CN107565895A - 水上光伏电站、水上光伏发电系统及其光伏支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏支架，应用于水上光伏发电系统，包括：用于支撑固定光伏组件的并且可相对水面倾斜的浮子；设置于浮子上的角度调整装置，包括一个或多个配重块，配重块可相对浮子移动以改变角度调整装置的重心与浮子的重心在水平方向的相对位置；以及用于控制配重块相对浮子移动位置的移动控制装置，包括用于计算配重块位移的控制器以及用于驱动配重块移动的驱动机构。控制器可通过改变配重块的位移来不断调整重力分布，从而自动调整光伏组件与水面的夹角，使得光伏组件与太阳光尽量接近90°，大大提高光伏组件的光学利用率和发电效率，提高电站收益。本发明还提供了一种水上光伏发电系统和一种水上光伏电站。

Description

水上光伏电站、水上光伏发电系统及其光伏支架

技术领域

本发明涉及水上光伏发电系统技术领域，尤其涉及一种水上光伏电站、一种水上光伏发电系统及其光伏支架。

背景技术

随着光伏行业迅猛发展，光伏电站呈现爆炸式的增加，各地均使用大量土地进行光伏电站建设。但是，随着电站发展，各地地面可利用土地越来越少，且地面电站建设费用也有增高的趋势。同时，在水域较多的地区，没有较大面积地面可供电站建设，水面光伏电站应运而生。

水面光伏电站一般均是采用浮子提供浮力，上方支架支撑组件进行发电，光伏电站一般可建设在湖泊、燕塘等浪高较小的水面。由于水面较为平整，无需施工，但是，也存在不易操作等缺陷。

目前，水上光伏支架一般包括两个部分，即用于承载重力的浮子和浮子上方的支撑部分。支撑部分不能活动，不能调整支架角度，或者有些只能人工调整角度，因浮力、成本等各方面限制，无法像地面电站那样使用大型聚光或者自动跟踪阳光的复杂结构，故不能自动适应太阳光角度，太阳能利用率较低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种应用于水上光伏发电系统的光伏支架，该光伏支架可自动调整光伏组件与水面的夹角，从而使光伏组件与太阳光的夹角尽量接近90°，使光伏组件自动适应太阳光入射角度，大大提高光伏组件的光学利用率和发电效率，提高电站效益。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种光伏支架，应用于水上光伏发电系统，包括：

用于支撑固定光伏组件的并且可相对水面倾斜的浮子；

设置于所述浮子上的角度调整装置，包括一个或多个配重块，所述配重块可相对所述浮子移动以改变所述角度调整装置的重心与所述浮子的重心在水平方向的相对位置；

用于控制所述配重块相对所述浮子移动位置的移动控制装置，包括用于计算所述配重块位移的控制器以及用于驱动所述配重块移动的驱动机构。

优选地，在上述光伏支架中，所述角度调整装置设置于所述浮子内腔的底面且包括多个质量相等的所述配重块，所述驱动机构包括驱动部件以及与多个所述配重块一一对应连接的驱动杆，多个驱动杆的长度和质量均相等，所述配重块设置于所述驱动杆的一端，多个所述驱动杆的另一端均连接于所述驱动部件的动力输出端，所述驱动部件可驱动多个所述驱动杆连同所述配重块分别绕所述动力输出端在所述浮子内腔的底面转动。

优选地，在上述光伏支架中，所述配重块为配重滚轮。

优选地，在上述光伏支架中，所述浮子的外周设置有用于连接相邻所述浮子的横向连接件以及用于连接通道的纵向连接件。

优选地，在上述光伏支架中，所述横向连接件和所述纵向连接件均为柔性连接件。

优选地，在上述光伏支架中，还包括用于支撑所述光伏组件的支撑架，所述浮子连接于所述支撑架的下方。

优选地，在上述光伏支架中，所述支撑架用于将所述光伏组件倾斜固定于所述浮子上方。

优选地，在上述光伏支架中，所述控制器和所述驱动机构连接有用于与所述光伏组件电连接的连接器。

本发明提供的光伏支架，应用于水上光伏发电系统，包括：用于支撑固定光伏组件的并且可相对水面倾斜的浮子；设置于浮子上的角度调整装置，包括一个或多个配重块，配重块可相对浮子移动以改变角度调整装置的重心与浮子的重心在水平方向的相对位置；以及用于控制配重块相对浮子移动位置的移动控制装置，包括用于计算配重块位移的控制器以及用于驱动配重块移动的驱动机构。

