旋转式单轴跟踪光伏支架|太阳能跟踪支架系统方案

 

宇飞太阳能技术支持：根据市场需求，宇飞太阳能自主研发生产的旋转式单轴跟踪光伏支架|光伏跟踪支架系统方案，因技术成熟发电效率高而深受广大光伏用户青睐，欢迎咨询下单。

1、旋转式单轴跟踪光伏支架|太阳能跟踪支架系统方案：

 

 如上图所示，垂直单轴跟踪支架的产品结构采用整体单立柱的旋转结构，整个立柱分为旋转柱部分和固定柱部分，直径220mm，高度1200mm，单机产品重量45公斤，全不锈钢材料生产。

垂直单轴跟踪立柱的上半部分为旋转柱，下半部分为固定柱。整体采用不锈钢材料，低温、高湿环境下，不会变形，不会锈蚀，而且耐磨损，不锈钢本身的硬度高，加上其独特的旋转加支撑结构，其抗风能力强。

该产品运输方便、安装简单，真实产品不同方向外形如下：

 

                  垂直单轴跟踪立柱外形

垂直单轴跟踪立柱的旋转柱内部，有48个直径15mm不锈钢钢球作为滚动支撑，光伏板的重量时时刻刻压在不锈钢钢球以及管子内部不锈钢钢板组成的旋转平台上，重载效果极佳，滚动摩擦力极小。如下图所示：

            

            48个钢球组成的滚动旋转结构

垂直单轴跟踪立柱的固定柱，最底部为固定基座，通过8颗M18的螺栓固定在水泥桩或者钢管桩顶部，要求必须牢固固定，做到强度足够，大风载荷下，所有倾覆力矩都集中在该处。

固定柱底部还包含一套完整的支撑杆用的旋转固定环，4条光伏支架的支撑柱末端固定在这里，可以随着光伏支架整体旋转而沿着钢管外壁旋转，支撑着整个光伏支架的压力。

光伏支架安装后的外形如下，包括垂直单轴跟踪立柱、光伏固定支架、支架支撑杆等设施。

 

        

 

2、垂直单轴跟踪支架控制系统方案：

垂直单轴跟踪控制系统方案，采用TI公司成熟的zigbee无线网络远程工业控制技术，其单个模块信号通讯传输距离200-500米，空旷环境传输距离可达1000米。

zigbee无线网络组建稳定，一个网络可以管理多达65000个终端，系统配置成熟，工作在2.4GHz免费频道，无需支付无线频率资源使用费用。

整个网络配置1个协调器，协调器管理6个路由器，1个路由器又可以管理6个路由器和20个终端控制器，路由器又可以连接下一层级的路由器，网络系统可以实现7层路由管理。

每台垂直单轴跟踪立柱由1个终端控制器管理，每20个终端控制器，配置1个路由器，终端控制器由路由器连接管理到整个无线网络中。

中心机房的计算机内安装专用的计算机控制软件，计算机控制软件通过串口输出控制信号到zigbee的协调器，协调器发送无线信号到路由器，通过路由器，远程控制所有光伏终端控制器，控制每个垂直单轴跟踪太阳的运行，并做到所有垂直单轴跟踪的方向角度同步一致。

系统内还包括风力、风向传感器，中心计算机软件随时检测风力大小数据和风向数据，如果达到预设标准，将紧急广播，将所有光伏支架旋转移动到与风向平行方向，以最小风阻侧身让过大风，最大限度降低强风对光伏电站的损害。

垂直单轴光伏跟踪控制系统的拓扑结构如下图所示：

 

 

         垂直单轴跟踪zigbee无线网络远程控制系统方案

 

3、垂直单轴跟踪支架供电系统方案：

由于旋转立柱的电机为单独供电以及独立控制，所以必须为每台立柱提供独立的电源供应。

考虑到上述问题，我们将控制方案设计为采用无线远程控制方案，用zigbee无线模块将每个立柱的控制部分独立出来，每个立柱都安装一台无线控制器，控制器内部包含一个4节16.8V3AH的锂电池蓄电，保证电机的充足能源供应。锂电池外围含有电热膜加热保温设施，在环境温低于20度时，启动加热，高于30度时自动关闭，保证锂电池处于恒温工作环境。

电源采用小规模集中供电方式，设计方案如下图所示：

每台立柱的电机管功率为10W，启动5-6秒后停止工作，5分钟，再循环启动，所以每个高压模块的功率为15W左右，可以保证16台垂直单轴立柱电机的供电功率：

 

 

