CN108306603B - 太阳跟踪光伏系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种太阳跟踪光伏(PV)系统，所述系统具有安装在扭矩管上的若干光伏模块。所述扭矩管可包括通过扭矩管连接件接合的若干部分。例如，所述扭矩管连接件可具有中间部分和端部分以接合至所述扭矩管部分。所述中间部分和所述扭矩管部分可具有相同的外径。

Description

太阳跟踪光伏系统和方法

背景技术

有些跟踪太阳的太阳能发电系统，如大型公用事业规模的光伏设备，被设计成使大量太阳能模块跟踪太阳的移动而枢转。例如，跟踪太阳的太阳能发电系统可包括几排支承在相应扭矩管组件上的太阳能模块。每个扭矩管组件都可包括若干以端对端方式连接在一起的长轴。此外，每个扭矩管组件都可由受专用控制器控制的单个马达移动。跟踪太阳的太阳能发电系统可以是单驱动、跟踪太阳的太阳能发电系统。

附图说明

图1示出了根据本公开的一个实施例的多驱动太阳跟踪光伏(PV)系统的透视图。

图2示出了根据本公开的一个实施例的扭矩管组件的分解透视图。

图3示出了根据本公开的一个实施例的驱动支承组件的透视图。

图4示出了根据本公开的一个实施例的非驱动支承组件的透视图。

图5A示出了根据本公开的一个实施例的驱动支承组件的马达驱动装置的透视图。

图5B示出了根据本公开的一个实施例的驱动支承组件的马达驱动装置的剖视图。

图6示出了根据本公开的一个实施例的非驱动支承组件的轴承组件的透视图。

图7示出了根据本公开的一个实施例的扭矩管连接件的透视图。

图8示出了根据本公开的一个实施例的扭矩管连接件的透视剖视图。

图9示出了根据本公开的一个实施例的扭矩管连接件的端部分的透视图。

图10示出了根据本公开的一个实施例的与扭矩管接合的扭矩管连接件的剖视图。

图11示出了沿图10中的线11-11截取的根据本公开的一个实施例的与扭矩管接合的扭矩管连接件的剖视图。

图12至图14示出了操作根据本公开的一个实施例的多驱动太阳跟踪光伏系统的各种方法的流程图。

具体实施方式

以下具体实施方式本质上只是例证性的，并非意图限制所述主题的实施例或此类实施例的应用和用途。如本文所用，词语“示例性”意指“用作例子、实例或举例说明”。本文描述为示例性的任何实施未必理解为相比其他实施优选的或有利的。此外，并不意图受前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明示或暗示的理论的约束。

本说明书包括对“一个实施例”或“实施例”的提及。短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定是指同一实施例。特定的特征、结构或特性可以任何与本公开一致的合适方式加以组合。

术语。以下段落提供存在于本公开(包括所附权利要求书)中的术语的定义和/或语境：

“包括”。该术语是开放式的。如在所附权利要求书中所用，该术语并不排除另外的结构或步骤。

“被配置成”。各种单元或部件可被描述或主张成“被配置成”执行一项或多项任务。在这样的语境下，“被配置成”用于通过指示该单元/部件包括在操作期间执行一项或多项那些任务的结构而暗示结构。因此，即使当指定的单元/部件目前不在操作(例如，未开启/激活)时，也可将该单元/部件说成是被配置成执行任务。详述某一单元/电路/部件“被配置成”执行一项或多项任务明确地意在对该单元/部件而言不援用35U.S.C.§112第六段。

如本文所用的“第一”、“第二”等这些术语用作其之后的名词的标记，而并不暗示任何类型的顺序(例如，空间、时间和逻辑等)。例如，提及“第一”马达驱动装置并不一定暗示该马达驱动装置为某一序列中的第一个马达驱动装置；相反，术语“第一”用于区分该马达驱动装置与另一个马达驱动装置(例如，“第二”马达驱动装置)。

“连接”—以下描述是指元件或节点或特征被“连接”在一起。如本文所用，除非另外明确指明，否则“连接”意指一个元件/节点/特征直接或间接连接至另一个元件/节点/特征(或直接或间接与其连通)，并且不一定是机械连接。

此外，以下描述中还仅为了参考的目的使用了某些术语，因此这些术语并非意图进行限制。例如，诸如“上部”、“下部”、“上方”、“下方”、“在…前面”和“在…后面”之类的术语是指附图中提供参考的方向。诸如“正面”、“背面”、“后面”、“侧面”、“外侧”、“内侧”、“左侧”和“右侧”之类的术语描述部件的某些部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，或者描述部件之间在一致但任意的参照系内的相对取向和/或位置，通过参考描述所讨论组件的文字和相关的附图可以清楚地了解这些取向和/或位置。这样的术语可以包括上面具体提及的词语、它们的衍生词语以及类似意义的词语。

“阻止”—如本文所用，阻止用于描述减小影响或使影响降至最低。当组件或特征被描述为阻止行为、运动或条件时，它可以完全防止某种结果或后果或未来的状态。另外，“阻止”还可以指减少或减小可能会发生的某种后果、表现和/或效应。因此，当组件、元件或特征被称为阻止结果或状态时，它不一定完全防止或消除该结果或状态。

虽然本文所述的许多实例是针对太阳跟踪光伏(PV)系统，但其技术和结构也同样适用于其他非太阳跟踪式太阳能收集系统或静止太阳能收集系统，以及集中式太阳热能系统等。此外，虽然本公开的很多内容依据地面安装式太阳跟踪太阳能收集设备进行描述，但是所公开的技术和结构也同样适用于其他太阳能收集设备，例如屋顶太阳能设备。