本发明通过改变角度调整装置的重心与浮子的重心在水平方向的相对位置，以改变光伏支架连同光伏组件整体的重心位置，从而使浮子连同光伏组件相对水面倾斜一定角度。控制器可通过改变配重块的位移来不断调整重力分布，从而自动调整光伏组件与水面的夹角，使得光伏组件与太阳光尽量接近90°，大大提高光伏组件的光学利用率和发电效率，提高电站收益。本方案具有结构简单、便于操作、成本低和效益高的优点。

本发明还提供了一种水上光伏发电系统，包括若干个光伏组件，光伏组件连接有如上所述的光伏支架。该水上光伏发电系统产生的有益效果的推导过程与上述光伏支架带来的有益效果的推导过程大致相似，故本文不再赘述。

本发明还提供了一种包括上述水上光伏发电系统的水上光伏电站，该水上光伏电站产生的有益效果的推导过程与上述水上光伏发电系统带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例中的光伏支架结构示意图；

图2为图1中A-A向的剖视图；

图3为本发明具体实施例中的水上光伏发电系统结构示意图。

图1至图3中：

1-光伏组件、2-支撑架、3-浮子、4-纵向连接件、5-角度调整装置、6-横向连接件、7-配重块、8-驱动杆、9-驱动部件、10-通道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图3，图1为本发明具体实施例中的光伏支架结构示意图，图2为图1中A-A向的剖视图，图3为本发明具体实施例中的水上光伏发电系统结构示意图。

本发明提供了一种光伏支架，应用于水上光伏发电系统，包括：

用于支撑固定光伏组件1的并且可相对水面倾斜的浮子3；

设置于浮子3上的角度调整装置5，包括一个或多个配重块7，配重块7可相对浮子3移动以改变角度调整装置5的重心与浮子3的重心在水平方向的相对位置；

用于控制配重块7相对浮子3移动位置的移动控制装置，包括用于计算配重块位移的控制器(图中未示出)以及用于驱动配重块移动的驱动机构。

其中，浮子3用于承托光伏组件1，使自身和光伏组件1等部件漂浮在水面上，浮子3为空心结构，即内部设置有空腔，保证能够为整体提供足够的浮力支撑。浮子3漂浮在水面上并且可以相对水面发生倾斜，当浮子3连同光伏组件1的重心稳定在某一位置时，光伏组件1相对水面的夹角则保持固定，当浮子3连同光伏组件1的重心位置发生改变时，浮子3连同光伏组件1相对于水面的夹角就会发生改变，因此，本方案利用该原理就可以进而改变光伏组件1与太阳光线之间的夹角。

由于两个物体发生相对位移时，在位移方向上两者的重心相对其中任一物体的位置均会发生变化，因此，本方案的角度调整装置5利用这一原理来改变浮子3连同光伏组件1的重心位置。具体的，角度调整装置5设置于浮子3上，包括一个或多个配重块7，配重块7可相对浮子3移动以改变角度调整装置5的重心与浮子3的重心在水平方向的相对位置。需要说明的是，配重块7相对浮子3的移动可以指沿水平方向或相对水平方向倾斜的移动，并且不包含沿竖直面内的移动。当配重块7相对浮子3移动时，整体结构的重心位置也相应发生改变，从而使浮子3相对水面的夹角发生改变。

本发明通过改变角度调整装置5的重心与浮子3的重心在水平方向的相对位置，以改变光伏支架连同光伏组件1整体的重心位置，从而使浮子3连同光伏组件1相对水面倾斜一定角度。控制器可通过改变配重块7的位移来不断调整重力分布，从而自动调整光伏组件1与水面的夹角，使得光伏组件1与太阳光尽量接近90°，大大提高光伏组件1的光学利用率和发电效率，提高电站收益。本方案具有结构简单、便于操作、成本低和效益高的优点。

需要说明的是，本方案可以根据光伏组件1需要调整的角度范围来设计角度调整装置5的配重块7的具体数量和具体结构形式等。配重块7可以为一个或多个，其相对浮子3的移动范围视浮子3的具体结构和需求而定。移动控制装置中的驱动机构也可以有多种结构形式。优选地，本方案中的角度调整装置5设置于浮子3的内腔的底面，如图1和图2所示，且包括多个质量相等的配重块7，驱动机构包括驱动部件9以及与多个配重块7一一对应连接的驱动杆8，多个驱动杆8的长度和质量均相等，配重块7设置于驱动杆8的一端，多个驱动杆8的另一端均连接于驱动部件9的动力输出端，驱动部件9可驱动多个驱动杆8连同配重块7分别绕动力输出端在浮子3内腔的底面转动。

