CN106877803B - 主动式智能光伏支架系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式智能光伏支架系统，其包括：立柱基础、立柱、次梁、主梁、主梁连接装置、主梁南北方向驱动装置、太阳能电池片支架、太阳能电池片支架连接装置、支架东西方向驱动装置和控制器；主梁通过主梁连接装置与次梁连接，系统运行时主梁南北方向驱动装置驱动主梁绕主梁连接装置的转轴转动；太阳能电池片支架通过太阳能电池片支架连接装置与主梁连接，系统运行时支架东西方向驱动装置驱动太阳能电池片支架绕太阳能电池片支架连接装置的转轴转动。本发明主动式智能光伏支架系统实现了东西倾斜角度和南北倾斜角度的主动智能调整，使电池片组件最大效率的利用太阳光能，与固定支架相比能增加20%以上的利用率。

Description

主动式智能光伏支架系统

技术领域

本发明属于光伏电站设备技术领域，特别是涉及一种主动式智能光伏支架系统，以及包括该支架的光伏发电系统，可用于地面、水面、房屋、厂房顶部、农林牧渔养殖区、大棚。

背景技术

目前，光伏支架的传统形式：一是固定支架，光伏支架的倾斜角度固定在某角度上，支架本身不具备任何调整倾斜角度的功能，被动接受太阳光自然照射，其特点是，投资成本低，但太阳光利用率差、发电量较少、收益率很低；二是实时跟踪支架，包括：单轴实时跟踪和双轴实时跟踪，通过实时跟踪器装置（或称为追踪器装置）实时跟踪太阳光照射方向，该方法的特点是实时跟踪太阳时，驱使组件实时跟踪太阳的追踪系统每天的工作时间很长，没有间歇停歇系统，太阳光利用率虽然较高、发电量较高，但是其投资成本高、结构复杂、相对故障点、维修率高、最终收益率仍然很低。

发明内容

本发明的目的是提供一种主动式智能光伏支架系统，以解决利用现有光伏支架建设太阳能电站最终收益率较低的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种主动式智能光伏支架系统，其包括：立柱基础、立柱、次梁、主梁、主梁连接装置、主梁南北方向驱动装置、太阳能电池片支架、太阳能电池片支架连接装置、支架东西方向驱动装置和控制器；

所述立柱基础固定在安装主体上；所述立柱的下部与立柱基础连接；所述次梁连接在立柱的顶部；所述主梁通过主梁连接装置与次梁连接，主梁东西方向布置，系统运行时主梁南北方向驱动装置驱动主梁绕主梁连接装置的转轴转动；所述太阳能电池片支架通过太阳能电池片支架连接装置与主梁连接，系统运行时支架东西方向驱动装置驱动太阳能电池片支架绕太阳能电池片支架连接装置的转轴转动；所述控制器用于控制主梁南北方向驱动装置和支架东西方向驱动装置分时段主动运行。

本发明如上所述的主动式智能光伏支架系统，进一步，所述主梁连接装置包括南北方向旋转座、南北方向旋转轴和南北方向旋转臂，所述立柱基础的数量为两个，东西方向间隔设置；所述立柱的数量为四个，两个立柱南北方向设置在一个立柱基础上，另外两个立柱设置在另一个立柱基础上；次梁安装在位于同一立柱基础的两个立柱之间；南北方向旋转座与次梁固定连接；南北方向旋转臂与主梁连接；南北方向旋转座和南北方向旋转臂通过南北方向旋转轴铰接连接。

本发明如上所述的主动式智能光伏支架系统，进一步，所述主梁南北方向驱动装置包括南北电机座、第一驱动装置、第一丝杠、第一丝杠支架、驱动器和南北摇臂；所述南北电机座与立柱连接，第一驱动装置安装在南北电机座上；第一丝杠支架与立柱连接，第一丝杠安装在第一丝杠支架上；驱动器安装在第一丝杠上，利用第一丝杠驱动运行；南北摇臂的下端与驱动器连接，上端与主梁连接。