现有的单驱动跟踪太阳的太阳能发电系统使用单个马达来旋转扭矩管组件的端，从而将扭矩传递到扭矩管组件的相对端。也可利用单个马达旋转扭矩管组件的中心位置，从而将扭矩传递到纵向分开的位置。这类系统的总体抗扭刚度因此部分地由扭矩管组件的长度决定，而扭矩管组件的长度可达到一百英尺或以上。安装在扭矩管组件上的PV模块可能会经受大风荷载，而大风荷载会振动太阳能发电系统的结构。更具体地讲，风可能会拖曳PV模块，造成扭矩管扭转。这种扭转取决于扭矩管的刚度，并且单驱动系统可能会因此而失效，因此有必要通过最小化扭矩管长度或最大化扭矩管尺寸(例如，壁厚度)来增大刚度。然而，缩短扭矩管长度会减少系统的潜在能量收集，而增大扭矩管尺寸又会导致系统成本升高。因此，单驱动跟踪太阳的太阳能发电系统具有很明显的系统局限性。

一方面，多驱动太阳跟踪光伏系统包括若干马达驱动装置，能够在多个纵向分开的位置将扭矩输入到同一扭矩管。更具体地讲，马达驱动装置之间可分开一定距离，让驱动支承件之间的间距能够使系统刚度值维持在预定阈值之上。例如，马达驱动装置之间的间距可小于系统相邻马达驱动装置之间的一百英尺。这样可有效地缩短扭矩管部分的端之间的距离，避免例如由速度高达九十英里/小时的风造成风振动。

一方面，多驱动太阳跟踪光伏系统的扭矩管组件包括若干个由中间扭矩管连接件连接的扭矩管段。每个扭矩管段的总体长度可小于40英尺(12米)，这样扭矩管段便能够以标准运输容器运输。此外，扭矩管连接件的闭合的壁部分的轮廓，应该使得扭力和弯曲应力分布在整个横截面积上并且扭矩管组件可靠地在扭矩管段之间传递扭矩。

上述这些方面可通过本文所公开的多驱动太阳跟踪光伏系统实现。在下面的描述中，给出了许多具体细节，诸如具体的材料体系和部件结构，以便读者能够透彻理解本公开的实施例。对本领域的技术人员将显而易见的是可在没有这些具体细节的情况下实施本公开的实施例。在其他情况中，为了避免不必要地使本公开的实施例难以理解，本文没有详细地描述熟知的制造技术或部件结构，诸如具体类型的致动器或用于连接此类致动器与系统部件的技术。此外，应当理解在图中示出的多种实施例是示例性的展示并且未必按比例绘制。

总而言之，本文公开了一种具有扭矩管组件的太阳跟踪光伏系统，这种太阳跟踪光伏系统的扭矩管组件包括通过扭矩管连接件连接到第二扭矩管段的第一扭矩管段。扭矩管连接件可沿纵向轴线在端部分之间延伸，并且端部分连接到扭矩管段对应自由端。在一个实施例中，扭矩管连接件中间部分的外径，与扭矩管段的对应外径具有相同的直径。因此，PV模块可使用相同紧固硬件安装在扭矩管段和扭矩管连接件上，并且扭矩管连接件可在扭矩管段之间传递扭矩。

参见图1，该图示出了根据本公开的一个实施例的多驱动太阳跟踪光伏系统的透视图。电力农场可具有一个或多个太阳跟踪光伏系统100。太阳跟踪光伏系统100可视为一种多驱动系统，因为可将若干马达驱动装置连接到同一扭矩管，从而在多个纵向分开的位置将扭矩输入到扭矩管。例如，太阳跟踪光伏系统100可为具有一对马达驱动装置的双驱动系统，并且这一对马达驱动装置连接到同一扭矩管104或扭矩管部分的相应端。在一个实施例中，太阳跟踪光伏系统100包括若干驱动支承组件102，这些驱动支承组件在纵向分开的位置处将扭矩管104支承在地面上方。例如，太阳跟踪光伏系统100可包括沿纵向轴线110方向与第二驱动支承组件108纵向分开的第一驱动支承组件106。

可沿纵向轴线110把若干PV模块112安装在扭矩管104上。例如，太阳跟踪光伏系统100可包括一排十个串联布置的太阳能模块。该串联布置可包括例如，70至100个在第一向外端130和第二向外端132之间的PV模块112。每个PV模块112都可包括一个或多个太阳能收集装置。例如，每个PV模块112都可包括一个安装在PV框架上的PV层压板。该PV层压板可被配置成能够接收太阳光，进而转换为电能。例如，该PV层压板可包括一个或多个层压在光学透明的上盖和/或背盖之间的PV电池。

每个PV框架都可沿外周边和/或层压板结构的背表面支承相应的PV层压板。PV框架可使用扭矩管104部件中的安装孔安装在扭矩管104上，如下文所述。

在一个实施例中，通过一个或多个非驱动支承组件118将扭矩管104支承在地面上方。例如，非驱动支承组件118在纵向方向可定位在第一驱动支承组件106和第二驱动支承组件108之间。在未向扭矩管104输入扭矩的情况下，沿扭矩管104的纵向轴线110分布的每个非驱动支承组件118，都可支承并允许扭矩管104绕纵向轴线110旋转。因此，在未实际驱动这种旋转的情况下，非驱动支承组件118可有利于扭矩管104的稳定旋转。

