CN109067327B - 双侧支撑固定可调光伏组件支架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双侧支撑固定可调光伏组件支架，包括太阳能板支撑横梁、支撑立柱、前部支撑杆、中间支撑杆及后部支撑杆。支撑横梁与水平方向的倾斜角度为θ，其中间部分与支撑立柱铰链，其余两端分别于前部支撑杆、中间支撑杆、后部支撑杆的一端连接，前部支撑杆、后部支撑杆、中间支撑杆再分别相互连接，构成一个可以围绕中间铰接点整体旋转调节倾角θ的稳定支架，通过在支撑杆及支撑立柱上开设的相对孔位，固定调节位置。从而使光伏电池组件获得更多的太阳能辐射量，提高光伏组件发电量。并且这种双侧支撑结构使得组件支架横梁的跨度加大，可布置更多光伏组件，与其它类型固定可调光伏支架相比，每瓦投资少，经济效益明显。

Description

双侧支撑固定可调光伏组件支架

技术领域

本发明涉及新能源光伏发电领域的一种倾角可调节的光伏组件支架。

背景技术

在全球气候变化及化石能源短缺的大背景下，我国新能源光伏发电建设规模增速迅猛，用于支承安装光伏组件的支架主要分为跟踪支架和固定支架。跟踪支架可以对太阳的高度角、方位角进行跟踪，安装在上面的光伏组件可以获得更多的太阳能辐射量，较大提高电站的发电量；固定支架由于倾斜角度固定不可调节，接收的太阳能辐射量相对较少，发电量也相对较低。但由于跟踪支架结构复杂、运行中故障率高，实际工程中考虑运行维护简单可靠的原则，绝大多数光伏电站建设时都采用固定光伏支架。

固定可调光伏支架倾斜角度通过人工手动的方式每年在固定时段内调整几次，此种类型的支架结构运行稳定可靠，与固定不可调支架相比只增加较少投资即可提高较多的发电量，尤其国家对光伏发电项目电价的补贴逐年减少、突进发电平价上网的形势下，发电系统优化、挖掘潜力得到重视，固定可调支架成为很好的系统方案。

一般情况下，倾角可调的固定光伏组件支架每年调节4次，以适应一年四季该地区太阳高度角的变化，满足光伏组件能接收更多的太阳能辐射量，最大限度增加发电量。

如图12所示，目前实际工程应用中，采用的前后支撑固定可调光伏支架。为了可以达到调节效果，每次调整角度时，需要先将前后支撑松开，再把支撑杆拉伸或缩短，然后再安装上，实际操作非常麻烦，运维工作量巨大，调整过程中支撑器件也很容易耗损。而其它单侧支撑或两侧弧形支撑的结构稳定性有限，可以支撑的横梁跨度较短，因此现有由横梁、檩条组成的光伏组件可安装平面的面积较小，可安装的功率少，导致每个单元组串支架立柱及基础数量较多，单位每瓦的支架平均用钢量增加较多。虽然发电量增加了，但投资收益率提高幅度受影响。

如果在保证固定可调光伏支架结构的安全可靠性能的同时，加大横梁的长度从而扩大光伏组件安装平面的面积，从而可以安装更多功率的光伏组件，使得单位每瓦的支架平均用钢量增加较小的同时保证发电量增加，电站投资收益率将得到较大地提高。同时，提升可调整方式，达到运维简单并减少调整过程中的耗损，也可以降低人工及材料成本，提升经济效益。

发明内容

本发明所解决的技术问题即在提供一种两侧支撑倾角可调、整体旋转的大型光伏组件固定支架，实现了大面积大功率光伏组件支架在倾斜角度调整后支撑结构对支架横梁的约束始终保持安全、可靠状态。

该支架可以通过运维人员对双侧支撑结构进行整体旋转调整固定光伏组件支架的倾角，从而使光伏电池组件获得更多的太阳能辐射量，提高光伏组件发电量，为企业创造更多经济效益。这种型式的可调角度支架在支撑柱两侧均有支撑，支撑采用拉压杆系结构，结构简单、受力明确。双侧支撑使得组件支架横梁的跨度加大，可布置更多光伏组件，与其它类型固定可调光伏支架相比，每瓦投资少，经济效益明显。