本发明如上所述的主动式智能光伏支架系统，进一步，所述太阳能电池片支架包括托架纵梁和托架横梁，所述托架纵梁上垂直间隔固定多个托架横梁。

本发明如上所述的主动式智能光伏支架系统，进一步，所述太阳能电池片支架连接装置包括东西旋转臂、东西旋转轴、东西旋转座、第一托架支撑和第二托架支撑；每个托架纵梁对应两个东西旋转臂，东西旋转臂间隔连接在托架纵梁上；第一托架支撑的下端与主梁连接，上端与东西旋转座连接，第二托架支撑的下端与主梁连接，上端与东西旋转座连接；东西旋转臂和东西旋转座之间通过东西旋转轴铰接连接。

本发明如上所述的主动式智能光伏支架系统，进一步，所述支架东西方向驱动装置包括第二驱动装置、第二丝杠、第二丝杠支架、驱动器、东西拉杆和东西摇臂；所述第二驱动装置、第二丝杠支架安装在主梁上；第二丝杠安装在第二丝杠支架上；驱动器安装在第二丝杠上，利用第二丝杠驱动运行，驱动器与东西拉杆连接；东西摇臂的上端与托架纵梁连接，下端与东西拉杆连接。

本发明如上所述的主动式智能光伏支架系统，进一步，还包括电池片组件，所述电池片组件包括至少两个电池片；所述电池片安装在托架横梁上。

本发明如上所述的主动式智能光伏支架系统，进一步，所述安装主体为地面、水面、房屋顶部、厂房顶部、农林牧渔养殖区或大棚。

本发明如上所述的主动式智能光伏支架系统，进一步，所述安装主体为地面，所述立柱基础埋入所述地面下方。

本发明如上所述的主动式智能光伏支架系统，进一步，所述时段的范围在5分钟～60分钟之间。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种主动式智能光伏支架系统，没有实时跟踪器装置（追踪器装置），有分时段主动调整东西南北倾斜角度的结构，根据实际地理经纬度、太阳高度角、方位角、天气及具体工况，控制器主动计算支架的最佳东西南北倾斜角度和相应的工作时间段，保证工作时段的电池片组件的最大发电效率，每个工作时段开始前提前调整东西南北倾斜角度到位，在没有实时跟踪器装置（追踪器装置）的情况下，实现分时段主动控制，有效的解决了固定支架不具备任何调整倾斜角度和实时跟踪支架长时间被动、不停歇工作等问题，有效的提升太阳光利用率和电池片发电效率，简化了支架结构，缩短支架转动时间，减少了故障点，极大降低发电成本，提高了最终收益。

附图说明

通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述和/或其他方面和优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：

图1为本发明一种实施例的主动式智能光伏支架系统示意图；

图2为一种实施例的主梁连接装置和支架东西方向驱动装置示意图；

图3为本发明一种实施例的主梁南北方向驱动装置示意图；

图4为本发明一种实施例的太阳能电池片支架连接装置示意图；

图5为图1的正视示意图；

图6为图1的侧视示意图；

图7为图1的俯视示意图；

图8为本发明一种实施例的电池片组件安装示意图；

图9为本发明一种实施例的电池片组件南北安装示意图；

图10为本发明电池片组件东西方向理论最佳倾斜角度示意图；

图11为本发明电池片组件东西方向实际运行倾角示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、立柱基础，2、立柱，3、主梁，4、次梁，5、南北方向旋转座，6、南北方向旋转轴，7、南北方向旋转臂，8、南北摇臂，9、第一驱动装置，11、第一丝杠，12、驱动器，13、第一丝杠支架，14、南北电机座，15、第一托架支撑，16、第二托架支撑，17、托架纵梁，18、托架横梁，19、东西旋转座，20、东西旋转轴，21、东西旋转臂，22、东西摇臂，23、东西拉杆，24、控制器，25、电控柜，26、电池片组件，27、第二驱动装置，28、第二丝杠支架，29、第二丝杠。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的主动式智能光伏支架系统的实施例。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，各附图之间并未按照相同的比例绘制。相同的参考标记用于表示相同的部分。

图1示出本发明一种实施例的主动式智能光伏支架系统，其包括：立柱基础1、立柱2、主梁3、次梁4、主梁连接装置、主梁南北方向驱动装置、太阳能电池片支架、太阳能电池片支架连接装置、支架东西方向驱动装置和控制器24；