基于由控制器120提供的电输入或受控制器120控制的电输入，驱动支承组件可能会影响扭矩管104绕纵向轴线110旋转。控制器120可包括被配置成控制电功率沿扭矩管104递送至驱动支承组件的马达的微处理器或计算机。例如，控制器120可例如通过控制电源，直接或间接地将第一电源输入122递送至第一驱动支承组件106，以及将第二电源输入124递送至第二驱动支承组件108。因此，驱动支承组件的马达和/或机械传输部件可由控制器120同时控制，来把扭矩输入到扭矩管104部分的第一端114和第二端116。更具体地讲，驱动支承组件可绕纵向轴线110把扭矩施加到第一端114和第二端116。因此，扭矩管104可绕纵向轴线110枢转或旋转，使得PV模块112能够跟踪太阳能源，例如太阳或把太阳光线朝PV模块112偏转的反射表面。

参见图2，该图示出了根据本公开的一个实施例的扭矩管组件的分解透视图。扭矩管104的每个驱动部分都可进一步分成若干扭矩管部分。例如，扭矩管104在第一端114和第二端116之间可具有至少两个管状部分。更具体地讲，第一扭矩管202(可以是扭矩管104的第一部分)可具有第一被驱动端204，第二扭矩管206(可以是扭矩管104的第二部分)可具有第二被驱动端208。PV模块112安装在第一扭矩管202和第二扭矩管206上的方式，可以与PV模块112安装在单个扭矩管(即，非分段式扭矩管)上的方式相同。

在一个实施例中，每个扭矩管104部分的长度210可具有预定的上限。例如，扭矩管部分的长度可不大于标准运输容器的长度。标准运输容器的长度通常可为四十英尺。因此，为了最大限度增大每个扭矩管部分的长度，让扭矩管部分能够运输到遥远的地理位置进行安装，每个扭矩管部分的长度210可小于40英尺(12米)，例如可以为30至39英尺(9.1至11.9米)。

虽然扭矩管部分(例如，第一扭矩管202和第二扭矩管206)的长度210可能被限制为小于40英尺，但是第一被驱动端204和第二被驱动端208之间的扭矩管104的总体长度可大于40英尺。因此，扭矩管部分可在一个或多个接头212处连接起来。例如，第一扭矩管202可沿纵向轴线110从第一被驱动端204延伸到第一自由端214。相似地，第二扭矩管206可沿纵向轴线110从第二被驱动端208延伸到第二自由端216。第二自由端216可通过焊接、紧固件连接或其他方式和机构连接到连接管的第一自由端214，从而延长扭矩管104的总体长度，使其超过相应扭矩管部分的各自长度210。

仍参见图2，第一扭矩管202的第一自由端214可通过扭矩管连接件218连接到第二扭矩管206的第二自由端216。扭矩管连接件218可被配置成连接若干扭矩管104段，并且可包括抵抗多管接头特有的载荷的结构。例如，如下文所述，扭矩管连接件218可提供具有闭合的壁部分的接头212。相比较而言，具有开放壁部分的其他管连接机构，诸如在接头212的任一侧连接了两个半圆柱形板的双套环机构，在相同的弯曲或扭力载荷下可能失效。下文结合图7至图11描述了扭矩管连接件218的各种实施例。

参见图3，该图示出了根据本公开的一个实施例的驱动支承组件的透视图。图3中所示的驱动支承组件102可代表太阳跟踪光伏系统100的每个驱动支承组件102，例如第一驱动支承组件106和第二驱动支承组件108。每个驱动支承组件102都可包括支撑架，诸如驱动柱302。驱动柱302可为具有打入地下的下端304和支承致动器的上端306的柱状结构，诸如工字梁，其中所述致动器被配置成为扭矩管104提供机械扭矩。更具体地讲，每个驱动柱302都可承载相应旋转致动器，诸如马达驱动装置308。下文结合图5A至图5B描述了马达驱动装置308的实施例。因此，第一驱动支承组件106可包括第一马达驱动装置308，第二驱动支承组件108可包括第二马达驱动装置308，并且这些马达驱动装置可安装在相应驱动柱302上。此外，从上文说明可得出，第一马达驱动装置308可连接到扭矩管104的第一端114，例如第一扭矩管202的第一被驱动端204，并且第二马达驱动装置308可连接到扭矩管104的第二端116，例如第二扭矩管206的第二被驱动端208。因此，第一扭矩管202可由第一驱动支承组件106支承，并且第二扭矩管206可由第二驱动支承组件108支承。

参见图4，该图示出了根据本公开的一个实施例的非驱动支承组件的透视图。图4中所示的非驱动支承组件118可代表太阳跟踪光伏系统100的每个非驱动支承组件118。例如，非驱动支承组件118可为纵向方向位于第一驱动支承组件106和第二驱动支承组件108之间的若干非驱动支承组件118的其中之一。每个非驱动支承组件118都可包括支撑架，诸如非驱动柱402。非驱动柱402可具有与驱动柱302相似的结构。例如，非驱动柱402可为柱状结构，诸如I形梁，或具有圆形或矩形横截面轮廓的柱子。但是，非驱动柱402的柱状结构可与驱动柱302不同。例如，非驱动柱402可包括一种不同类型的梁，该梁包括一种具有腹板部分和凸缘部分的不同横截面几何形状，例如“C”形或“Z”形轮廓。每个非驱动柱402可承载相应支撑机构，诸如轴承组件404。下文结合图6描述了安装在非驱动柱402上的轴承组件404的实施例。

驱动柱302和非驱动柱402可为不同于具有腹板部分和凸缘部分的梁的柱状结构。例如，柱302、402可为管状或实心柱子。柱302、402可以是关于竖直轴线对称，也可以不对称。因此，柱302、402可为任何类型的细长梁。

