第一支架106连接至第一支座110，并包括或作为例如但不限于蜗轮或起重螺杆的装置，如下文参照图3A-3C的详细说明。
这样，在本发明的一个方面中，再次参照图1A和图1B，跟踪系 统100包括上部支架112，其具有可旋转地连接至管道102的上端或上侧的狭长形支架构件。下部支架106连接至管道102的下侧，并在下端邻接支座或表面110，以将管道102支撑为相对于放置支座110和116的表面成角度(θ)。第二支架112的狭长形支架构件可以在下端铰接至支座或表面116，以允许第二支架112移动。在一个实施例中，第一支架106还包括一个机构(未在图1A和图1B中示出)，其用于增大第二支架112的下端(即支座116)与点118(在该点处在管道102的下端邻接由支座110和116构成的轴)之间的距离长度(L)以改变支撑管道102的角度(θ)。在一个实施例中，参照图1A，长度(L)保持相对较短，于是将角度(θ)保持相对较大，例如大于20°，这是当地平线上的太阳高度较低时使管道102所支撑的光伏电池最大化地暴露于阳光直晒并使能量利用率最大的适当位置，例如在冬天或者每天中的早、晚时分。在另一实施例中，参照图1B，长度(L’)保持相对较长，于是角度(θ’)保持相对较小，例如小于20°，这是当地平线上的太阳高度较高时使管道102所支撑的光伏电池最大化地暴露于阳光直晒并使能量利用率最大的适当位置，例如在夏天或者每天中午时分。
在诸如跟踪系统100的跟踪系统的更详细视图中，图2例示了安装在可变倾斜跟踪系统上的光伏阵列的透视图。根据本发明的一个实施例，该跟踪系统包括平移机构，用于通过将第一支架从第一位置移动至管道中的另一不同位置，来改变第一支架相对于第二支架的位置。
参考图2，跟踪系统包括可绕其端-端轴204旋转的管道202。在一个实施例中，管道202是矩形的管道。在一个实施例中，光伏模块220被连接到矩形管道202的一面，如图2中所示。第一支架206在第一位置被连接至管道202，并与第一支座210连接。第二支架212在第二位置被连接至管道202，并与第二支座216连接。在一个实施例中，第二支架212具有A型框架结构，并且因此，第二支座216可以包括两部分，如图2所示。值得注意的是第二支座216的两个部分可以被连接至单个底脚(foundation)或两个分开的底脚。平移机 构225与管道202连接并且被用来改变第一支架206相对于第二支架212的位置。根据本发明的一个实施例，平移机构225将第一支架206连接至第一支座210，如图2所示以及如上述根据图1A和1B所述。在一个实施例中，平移机构225通过将第一支架206从管道202的一个位置移动到管道202的不同的另一位置来改变第一支架206相对于第二支架212的位置。
如图2所示以及如根据图1A和图1B所述，平移机构225可以包括或可以是诸如但不限于蜗轮或起重螺杆的装置。但是，可以使用不同于图2所示的平移机构的形式。例如，根据本发明的一个实施例，图3A例示了与包括带螺纹套环332的光伏模块336连接的平移机构330的一部分，其包括啮合蜗轮或起重螺杆334。
根据本发明的实施例，在另一个实例中，图3B例示了与光伏模块346连接的平移机构340的一部分，其包括蜗轮或螺旋进入可移动或可旋转套环的起重螺杆。参考图3B，支架构件可以自身是或可以包括蜗轮或位于可以支撑光伏模块346的管道上的螺旋进入可移动或可旋转套环344的螺杆，并且在较低一端铰接固定到附在支座或地面(未示出)的锚件342。通过改变锚件342和支撑光伏模块346的管道间的距离长度，可改变支撑光伏模块346的角度。
根据本发明的一个实施例，在另一个实例中，图3C例示了与包括套筒构件的光伏模块356连接的平移机构350的一部分。参考图3C，支架构件可以包括套筒构件354，其固定至支撑光伏模块356的管道上端并在管道的下端铰接固定至锚件352。在一个实施例中，套筒构件354包括诸如(但不限于)液压缸或气压缸的机构。
在本发明的一个方面中，平移机构不限于通过将第一支架从管道的一个位置移动至管道的另一不同位置来改变第一支架相对于第二支架位置的机构。例如，根据本发明的一个实施例，图4例示了固定在具有平移机构的可变倾斜跟踪系统上的光伏阵列的透视图，该平移机构通过改变第二支座相对于第一支座的位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。