立柱基础1固定在安装主体上；立柱2的下部与立柱基础1连接；次梁4连接在立柱2的顶部；主梁3通过主梁连接装置与次梁4连接，主梁3东西方向布置，系统运行时主梁南北方向驱动装置驱动主梁绕主梁连接装置的转轴转动；太阳能电池片支架通过太阳能电池片支架连接装置与主梁3连接，系统运行时支架东西方向驱动装置驱动太阳能电池片支架绕太阳能电池片支架连接装置的转轴转动；控制器24用于控制主梁南北方向驱动装置和支架东西方向驱动装置分时段主动运行，在优选的实施例中，时段的范围在5分钟～60分钟之间。

如图2和图5所示，主梁连接装置包括南北方向旋转座5、南北方向旋转轴6和南北方向旋转臂7，立柱基础1的数量为两个，东西方向间隔设置；立柱2的数量为四个，两个立柱2南北方向设置在一个立柱基础1上，另外两个立柱2设置在另一个立柱基础1上；次梁4安装在位于同一立柱基础1的两个立柱之间；南北方向旋转座5与次梁4固定连接；南北方向旋转臂7与主梁连接；南北方向旋转座5和南北方向旋转臂7通过南北方向旋转轴6铰接连接。

如图3和图6所示，主梁南北方向驱动装置包括南北电机座14、第一驱动装置9、第一丝杠11、第一丝杠支架13、驱动器12和南北摇臂8；南北电机座14与立柱2连接，第一驱动装置9安装在南北电机座14上；第一丝杠支架13与立柱2连接，第一丝杠11安装在第一丝杠支架13上；驱动器12安装在第一丝杠11上，利用第一丝杠11驱动运行；南北摇臂8的下端与驱动器12连接，上端与主梁3连接。

第一驱动装置9驱动第一丝杠11，第一丝杠11驱动驱动器12，驱动器12驱动南北摇臂8，南北摇臂8驱动主梁3以南北方向旋转轴6为中心转动，通过改变第一驱动装置9的正反转实现主梁3分时段南北往复运动。在南北上下方向上分时段转动的角度，是以主动式智能光伏支架系统所在地的经纬度线为测量基准依据，主动式智能光伏支架系统所在当地的于子午线垂直的水平线为基准零度，范围为0到东西各90度。

如图5和图7所示，太阳能电池片支架包括托架纵梁17和托架横梁18，托架纵梁17上垂直间隔固定多个托架横梁18。

如图4所示，太阳能电池片支架连接装置包括东西旋转臂21、东西旋转轴20、东西旋转座19、第一托架支撑15和第二托架支撑16；每个托架纵梁17对应两个东西旋转臂21，东西旋转臂21间隔连接在托架纵梁17上；第一托架支撑15的下端与主梁3连接，上端与东西旋转座19连接，第二托架支撑16的下端与主梁3连接，上端与东西旋转座19连接；东西旋转臂21和东西旋转座19之间通过东西旋转轴20铰接连接。

如图2所示，支架东西方向驱动装置包括第二驱动装置27第二丝杠29、第二丝杠支架28、驱动器12、东西拉杆23和东西摇臂22；第二驱动装置27、第二丝杠支架28安装在主梁3上；第二丝杠29安装在第二丝杠支架28上；驱动器12安装在第二丝杠29上，利用第二丝杠29驱动运行，驱动器12与东西拉杆23连接；东西摇臂22的上端与托架纵梁17连接，下端与东西拉杆23连接。

第二驱动装置27驱动第二丝杠29，第二丝杠29驱动东西拉杆23，东西拉杆23驱动所有的东西摇臂22，通过改变第二驱动装置27的正反转，最终驱动所有太阳能电池片支架以相对应的东西旋转轴20为中心，绕其相对应的东西旋转座，做分时段同步同角度方向的东西往复旋转运动。在东西方向上分时段转动的角度，是以主动式智能光伏支架系统所在地的经纬度线为测量基准依据，主动式智能光伏支架所在当地的东西水平线垂直的子午线为基准零度，范围为0到90度，优选为10到80度。