参见图5A，该图示出了根据本公开的一个实施例的驱动支承组件的马达驱动装置的透视图。每个驱动支承组件102都可包括安装在驱动柱302上端306的马达驱动装置308。马达驱动装置308可被配置成将电源输入转换成机械扭矩输出。更具体地讲，马达驱动装置308可直接把扭矩输出到扭矩管104的被驱动端(例如，第一被驱动端204)。因此，马达驱动装置308可包括具有直接连接到第一被驱动端204的输出联轴器的齿轮箱502。即，齿轮箱502可包括附接到第一被驱动端204以围绕纵向轴线110旋转扭矩管104的旋转输出端。

在一个实施例中，齿轮箱502包括连接到该旋转输出端的蜗杆传动装置。更具体地讲，马达驱动装置308的齿轮箱502可包括通过蜗杆(未示出)驱动的蜗轮。蜗杆传动装置在本领域中是已知的，因此本文中未对特定的蜗杆传动配置进行进一步描述。涡轮可安装在齿轮箱的箱体内，并且蜗轮可沿纵向轴线110布置并连接到旋转输出端，把扭矩输入到扭矩管104的第一被驱动端204。

齿轮箱502的蜗杆可连接到输入致动器，诸如，齿轮马达504。齿轮马达504可通过输出轴向蜗杆传递扭矩。因此，传递到齿轮马达504的电源输入可转换成蜗杆的输入扭矩，并且输入扭矩可从蜗杆传递到蜗轮，从而向第一被驱动端204输出机械扭矩。应当理解，齿轮马达504可电耦合到控制器120，并且控制器120可管理输送到齿轮马达504的电功率，以控制输送到扭矩管104的输出扭矩。

参见图5B，该图示出了根据本公开的一个实施例的驱动支承组件的马达驱动装置的剖视图。马达驱动装置308的齿轮箱502可包括蜗杆传动装置512，用于从齿轮马达504向扭矩管连接件传输功率。更具体地讲，蜗杆传动装置512可通过扭矩管连接件连接到扭矩管104。蜗杆传动装置512可包括蜗杆514(示意性地绘出)，用于从齿轮马达504接收输入扭矩，并包括蜗轮516(示意性地绘出)将传递的扭矩输出到扭矩管连接件。蜗杆514和蜗轮516可被构造成本领域中已知的结构，因此，为了行文简洁省略了组件的具体描述。然而，应当理解，蜗杆514可围绕蜗杆轴线518旋转，并且蜗轮516可围绕纵向轴线110旋转。因此，蜗杆轴线518可处于纵向轴线110下方，并相应地，处于扭矩管104下方。

在一个实施例中，齿轮马达208包括连接到蜗杆514的行星齿轮系520。例如，行星齿轮系520可被设置在齿轮箱箱体523的安装腔522内。也就是说，腔壁531可围绕沿蜗杆轴线518的安装腔522延伸，并且行星齿轮系520的输出端可被连接到安装腔522内的蜗杆514。因此，行星齿轮系520可由安装腔522内的箱体底座550沿蜗杆轴线518支承。

如下所述，齿轮马达504可包括连接到行星齿轮系520并连接到马达组件552的小齿轮524的偏心齿轮(未示出)。例如，马达组件552可包括安装在马达528的输出轴526上的小齿轮524，并且偏心齿轮可将机械功率从小齿轮524传输到行星齿轮系520。偏心齿轮可具有绕蜗杆轴线518与行星齿轮系520啮合的内齿轮部分，例如，内部正齿轮，以及与邻近轴心线530的小齿轮524啮合的外部齿轮部分，例如，外部正齿轮。因此，偏心齿轮可在轴心线530上的小齿轮524与蜗杆轴线518上的行星齿轮系520之间横向传输功率。

输出轴526可沿一个竖直平面延伸，行星齿轮系520也可沿该竖直平面延伸。例如，蜗杆轴线518和轴心线530可包含在该竖直平面内，因而行星齿轮系520和输出轴526可沿相同的竖直平面对准。此外，在该竖直平面内，在竖直方向上行星齿轮系520可位于轴心线530的上方。因此，输出轴526可绕在蜗杆轴线518下方偏移布置的轴心线530旋转。例如，轴心线530可在蜗杆轴线518下方偏移等于偏心齿轮半径加小齿轮524半径的距离。如此，偏心齿轮相对于蜗杆传动装置512降低了马达组件552，并且增大了马达组件406与安装在扭矩管104上的PV模块112之间的间隙。

参见图6，该图示出了根据本公开的一个实施例的非驱动支承组件的轴承组件的透视图。每个非驱动支承组件118都可包括安装在非驱动柱402上的轴承组件404。轴承组件404可包括支承轴承604的轴承座602。此外，轴承604可围绕纵向轴线110延伸来支承扭矩管104。例如，轴承604可具有由低摩擦系数材料制成的环形结构，并且扭矩管104可延伸穿过环形轴承604的内径。因此，轴承604可限制扭矩管104的横向运动，并且当马达驱动装置308向对应的被驱动端输入扭矩时，轴承604可允许扭矩管104围绕纵向轴线110旋转。

驱动支承组件和非驱动支承组件沿扭矩管104分布，具有若干好处。例如，把输入扭矩分布在纵向分开的位置上能够缩短扭矩管部分在驱动装置之间的长度，从而提高系统的有效刚度，因此可尽可能减小给定风荷载下扭矩管104的角度偏转。而由于提高了系统有效刚度，所以得以使用更薄的扭矩管104。例如，相比于单驱动系统的扭矩管104，可减小这种扭矩管104的壁厚，因此，可降低风害的发生几率，并且/或者可针对设计风载荷使用更大的PV模块112，增加系统发电量。甚至还可以用更轻、成本更低的扭矩管来实现这一点。在一个实施例中，扭矩管104具有厚度小于0.75cm的圆柱形壁。具有这样的壁厚的扭矩管104的直径可大于10cm。由于扭矩管104和安装在扭矩管104上的PV模块112的重量可分布到多个并且/或者更均匀地间隔开的支承组件上，因此驱动支承组件的柱的尺寸也可以减小，并且驱动支承组件的重量也可以减小。因此，相比于通常的单驱动系统，多驱动太阳跟踪光伏系统100可以更加稳固，而且可以具有更低的制造成本或安装成本。

