CN104038143B - 光伏阵列支架 - Google Patents

Abstract

一种光伏阵列支架，以结合单轴跟踪支架和最佳固定倾角支架的优势为目的，其中各主梁包括至少两主梁段，至少两主梁段之间由连接件可拆卸地连接；基础支撑构件用于稳定地支撑主梁；转动支撑构件设置在主梁和基础支撑构件之间，提供绕第一轴线和第二轴线的转动，第一轴线的方向为南北方向，第二轴线的方向为竖直方向；调角器可调节地固定主梁绕第一轴线的转角；主梁由驱动装置驱动绕第一轴线的转动使得该光伏阵列支架能作为单轴跟踪支架支撑光伏组件，断开连接的各主梁段能绕第二轴线转动90度，使得第一轴线由南北方向改为东西方向，并由调角器固定主梁绕第一轴线的转角，以使该光伏阵列支架能为最佳固定倾角支架支撑光伏组件。

Description

光伏阵列支架

技术领域

本发明涉及光伏阵列支架。

背景技术

在光伏发电系统中，平单轴跟踪支架是最常用的光伏阵列支架之一，由于该支架白天能跟踪太阳方位角变化运行，使得采用该支架的光伏组件全年发电总量要比采用最佳固定倾角支架的光伏组件全年发电总量高出15%-20%。但是在纬度较高的地区，虽然采用平单轴跟踪支架的光伏组件全年发电总量也会增加，但在冬季，由于太阳高度角偏低，光伏组件的日发电量往往要比采用最佳固定倾角支架的发电量还低，严重时要比采用最佳固定倾角支架低30%以上发电量，这大大削弱了平单轴跟踪支架在夏、春、秋季发电量增加的优势，如果能改善这一状况，使冬季发电量保持与采用单一最佳固定倾角支架相当或略高，则光伏组件的全年发电总量将大幅增加。另一方面，采用手动调节固定支架安装倾角的方式是每隔一段时间根据太阳高度角变化情况调整一次光伏组件的安装倾角，使光伏组件在该时段的安装倾角为最佳，也能增加光伏组件的年发电总量，但单纯采用手动调节固定支架安装倾角的方式，光伏组件的年发电总量增加非常有限，一般在5%-8%。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光伏阵列支架，以结合单轴跟踪支架和最佳固定倾角支架的优势。

为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏阵列支架，包括驱动装置、在南北方向布置的至少两主梁、基础支撑构件和转动支撑构件，其特征在于，主梁用于稳定地支撑光伏组件，各主梁包括至少两主梁段，该至少两主梁段之间由连接件可拆卸地连接；基础支撑构件用于稳定地支撑主梁；转动支撑构件设置在主梁和基础支撑构件之间，提供绕第一轴线和第二轴线的转动，第一轴线的方向为南北方向，第二轴线的方向为竖直方向；调角器，可调节地固定主梁绕第一轴线的转角；其中主梁由驱动装置驱动绕第一轴线的转动使得该光伏阵列支架能作为单轴跟踪支架支撑光伏组件，断开连接的各主梁段能绕第二轴线转动90度，使得第一轴线由南北方向改为东西方向，并由调角器固定主梁绕第一轴线的转角，以使该光伏阵列支架能为最佳固定倾角支架支撑光伏组件。

所述的光伏阵列支架，其进一步的特点是，调角器包括与基础支撑构件牢固连接的固定板以及与主梁牢固连接的转动板，转动板上以第一轴线为中心沿轴向按一定角度间隔开有多个圆孔，该多个圆孔能保证主梁段上的光伏组件相对地面的倾角在0度到90度之间按照一定间隔分档调节。

所述的光伏阵列支架，其进一步的特点是，所述转动支撑构件连接主梁和基础支撑构件以使主梁段能以第二轴线为中心相对基础支撑构件水平旋转90度以上。

所述的光伏阵列支架，其进一步的特点是，所述基础支撑构件包括主支撑构件和辅助支撑构件，主支撑构件设置对应主梁的各主梁段的中部设置，辅助支撑构件对应各主梁段的端部设置。

所述的光伏阵列支架，其进一步的特点是，所述转动支撑构件包括底部转动件、上部转动件，底部转动件安装在基础支撑构件上能相对基础支撑构件绕所述第二轴线转动，上部转动件安装在底部转动件上能相对底部转动件以第三轴线转动，所述主梁段与上部转动件连接能相对上部转动件以所述第一轴线转动，第一轴线、第二轴线以及第三轴线彼此垂直，底部转动件和基础支撑构件之间由紧固件固定，上部转动件绕第三轴线的转动能使得所述第一轴线相对水平方向倾斜。

