CN107040196A - 一种活动的太阳能光伏支架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源领域，具体为一种活动的太阳能光伏支架。为了减少燃煤发电的使用量，减少大气污染，加大可再生能源的使用将是国家未来能源政策的发展方向，然而目前市场上99%的光伏发电的太阳能板光伏支架都是采用固定安装模式，该模式由于太阳能板的倾角固定不变，不能随着太阳辐射强度的变化而发生改变，所以发电量低，但要把它们全部推倒重新建设成活动安装模式的做法也不现实，也无法做到。所以在光电转化率短期内难于有效提高的状态下，如何去提高太阳能发电量，就成为太阳能发电所遇到的一个亟待解决的技术难题。本发明提供的活动太阳能光伏支架，与装机容量相同、固定安装模式的光伏发电相比，采用本发明的光伏发电量将多增加40%以上。

Description

一种活动的太阳能光伏支架

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体为一种活动的太阳能光伏支架。

背景技术

在 2015 年底的巴黎气候高峰会上，中国表示要在 2020 年前，使单位 GDP 二氧化碳排放量自 2005 年减少 40% 至 45%。为了要达到减碳排目标，我国正快速减少对燃煤发电的依赖，逐渐减少燃煤发电，加大可再生能源的使用将是国家未来能源政策的发展方向，据国家能源局统计，截至2016年底，我国光伏发电新增装机容量3454万千瓦，累计装机容量7742万千瓦，新增和累计装机容量均为全球第一，全年发电量662亿千瓦时，占我国全年总发电量的1％，成为世界第一的光伏发电大国。所以作为节能减排的一个重要手段，光伏发电越来越受到重视，光伏发电站在国内外市场上像雨后春笋似的不断涌现，但目前市面上的光伏发电99%以上都是采用固定安装模式的支架，这种安装模式由于光伏组件的倾角固定不变，不能随着太阳辐射强度的变化而发生改变，所以发电量低，但要把它们全部推倒重新建设成活动安装模式的做法也不现实，也无法做到。所以在光电转化率短期内难于有效提高的状态下，如何去提高太阳能发电量，这是目前太阳能发电所遇到的亟待解决的技术难题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明通过提供一种活动的光伏组件支架，使目前市场发电效率低、性价比低的光伏发电站，转变为发电效率高、性价比高的光伏发电站，以满足可再生能源市场不断发展的需求。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种活动的太阳能光伏支架，包含有导轨、梁、卡件、铰连接装置、U型支架、其他固定组件和紧固配件、立柱，根据立柱的排列方式不同，支架包含的上述构件则有所差异，所述支架的立柱分别安装在东、西两个方向，其排列有两种方式，一种是四方形排列，另一种是三角形排列，其上都安装有活动的装置，即一面都是具有伸缩功能的立柱，另一面是都安装有铰连接装置的立柱，所述四方形方式排列的立柱均为承重立柱而且两边数目相同（参阅图1）；所述三角形方式排列的立柱一边为承重的、另一边为非承重的立柱，而且两边立柱的数目不同，非承重的带有伸缩功能的立柱数目是承重的安装有铰连接装置的立柱数目的1/2或1/3（参阅图6），其特征在于：根据立柱的排列方式不同，通过采用安装有活动的装置的立柱替代固定安装的立柱，则可以把固定安装模式的支架改变成为活动安装模式的支架，伸缩的立柱随着时间的变化产生伸长或收缩的运动，由此带动支架桁架上的太阳能电池板发生转动，从而使得太阳能电池板的倾角也随着时间的变化而发生了改变，所述安装有活动的装置的立柱，其中一种是安装有伸缩功能的立柱，其是由机座内的智能控制系统控制其中的电机，使得立柱可以进行自由的伸缩运动，驱动