4、垂直单轴跟踪支架传动系统方案：

垂直单轴跟踪支架的传动系统，包括电机、齿轮组和涡轮蜗杆组以及传动机构、旋转固定机构等等，上述结构集成在垂直单轴立柱内部，连接垂直单轴立柱的固定柱和垂直单轴立柱的旋转柱。

电机安装在垂直单轴跟踪立柱固定柱的上部，通过齿轮组和涡轮蜗杆组及传动装置驱动上半部分旋转柱的旋转，进而带动光伏支架及光伏组件的旋转。

每台设备都包含各自的限位开关电路、同步传感控制电路、运行状态监测电路等等，系统监测、控制配置设施完备。

光伏支架固定在垂直单轴立柱的顶端，垂直单轴立柱顶端接口板设计为倾角25度斜面，光伏板的倾角也顺应安置倾角为25度。

垂直单轴跟踪立柱，旋转部分的最大范围为正东到正西偏北30度，旋转范围210度，可以保证太阳升起后方位角时时刻刻垂直正对太阳，高纬度地区冬季正对太阳时间大约6-7小时，春秋季正对太阳时间9-10小时，夏季正对太阳时间最多可达14小时。

在俯仰角方向，如下图所示，俯仰角由于被固定，导致太阳光线与光伏板垂直法线的夹角，在正负25度之间摇摆，早上太阳位置比较低，位于法线之下，中午太阳位置比较高，位于法线之上，但都会在法线附近；太阳的位置越靠近法线附近，其发电量越大；我们发现，在北纬23度-北纬45度范围内，倾角固定在25度，一年时间中，太阳的位置在光伏板法线正负10度的时间最长。进而其高功率发电输出时间最长，总体输出功率最大。

   

             太阳在光伏板上方移动范围示意图

 

 

 

 

5、其它认为必要的说明：

      （1）抗风能力方面特别介绍：

 

旋转立柱设计有支撑杆固定旋转环，专门针对光伏支架面积大设计，将光伏支架最远端固定支撑到立柱的最底部，刚性最好的位置，强力支撑光伏板，加上立柱有120厘米的高度，形成一个立体空间的支撑钢结构，形成巨大的支撑力臂，大风对光伏板形成的风载荷冲击力，大部分通过支撑杆传递到了固定柱的底部，进而传递到地面，巧妙地避开了大风载荷的冲击，而且对垂直单轴跟踪立柱旋转柱等部件基本无任何负面影响。

                  

这是平单轴结构无法做到的一种抗风结构。

    （2）精确的旋转刻度基础设施配置：

该设备在跟踪行业，系统首次引入旋转刻度概念，作为方位角跟踪控制的基础设施，将追日控制方式数字化，高度同步一致，提高远程网络控制指令传输的抗干扰能力。

旋转立柱追日方式，由于每个都是独立配置，所以不能像平单轴跟踪方式采用连杆等硬件方式来达到整齐划一跟踪太阳的目的，而且每个电机由于电源电压、电流、负载、风力甚至立柱离电源距离的远近距离等等外界影响因素，都可能影响每次旋转的运行速度、驱动时间等等，不易保持均匀一致，这一切误差累积都会导致旋转角度会产生偏差，这样将使光伏电站的跟踪方向不一致，达不到整齐划一的效果。

系统设备通过其自身结构优势，在旋转柱机构内部安置传感器，加上数字控制电路配件，通过简单的高、低电平指令组合控制旋转立柱旋转，使其具有极强的抗干扰能力；垂直单轴跟踪立柱的终端控制器每接收一个有效指令，垂直单轴跟踪立柱即旋转1个刻度，到位即停，非常可靠、精准，角度控制0误差，无论垂直单轴跟踪立柱的数量有多少，其旋转的方位角度与电机、电源、载荷、大风状态等等因素都无关，大幅度简化光伏电站跟踪方位角的安装、调试的复杂度，降低了整体的安装费用。

设备将旋转立柱的旋转范围从东到西分成100个刻度，每个刻度大约2.2度，即精度为±1.1度，整个旋转范围为220度，从东起点0开始，每个旋转立柱每次旋转的角度，能够确保精确一致。

以旋转刻度为基础的高精度方位角控制技术，是计算机远程控制整个光伏电厂的光伏板方位角精确控制方位的基础。

（3）旋转驱动部件受力以及光伏板重心位置对设备寿命的影响

平单轴运行时光伏板的重心轨迹，在早上和晚上时间段，光伏板的倾角最大，回转支承承受的倾覆力矩最大，时间一长，回转支承容易损坏，这是不可避免的。为了避免这样的问题被明显的发现，所以大多数平单轴都会加一个叫阻尼器的设备，但是这不能根本解决设备被磨损、崩齿的实质问题。

 

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