CN105207570A - 架空线路式光伏发电装置及输配电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种占地面积小、安装方便、人力物力投入少、发电效率高、适合推广的架空线路式光伏发电装置及输配电系统，架空线路式光伏发电装置它包括至少一个发电单元，每个发电单元包括两个固定的支撑部件、至少一组发电层，每层发电层它包括至少一个光伏组件、至少两条架设在两个支撑部件中间抗拉绳；所述光伏组件设置于所述两个支撑部件之间的抗拉绳上，以将所述光伏组件架空设置，且将光伏组件的向光面朝上呈水平或倾斜设置；输配电系统，包括如上所述的架空线路式光伏发电装置；还包括逆变装置、与所述逆变装置对应连接的升压变电器，所述发电单元或发电单元组的电流输出端与所述逆变装置对应电连接。

Description

架空线路式光伏发电装置及输配电系统

技术领域

本发明涉及光伏发电及输配电技术领域，尤其涉及一种架空线路式光伏发电装置及输配电系统。

背景技术

目前在光伏发电领域中，无论是在集中式电站还是分布式电站中，所有的光伏组件的安装系统全部采用地面固定支架安装方式安装于地面和楼顶上，采用上述安装在使用中主要存在以下问题：（1）现有同规格的光伏组件占地面积大，平均每1MW占地面积约33-35亩，这对于日益紧张的土地资源来讲其占用的资源巨大。（2）土建施工量大，采用现有安装方式，在实施中仅制作水泥基础底座这一项工作就耗费了大量的人力、物力和财力的投入，具体来讲，其中每1MW平均需打基础桩1440个，大大增加了人力、物力的投入资本。（3）采用上述安装方式，在实施中所用的各种钢材的用量是巨大，其平均每1MW大约需用钢材量50吨左右。（4）人工安装费用巨大，通常1MW需要至少50个人工安装，其制作安装周期为2个半月左右，安装周期长。（5）在光伏组件安装完成时，其各种电缆用量巨大，平均每1MW铺设长度约12000-16000米，同时与之对应的各种辅材的消耗量也随之增加，加剧了成本的总体投入。（6）由于现有技术中铺设线路长，其电量在输送时也必然导致耗损的增加。（7）由于现有的光伏组件均是安装在地面和楼顶上的，且其光伏组件均是固定安装，不能根据实际的需要调节其光照面的角度，造成效率的降低。因此，上述问题的存在均影响着光伏行业的发展，而在资源日益短缺的今天，确有必要对上述问题予以解决，以适应单前发展的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种占地面积小、安装方便、人力物力投入少、发电效率高、传输损耗小、适合推广的架空线路式光伏发电装置及输配电系统。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

设计一种架空线路式光伏发电装置，它包括至少一个发电单元，每个发电单元包括两个固定的支撑部件、至少一组发电层，每层发电层它包括至少一个光伏组件、至少两条架设在两个支撑部件中间抗拉绳；所述光伏组件设置于所述两个支撑部件之间的抗拉绳上，以将所述光伏组件架空设置，且将光伏组件的向光面朝上呈水平或倾斜设置。

进一步的，所述发电层为至少两层；且所述发电层由上至下设置于两个支撑部件之间。

进一步的，所述发电层还包括分别设置于每个支撑部件上的横杆，每个发电层中的抗拉绳的两端分别通过绝缘子对应固定于其中一个横杆上；且所述光伏组件的背面经由绝缘体固定于所述抗拉绳上；所述抗拉绳为金属输电线。

进一步的，所述发电层还包括汇流装置，每层发电层中的光伏组件为至少两个，且每个发电层中的光伏组件串联或并联连接构成光伏发电组；并联或串联后的光伏发电组的两个电流输出端与汇流装置对应电连接，汇流装置的两个正、负电流输出端与其中两条抗拉绳电连接、以将电流输出，所述汇流装置为汇流箱。

进一步的，所述发电单元为至少两个，且多个发电单元经由每个发电单元中的抗拉绳串联或并联连接构成发电单元组。

进一步的，所述横杆的中部铰接于所述支撑部件上；本装置还包括调节固定单元；所述调节固定单元包括设置于每个横杆下方的横向支撑杆、设置于所述每个横向支撑杆上的用于调节并固定每个发电层中的光伏组件角度的调节固定机构，所述横向支撑杆固定于对应的支撑部件上。