如上所述，双驱动太阳跟踪光伏系统100可包括具有若干在相邻的驱动支承组件之间的接头212处接合的管段的扭矩管104。此外，扭矩管104段之间的接头212能够抵抗由风载荷产生的弯曲和扭力。接头212例如可包括扭矩管连接件218。

参见图7，该图示出了根据本公开的一个实施例的扭矩管连接件的透视图。扭矩管连接件218可具有包括模锻端和/或胀形端的管状构造。例如，扭矩管连接件218可包括镀锌钢管颈缩端部分，该镀锌钢管颈缩端部分被装配到扭矩管104的一个或多个段的内径中。扭矩管连接件218的预定长度可小于扭矩管104部分的长度210。然而例如，与扭矩管连接件218邻接的每个扭矩管部分的总长度在30-40英尺的范围内，例如可以是39英尺，扭矩管连接件218可具有在4-14英尺的范围内的总长度，例如可以是9英尺。

扭矩管连接件218可包括中间部分702，以在邻接的扭矩管104部分的相邻自由端之间延伸。在一个实施例中，扭矩管连接件218支承一个或多个PV模块112，并且因此中间部分702可具有与扭矩管104的外径相似的中间外径704。例如，中间外径704和扭矩管104的外径可以是相等的并且在5-10英寸的范围内，例如可以是6.6英寸。因此，PV框架安装在扭矩管连接件218上的方式，可以与PV模块112安装在扭矩管104上的方式相同。

扭矩管连接件218可包括若干个从中间部分702的相对端延伸的端部分705。例如，第一端部分706可沿着纵向轴线110延伸，以附接至第一扭矩管202的端，如第一自由端214，并且第二端部分708可沿着纵向轴线110延伸，以附接至第二扭矩管206的端，如第二自由端216。每个端部分705都可包括被配置成与邻接的扭矩管部分相配合的端外径710，如下所述。因此，中间部分702可在第一端部分706和第二端部分708之间延伸，并且中间外径704可与端外径710不同。例如，中间部分702可具有与扭矩管104相同的外径，并且端部分705可具有与扭矩管104不同的外径。

参见图8，示出了根据本公开实施例的扭矩管连接件的透视剖面图。扭矩管连接件218的中间部分702和端部分705可具有绕纵向轴线110的连续壁。例如，中间部分702可包括绕纵向轴线110延伸的中间壁802，并且每个端部分705可包括绕纵向轴线110延伸的端壁804。所述壁的厚度可相同或不同。例如，中间壁802和/或端壁804的壁厚可皆在9-11厚度规(gauge)的范围内。

参见图9，示出了根据本公开的一个实施例的扭矩管连接件的端部分的透视图。扭矩管连接件218可在一个或多个部分中包括若干孔以在扭矩管104的组装中发挥各种功能。例如，中间部分702可包括穿过中间壁802的中间安装孔712(图7)。中间安装孔712可接纳紧固件如螺栓或铆钉，以将PV模块112附接至中间部分702。类似地，端部分705中的一个或多个，如第二端部分708，可包括穿过端壁804的端安装孔902。如下所述，端安装孔902可接纳紧固件，以将PV模块112同时附接至端部分705和扭矩管104。

在一个实施例中，端部分705的每个端壁804包括若干紧固件孔904。紧固件孔904可以绕端部分705的周长分布。紧固件孔904可沿着正交于纵向轴线110的横向平面绕该周长等间距分布。例如，端部分705可包括绕纵向轴线110以45度间隔分布的八个紧固件孔904。紧固件孔904可与扭矩管104部分的端中的配合孔对准。因此，可将紧固件穿过紧固件孔904插入端部分705和扭矩管104两者中以将扭矩管连接件218连接至扭矩管104。

可通过相应的过渡部分906将中间部分702连接至一个或多个端部分705。过渡部分906可包括在中间部分702处的向内端908至端部分705处的向外端910之间过渡的外表面。因此，过渡部分906可在向内端908处连接至中间部分702并在向外端910处连接至端部分705。向外端910和向内端908可具有不同的外部尺寸，例如直径。例如，可通过模锻均匀管的端来形成端部分705，并且因此端部分705可实际上是中间部分702的向下颈缩部分。另选地，可通过使均匀管的端胀形或模锻均匀管的金属部分来形成端部分705。过渡部分906的外表面轮廓可取决于模锻或胀形工艺，并且举例来说，过渡部分906可具有锥形或阶梯形轮廓。更具体地讲，过渡部分906可平滑并连续地从向内端908处的较大直径渐缩至向外端910处的较小直径。

扭矩管连接件218的孔可相对于彼此具有预定位置。例如，中间安装孔712和端安装孔902可沿含有纵向轴线110的纵向平面对准。该纵向平面可为例如纵向平分扭矩管连接件218的平面，以使截取的扭矩管连接件218呈现为如图8中的透视剖面图所示。因此，可使用在纵向方向上对准的紧固件将PV模块112安装到扭矩管连接件218上。