本发明所采用的技术手段如下所述：

本发明提供了一种双侧支撑固定可调光伏组件支架，包括支撑立柱及与之于中间铰接点铰接的支撑横梁，其特征在于：

所述支撑横梁长度为2L，其与水平面呈倾斜角度为θ倾斜设置。

其还包括前部支撑杆、中间支撑杆、后部支撑杆。其中，所述各支撑杆之间的固定连接方式如下：所述前部支撑杆一端与所述支撑横梁下端通过螺栓固定连接，从下端连接点到所述支撑横梁中间铰接点间的长度为l，所述前部支撑杆与所述支撑横梁之间的形成第一夹角γ。所述后部支撑杆及中间支撑杆的一端与所述支撑横梁上端通过螺栓固定连接，从后部支撑杆的连接点到支撑横梁中间铰接点间的长度为l。其中，后部支撑杆连接点比中间支撑杆连接点在支撑横梁上端的位置更靠上，两个连接点间保持的距离为满足两杆端点不相交的最小长度即可。所述后部支撑杆与所述支撑横梁之间的形成第二夹角β，所述中间支撑杆与所述支撑横梁之间的形成第三夹角α。所述前部支撑杆的另一端与所述后部支撑杆的另一端于外端连接点通过螺栓固定连接。所述中间支撑杆的另一端与连接至所述前部支撑杆的内部连接点处通过螺栓固定连接，所述内部连接点至下端连接点之间的长度为a。

为实现所述双侧支撑光伏组件支架整体的可调并固定，在支撑杆上预设如下连接孔：所述前部支撑杆上设有第一开孔及第二开孔。所述第一开孔与下端连接点间的长度为a，所述第二开孔与下端连接点间的长度为b。所述中部支撑杆上设有第三开孔，所述第三开孔与上端连接点间的长度为c，所述第三开孔与中间铰接点间的长度为e。所述后部支撑杆下端设置有第四开孔，所述第四开孔与上端连接点间的长度为d。所述支撑立柱上设有第五开孔及第六开孔，所述第五开孔与中间铰接点之间的距离为e，所述第六开孔与中间铰接点之间的距离为R。

所述光伏支架整体的调节及固定方式如下所述：所述倾斜角度θ是根据光伏电站架设地点所处纬度角的和当地太阳能辐射资源计算得出，其中，春、秋季适合倾角为θ₁、冬季倾角为θ₂、夏季季倾角为θ₃。春秋季时，第二开孔与第六开孔相对设置，并通过固定装置进行位置固定，此时，第三开孔与第五开孔相对，也通过固定装置进行位置固定。冬季时，第一开孔与第六开孔相对设置，并通过固定装置进行位置固定。夏季时，第四开孔与第六开孔相对设置，并通过固定装置进行位置固定。

所述光伏支架与光伏组件的架设方式：所述支撑横梁上等距设有4个檩条，其中每相邻两个檩条上可以架设一组光伏组件，一共架设两组，每组长度可达l。

上述各数据需满足的数学关系如下：

β＝cos^-1[(l²+c²-R²)/(2lc)]

上述支架在连接固定时，同时具有如下技术特点：

上述中间支撑杆与支撑横梁上端连接时，设有一个中间连接件将两者固定。其中，中间连接件为L形固定片；其固定时，固定片的一面与支撑横梁下方用两个螺栓固定，延伸出的另一面与中间支撑杆一端用螺栓固定连接。这样的连接结构使得中间支撑杆2对于支撑横梁的支撑点不仅限于横梁侧面，而是从下部着力支撑，支撑更加牢固，整体支架结构更为稳定。

上述前部支撑杆、中间支撑杆、后部支撑杆与支撑立柱之间连接采用螺栓固定时，在露出的螺杆处设有防脱落插栓来加强固定，防止支架反复调整拆装过程中松动。

上述中间支撑杆与前部支撑杆内部连接点第一固定装置，以及后部支撑杆一端与前部支撑杆外部连接点的第二固定装置，均为双方向多螺母固定装置。其中，第一固定装置及第二固定装置，均设有两件分别折角为锐角及钝角的L形的固定片，每件L形固定片的较长边设有两个螺孔，较短边设有一个螺孔。固定时两件L形固定片按照连接杆件的角度长边固定在中间支撑杆和后部支撑杆一端的相对两侧，两侧分别用两个螺栓固定。两件固定片的短边各用一个螺栓与前部支撑杆固定，如此，使得支撑杆件间连接更为牢固。