电机的电力来自自发的光伏发电，立柱材质为铝合金钢，分为三段，第一段是基础段长度为L1，不能伸缩；第二段是中间段长度为L2，可伸缩，第三段是顶端段长度为L3，可伸缩，立柱的总长=L1+L2+L3，立柱第三段的顶端部分与支架桁架的导轨或纵梁（Y轴方向）焊接或采用U型夹螺栓固定连接，纵梁为材质是不锈钢或铝合金钢的管或导轨，所述安装有活动的装置的立柱，另一种是安装有铰连接装置的立柱，其分为二段，当铰连接装置安装在立柱的上端时，第一段是立柱本身的高度，其材质为钢筋混凝土或铝合金钢或不锈钢，立柱是铰连接装置的基础部分与基座固定连接成一体，第二段是铰连接装置的高度,若是采用三角形排列方式的则第二段是铰连接装置的高度+U型支架的高度；当铰连接装置安装在立柱的下端时，第一段是铰连接装置的高度，其是立柱的基础部分与基座固定连接成一体，第二段是立柱本身的高度，若是采用三角形排列方式的则第二段是立柱本身的高度+U型支架的高度，立柱顶部与U型支架螺栓固定连接，其材质为铝合金钢或不锈钢，安装有铰连接装置的立柱的总高度为L1+L2（参阅图5或7），所述的U型支架由N条横梁（X轴方向）和两条纵梁（Y轴方向）所构成，梁均为材质是不锈钢或铝合金钢的管或导轨，N是单数或偶数的倍数值，横梁安装在承重的立柱上，若承重立柱顶部有铰连接装置，则横梁与铰连接装置的顶板螺栓固定连接；若铰连接装置安装在承重立柱的下端，则横梁与承重立柱顶部焊接或螺栓固定连接，纵梁架在横梁上采用螺栓固定连接，所述的铰连接装置是指被连接的构件在连接处不能发生相对移动，但可以发生相对转动，材质为铝合金钢或不锈钢，其包括了固定铰支座、活动铰链以及由轴承加上销钉改造而成的铰连接装置，立柱若采用安装活动铰链，则活动铰链顶板与桁架的导轨焊接或螺栓连接固定，底板与立柱焊接或螺栓连接固定；若采用固定铰支座安装，则安装方式分为两种，一种是安装在立柱的上端，则固定铰支座顶板与桁架的导轨或横梁焊接或螺栓连接固定，底板与立柱焊接或螺栓连接固定，安装在立柱东西两侧的L型固定板与立柱及固定铰支座的底板采用螺栓连接加固；另一种是安装在立柱的下端，则固定铰支座的顶板与立柱固定，底板与基座固定，所述安装有伸缩功能的立柱，其体内由直径不等的螺纹丝柱通过螺母及座套与柱体精确套装在一起并转动自如，形成螺纹运动副，工作时，由机座中的交流电机或者直流电机驱动减速齿轮副，带动所有螺纹丝柱同步螺旋旋转，通过螺母及座套将该传动副的螺旋旋转运动转变为柱体的直线运动，其各段长度是根据各个时间段内，伸缩立柱伸长或收缩时，使得光伏组件形成最佳倾角时所需要的长度就是各段的长度值，各个时间段内的最佳倾角，是指在各个时间段内光伏发电量最大时所形成的倾角，原则上是以使得太阳能电池板的倾斜面上能接受到最大的日照辐射量，使得太阳光近似直射地辐射在太阳能电池板的平面上的倾角为最佳倾角，在确定最佳倾角时候，除了上述因素外还需要考虑其他的影响因素，比如比较各种不同的倾角所需配置的太阳能电池板方阵和蓄电池容量的大小关系等，经过反复计算综合得出一个最佳倾角值，再根据这个最佳倾角的角度值换算成控制伸缩的立柱所需要伸长或收缩的一个具体数值，在确定伸缩的立柱长度的时候，以夏季的日照辐射为准，以此来换算L1、L2、L3的数值，首先确认太阳能电池板在上午某个时间段内的最佳倾斜角度β或θ，再通过计算，算出能确保支架桁架保持β或θ角度倾斜时东面立柱所需要的长度L1，L1的长度值包括了第二、第三段完全收缩时凸出部分以及机座的高度值，（参阅图5或7），以及计算出与西面立柱的最优轴间距值L，则立柱排列方式为四方形时 L2=L×tanβ，为三角形时L2= L×tanθ（参阅图5或7）；然后再确认光伏组件在下午某个时间段内的最佳倾斜角度α或δ，则立柱排列方式为四方形时L3= L×tanα，为三角形时L3= L×tanδ+ U型支架的高度值（参阅图4或9）。