参见图10，示出了根据本公开的一个实施例的与扭矩管接合的扭矩管连接件的剖视图。端部分705连接至扭矩管104的端。例如，扭矩管连接件218可连接至第一扭矩管202的第一自由端214或第二扭矩管206的第二自由端216。在一个实施例中，端部分705被插入扭矩管104的端中。例如，端外径710可小于扭矩管104的内径，以允许将端部分705插入扭矩管104的内径中。扭矩管连接件218的两个端部分705可被类似地装配到扭矩管104的相应部分中。因此，第一扭矩管202、第二扭矩管206和扭矩管连接件218可沿纵向轴线110延伸并可绕纵向轴线110枢转。紧固件可设置在扭矩管104和端部分705的紧固件配合孔904中，以在管状结构之间传输扭矩。类似地，可将紧固件穿过端安装孔902插入端部分705和扭矩管104两者中，以将扭矩从管状结构传输至安装在管状结构上的PV模块112。

在一个实施例中，中间外径704可与扭矩管连接件218的外径1002相同。PV框架可以与纵向轴线110等距间隔(径向距离相同)的形式被安装在扭矩管连接件218和扭矩管104的外表面上。因此，可使用相同类型的连接方式将PV框架附接至扭矩管连接件218和扭矩管104两者上。也就是说，通过使沿扭矩管组件整个长度上的外部尺寸保持相同，即可不再需要使用不同模块附件连接方式。因此，可使用相同的安装硬件将PV模块112安装在扭矩管连接件218和相邻的扭矩管104(例如，第二扭矩管206)两者上。

扭矩管连接件218和扭矩管104可具有相近的壁厚，并且因此，端外径710(可为与过渡部分906的向外端910相同的直径)可小于中间部分702的中间内径1004。更具体地讲，当中间部分702和扭矩管104具有相同的壁厚时，则由此对于装配于扭矩管104中的端部分705的外径来说，端外径710小于扭矩管104的内径和中间内径1004两者。

参见图11，示出了沿图10中的线11-11截取的根据本公开的一个实施例的与扭矩管接合的扭矩管连接件的剖视图。扭矩管连接件218的端部分705和扭矩管104的配合部分(例如，第一扭矩管202和第二扭矩管206的自由端)可包括闭合的壁部分1102的相应横截面区域。例如，闭合的壁部分1102可具有环形的横截面区域。举例来说，扭矩管连接件218的第一端部分706可包括连接件横截面区域1104。类似地，举例来说，第一扭矩管202可在第一自由端214包括相应的管横截面区域1106。也就是说，可将连接件横截面区域1104和管横截面区域1106绕纵向轴线110同心地设置。

端部分705和扭矩管104的同心环形横截面区域可具有与端部分705插入扭矩管104中或者端部分705绕扭矩管104外侧装配的组装配置相对应的尺寸。例如，当端部分705被模锻成比中间部分702更小的尺寸时，端部分705包括的相应外径小于扭矩管104端的同心环形横截面区域的相应内径。也就是说，端外径710可小于管横截面区域1106的管内径1108。

在一个实施例中，端部分705可绕扭矩管104装配。例如，端部分705可向外扩口，以绕管横截面区域1106的外径1002装配。应当理解，在此种情况下，端部分705的环形横截面区域包括的相应内径，即端内径1108，比扭矩管104端的同心环形横截面区域的相应外径1002更大。因此，各种扭矩管连接件218配置可用于互连扭矩管104的各部分，同时保持扭矩管组件的均匀外径并通过扭矩管连接件218将扭矩有效地从第一扭矩管202传输至第二扭矩管206。

如上所述，单一控制器120可控制若干马达驱动装置308。例如，控制器120可电连接至第一马达驱动装置308，该第一马达驱动装置附接至第一扭矩管202的第一被驱动端204，并且控制器120可电连接至第二马达驱动装置308，该第二马达驱动装置308附接至第二扭矩管206的第二被驱动端208。因此，可用控制器120控制相应马达驱动装置308的齿轮马达504，以输入功率至单个扭矩管104和/或扭矩管组件。

控制器120可通过控制到齿轮马达504的电功率递送来同时控制该对马达驱动装置308，从而在扭矩管104上纵向分开的输入位置处实现所需扭矩。更具体地讲，控制器120可独立地控制马达驱动装置308以在扭矩管104的各端输入相同或不同的扭矩。

参见图12，示出了操作根据本公开的一个实施例的多驱动太阳跟踪光伏系统100的各种方法的流程图。在操作1202处，可将第一电源输入122递送至第一马达驱动装置308。更具体地，可将电功率递送至第一马达驱动装置308的齿轮马达504。类似地，在操作1204处，可将第二电源输入124递送至第二马达驱动装置308。更具体地，可将电功率递送至第二马达驱动装置308的齿轮马达504。在操作1206处，可由相应的马达驱动装置308将独立递送的第一电源输入122和第二电源输入124转换成相应的机械扭矩。也就是说，马达驱动装置308的齿轮马达504可在输出轴处将电源输入转换成机械扭矩，并且可将输出机械功率传输至齿轮箱502的蜗轮和马达驱动装置308的输出端。例如，当第一电源输入122等于第二电源输入124并且假定该对马达驱动装置308具有相同的效率时，可在第一马达驱动装置308的输出端和第二马达驱动装置308的输出端处产生相等的扭矩。在操作1208处，可将由该对马达驱动装置308产生的所述机械扭矩施加至扭矩管104的相应被驱动端。因此，多驱动太阳跟踪光伏系统100的扭矩管104可绕纵向轴线110旋转，以使得太阳能模块跟踪太阳能源。