本发明的积极进步效果在于：

采用多个直杆相互连接形成稳定的组合支撑实现光伏组件支架整体可以以立柱顶部旋转轴为圆心旋转，根据给定的倾斜角度调节后可靠固定，从而有效解决大面积固定光伏组件支架在运行过程中倾斜角度可调节问题。其优势主要体现在：双侧支撑固定可调光伏支架通过人工每年不同季节旋转支架调节四次倾角并固定即可满足光伏组件接收更多太阳辐射量的需求，实施及运维操作更加简单、安全可靠。更为突出的是支架双侧支撑结构使得两侧受力更为均匀，支撑更为稳定，可以支撑跨度更大的支架横梁，从而在同样数目的支架上增加了光伏组件的布置数量，使得支架、立柱、基础等综合造价单位每瓦投资低，收益率高，经济效益明显。

附图说明

图1为春季和秋季时支架倾斜角度为θ₁时的支架位置示意图,图中标示了支架各支撑杆件在不同倾角时固定孔的定位方法和具体位置。

图2为冬季支架顺时针旋转后，支架倾斜角度为θ₂时的支架位置及固定点示意图。

图3为夏季支架逆时针旋转后，支架倾斜角度为θ₃时的支架位置及固定点示意图。

图4为支架结构中各个支撑杆件、各支撑杆连接关系及开孔位置示意图。

图5为支撑立柱上开孔位置示意图。

图6为支撑横梁与支撑立柱铰链连接构件及连接方式示意图。

图7为支撑横梁与中间支撑杆固定连接构件及连接方式示意图。

图8为中间支撑杆一端与前部支撑杆的内部连接点连接构件示意图。

图9为前部支撑杆一端与所述后部支撑杆一端于外端连接的构件及连接方式示意图。

图10为支撑杆与支撑立柱上的两个开孔固定连接的构件及连接方式示意图。

图11为光伏支架各个组件长度、设定位置及距离的数据关系示意图。

图12为现有的固定可调光伏支架结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。

如图1所示，本发明双侧支撑固定可调光伏组件支架主要包含前部支撑杆1、中间支撑杆2、后部支撑杆3、支撑横梁4、支撑立柱6。

其中，上述支撑横梁4长度可设定为2L，与水平面形成的夹角可设置为θ；支撑立柱6与支撑横梁4通过中间铰接点11连接，使得支撑横梁4可以围绕铰链转动轴旋转，从而改变θ角度，达到调节采光角度的目的。

其中，上述支撑横梁4的平面上可以按照光伏组件固定点间距要求安装4件檩条5，可以在相邻的两件檩条上各架设一组光伏组件，例如，可以固定安装面积为1.956*0.992㎡光伏组件2件。

如图4所示，三件支撑杆及支撑横梁之间相互连接，形成整体的支架结构，需要按照如下方式连接：

前部支撑杆1一端与支撑横梁4下端通过第三螺栓17固定连接。其中，从下端连接点到所述支撑横梁4中间铰接点间的长度为l，前部支撑杆1与所述支撑横梁4之间的形成夹角为γ。

后部支撑杆3及中间支撑杆2的一端与所述支撑横梁4上端通过第二螺栓16及连接件18固定连接；其中，从后部支撑杆3的连接点到支撑横梁4中间铰接点间的长度为l；为方便安装，所述中间支撑杆2的连接点可以设定错开后部支撑杆3的连接点，可以更靠近中间铰链点11的位置，两个连接点间保持的距离为满足两杆端点不相交的最小长度即可；并且，后部支撑杆3与支撑横梁4之间的形成夹角为β，所述中间支撑杆2与所述支撑横梁4之间的形成夹角为α。

前部支撑杆1的另一端与所述后部支撑杆3的另一端通过第二固定装置20固定连接。

中间支撑杆2的另一端与前部支撑杆1的内部连接点处通过第一固定装置19固定连接，所述内部连接点至下端连接点之间的长度为a。

如图4及图5所示，为实现支架调整后对于不同角度的固定，在上述各支撑杆及支撑立柱上还需要开设如下开孔：

前部支撑杆1上开设第一开孔8及第二开孔9，其中第一开孔8与下端连接点间的长度为a，第二开孔9与下端连接点间的长度为b。中部支撑杆2上开设第三开孔7，其中，开孔与上端连接点间的长度为c，与中间铰接点11间的长度为e。后部支撑杆3下端开设第四开孔10，开孔与上端连接点间的长度为d。支撑立柱6上开设第五开孔13及第六开孔12。其中，第五开孔13与中间铰接点11之间的距离为e，第六开孔12与中间铰接点11之间的距离为R。上述开孔通过旋转支架后，可以实现各支撑杆上的开孔与支撑立柱上开孔的对应关系，可以减少支撑立柱上的开孔量，避免混乱，方便使用中运维人员对支架倾角的调整。