进一步的，每个调节固定机构包括通过连接件与所述横杆一端或两端连接的一个或两个螺杆；所述连接件包括呈“∪”形结构的本体，所述本体扣在所述横杆的下方并与所述横杆铰接，并在所述本体的底部设置有通孔，所述螺杆的上端安装于所述通孔内且可在所述通孔内转动，且所述螺杆的上端伸出至所述本体底部的上方，并在所述螺杆的顶端设置有其半径/表面积大于所述通孔半径/表面积的限位片；在所述螺杆下方的横向支撑杆上设置有与所述螺杆的数量对应的螺纹套筒，所述螺杆的下端对应设置于所述螺纹套筒内，且所述螺杆的下端设置于所述螺纹套筒的下方；在所述螺杆的下端还设置有用于驱动所述螺杆转动的摇柄，或者在所述螺杆的下端还设置有用于驱动所述螺杆转动的动力电机，并在所述横向支撑杆的下方还设置有用于支撑所述动力电机的支撑平台，所述动力电机固定于所述支撑平台上。

进一步的，每个调节固定机构包括固定于所述横向支撑杆上的双轴电机，在所述双轴电机的两个动力输出轴上各缠绕有牵引绳，所述两个牵引绳以对称反向方式分别缠绕于两个动力输出轴上；所述两个牵引绳的一端分别与上方横杆的其中一个端部固定。

进一步的，本装置还包括用于控制所述动力电机或双轴电机的控制单元，所述控制单元包括控制终端、驱动器信号收发装置，驱动器信号收发装置通过无线或有线信号与所述控制终端建立通信连接，所述控制单元还包括与动力电机或双轴电机对应连接的电机驱动器，所述驱动器信号收发装置还与所述电机驱动器对应电连接。

进一步的，本发明还设计了一种输配电系统，包括如上所述的架空线路式光伏发电装置；还包括逆变装置、与所述逆变装置对应连接的升压变电器，所述发电单元或发电单元组的电流输出端与所述逆变装置对应电连接。

本发明的有益效果在于：

1.本发明是集线路架设、光伏组件安装、光伏发电、汇流、电力传输于一体的综合技术的总和，采用本发明的架空线路式光伏发电装置及输配电系统，能够提高本装置、及系统的安装效率，降低建设成本，并同时实现电能的高性能传输减少线损，实现巨大的经济效益。

2.本发明与现有技术相比，对光伏组件的安装采用的是架空线路式安装固定方式，同时本发明采用架空线路自身将太阳能光伏组件发出的电能及时输送出去，节省了线路铺设及安装时的人力、物力投入。

3.本发明与现有光伏发电站相比具有占地面积小、土地利用率更高的优势，与现有技术相比，采用本发明技术每1MW占地面积约10-12亩，比现有技术减少了约2/3。

4.本发明与现有光伏发电站相比土建工作量大大减少，采用本发明技术每1MW的打水泥基础桩数量由原来的至少约1440减少到50个左右，甚至在实施中也可以不打水泥基础桩。

5.本发明与现有光伏发电站相比各种钢材的用量大大减少，采用本发明技术由原来的每1MW约50吨降低到5-7吨左右，与现有技术相比平均减少了85-90%。

6.本发明与现有光伏发电站相比每1MW施工安装费用骤降，由现有的50人降低到10人即可，工期由现有的的2个半月降到20天左右。

7.本发明与现有光伏发电站相比各种电缆用量骤降至平均每1MW铺设长度由原来的12000-16000米降到约240-300米，同时，与之对应的各种辅材的消耗也随之降低。