请参照图2，本具体实施例方案中设置了四个配重块7，并且将四个配重块7分别通过四个驱动杆8连接到驱动部件9的动力输出端，四个配重块7围绕动力输出端可旋转运动，由于四个驱动杆8长度相等，因此四个配重块7的运行轨迹在以动力输出端为圆心的同一个圆形轨迹上(如图2中的虚线圆形所示)。浮子3内腔的底面可以水平布置或相对水面倾斜布置，这取决于浮子3连同光伏组件1等整体结构初始放置于水面上的时候的姿态。

驱动部件9可以采用电机或液压缸与齿轮齿条组合的传动结构等方式，动力输出端可以设计为输出轴上的多个轴套，每个驱动杆8对应连接于一个轴套，输出轴可通过键槽与轴套配合以分别带动对应的驱动杆8转动，从而实现了对每个配重块7单独驱动。

需要说明的是，控制器用于计算配重块7的位移(线位移或角位移)，控制器可以通过多种方式来计算得出光伏组件1与水面的目标夹角，从而得到浮子3与光伏组件1等整体的重心位置改变量，进而得到配重块7需要相对浮子3的位移。由于在某一固定地区，每年的同一个季节和月份日期的太阳光入射角不变，因此，在该固定纬度区域内，可以通过每个月或每天的最佳倾斜角以及组件安装角度来计算浮子3的最佳改变仰角，从而控制配重块7移动到相应位置，改变整体重心的位置。因此，本方案可以在控制器内预先存储有光伏组件1所在区域的特定时间与太阳光入射角对应的数据，从而可以获取实时的太阳光入射角，进而计算得出光伏组件1需要改变的倾角大小以及配重块7需要相对浮子3的位移大小。另外，本方案的控制器还可以通过光学传感器等检测设备来实时监测阳光入射角度和强度等，并且进一步根据这些实时检测的信号来改变光伏组件1的倾角。

控制器计算得出配重块7所需移动的距离或角度后，将信号传递至驱动部件9，驱动部件9则控制驱动杆8驱动配重块7进行定量的平移或旋转，本实施例中的配重块7则做圆周运动，每个配重块7转动不同角度后到达不同位置，从而改变浮子3以及整体的重心位置，进而实现光伏组件1某一角度的偏移，使光伏组件1与太阳光线的夹角尽量接近90°，提高发电效率。

优选地，控制器和驱动机构连接有用于与光伏组件1电连接的连接器。如此设置，控制器和驱动机构就可以直接使用光伏组件1作为系统运行的电源，不仅简化了结构，节省零部件，而且还便于布置。

需要说明的是，为了便于移动配重块7，优选地，本方案中的配重块7设计为可相对驱动杆8转动的配重滚轮结构，如此设置，可以进一步减小配重块7移动的滑动阻力，提高调整的灵活性。

优选地，本方案提供的光伏支架还包括用于支撑光伏组件1的支撑架2，浮子3连接于支撑架2的下方，如图1所示，图1为侧视图。

需要说明的是，为了便于调整光伏组件1与水面的夹角，优选地，光伏组件1可通过支撑架2倾斜固定于浮子3上方，如此设置，浮子3只需要小范围内调整倾斜角度即可使光伏组件1与太阳光线垂直。如图1所示，支撑架2包括高低不同的两个支架，光伏组件1固定于支撑架2上端时与下方的浮子3倾斜布置。本方案可以通过改变支撑架2的高度来调整光伏组件1与浮子3的固定夹角。

优选地，浮子3的外周还设置有用于连接相邻浮子3的横向连接件6以及用于连接通道10的纵向连接件4，如图2和图3所示，水上光伏发电系统一般包括有多个阵列布置的光伏组件1，设置于浮子3外周的横向连接件6则便于相邻浮子3之间的连接，从而将多个光伏支架连成一排。纵向连接件4则保证浮子3与通道10之间的有效连接，便于检修工人从通道10走过，同时为各排多个光伏组件1提供纵向支撑。

优选地，横向连接件6和纵向连接件4均为柔性连接件，例如铰链、绳索之类的柔性连接件，采用柔性连接件可以允许浮子3相对水面发生绕横向或纵向轴线的小范围内的转动，同时，还保证了相邻浮子3之间的有效连接，并限制相邻浮子3之间的距离，柔性连接件的连接空隙较大，还可以使浮子3在其他方向上也可微小转动。