本发明控制器24先根据实际地理经纬度、太阳高度角、方位角、天气、电池片组件东西南北方向排列间距及具体工况，将太阳一天的工作时间划分为若干个工作时段，计算出多组电池片组件26东西方向实际运行倾角和南北方向实际运行倾角。如图10，上午BC工作时段为例，当太阳在上午AB工作时段运行即将结束时，控制器24模拟计算BC工作时段单个电池片组件26东西方向理论最佳倾斜角度α。实际上，由于多组电池片组件26东西方向相等排列间距，会造成东边电池片组件26遮挡西边临近的电池片组件26一部分，形成阴影，为避免遮挡发生，控制器将东西方向理论最佳倾斜角度α减去造成阴影的角度权值，如图11，计算出多组电池片组件26东西方向BC工作时段的实际运行倾角β，保证东西方向的相邻电池片组件26相不遮挡，达到最大发电效率。同理，随着上午太阳高度角变大，太阳方位角从东向西增大，α逐渐变小，β逐渐增大，到上午某个时段时，β达到最大。随着太阳高度角继续变大达到一天中的最高位置，太阳方位角到达正南，α持续变小趋于0°，β随着α变小，也逐渐趋于0°。太阳高度角达到一天中的最高位置后，开始逐渐变小，太阳方位角也由正南向西增大，α和β开始由0°逐渐增大，到下午某个时段时，β达到最大。随着太阳高度角继续变小，太阳方位角继续向西增大，α持续增大，但β逐渐变小，最后趋于0°。因为多组电池片组件26东西方向相等排列间距，直接影响相互遮挡阴影的角度权值，所以，多组电池片组件26东西方向相等排列的间距值不同时，在同工况下，多组电池片组件26东西方向实际运行倾角β，变化规律相同，但是控制器24计算出的β角度值是完全不同的。如图9所示，当多排东西方向电池片组件26按南北方向等间距安装时，间距保证多排东西方向电池片组件26南北方向在全年工况下互不遮挡，结合多排电池片组件26最大发电效率因素，当太阳在上午AB工作时段范围运行即将结束时，控制器24主动计算出BC工作时段电池片组件26南北方向BC工作时段的实际运行倾角，以此类推。

控制器24，划分的时段范围在5分钟～60分钟之间，计算的东西南北方向实际运行倾角步进值范围在0°～12°之间。

控制器24总是当太阳在上一个工作时段运行即将结束，下一个工作时段开始前，主动将下一个工作时段东西方向和南北方向实际运行倾角转化为控制信号，并输出到电控柜25。比如，当太阳在上午AB工作时段运行即将结束时，控制器24将BC工作时段东西方向实际运行倾角和南北方向实际运行倾角转化为控制信号输出到电控柜25，电控柜25控制第一驱动装置和/或第二驱动装置转动，主动式智能光伏支架系统迅速提前调整到下一个工作时段东西方向和南北方向的实际运行倾角，控制器24根据测量到倾斜角度数据后，切断控制器24输出信号，第一驱动装置和/或第二驱动装置停止工作，控制器24立即进入待机状态，主动式智能光伏支架长时间保持调整后的实际运行倾角不动，直到下一个工作时段开始前，控制器24再次启动，重新计算下一个工作时段的东西方向和南北方向实际运行倾角，并将控制信号输出到电控柜25，如此反复循环，保持主动式智能光伏支架系统始终在上一个太阳运行时段结束前，提前调整到下一个工作时段的东西方向和南北方向实际运行倾角，实现全年分时段主动式智能控制。

在图1中还示出了电控柜25，控制器24将控制信号输出到电控柜25，电控柜25控制第一驱动装置9和/或第二驱动装置27转动。

如图8所示，还包括电池片组件26，电池片组件26包括至少两个电池片；电池片安装在托架横梁18上。

在本发明优选的主动式智能光伏支架系统实施例中，安装主体为地面、水面、房屋顶部、厂房顶部、农林牧渔养殖区或大棚。当安装主体为地面时，立柱基础1埋入地面下方。

本发明的有益效果是：

主动式智能光伏支架系统实现了东西倾斜角度和南北倾斜角度的主动智能调整，使电池片组件最大效率的利用太阳光能，与固定支架相比能增加20%以上的利用率；

立柱基础、立柱、主梁、次梁、南北方向旋转轴、南北方向旋转座、南北方向旋转臂组成支架系统的龙门式结构，龙门式结构将支架整体高架起来，实现支架与地面、水面、房屋、厂房顶部、农林牧渔养殖区等大棚的完美结合；

驱动装置、丝杠、驱动器或东西拉杆组成的动力机构，结构简单，机械强度高，承受过载能力强，运行平稳，驱动装置停止运转后，丝杠与驱动器能实现自锁，使支架在最佳倾角保持阶段不会晃动摇摆；