所述的光伏阵列支架，其进一步的特点是，所述主梁绕第三轴线相对水平面的倾角大于等于0度。

所述的光伏阵列支架，其进一步的特点是，所述驱动装置为同时驱动多根主梁的联动式驱动装置或者单独驱动各主梁的单体式驱动装置。

所述的光伏阵列支架，其进一步的特点是，所述主梁为矩形管或圆管。

所述的光伏阵列支架，其进一步的特点是，断开连接的各主梁段能绕第二轴线转动并连接成东西方向延伸的主梁。

在夏、春、秋时采用平单轴跟踪支架方式或主梁轴线与水平面夹角小于10°的小倾角斜单轴跟踪支架方式运行，到了冬季，单轴跟踪支架方式运行发电量较低时，则切换成最佳固定倾角支架方式运行。且还可根据冬季各月太阳高度角变化情况，手动分挡变换光伏组件安装倾角，使得冬季各月都能在当月最佳固定倾角条件下运行，这样就能有效增加光伏组件在冬季的发电量，使光伏组件全年发电总量大幅增加。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一个实施例的光伏阵列支架的主视图。

图2为本发明一个实施例的光伏阵列支架的一列（南北向）的右视图。

图3为本发明另一个实施例的光伏阵列支架的主视图。

图4为本发明另一个实施例的光伏阵列支架的一列的右视图。

图5为本发明又一个实施例的光伏阵列支架的主视图。

图6为本发明又一个实施例的光伏阵列支架的一列的右视图。

图7A为本发明一个实施例中主梁的连接件的主视图。

图7B为本发明一个实施例中主梁的连接件的横截面视图。

图8A为本发明另一个实施例中主梁的连接件的主视图。

图8B为本发明另一个实施例中主梁的连接件的横截面视图。

图9为本发明一个实施例的光伏阵列支架的一列（南北向）的局部右视图。

图10为本发明一个实施例的光伏阵列支架的局部主视图。

图11A为本发明一个实施例的转角器的转动板的右视图。

图11B为本发明一个实施例的转角器的转动板的主视图。

图12A为本发明一个实施例的转角器的固定板的右视图。

图12B为本发明一个实施例的转角器的固定板的俯视图。

图13为本发明一个实施例的光伏阵列支架的一列（南北向）的局部右视图。

图14为本发明一个实施例的光伏阵列支架的局部主视图。

图15为本发明一个实施例的光伏阵列支架的局部主视图，主要显示了辅助支撑构件。

图16为本发明一个实施例的光伏阵列支架的局部主视图，主要显示了另一种辅助支撑构件。

图17为本发明一个实施例的光伏阵列支架作为单轴跟踪支架的俯视图。

图18为对应图17的本发明一个实施例的光伏阵列支架作为单轴跟踪支架的一列（南北向）的右视图。

图19为本发明一个实施例的光伏阵列支架作为最佳固定倾角支架的俯视图。

图20为对应图19的本发明一个实施例的光伏阵列支架作为最佳固定倾角支架的一列（南北向）的右视图。

图21为本发明另一个实施例的光伏阵列支架作为单轴跟踪支架的俯视图。

图22为对应图21的本发明另一个实施例的光伏阵列支架作为单轴跟踪支架的一列（南北向）的右视图。

图23为对应图21的本发明另一个实施例的光伏阵列支架作为最佳固定倾角支架的俯视图。

图24为对应图23的本发明一个实施例的光伏阵列支架作为最佳固定倾角支架的一列（南北向）的右视图。

图25为本发明又一个实施例的光伏阵列支架作为单轴跟踪支架的一列（南北向）的右视图。

图26为对应图25的本发明又一个实施例的光伏阵列支架作为最佳固定倾角支架的一列（南北向）的右视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1至图26均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

图1至图2，图3至图4，图5至图6分别示意性显示了本发明的不同实施例的光伏阵列支架。

如图1和图2所示，光伏阵列支架包括驱动装置14、主梁11、基础支撑构件和转动支撑构件。基础支撑构件包括主支撑构件91和辅助支撑构件92。转动支撑构件位于主梁11和基础支撑构件之间，其构造将在后面详细描述。