参考图4，第一支架406被固定到管道402来在管道402的第一 位置处支撑光伏阵列。第二支架412在管道402的第二位置处固定到管道402。第一支架406与第一支座410连接并且第二支架412与第二支座416连接。根据本发明的一个实施例，第二支架412具有A型框架结构，如图4中所示。在一个实施例中，平移机构通过改变第二支座416相对于第一支座410的位置来改变第一支架406相对于第二支架412的位置。在一个实施例中，通过移动支座416的两个部分使它们互相远离(以图4中所示的面向外的箭头方向)来改变第二支座416相对于第一支座410的位置。在这个实施例中，当第二支座416的位置相对于第一支座410的位置改变时，固定于管道402的光伏模块向上倾斜。在另一个实施里中，通过使支座416的两个部分移向对方(以图4中所示的面向里的箭头方向)来改变第二支座416相对于第一支座410的位置。在这个实施例中，当第二支座416的位置相对于第一支座410改变时，固定于管道402的光伏模块向下倾斜。在一个实施例中，第一支架406在管道402的第一位置处固定于管道402，并且第二支架412在管道402的第二位置处固定于管道402。也就是说，尽管第一支架406和第二支架412可以可旋转地固定于管道402，但第一支架406和第二支架412的位置被固定在管道402的第一和第二位置(注意在图4中第一支座406实际上被表示为可移动地固定于管道402，以便下文描述可替代实施例)。在一个具体实施例中，用于移动第二支座416的平移机构包括或是(但不限于)例如蜗轮或起重螺杆的装置。
在本发明的另一方面中，通过改变第二支座相对于第一支座的位置来改变第一支架相对于第二支架位置的平移机构不限于沿面向外或面向内箭头的方向来移动第二支座的各部分的平移机构。例如，根据本发明的一个实施例，图5例示了固定于具有平移机构的可变倾斜跟踪系统的光伏阵列的透视图，其中平移机构用来通过改变第二支座相对于第一支座的位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。
参考图5，第一支架506在管道502的第一位置处固定于管道502用来支撑光伏阵列。第二支架512在管道502的第二位置处固定于管道502。第一支架506被连接至第一支座510并且第二支架512 被连接至第二支座516。根据本发明的一个实施例，第二支架512具有A型框架结构，如图5中所示。在一个实施例中，平移机构通过改变第二支座516相对于第一支座510的位置来改变第一支架506相对于第二支架512的位置。在一个实施例中，第二支座516相对于第一支座510的位置是通过以图5中所示的面向后箭头的方向移动第二支座516进行改变的。在另一实施例中，第二支座516相对于第一支座510的位置是通过以图5中所示的面向前箭头的方向移动第二支座516进行改变的。根据第二支架512垂直(正交)于管道502的精确位置，沿面向后或面向前箭头移动将使固定于管道502的光伏模块向上或向下倾斜。在一个实施例中，第一支架506在管道502的第一位置处固定于管道502并且第二支架512在管道502的第二位置处固定于管道502。也就是说，尽管第一支架506和第二支架512可以可旋转地固定于管道502，但第一支架506和第二支架512的位置固定在管道502的第一和第二位置(注意在图5中第一支座506实际上被表示为可移动地固定于管道502，以便下文描述可替代实施例)。在一个具体实施例中，用来移动第二支座516的平移机构包括或是(但不限于)例如蜗轮或起重螺杆的装置。
根据本发明的一个实施例，联系图2和图4及图5描述的跟踪系统的平移机构和操作方法可以被合并。例如，在一个实施例中，平移机构通过将第一支架从管道的一个位置移至管道的另一不同位置，并且通过改变第二支架的支座相对于第一支架的支座的位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。在一个实施例中，第一支架被可移动地固定于管道并且第二支架被固定于管道。示例实施例分别由图4和5的平移机构425和525来描述，其中的每个都示出了一个可移动固定的第一支架。
尽管没有示出，但应该理解跟踪系统(例如在本发明的实施例中描述的跟踪系统)还可以包括自动操作平移机构来改变第一支架相对于第二支架位置的控制器。控制器可以被配置或编程来根据日历或时钟改变位置以在一年和/或一天中始终使得光伏阵列的功率输出动态最大化。控制器可以包括单独的光电检测器或可以监控光伏阵列的 输出。还应该理解，该跟踪系统还可以包括控制机构，以绕其上支撑有光伏阵列的管道的端-端轴移动该光伏阵列。例如，在一个具体实施例中，诸如从San Jose，CA，U.S.A的SunPower公司可得到的SunPower T20跟踪器跟踪系统的单轴跟踪系统被改进为包括平移机构，该平移机构用来改变支撑光伏阵列的管道的第一支架相对于第二支架的位置。此外，本发明的跟踪系统可以适用于与一个或多个附加跟踪系统并行操作以对太阳能发电设备中的多个光伏阵列或模块同时进行重定位。
