[发明专利]一种立柱式太阳跟踪系统水平旋转驱动装置及其设计方法

说明书

本发明公开了一种立柱式太阳跟踪系统水平旋转驱动装置，其特征在于，包括内支撑立柱，内支撑立柱的外部套有与内支撑立柱同轴的外支撑筒，内支撑立柱和外支撑筒的上部设置有承载部，外支撑筒的下部设置有驱动部，外支撑筒的下部还设置有下部支撑架构。本发明还公开了上述水平旋转驱动装置的设计方法。本发明的一种立柱式太阳跟踪系统水平旋转驱动装置，将承载部、驱动部、下部支撑架构分离设置，承载部采用推力轴承，驱动部采用与推力轴承独立的齿环齿轮结构，避免了机械旋转力矩的浪费，可以有效降低制造成本，而且，各个部分之间的损坏不相互影响；本发明装置采用双齿轮消隙控制结构，精确度高。

技术领域

本发明属于太阳位置跟踪系统技术领域，具体涉及一种立柱式太阳跟踪系统水平旋转驱动装置，还涉及上述装置的设计方法。

背景技术

单立柱式太阳跟踪系统广泛的应用于太阳能光伏发电和太阳能光热发电领域。

在太阳能光伏发电领域：

太阳能光伏发电系统中电池板的安装分为固定式和跟踪式，光伏跟踪系统可以减小电池板法线与太阳入射光之间的夹角，从而提高发电效率。跟踪式又分为单轴和双轴跟踪系统。所谓立柱式跟踪系统是指在一个垂直安装的立柱或支架的顶端设置水平旋转驱动装置，用于跟踪太阳的方位角。如果水平旋转装置之上不再设置太阳高度角跟踪装置则系统为垂直单轴跟踪系统，如果在水平旋转驱动装置之上还安装电池板俯仰角度调节装置用于跟踪太阳高度角则系统为双轴跟踪系统。

在太阳能光热发电领域：

太阳能光热发电分为槽式光聚热发电，蝶式光聚热发电和塔式光聚热发电三种，单立柱太阳跟踪系统可用于蝶式和塔式光聚热发电两种系统。当单立柱跟踪系统应用与上述两种光聚热发电时必须采用双轴跟踪方式。

在蝶式光聚热发电中，聚光碟需要始终面向太阳，使聚光碟法线始终指向太阳。在塔式太阳能光热发电系统中定日镜需要将入射到聚光镜上的太阳光反射到塔上的吸热器上。

在这几种太阳跟踪系统中虽然太阳跟踪角度的计算有所差别，所承载的上部设备也不相同。但是这些系统的共同特点是在一个垂直的立柱顶端安装水平旋转驱动装置用于跟踪太阳的方位角变化，并在其上承载上部设备。因此我们将其统一称为“立柱式太阳跟踪系统”，目前在这一类立柱式太阳跟踪系统的水平旋转驱动中，广泛采用的是盘式减速机技术。

盘式减速机包括外盘和内盘，外盘涡轮在内盘连接的蜗杆驱动下产生旋转驱动力矩，内外盘组装在一起成为一个整体结构。在立柱式光伏跟踪系统中，盘式减速机的外盘和内盘分别连接在垂直支撑立柱上和立柱上部的跟踪机构及电池板或反射镜上。提供旋转驱动与结构支撑功能。

但用盘式减速机作为立柱式太阳跟踪系统的方位角驱动部件存在以下的具体问题：

①盘式减速机的结构设计主要用于输出较大的旋转扭矩，但是立柱式跟踪系统在水平旋转方向的扭矩需求比较小，盘式减速机旋转驱动的功能并未完全发挥，浪费了成本，导致跟踪系统整体价格升高。

②盘式减速机容易在风载荷作用下损坏，当跟踪支架上的电池板或者反射镜承受较大的水平风载荷时，盘式减速机内外盘之间除了正常的旋转扭矩和垂直承载力之外还会产生倾侧方向的强大倾侧扭转力，由于盘式减速机的厚度较小导致抗倾侧的力臂短，该扭力会形成较大的破坏性扭矩，引起盘式减速机损坏。

③盘式减速机一旦损坏，维修更换不便，由于立柱与上部跟踪支架的所有连接均以盘式减速机为节点，维修更换盘式减速机时必须把上部结构全部拆除或者吊离，检修维护不方便。

④对于塔式光聚热发电，中大型定日镜的跟踪精度要求较高，采用普通盘式减速机无法满足跟踪精度要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种立柱式太阳跟踪系统水平旋转驱动装置，解决现有立柱式太阳跟踪系统中使用的盘式减速机容易损坏且性价比低的问题。