参见图13，示出了操作根据本公开的一个实施例的多驱动太阳跟踪光伏系统的各种方法的流程图。控制器120可为被配置成用于诊断马达驱动装置308效率的“智能”控制器。在操作1302和1304处，可将第一电源输入至第一马达驱动装置308，并且可将第二电源输入至第二马达驱动装置308。马达驱动装置308可包括功率传输部件例如齿轮马达504，该功率传输部件可为步进马达；以及齿轮箱502，该齿轮箱可实质上为包括蜗杆传动的齿轮箱。因为功率传输部件可具有已知效率(例如，设计效率或实验测定的效率)，所以可测定实现扭矩管104的预定扭矩或运动的电源输入要求。在操作1306处，可监测第一电源输入122和第二电源输入124。例如，控制器120可伺服电源和/或直接测量递送至马达驱动装置308的电功率，以确定电源输入值。可从通过监测收集的电源输入数据获得系统特性。

可由控制器120收集其他反馈信号，以确定马达驱动装置308的性能。例如，除了感测输入至马达驱动装置308的电功率外，控制器120还可从传感器接收反馈，该传感器监测由风、风速和风向，以及系统部件的失准而施加的扭矩。可感测系统性能或效率相关的任何特性，并且可将相应传感器数据提供给控制器120。

在操作1308处，可基于所监测的系统的特性如电源输入，来测定马达驱动装置308的相对性能。例如，当实现预定转矩所需的电源输入超出阈值时，可确定马达驱动装置308存在问题。例如，齿轮马达504的步进马达和/或齿轮箱502内的齿轮可能发生故障。可通过第一电源输入122和第二电源输入124之间的比较来进行此类诊断。例如，当第一马达驱动装置308需要比第二马达驱动装置308更大的电功率来实现预定扭矩时，可确定第一马达驱动装置308的部件发生了故障。因此，可测定马达驱动装置308的相对性能，来触发系统维护程序。可通过监测和比较所需马达功率确定的其他系统问题包括：辨识故障马达；辨识跟踪器障碍的存在；辨识齿轮箱故障；辨识例如在控制器120和马达驱动装置308之间的电力线路的电路中断；以及辨识马达驱动装置308之间可能的不对准或偏移。

参见图14，根据本公开的一个实施方案示出了用于操作多驱动太阳跟踪光伏系统的各种方法的流程图。在一个实施方案中，控制器120独立地控制马达驱动装置308以输入不同扭矩至扭矩管104的相对两端。在操作1402和1404处，可将第一电源输入至第一马达驱动装置308，并且可将第二电源输入至第二马达驱动装置308。在一个实施方案中，第一电源输入122不同于第二电源输入124。在操作1406处，由马达驱动装置308将不同的电源输入转换成相应的机械扭矩。例如，在第一马达驱动装置308的齿轮马达504的输出轴处产生的扭矩可不同于在第二马达驱动装置308的齿轮马达504的输出轴处产生的扭矩。所述扭矩的差异可与输入至齿轮马达504的电功率的差异成正比。可通过马达驱动装置308传输不同的输出轴扭矩。因此，在操作1408处，可由第一马达驱动装置308施加第一机械扭矩至第一被驱动端和第一扭矩管202。类似地，在操作1410处，可由第二马达驱动装置308施加不同于第一机械扭矩的第二机械扭矩至第二扭矩管206的第二被驱动端208。独立受控的马达驱动装置308可由此输入不同扭矩至扭矩管104的第一端114和第二端116。因此，可施加净扭力至扭矩管104以在第一端114和第二端116之间扭转扭矩管104。当扭矩管104扭动时，安装在扭矩管104上的PV模块112的相对间距可被改变。例如，鉴于当扭矩管104没有净扭力时，安装在扭矩管104上的若干PV模块112的前表面可为平行的，扭转扭矩管104可使PV模块112的相应安装点绕纵向轴线110旋转，从而当扭矩管104被扭动时所述前表面不再平行。

可通过在同一方向上施加不同的扭矩到第一端114和第二端116，或通过在相反方向上施加扭矩于第一端114和第二端116处，来将净扭力引入扭矩管104。如上所述地扭转扭矩管104可用于实现若干功能优点。例如，改变各PV模块112相对于彼此的间距可改变风动力，从而使更少的风阻被施加到整个PV系统，并且由此，可减小风负载下系统故障的可能性。此外，改变PV模块112的间距可防止一个PV层压板被另一PV层压板遮蔽。例如，移动其他PV层压板可使遮蔽轮廓移位，从而减少遮蔽总量并增加系统的太阳能收集。

已经描述了一种包括扭矩管组件的太阳跟踪光伏系统，所述扭矩管组件具有用扭矩管连接件连接的若干段。尽管上面已经描述了具体实施例，但即使相对于特定的特征仅描述了单个实施例，这些实施例也并非旨在限制本公开的范围。在本公开中所提供的特征的例子旨在为说明性的而非限制性的，除非另有说明。以上描述旨在涵盖将对本领域的技术人员显而易见的具有本公开的有益效果的那些替代形式、修改形式和等效形式。本公开的范围包括本文所(明示或暗示)公开的任何特征或特征组合，或其任何概括，不管其是否减轻本文所解决的任何或全部问题。因此，可以在本申请(或对其要求优先权的申请)的审查过程期间对任何此类特征组合提出新的权利要求。具体地讲，参考所附权利要求书，来自从属权利要求的特征可与独立权利要求的那些特征相结合，来自相应的独立权利要求的特征可以按任何适当的方式组合，而并非只是以所附权利要求中枚举的特定形式组合。

Claims (19)

1.一种太阳跟踪光伏(PV)系统，包括：

多个驱动支承组件，所述驱动支承组件包括安装在相应驱动桩上的第一马达驱动装置和第二马达驱动装置；

沿第一端和第二端之间的纵向轴线延伸的扭矩管，其中所述第一端连接到所述第一马达驱动装置，并且所述第二端连接到所述第二马达驱动装置；

安装在所述扭矩管上的多个光伏模块；以及

电连接到所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置上的控制器，其中所述控制器独立地控制所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置以围绕所述纵向轴线将不同扭矩输入到所述扭矩管的所述第一端和所述第二端从而旋转所述扭矩管，使得所述多个光伏模块跟踪太阳能源。