于是，已经描述了跟踪系统。根据本发明的一个实施例，跟踪系统包括可绕其端-端轴转动的管道。第一支架在管道的第一位置处连接至管道，并且与第一支座连接。第二支架在管道的第二位置处连接至管道，并且被与第二支座连接。在一个实施例中，平移机构与管道连接并且用于改变第一支架相对于第二支架的位置。在一个具体实施例中，平移机构通过将第一支架由管道的第一位置移至管道的第三不同位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。在另一个具体实施例中，平移机构通过改变第二支座相对于第一支座的位置来改变第一支架相对于第二支架的位置。
本发明的跟踪系统优于以前或传统跟踪系统之处可以包括：(i)能够提供类似2轴运动的光伏阵列的低成本且鲁棒的跟踪系统，以及(ii)能够自动或手动操作的跟踪系统，该跟踪系统与一个或多个附加跟踪系统并行操作以对太阳能发电设备中的多个光伏阵列或模块同时进行重定位。
本发明的前述具体实施例和实施例的示例基于说明和描述的目的而提出，虽然本发明的实施例已经通过特定的前述实例被描述和说明，它们不应被解释为对本发明构成限制。这些实施例并非穷举或将本发明限制为所公开的具体形式。根据上述教导能够在本发明的范围内实现各种修改、改进和变化。本发明的范围应当包括文中所公开的同类领域，并由所附权利要求及其等同物限定。本发明的范围由权利要求限定，权利要求包括提交此申请时已知的等同物以及无法预料的等同物。

Claims (14)

1.一种跟踪系统，其特征在于，包括：
管道，其能够绕其端-端轴转动；
第一支架，其在管道的第一位置处连接至管道，并与第一支座连接；
第二支架，其在管道的第二位置处连接至管道，并与第二支座连接；以及
平移机构，其与管道连接，并用于改变第一支架相对第二支架的位置。
2.根据权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，第一支架可移动地安装至管道，并且其中第二支架在管道的第二位置处固定至管道。
3.根据权利要求2所述的跟踪系统，其特征在于，平移机构将第一支架连接至第一支座，并且平移机构包括蜗轮和起重螺杆。
4.根据权利要求1所述的跟踪系统，其特征在于，第一支架在管道的第一位置处固定至管道，第二支架在管道的第二位置处固定至管道。
5.根据权利要求4所述的跟踪系统，其特征在于，第二支架具有A型框架结构。
6.根据权利要求5所述的跟踪系统，其特征在于，第一支架可移动地安装至管道，并且其中第二支架在管道的第二位置处固定至管道。
7.根据权利要求6所述的跟踪系统，其特征在于，平移机构将 第一支架连接至第一支座，该平移机构包括蜗轮和起重螺杆，并且其中第二支架具有A型框架结构。
8.一种太阳能跟踪系统，其特征在于，包括：
矩形管道，其能够围绕其端-端轴转动；
光伏模块，其连接至矩形管道的一面；
第一支架，其在矩形管道的第一位置处连接至矩形管道，并与第一支座连接；
第二支架，其在矩形管道的第二位置处连接至矩形管道，并与第二支座连接；以及
平移机构，其与矩形管道连接，并用于改变第一支架相对第二支架的位置。
9.根据权利要求8所述的太阳能跟踪系统，其特征在于，第一支架可移动地安装至矩形管道，并且其中，第二支架在矩形管道的第二位置处固定至矩形管道。
10.根据权利要求9所述的太阳能跟踪系统，其特征在于，平移机构将第一支架连接至第一支座，并且平移机构包括蜗轮和起重螺杆。
11.根据权利要求8所述的太阳能跟踪系统，其特征在于，第一支架在矩形管道的第一位置处固定至矩形管道，第二支架在矩形管道的第二位置处固定至矩形管道。
12.根据权利要求11所述的太阳能跟踪系统，其特征在于，第二支架具有A型框架结构。
13.根据权利要求12所述的太阳能跟踪系统，其特征在于，第一支架可移动地安装至矩形管道，并且其中第二支架在矩形管道的第 二位置处固定至矩形管道。
14.根据权利要求13所述的太阳能跟踪系统，其特征在于，平移机构将第一支架连接至第一支座，该平移机构包括蜗轮和起重螺杆，并且其中第二支架具有A型框架结构。 
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