8.由于本发明采用的是架空线路的形式安装并发出电能，并同时输送电能为主，因此采用本发明技术可不在受现场的地形地貌限制，其传输线损也大大减少。

9.本发明在实施中，与现有技术相比节省了施工前期的场地平整、土建施工钢架制作等步骤，也避免了砍树筏林等等现象的发生，保护了生态环境的安全。

10.本发明改变了现有光伏发电站传统的布局，使原有的分散在现场的逆变系统和升压系统可以集中布置，便于统一管理和维护提高了效率。

11.本发明还具有其他优点，将在实施例中同所对应的结构一并提出。

附图说明

图1为本发明的架空线路式光伏发电装置及输配电系统总原理示意图；

图2为本发明的架空线路式光伏发电装置及输配电系统主要结构及原理示意图；

图3为本发明中一个发电层中的光伏组件并联连接及与抗拉绳的连接关系原理示意图；

图4为本发明中一个发电层中的光伏组件串联连接及与抗拉绳的连接关系原理示意图；

图5为本发明中的光伏组件与抗拉绳连接关系局部结构剖视示意图；

图6为本发明中的架空线路式光伏发电装置采用双层发电层主要结构示意图；

图7为本发明中的架空线路式光伏发电装置采用调节固定机构主要结构之一示意图之一；

图8为图6中A部放大结构示意图；

图9为本发明中的横杆与支撑部件铰接原理及主要结构示意图；

图10为本发明中的架空线路式光伏发电装置采用调节固定机构主要结构之一示意图之二；

图11为本发明中的架空线路式光伏发电装置采用双层发电层并采用调节固定机构主要结构之一示意图；

图12为本发明中的架空线路式光伏发电装置采用调节固定机构主要结构之一示意图之三；

图13为本发明中的架空线路式光伏发电装置采用调节固定机构主要结构之二示意图；

图14为本发明所采用的双轴电机主要结构示意图；

图15为本发明采用主承重绳后其主要结构示意图；

图中：1、2.支撑部件;3、4、3’、4’.横杆;5、6.抗拉绳;7、7’.光伏组件;8.汇流箱;9.升压变电器;10.绝缘体;11.连接件;12、17、23.螺杆;13、14.横向支撑杆;15、16、24.螺纹套筒;18.卡箍;19.铰接轴;20.挡片;21、25.动力电机;22、26.支撑平台;27.双轴电机；28、29.牵引绳；30、31.双轴电机的动力输出轴；32、33.绕线轮；34.限位片;35.主承重绳。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例1：一种架空线路式光伏发电装置，参见图1至图5；本装置它包括至少一个发电单元，每个发电单元它包括两个固定的支撑部件1、2（该支撑部件可以是电线杆或铁塔或其它部件）、至少一组发电层，其中每层发电层它包括至少一个光伏组件7、至少两条架设在两个支撑部件中间抗拉绳5、6；所述光伏组件7设置于所述两个支撑部件之间的抗拉绳上，以将所述光伏组件7架空设置，且将光伏组件7的向光面朝上呈水平设置或倾斜设置。

为便于理解，本实施例以一个发电单元为例进行说明；具体的，本实施例中的发电层为一组，如图1所示，所述的发电层还包括分别设置于每个支撑部件上的横杆3、4，每个发电层中的抗拉绳5、6的两端分别通过绝缘子对应固定于其中一个横杆上；且所述光伏组件7的背面经由绝缘体10固定于所述抗拉绳5、6上；进一步的，所述的抗拉绳5、6为金属输电线；本实施例采用两条抗拉绳5、6其一可以实现对光伏组件7进行支撑，其二可以把两条抗拉绳5、6作为传输导线使用。

在本实施例中，所述的发电层还包括汇流装置，每层发电层中的光伏组件为多个，且一字排列设置，且发电层中的光伏组件串联或并联连接构成光伏发电组；并联或串联后的光伏发电组的两个正、负电流输出端与汇流装置对应电连接，汇流装置的两个正、负电流输出端与其中两条抗拉绳电连接、以将电流输出，该汇流装置为汇流箱8。

实施例2：与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：所述的发电单元为多个，且多个发电单元经由每个发电单元中的抗拉绳串联或并联连接构成发电单元组;当然为确保本装置的安全性和稳定性，在每个发电单元上还应设置有相应的防雷装置、过电压保护、过电流保护、以及用于维护明显断开点等相关的电气检测和保护设备、数据采集、通信、。

实施例3：参见图6；与实施例2相同之处不再赘述，不同之处在于：所述发电层为两组或两组以上；且所述多组发电层由上至下设置于两个支撑部件之间。

实施例4：参见图7至图12；与实施例3相同之处不再赘述，不同之处在于：所述横杆3、4的中部铰接于所述支撑部件1、2上；具体的为，在所述支撑部件1、2上固定有卡箍3，并在所述卡箍3的侧部固定有铰接轴19，在所述横杆3的中部开设有安装口，所述铰接轴19安装于所述安装口内，且铰接轴19的端部前伸至横杆3的外部，以将所述横杆3铰接于所述支撑部件1上；并在所述铰接轴的端部还设置有挡片20，以防止横杆3从铰接轴上脱落。