在图1和图2所示的实施例中，驱动装置14驱动其中的一个主梁11（在图中位于中间），该主梁11通过旋转臂16带动旋转连杆15，旋转连杆15再带动其他的旋转臂，进而再带动其他的主梁11在东西方向偏转。在图1中主梁11是南北方向延伸的，主梁11相对于水平面的倾角是0度或者大于0度。主梁11上铺设托架12，托架12上安装光伏组件13，主梁11带动光伏组件13跟踪太阳的移动，以使光伏组件13在东西方向始终垂直于太阳光线。图1和图2所示的状态是光伏阵列支架呈单轴跟踪支架的状态，通过转动主梁11以跟踪太阳光。还应注意到，主梁11是由至少两主梁段111、112通过连接件110可拆卸地连接而成，在图2中仅显示了一部分主梁11，各主梁段的长度可以等长，也可以不等长。另外，转动支撑构件如后面所述的可以提供绕第一轴线和第二轴线的转动并包括调角器，第一轴线的方向为南北方向，第二轴线的方向为竖直方向，当各主梁段断开连接后，可以将各主梁段转动90度，使第一轴线的方向由南北方向改为东西方向，并由调角器固定主梁绕第一轴线的转角，从而光伏阵列支架为最佳固定倾角支架支撑光伏组件，这样的状态适合于冬季。

图3和图4所示的实施例中，与图1、图2所示的不同之处在于驱动装置不同，在图3、图4中，驱动装置24包括推杆式驱动器，通过推杆的移动来推拉其中的一个旋转臂16，进而达到多根主梁11同步转动的目的，推杆是可转动地安装在一支撑基础上。

图5和图6所示的实施例中，与图1、图2所示的不同之处在于驱动装置不同，并且也没有联动用的旋转连杆和旋转臂，各主梁11是由驱动装置34单独驱动的，驱动装置34可以是减速电机，其通过回转轴承或齿轮箱来驱动主梁11转动。

从前述各实施例以及结合后述内容可以理解到，本发明的光伏阵列支架的实施不限于驱动装置的具体形态。

如图7A、图7B所示，连接各主梁段的连接件110可以是大致成U形，在其两侧壁上形成有孔，通过螺栓或其他紧固件穿过该孔以及对接的两主梁段上的孔，就可以将两主梁段拼接在一起。

从图9和图10中，可以了解到调角器的一具体实施形态，调角器包括与基础支撑构件牢固连接的固定板412以及与主梁牢固连接的转动板411，如图11A和图11B所示，转动板411上以第一轴线为中心沿轴向按一定角度间隔开有多个圆孔4110，该多个圆孔4110能保证主梁11上的光伏组件13相对水平面的倾角在0度到90度之间按照一定间隔分档调节。转动板411和固定板412之间由锁紧螺栓413或者其他紧固件紧固。如图12A和图12B所示，固定板412上有长形的通孔4120，紧固件是穿过通孔4120和圆孔4110将转动板411和固定板412固定连接的。另外，转动板411上焊接或者连接有抱箍415，抱箍415将转动板411固定连接在主梁11上。如图8A和图8B所示，抱箍415是由两半件构成，两半件之间通过法兰连接而将主梁11抱紧，抱箍415的形状与主梁11的形状对应，主梁11可以是截面为圆形或者矩形。

从图13和图14中可以了解到转动支撑构件提供的第一轴线、第二轴线的转动的具体实施形态。转动支撑构件包括底部转动件（旋转套筒50、固定立柱51）、上部转动件（支撑上旋转轴53的支架58），旋转套筒50套在主支撑构件91上的固定立柱51上，二者可相对转动（提供绕第二轴线即竖直轴向的转动），并通过旋转锁扣52锁止。支架58上装有上旋转轴53，上旋转轴53也同时装在主梁11上，这样支架58就能与主梁11以上旋转轴53为中心转动（即提供绕第一轴线的转动），支架58和旋转套筒50之间还装有中旋转轴54，这样支架58和旋转套筒50之间也能相对转动（提供绕第三轴线的转动），从图13和图14可以看出，上旋转轴53、中旋转轴54以及竖直方向是彼此垂直的，支架58绕中旋转轴54的转动能使得所述上旋转轴相对水平方向倾斜，倾斜角度可以是10度以内。

另外，除了图13、图14所示的实现各处转动的结构外，还存在种种变化，例如旋转套筒、固定立柱之间的外置可以互换，或者各处的转动可以通过标准的或者非标准的轴承件来实现。

如图15所示，辅助支撑构件92可以是单根支撑杆，其底部固定在地基上，其顶部通过转动支撑构件与主梁11连接。如图16所示，辅助支撑构件也可以是两相交的支撑杆920共同支撑，以达到更为稳固的支撑，辅助支撑构件的底部可以与地基通过可拆卸构件921来连接。辅助支撑构件92上的转动支撑构件与主支撑构件91上的转动支撑构件不同，可以更为简化，只要能提供绕第一轴向方向的转动就可以了，即只需要装能起到上旋转轴53相同作用的枢轴即可。