附图说明

图1为立柱四方形排列的平面俯视图：符号1为支架的导轨或梁，符号2为铰连接装置，符号3为L型固定板，符号4为带铰连接装置的立柱，符号5为带有伸缩功能的立柱，符号6为机座，符号7为太阳能电池板，符号8为导轨，符号9为承重的安装有伸缩功能立柱的基础，符号10为承重的安装有铰连接装置立柱的基础；图2为上午时段立柱四方形排列的支架正视图；图3为正午时段立柱四方形排列的支架正视图；图4为下午时段立柱四方形排列的支架正视图；图5为立柱四方形排列的立柱长度与最佳倾角关系示意图；图6为立柱三角形排列的平面俯视图：符号11为U型支架的横梁，符号12为导轨，符号13为纵梁，符号14为非承重的伸缩立柱，符号15为承重的安装有铰连接装置立柱，符号16为为U型支架的纵梁；图7为上午时段立柱三角形排列的支架正视图；图8为正午时段立柱三角形排列的支架正视图；图9为下午时段立柱三角形排列的支架正视图；图10为安装有伸缩功能立柱的主视图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图对本发明做进一步描述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

太阳能是一种清洁的能源，它的应用正在世界范围内快速地增长，利用太阳光发电就是一种使用太阳能的方式，但目前建设一个太阳能发电系统的成本较高的，以我国现阶段太阳能发电成本为例，其花费在太阳电池组件的费用大约占了70％左右，要提高光伏发电的性价比，在降低成本的同时，也要提高光伏发电量，在光电转化率短期内难于有效提高的当下，如能使光伏组件的倾角随着时间的变化而发生改变，就能使得光伏发电量得到极大地提高。

倾斜角是指光伏组件平面与水平面的夹角，倾斜角对光伏组件能够接收到的太阳辐射量影响很大，直接影响到光伏发电量的大小，因此确保光伏组件能够尽可能地获得太阳的直接辐射量，使光伏组件具有一个最佳倾斜角就显得尤为重要。目前光伏组件的安装形式99%都是固定式，对于固定式光伏组件安装，一旦安装完成，光伏组件的倾斜角就无法改变，接受到的太阳能直接辐射量很有限，据测算，如果太阳能电池板与太阳光线角度存在25°的偏差时，就会因为垂直入射的辐射能减少而使光伏阵列的输出功率下降10%左右，所以发电效率低，为了使太阳能电池板能始终有个最佳倾角面朝太阳，以接收最大的、有效的太阳能直接辐射，本发明提供了一种光伏组件安装到位后方位角固定不变，但光伏组件方阵倾斜角可以调节的技术，这种技术初始投资和维修成本低，可以替代太阳跟踪装置，同时本发明还可以对目前市场上固定模式安装的太阳能发电站进行技术改造，把太阳能板的固定安装模式改造成活动安装模式。

参考图1~10所示，本发明的支架创新之处在于东西两方向的立柱都是安装有活动装置，东面的是具有伸缩功能的立柱符号5、14，由机座符号6内的智能控制系统控制其中的电机，使得立柱可以进行自由的伸缩运动，立柱符号5、14的第三段的顶端与支架桁架的导轨或梁符号1、11焊接或采用U型夹螺栓连接固定，西面的是安装有铰连接装置符号2的立柱符号4、15，立柱符号4、15上端安装的铰连接装置符号2的顶板与桁架的导轨或梁符号1、11焊接或螺栓连接固定，底板与立柱符号4、15焊接或螺栓连接固定，安装在立柱符号4、15东西两侧的L型固定板符号3与立柱符号4、15及铰连接装置符号2的底板采用螺栓连接加固，伸缩立柱符号5、14随着时间的变化，将进行伸缩运动，带动立柱符号4、15上的铰连接装置符号2发生转动，从而使得支架的桁架发生转动，也就使得桁架上的太阳能光伏板符号7的倾角发生了改变，下面就立柱四方形排列方式随时间变化的调节方法具体阐述如下，立柱三角形排列的同理。