进一步的。本装置还包括调节固定单元；所述调节固定单元包括设置于每个横杆下方的横向支撑杆、设置于所述每个横向支撑杆上的用于调节并固定每个发电层中的光伏组件角度的调节固定机构，所述横向支撑杆13、14固定于对应的支撑部件上。

本实施例中的，每个调节固定机构包括通过连接件11与所述横杆3一端或两端连接的一个或两个螺杆12；所述连接件11包括呈“∪”形结构的本体，所述本体扣在所述横杆的下方并与所述横杆铰接，并在所述本体的底部设置有通孔，所述螺杆12的上端安装于所述通孔内且可在所述通孔内转动，且所述螺杆的上端伸出至所述本体底部的上方，并在所述螺杆12的顶端设置有其半径/表面积大于所述通孔半径/表面积的限位片34。

进一步的，在所述螺杆12、17下方的横向支撑杆上设置有与所述螺杆的数量对应的螺纹套筒15、16，所述螺杆12、17的下端对应设置于所述螺纹套筒15、16内，且所述螺杆12、17的下端设置于所述螺纹套筒的下方；在所述螺杆12、17的下端还设置有用于驱动所述螺杆转动的摇柄，或者在所述螺杆12、17的下端还设置有用于驱动所述螺杆转动的动力电机21、25，该动力电机为步进电机，进一步的，并在所述横向支撑杆13、14的下方还设置有用于支撑所述动力电机的支撑平台22、26，所述动力电机21、25固定于所述支撑平台22、26上。

在实施中，以图6，图9，图10为例进行说明，上述三个图中均采用的是在每个横向支撑杆的同一侧各设置有一个调节固定机构，通过驱动电机21可带动螺杆12的转动，由于横杆3、4与支撑部件1、2是铰接的，因此，通过各螺杆可带动各横杆上下同时摆动，以实现调节光伏组件7的角度。

以图11为例进行说明，当采用如图11所示的安装方式时，其四个驱动电机21、25应协调动作，以实现左右两侧的横杆同时协调动作方可现调节光伏组件7的角度。

实施例5：参见图13、图14；与实施例5相同之处不再赘述，不同之处在于：本实施例中的每个调节固定机构包括固定于所述横向支撑杆上的双轴电机27，在所述双轴电机27的两个动力输出轴30、31上各缠绕有牵引绳29、28，所述两个牵引绳29、28以对称反向方式分别缠绕于两个动力输出轴30、31上；且所述两个牵引绳29、28的一端分别与上方横杆3、4的其中一个端部固定；进一步的，本实施例可在所述双轴电机27的两个动力输出轴上均设置有对称反向的螺旋槽或均设置有绕线轮32、33，所述两个牵引绳分别缠绕在其中一个螺旋槽或绕线轮内，通过本设计的螺旋槽和绕线轮可以防止牵引绳的脱落。

在实施中，由于两个牵引绳29、28是对称反向分别缠绕的，通过双轴电机27的转动可以实现双轴电机一侧的牵引绳收绳、另一侧的牵引绳放绳的工作，以此带动各横杆上下同时摆动，以实现调节光伏组件7的角度。

实施例6：与以上任一实施例相同之处不再赘述，不同之处在于：为了实现对实施4和实施例5进行方便的控制，本装置还包括用于控制所述动力电机或双轴电机的控制单元，所述控制单元包括控制终端、驱动器信号收发装置，驱动器信号收发装置通过无线或有线信号与所述控制终端建立通信连接，所述控制单元还包括与动力电机或双轴电机对应连接的电机驱动器，所述驱动器信号收发装置还与所述电机驱动器对应电连接。在此说明的是，上述的控制终端、与控制终端通信连接的驱动器信号收发装置（控制信号收发器）、电机驱动器均为现有装置或设备，同时其连接方式亦为现有技术，本实施例在此不再做过多的赘述。

实施例7：参见图15，与以上任一实施例相同之处不再赘述，不同之处在于：在两个支撑部件的中间还设置有一根主承重绳35，该主承重绳35设置于光伏组件的中部，采用本设计时，如果其中某一根抗拉绳5或6如果断裂时，本设计的主承重绳35可以进行支撑，或者与抗拉绳5或6协调进行支撑避免光伏组件7的掉落。