2.根据权利要求1所述的太阳跟踪光伏系统，还包括位于所述多个驱动支承组件之间的非驱动支承组件，其中所述非驱动支承组件包括安装在非驱动桩上的轴承组件，并且其中所述轴承组件包括围绕所述纵向轴线延伸的轴承。

3.根据权利要求2所述的太阳跟踪光伏系统，其中所述扭矩管延伸穿过所述轴承。

4.根据权利要求1所述的太阳跟踪光伏系统，其中所述扭矩管包括在一个或多个接头处连接的多个管部分。

5.根据权利要求4所述的太阳跟踪光伏系统，其中每个管部分的长度小于40英尺。

6.根据权利要求4所述的太阳跟踪光伏系统，其中所述一个或多个接头包括具有闭合壁部分的扭矩管连接器。

7.根据权利要求1所述的太阳跟踪光伏系统，其中所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置包括各自的蜗轮，用以将扭矩输入到所述扭矩管的所述第一端和所述第二端。

8.根据权利要求7所述的太阳跟踪光伏系统，其中所述控制器独立地控制所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置，以在所述第一端和所述第二端之间扭转所述扭矩管。

9.一种太阳跟踪光伏(PV)系统，包括：

多个驱动支承组件，所述驱动支承组件包括具有第一马达驱动装置的第一驱动支承组件和具有第二马达驱动装置的第二驱动支承组件；

由所述第一驱动支承组件支承的第一扭矩管，其中所述第一扭矩管包括第一被驱动端和第一自由端，并且其中所述第一被驱动端连接到所述第一驱动支承组件的所述第一马达驱动装置；

由所述第二驱动支承组件支承的第二扭矩管，其中所述第二扭矩管包括第二被驱动端和第二自由端，其中所述第二被驱动端连接到所述第二驱动支承组件的所述第二马达驱动装置，并且其中所述第二自由端连接到所述第一自由端；

安装在所述第一扭矩管和所述第二扭矩管上的多个光伏模块；以及

电连接到所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置上的控制器，其中所述控制器独立地控制所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置以围绕纵向轴线将不同扭矩输入到所述扭矩管的所述第一被驱动端和所述第二被驱动端从而旋转所述第一扭矩管和所述第二扭矩管，使得所述多个光伏模块跟踪太阳能源。

10.根据权利要求9所述的太阳跟踪光伏系统，还包括位于所述多个驱动支承组件之间的非驱动支承组件，其中所述非驱动支承组件包括安装在非驱动桩上的轴承组件，并且其中所述轴承组件包括围绕所述纵向轴线延伸的轴承。

11.根据权利要求10所述的太阳跟踪光伏系统，其中所述第一扭矩管和所述第二扭矩管中的每个扭矩管的长度小于40英尺。

12.根据权利要求9所述的太阳跟踪光伏系统，其中所述第二自由端通过具有闭合壁部分的接头连接到所述第一自由端。

13.根据权利要求9所述的太阳跟踪光伏系统，其中所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置包括各自的蜗轮，用以将扭矩输入到所述第一扭矩管的第一被驱动端和所述第二扭矩管的第二被驱动端。

14.根据权利要求13所述的太阳跟踪光伏系统，其中所述控制器独立地控制所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置，以在所述第一被驱动端和所述第二被驱动端之间扭转所述第一扭矩管和所述第二扭矩管。

15.一种太阳跟踪光伏方法，包括：

将第一电源输入递送到第一马达驱动装置，其中所述第一马达驱动装置连接到沿太阳跟踪光伏(PV)系统的纵向轴线延伸的扭矩管的第一被驱动端，并且其中所述太阳跟踪光伏系统包括安装在所述扭矩管上的多个光伏模块；

将第二电源输入递送到第二马达驱动装置，其中所述第二马达驱动装置连接到所述扭矩管的第二被驱动端；

通过所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置，将所述第一电源输入和所述第二电源输入转换为相应机械扭矩；以及

围绕所述纵向轴线将所述机械扭矩施加到所述扭矩管的相应被驱动端以旋转所述扭矩管，使得所述多个光伏模块跟踪太阳能源；

所述太阳跟踪光伏方法还包括：

通过所述第一马达驱动装置，将第一机械扭矩施加到所述第一被驱动端；以及

通过所述第二马达驱动装置，将不同于所述第一机械扭矩的第二机械扭矩施加到所述第二被驱动端，以围绕所述纵向轴线扭转所述扭矩管并改变所述多个光伏模块的相对斜度。

16.根据权利要求15所述的太阳跟踪光伏方法，还包括：

监测所述第一电源输入和所述第二电源输入；以及

根据所监测的所述第一电源输入和所述第二电源输入，测定所述第一马达驱动装置和所述第二马达驱动装置的相对性能。

17.根据权利要求15所述的太阳跟踪光伏方法，其中每个马达驱动装置包括齿轮箱，所述齿轮箱具有蜗轮和蜗杆，所述蜗轮连接到所述扭矩管，所述蜗杆将动力从齿轮马达传送到所述蜗轮以围绕所述纵向轴线旋转所述扭矩管。

18.根据权利要求15所述的太阳跟踪光伏方法，其中所述扭矩管包括在一个或多个接头处连接的多个管部分。

19.根据权利要求18所述的太阳跟踪光伏方法，其中每个管部分的长度小于40英尺。

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