支架的桁架平时是成水平状态，参阅图3 ，时间的调节控制分为三个阶段，第一阶段为上午时间段，从AM6：00至AM11:00，智能控制系统启动东西方向机座符号6上的电机，使东面立柱符号5收缩长度达到L2时电机停止，在此过程，东面方向伸缩的立柱符号5产生向下的拉力，拉动导轨符号1带动桁架的东面向下运动，西面的铰连接装置符号2向东方向转动，则桁架上的太阳能电池板符号7面朝东面成最佳倾角β，此时伸缩的立柱符号5的长度L=L1，参阅图2；第二阶段为正午时间段，从AM11：00至PM13:00，智能控制系统启动东西方向机座符号6上的电机，使东面伸缩的立柱符号5伸长长度达到L2时电机停止，在此过程，东面方向伸缩的立柱符号5产生向上的推力，推动导轨符号1带动桁架的东面向上运动，西面的铰连接装置符号2向西方向转动，则桁架上的太阳能电池板符号7成水平状态，伸缩立柱符号5的长度与西面立柱符号4的高度加上铰连接装置符号2高度的总长度相同，均为L=L1+L2，L2= L×tanβ，L是东、西面立柱符号5和4的轴间距，参照图2、5；第三阶段为下午时间段，从PM13：00至PM17:00，智能控制系统启动东西方向机座符号6上的电机，使东面伸缩立柱符号5继续延伸长度达到L3时电机停止，在此过程，东面方向伸缩的立柱符号5继续产生向上的推力，推动导轨符号1带动桁架的东面向上运动，西面的铰连接装置符号2继续向西方向转动，则桁架上的太阳能电池板面朝西面成最佳倾角α，伸缩立柱符号5的长度L=L1+L2+L3，L3= L×tanα，参照图4，PM18:00则支架的桁架又恢复到水平状态。在没有日照的阴雨天，为避免狂风有可能对光伏组件的损坏，可以暂时停止调节，使支架的桁架始终水平状态，直到有日照为止；在冬季积雪较厚的区域，可以把倾角调到最大，防止支架上的太阳能电池板上积雪加厚，以免损坏太阳能电池板；在发生突发极端天气时，还可以通过远程的遥控系统，人工调节支架的桁架始成水平状态，避免光伏组件被极端天气所损坏。

本发明的一种活动的太阳能光伏支架还可以对目前市场上固定安装模式的太阳能光伏支架进行技术改造成活动安装模式的太阳能光伏支架。方法简单有效，只是对东西两方向的固定立柱进行改造，支架其余的部分保持原有的状态不变。具体做法为，立柱为四方形排列方式的，则把东面现有固定安装的固定立柱都采用具有伸缩功能的立柱来替换，西面固定安装的立柱上端裁剪掉一定的长度，安装一个铰连接装置即可。这样的技术改造，费用低、工期短、效益高，改造完成后的光伏发电总量将比原来多增加40%以上。

Claims (5)

1.一种活动的太阳能光伏支架，包含有导轨、梁、卡件、铰连接装置、U型支架、其他固定组件和紧固配件、立柱，根据立柱的排列方式不同，支架包含的上述构件则有所差异，所述支架的立柱分别安装在东、西两个方向，其排列有两种方式，一种是四方形排列，另一种是三角形排列，其上都安装有活动的装置，即一面都是具有伸缩功能的立柱，另一面是都安装有铰连接装置的立柱，所述四方形方式排列的立柱均为承重立柱而且两边数目相同（参阅图1）；所述三角形方式排列的立柱一边为承重的、另一边为非承重的立柱，而且两边立柱的数目不同，非承重的带有伸缩功能的立柱数目是承重的安装有铰连接装置的立柱数目的1/2或1/3（参阅图6），其特征在于：根据立柱的排列方式不同，通过采用安装有活动的装置的立柱替代固定安装的立柱，则可以把固定安装模式的支架改变成为活动安装模式的支架，伸缩的立柱随着时间的变化产生伸长或收缩的运动，由此带动支架桁架上的太阳能电池板发生转动，从而使得太阳能电池板的倾角也随着时间的变化而发生了改变。

2.根据权利要求1所述一种活动的太阳能光伏支架，其特征在于：所述安装有活动的装置的立柱，其中一种是安装有伸缩功能的立柱，其是由机座内的智能控制系统控制其中的电机，使得立柱可以进行自由的伸缩运动，驱动电机的电力供应来自自发电，立柱材质为铝合金钢，分为三段，第一段是基础段长度为L1，不能伸缩；第二段是中间段长度为L2，可伸缩，第三段是顶端段长度为L3，可伸缩，立柱的总长=L1+L2+L3，立柱第三段的顶端部分与支架桁架的导轨或纵梁（Y轴方向）焊接或采用U型夹螺栓固定连接，纵梁为材质是不锈钢或铝合金钢的管或导轨。