如图17和图18显示了处于单轴跟踪支架状态的光伏阵列支架。图19至图20显示了旋转90度后，调整至最佳固定倾角支架状态的光伏阵列支架。

在图17中，由驱动装置14驱动，并由旋转连杆15带动多根主梁转动。在图17中，左右方向为南北方向，上、下方向为西东方向。如图17所示，假设各主梁段的长度为L，各主梁段的主支撑构件作为水平旋转主梁段的中心，该中心至一端的长度为L1，至另一端的长度为L2，L1+L2＝L，L1<L2，各主梁段均如此设置，东西方向相邻的两排主梁的间距为L（为便于拆解和转动，各主梁段的分段长度也可略小于L）。图17中的各主梁段转动90度之后的情况如图19所示，旋转后的主梁段再拼接成新的主梁，新的主梁沿东西向布置，若每排的东西两端或其中一端的主梁悬挑过长，可在该端部增设一个辅助支撑构件92。

从图19、20中可以看出，连接驱动装置的那段主梁段无需转动，该端主梁段的长度与其他的支撑有光伏组件的主梁段的长度可以相同，也可以不同。如图20所示，各主梁段转动90度后，再由调角器固定在最佳倾角。

如图21和图22所示，当主梁上部安装的光伏组件受光面较宽，定值L要求较大时，可在主支撑构件的前、后、左、右增设辅助支撑构件92，如图21、图22、23、图24所示，此时，L1和L2可相等也可以不相等。分段主梁切换时也可连同辅助支撑构件的一部分一起切换，如图16所示，切换时，卸下辅助支撑构件92下部的连接螺栓，则可连同支撑杆920一起切换到另一个位置。这样可以使支架材料得到更充分利用。

如图18所示的是本发明的光伏阵列支架可采用平单轴跟踪和固定可调相结合的方式。在本发明的其他实施例中，也可采用主梁11的轴线与水平面呈一定倾角α的斜单轴跟踪和固定可调相结合的方式，如图25、图26所示，但该斜单轴的倾角α不宜过大，倾角α过大会使单轴跟踪和固定可调相互切换时，操作困难，甚至难以实现。该倾角α一般不应大于10°。

同时结合图17至图26，该单轴跟踪和固定可调相结合的光伏阵列支架的工作原理如后所述。

在夏、春、秋太阳高度角较高时，本发明的光伏阵列以平单轴跟踪支架方式运行，主梁沿南北向平行布置，如图17、图18所示。各主梁段东西方向间距为定值L；主梁的可水平旋转部位的主梁段长度也取L（为便于拆解和转动，分段长度也可略小于L）；每组支架中，主梁的数量为两根及以上；每根主梁的分段数量即主梁段的数量为两段及以上。光伏组件在驱动装置的驱动下，跟踪太阳的方位角变化，由东向西缓慢转动，使光伏组件受光面在东西向始终垂直太阳光，进而提高光伏组件的日发电量。

到了冬季太阳高度角变低，平单轴跟踪支架方式发电量低于最佳固定倾角支架方式时，切换成最佳固定倾角支架方式运行，如图19、图20所示，将主梁在连接部位解开，同时解开主支撑构件之上的旋转支撑构件的旋转锁扣，将主梁段连同上部的光伏组件一同旋转90度，使主梁段沿东西向布置，然后，重新将主梁段用连接件牢固连接，并锁紧主支撑构件的旋转锁扣，同时，根据当时太阳高度角情况调整光伏组件安装倾角，并锁紧调角器。主梁沿东西向布置后，若每排的东西两端或其中一端的主梁悬挑过长，可在该端部增设一个辅助支撑，如图17、图19所示。