当然，本方案还可以将上述横向连接件6与纵向连接件4设计为销轴连接结构，即相互转动连接的结构，具体的，纵向连接件4设有横向活动销轴，横向连接件6设有纵向活动销轴。销轴与连接件之间留有较大空隙，可保证浮子3与通道10以及相邻浮子3之间的小范围转动。

本方案的工作原理如下：当光伏组件1所在的安装区域已知时，通过查询当地气象条件，可以计算出每月最佳倾斜角或每天的最佳倾斜角，并将相关参数输入控制器中，当光伏组件1安装好后，根据月份或日期不同，浮子3内部的控制器和驱动机构则按照既定程序，控制驱动杆8驱动配重块7进行移动，从而改变浮子3重心位置，浮子3会与水面形成一个较小角度，则浮子3上的光伏组件1与水面夹角等于支撑架2固定倾角和浮子3与水面倾角之间的和值或差值，从而使光伏组件1与太阳光垂直，提高太阳光的利用率，增大发电量。若在控制器里存储整年太阳光入射角数据，使之整年运行循环程序，则成本更低、更容易管理维护。

本发明通过改变水上浮子3重心分布从而实现光伏组件1的角度调整，使光伏组件1与太阳光夹紧更接近90°，提高发电效率。相比地面光伏电站，本方案可实现智能跟踪，易操作、成本低、性价比高。

本发明还提供了一种水上光伏发电系统，包括若干个光伏组件1，光伏组件1连接有如上所述的光伏支架。该水上光伏发电系统产生的有益效果的推导过程与上述光伏支架带来的有益效果的推导过程大致相似，故本文不再赘述。

如图3所示，通道10供安装和人工维护使用，图3中没有示出光伏组件，只显示出了并排布置的多个光伏支架，光伏支架能够自动调整光伏组件1的角度，智能跟踪太阳光线，提高发电量。

本发明还提供了一种包括上述水上光伏发电系统的水上光伏电站，该水上光伏电站产生的有益效果的推导过程与上述水上光伏发电系统带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光伏支架，应用于水上光伏发电系统，其特征在于，包括：

用于支撑固定光伏组件(1)的并且可相对水面倾斜的浮子(3)；

设置于所述浮子(3)上的角度调整装置(5)，包括一个或多个配重块(7)，所述配重块(7)可相对所述浮子(3)移动以改变所述角度调整装置(5)的重心与所述浮子(3)的重心在水平方向的相对位置；

用于控制所述配重块(7)相对所述浮子(3)移动位置的移动控制装置，包括用于计算所述配重块(7)位移的控制器以及用于驱动所述配重块(7)移动的驱动机构。

2.根据权利要求1所述的光伏支架，其特征在于，所述角度调整装置(5)设置于所述浮子(3)内腔的底面且包括多个质量相等的所述配重块(7)，所述驱动机构包括驱动部件(9)以及与多个所述配重块(7)一一对应连接的驱动杆(8)，多个驱动杆(8)的长度和质量均相等，所述配重块(7)设置于所述驱动杆(8)的一端，多个所述驱动杆(8)的另一端均连接于所述驱动部件(9)的动力输出端，所述驱动部件(9)可驱动多个所述驱动杆(8)连同所述配重块(7)分别绕所述动力输出端在所述浮子(3)内腔的底面转动。

3.根据权利要求2所述的光伏支架，其特征在于，所述配重块(7)为配重滚轮。

4.根据权利要求1所述的光伏支架，其特征在于，所述浮子(3)的外周设置有用于连接相邻所述浮子(3)的横向连接件(6)以及用于连接通道(10)的纵向连接件(4)。

5.根据权利要求4所述的光伏支架，其特征在于，所述横向连接件(6)和所述纵向连接件(4)均为柔性连接件。

6.根据权利要求1所述的光伏支架，其特征在于，还包括用于支撑所述光伏组件(1)的支撑架(2)，所述浮子(3)连接于所述支撑架(2)的下方。

7.根据权利要求7所述的光伏支架，其特征在于，所述支撑架(2)用于将所述光伏组件(1)倾斜固定于所述浮子(3)上方。

8.根据权利要求1所述的光伏支架，其特征在于，所述控制器和所述驱动机构连接有用于与所述光伏组件(1)电连接的连接器。

9.一种水上光伏发电系统，包括若干个光伏组件(1)，其特征在于，所述光伏组件(1)连接有如权利要求1至8中任一项所述的光伏支架。

10.一种水上光伏电站，其特征在于，包括如权利要求9所述的水上光伏发电系统。