3.根据权利要求1所述一种活动的太阳能光伏支架，其特征在于：所述安装有活动的装置的立柱，另一种是安装有铰连接装置的立柱，其分为二段，当铰连接装置安装在立柱的上端时，第一段是立柱本身的高度，其材质为钢筋混凝土或铝合金钢或不锈钢，立柱是铰连接装置的基础部分与基座固定连接成一体，第二段是铰连接装置的高度,若是采用三角形排列方式的则第二段是铰连接装置的高度+U型支架的高度；当铰连接装置安装在立柱的下端时，第一段是铰连接装置的高度，其是立柱的基础部分与基座固定连接成一体，第二段是立柱本身的高度，若是采用三角形排列方式的则第二段是立柱本身的高度+U型支架的高度，立柱顶部与U型支架螺栓固定连接，其材质为铝合金钢或不锈钢，安装有铰连接装置的立柱的总高度为L1+L2（参阅图5或7），所述的U型支架由N条横梁（X轴方向）和两条纵梁（Y轴方向）所构成，梁均为材质是不锈钢或铝合金钢的管或导轨，N是单数或偶数的倍数值，横梁安装在承重的立柱上，若承重立柱顶部有铰连接装置，则横梁与铰连接装置的顶板螺栓固定连接；若铰连接装置安装在承重立柱的下端，则横梁与承重立柱顶部焊接或螺栓固定连接，纵梁架在横梁上采用螺栓固定连接。

4.根据权利要求1或2或3所述一种活动的太阳能光伏支架，其特征在于：所述的铰连接装置是指被连接的构件在连接处不能发生相对移动，但可以发生相对转动，材质为铝合金钢或不锈钢，其包括了固定铰支座、活动铰链以及由轴承加上销钉改造而成的铰连接装置，立柱若采用安装活动铰链，则活动铰链顶板与桁架的导轨焊接或螺栓连接固定，底板与立柱焊接或螺栓连接固定；若采用固定铰支座安装，则安装方式分为两种，一种是安装在立柱的上端，则固定铰支座顶板与桁架的导轨或横梁焊接或螺栓连接固定，底板与立柱焊接或螺栓连接固定，安装在立柱东西两侧的L型固定板与立柱及固定铰支座的底板采用螺栓连接加固；另一种是安装在立柱的下端，则固定铰支座的顶板与立柱固定，底板与基座固定。

5.根据权利要求1或2或3所述一种活动的太阳能光伏支架，其特征在于：所述安装有伸缩功能的立柱，其体内由直径不等的螺纹丝柱通过螺母及座套与柱体精确套装在一起并转动自如，形成螺纹运动副，工作时，由机座中的交流电机或者直流电机驱动减速齿轮副，带动所有螺纹丝柱同步螺旋旋转，通过螺母及座套将该传动副的螺旋旋转运动转变为柱体的直线运动，其各段长度是根据各个时间段内，伸缩立柱伸长或收缩时，使得光伏组件形成最佳倾角时所需要的长度就是各段的长度值，各个时间段内的最佳倾角，是指在各个时间段内光伏发电量最大时所形成的倾角，原则上是以使得太阳能电池板的倾斜面上能接受到最大的日照辐射量，使得太阳光近似直射地辐射在太阳能电池板的平面上的倾角为最佳倾角，在确定最佳倾角时候，除了上述因素外还需要考虑其他的影响因素，比如比较各种不同的倾角所需配置的太阳能电池板方阵和蓄电池容量的大小关系等，经过反复计算综合得出一个最佳倾角值，再根据这个最佳倾角的角度值换算成控制伸缩的立柱所需要伸长或收缩的一个具体数值，在确定伸缩的立柱长度的时候，以夏季的日照辐射为准，以此来换算L1、L2、L3的数值，首先确认太阳能电池板在上午某个时间段内的最佳倾斜角度β或θ，再通过计算，算出能确保支架桁架保持β或θ角度倾斜时东面立柱所需要的长度L1，L1的长度值包括了第二、第三段完全收缩时凸出部分以及机座的高度值，（参阅图5或7），以及计算出与西面立柱的最优轴间距值L，则立柱排列方式为四方形时 L2= L×tanβ，为三角形时L2= L×tanθ（参阅图5或7）；然后再确认光伏组件在下午某个时间段内的最佳倾斜角度α或δ，则立柱排列方式为四方形时L3= L×tanα，为三角形时L3= L×tanδ+ U型支架的高度值（参阅图4或9）。