前述实施例以及本发明的其他实施例的光伏阵列支架的优点如下所述。

首先，它克服了平单轴跟踪或小倾角斜单轴跟踪支架方式在高纬度地区冬季发电量偏低的致命弱点，使其占地面积小、安装维护方便、成本较低、发电增量大等优势得以充分发挥。

其次，采用手动调节固定支架安装倾角方式是冬季增加发电量的一种最简便而有效的方法。大量的实验结果表明，在冬季由于太阳高度角较低，日照时间较短，由东向西的单轴跟踪方式对光伏组件发电量的增加效果与最佳固定倾角方式相比并不显著，光伏组件的日发电量主要取决于其安装倾角，为此，人们尝试采用大倾角斜单轴跟踪方式来弥补这一缺陷，但随之带来的是光伏阵列占地面积扩大，技术要求变高，安装难度变大以及成本显著增加等诸多问题。以中国比较适合建设大型地面光伏电站的的西北地区为例：当斜单轴的主梁与水平面倾角达到20°时，光伏阵列的占地面积就要比最佳固定倾角方式增加约1倍，且成本也将增加30%-50%。而从实际效果上看，此时冬季的日发电量仍然比最佳固定倾角方式低，最低幅度仍可达到15%以上。另一方面，当斜单轴的主梁与水平面倾角达到25°以上时，其实现的技术难度增大，占地面积和成本也都会进一步增加。而过大的安装倾角对光伏组件夏季的发电量增加又会产生不利的影响。因此，采用大倾角斜单轴跟踪方式并不是解决冬季发电量偏低的最佳方法。而采用单轴跟踪和固定可调相结合的光伏阵列支架，可以把两者在不同时段的技术优势有机地结合起来，使其全年的综合发电性能达到最佳。近年来，随着光伏组件和电站建设成本的大幅下降，单轴跟踪方式的优势正在逐渐减弱，人们更多地采用简便的单一最佳倾角固定支架方式。而单轴跟踪和固定可调相结合的光伏阵列支架的发明和问世，将为人们提供一种更加高效、更加实用、性价比更好的光伏阵列支架。

另外，单轴跟踪和固定可调相结合的光伏阵列支架还具有良好的节能作用。采用该光伏阵列支架能使同样的光伏组件在其相同的生命周期内能发出更多的电能，这也就意味着整个光伏产业链相对于其最终产品电能的单位能耗将更少。因此，其节能效果也是显而易见的。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (9)

1.光伏阵列支架，包括驱动装置、在南北方向布置的至少两主梁、基础支撑构件和转动支撑构件，其特征在于，主梁用于稳定地支撑光伏组件，各主梁包括至少两主梁段，该至少两主梁段之间由连接件可拆卸地连接；

基础支撑构件用于稳定地支撑主梁；

转动支撑构件设置在主梁和基础支撑构件之间，提供绕第一轴线和第二轴线的转动，第一轴线的方向为南北方向，第二轴线的方向为竖直方向；

调角器，可调节地固定主梁绕第一轴线的转角；

其中主梁由驱动装置驱动绕第一轴线的转动使得该光伏阵列支架能作为单轴跟踪支架支撑光伏组件，断开连接的各主梁段能绕第二轴线转动90度，使得第一轴线由南北方向改为东西方向，并由调角器固定主梁绕第一轴线的转角，以使该光伏阵列支架能为最佳固定倾角支架支撑光伏组件。

2.如权利要求1所述的光伏阵列支架，其特征在于，调角器包括与基础支撑构件牢固连接的固定板以及与主梁牢固连接的转动板，转动板上以第一轴线为中心沿轴向按一定角度间隔开有多个圆孔，该多个圆孔能保证主梁段上的光伏组件相对水平面的倾角在0度到90度之间按照一定间隔分档调节。

3.如权利要求1所述的光伏阵列支架，其特征在于，所述转动支撑构件连接主梁和基础支撑构件以使主梁段能以第二轴线为中心相对基础支撑构件水平旋转90度以上。

4.如权利要求1所述的光伏阵列支架，其特征在于，所述基础支撑构件包括主支撑构件和辅助支撑构件，主支撑构件设置对应主梁的各主梁段的中部设置，辅助支撑构件对应各主梁段的端部设置。

5.如权利要求1所述的光伏阵列支架，其特征在于，所述转动支撑构件包括底部转动件、上部转动件，底部转动件安装在基础支撑构件上能相对基础支撑构件绕所述第二轴线转动，上部转动件安装在底部转动件上能相对底部转动件以第三轴线转动，所述主梁段与上部转动件连接能相对上部转动件以所述第一轴线转动，第一轴线、第二轴线以及第三轴线彼此垂直，底部转动件和基础支撑构件之间由紧固件固定，上部转动件绕第三轴线的转动能使得所述第一轴线相对水平方向倾斜。

6.如权利要求5所述的光伏阵列支架，其特征在于，所述主梁的绕第三轴线相对水平面的倾角大于等于0度。

7.如权利要求1所述的光伏阵列支架，其特征在于，所述驱动装置为同时驱动多根主梁的联动式驱动装置或者单独驱动各主梁的单体式驱动装置。

8.如权利要求1所述的光伏阵列支架，其特征在于，所述主梁为矩形管或圆管。

9.如权利要求1所述的光伏阵列支架，其特征在于，断开连接的各主梁段能绕第二轴线转动并连接成东西方向延伸的主梁。