实现了分时段运行；相对于固定支架和实时跟踪支架，分时段运行，支架转动时间短，间歇时间长，使用寿命长，不用人工干涉，维修率低，极大降低发电成本，提高了最终收益；

在投资成本和发电量方面比较，与固定支架相比主动式智能光伏支架的投资成本增加10%左右，发电量增加20%以上；主动式智能光伏支架与实时跟踪支架相比，主动式智能光伏支架的投资成本减少10%以上，发电量基本于实时跟踪光伏支架均等。

上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。

Claims (9)

1.一种主动式智能光伏支架系统，其特征在于，包括：立柱基础、立柱、次梁、主梁、主梁连接装置、主梁南北方向驱动装置、太阳能电池片支架、太阳能电池片支架连接装置、支架东西方向驱动装置和控制器；

所述立柱基础固定在安装主体上；所述立柱的下部与立柱基础连接；所述次梁连接在立柱的顶部；所述主梁通过主梁连接装置与次梁连接，主梁东西方向布置，系统运行时主梁南北方向驱动装置驱动主梁绕主梁连接装置的转轴转动；所述太阳能电池片支架通过太阳能电池片支架连接装置与主梁连接，系统运行时支架东西方向驱动装置驱动太阳能电池片支架绕太阳能电池片支架连接装置的转轴转动；所述控制器用于控制主梁南北方向驱动装置和支架东西方向驱动装置分时段主动运行。

2.根据权利要求1所述的主动式智能光伏支架系统，其特征在于，所述主梁连接装置包括南北方向旋转座、南北方向旋转轴和南北方向旋转臂，所述立柱基础的数量为两个，东西方向间隔设置；所述立柱的数量为四个，两个立柱南北方向设置在一个立柱基础上，另外两个立柱设置在另一个立柱基础上；次梁安装在位于同一立柱基础的两个立柱之间；南北方向旋转座与次梁固定连接；南北方向旋转臂与主梁连接；南北方向旋转座和南北方向旋转臂通过南北方向旋转轴铰接连接。

3.根据权利要求2所述的主动式智能光伏支架系统，其特征在于，所述主梁南北方向驱动装置包括南北电机座、第一驱动装置、第一丝杠、第一丝杠支架、驱动器和南北摇臂；所述南北电机座与立柱连接，第一驱动装置安装在南北电机座上；第一丝杠支架与立柱连接，第一丝杠安装在第一丝杠支架上；驱动器安装在第一丝杠上，利用第一丝杠驱动运行；南北摇臂的下端与驱动器连接，上端与主梁连接。

4.根据权利要求1所述的主动式智能光伏支架系统，其特征在于，所述太阳能电池片支架包括托架纵梁和托架横梁，所述托架纵梁上垂直间隔固定多个托架横梁。

5.根据权利要求4所述的主动式智能光伏支架系统，其特征在于，所述太阳能电池片支架连接装置包括东西旋转臂、东西旋转轴、东西旋转座、第一托架支撑和第二托架支撑；每个托架纵梁对应两个东西旋转臂，东西旋转臂间隔连接在托架纵梁上；第一托架支撑的下端与主梁连接，上端与东西旋转座连接，第二托架支撑的下端与主梁连接，上端与东西旋转座连接；东西旋转臂和东西旋转座之间通过东西旋转轴铰接连接。

6.根据权利要求5所述的主动式智能光伏支架系统，其特征在于，所述支架东西方向驱动装置包括第二驱动装置、第二丝杠、第二丝杠支架、驱动器、东西拉杆和东西摇臂；所述第二驱动装置、第二丝杠支架安装在主梁上；第二丝杠安装在第二丝杠支架上；驱动器安装在第二丝杠上，利用第二丝杠驱动运行，驱动器与东西拉杆连接；东西摇臂的上端与托架纵梁连接，下端与东西拉杆连接。

7.根据权利要求4-6任一项所述的主动式智能光伏支架系统，其特征在于，还包括电池片组件，所述电池片组件包括至少两个电池片；所述电池片安装在托架横梁上。

8.根据权利要求1所述的主动式智能光伏支架系统，其特征在于，所述安装主体为地面、水面、房屋顶部或农林牧渔养殖区，所述安装主体为地面时，立柱基础埋入地面下方。

9.根据权利要求1所述的主动式智能光伏支架系统，其特征在于，所述时段的范围在5分钟～60分钟之间。