实施例8：本发明还设计了一种输配电系统，它包括如上任一实施例所述的架空线路式光伏发电装置；还包括逆变装置、与所述逆变装置对应连接的升压变电器，所述发电单元或发电单元组的电流输出端与所述逆变装置对应电连接。

虽然，本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种架空线路式光伏发电装置，其特征在于：它包括至少一个发电单元，每个发电单元包括两个固定的支撑部件、至少一组发电层，每层发电层它包括至少一个光伏组件、至少两条架设在两个支撑部件中间抗拉绳；所述光伏组件设置于所述两个支撑部件之间的抗拉绳上，以将所述光伏组件架空设置，且将光伏组件的向光面朝上呈水平或倾斜设置。

2.如权利要求1所述的架空线路式光伏发电装置，其特征在于：所述发电层为至少两层；且所述发电层由上至下设置于两个支撑部件之间。

3.如权利要求1所述的架空线路式光伏发电装置，其特征在于：所述发电层还包括分别设置于每个支撑部件上的横杆，每个发电层中的抗拉绳的两端分别通过绝缘子对应固定于其中一个横杆上；且所述光伏组件的背面经由绝缘体固定于所述抗拉绳上；所述抗拉绳为金属输电线。

4.如权利要求3所述的架空线路式光伏发电装置，其特征在于：所述发电层还包括汇流装置，每层发电层中的光伏组件为至少两个，且每个发电层中的光伏组件串联或并联连接构成光伏发电组；并联或串联后的光伏发电组的两个电流输出端与汇流装置对应电连接，汇流装置的正、负电流输出端与其中两条抗拉绳电连接、以将电流输出，所述汇流装置为汇流箱。

5.如权利要求4所述的架空线路式光伏发电装置，其特征在于：所述发电单元为至少两个，且多个发电单元经由每个发电单元中的抗拉绳串联或并联连接构成发电单元组。

6.如权利要求5所述的架空线路式光伏发电装置，其特征在于：所述横杆铰接于所述支撑部件上；本装置还包括调节固定单元；所述调节固定单元包括设置于每个横杆下方的横向支撑杆、设置于所述每个横向支撑杆上的用于调节并固定每个发电层中的光伏组件角度的调节固定机构，所述横向支撑杆固定于对应的支撑部件上。

7.如权利要求6所述的架空线路式光伏发电装置，其特征在于：每个调节固定机构包括通过连接件与所述横杆一端或两端连接的一个或两个螺杆；所述连接件包括呈“∪”形结构的本体，所述本体扣在所述横杆的下方并与所述横杆铰接，并在所述本体的底部设置有通孔，所述螺杆的上端安装于所述通孔内且可在所述通孔内转动，且所述螺杆的上端伸出至所述本体底部的上方，并在所述螺杆的顶端设置有其半径/表面积大于所述通孔内径/表面积的限位片；在所述螺杆下方的横向支撑杆上设置有与所述螺杆的数量对应的螺纹套筒，所述螺杆的下端对应设置于所述螺纹套筒内，且所述螺杆的下端设置于所述螺纹套筒的下方；在所述螺杆的下端还设置有用于驱动所述螺杆转动的摇柄，或者在所述螺杆的下端还设置有用于驱动所述螺杆转动的动力电机，并在所述横向支撑杆的下方还设置有用于支撑所述动力电机的支撑平台，所述动力电机固定于所述支撑平台上。

8.如权利要求7所述的架空线路式光伏发电装置，其特征在于：每个调节固定机构包括固定于所述横向支撑杆上的双轴电机，在所述双轴电机的两个动力输出轴上各缠绕有牵引绳，所述两个牵引绳以对称反向方式分别缠绕于两个动力输出轴上；所述两个牵引绳的一端分别与上方横杆的其中一个端部固定。

9.如权利要求8所述的架空线路式光伏发电装置，其特征在于：本装置还包括用于控制所述动力电机或双轴电机的控制单元，所述控制单元包括控制终端、驱动器信号收发装置，驱动器信号收发装置通过无线或有线信号与所述控制终端建立通信连接，所述控制单元还包括与动力电机或双轴电机对应连接的电机驱动器，所述驱动器信号收发装置还与所述电机驱动器对应电连接。

10.一种输配电系统，其特征在于：包括如权利要求4-9任一所述的架空线路式光伏发电装置；还包括逆变装置、与所述逆变装置对应连接的升压变电器，所述发电单元或发电单元组的电流输出端与所述逆变装置对应电连接。