上述支架整体连接及开孔位置的确定是本发明实现支撑及调节的核心，其关键点是需要满足支架以中间铰接点11为圆心旋转时，中间铰接点11与支撑立柱6上的第六开孔12、后部支撑杆3下端开设第四开孔10、以及前部支撑杆1上开设第一开孔8及第二开孔9之间的距离均为旋转半径R。

本支架主要的特点体现在可以根据太阳高度角调整组件支架倾斜角度从而获得更多的太阳能辐射量，具体的调整方法如下：

首先，需要根据光伏电站所处地理位置的纬度角和当地太阳能辐射资源计算出不同季节对应的支架与水平面的倾斜角度θ值，例如，春、秋季适合倾角为θ₁、冬季倾角为θ₂、夏季倾角为θ₃。

每年在不同季节时点，运维人员按照适合的角度调整支架的倾角θ值，并固定支架，具体的固定方式如下：

如图1所示，春季和秋季时，调整支架倾斜角度为θ₁，将上述第二开孔9与第六开孔12相对设置，并通过固定装置进行位置固定，此时，第三开孔7与第五开孔13相对，也通过固定装置进行位置固定。

如图2所示，冬季时，调整支架倾斜角度为θ₂，将第一开孔8与第六开孔12相对设置，并通过固定装置进行位置固定。

如图3所示，夏季时，调整支架倾斜角度为θ₃，将第四开孔10与第六开孔12相对设置，并通过固定装置进行位置固定。

如图11所示，上述支架整体的连接及调整方案中所设定的各种数据，需要满足如下计算公式：

β＝cos^-1[(l²+c²-R²)/(2lc)]

如图6所示，支撑立柱6与支撑横梁4铰链时，在中间铰接点11采用的螺栓为双螺母螺栓，以防止旋转轴长期运行发生松动。

如图7所示，上述支架中间支撑杆2与支撑横梁4上端连接时，并不直接与支撑横梁4用螺栓固定，而是在支撑横梁4上先安装一个连接件18，然后在连接件18和中间支撑杆2通过螺栓固定连接，如此可以有效避免支撑杆2和支撑杆3发生碰撞，增强中间支撑杆2对于整体支架的支撑效果。

如图8和图9所示，上述支架中间支撑杆2与前部支撑杆1内部连接点第一固定装置19，以及后部支撑杆3一端与前部支撑杆1外部连接点的第二固定装置20，采取双方向多螺母固定方式。即，第一固定装置19及第二固定装置20，均设有两件分别折角为锐角及钝角的L形的固定片，每件L形固定片的较长边设有两个螺孔，较短边设有一个螺孔。固定时两件L形固定片按照连接杆件的角度，长边固定在中间支撑杆2和后部支撑杆3一端的相对两侧，两侧分别用两个螺栓固定。两件固定片的短边各用一个螺栓与前部支撑杆1固定，如此，可以保证三个支撑杆件位于同一垂直平面内，增强支撑杆之间连接牢固性，防止支架结构松散。

如图10所示，上述支架前部支撑杆1、中间支撑杆2、后部支撑杆3与支撑立柱6，采用螺栓固定在一起，考虑螺栓每年需要拆装4次，为防止松动，可在露出的螺杆14处设防脱落插栓15。

上述支架支撑杆、支撑横梁及支撑立柱均采用方钢结构，应用时也可以根据实际材料进行调整，例如，采用C形或U形钢等钢材，其中支撑立柱6也可以为钢筋混凝土结构。

本发明有效解决了大面积大型光伏组件支架固定手动可调节问题，这种可调节支架型式可以安装更多功率的光伏组件，运行简单方便，杆系支撑结构受力明确、稳定可靠，每瓦平均增加投资较少，但投资收益率较高，如增加投资1％～2％的情况下，可提高发电量4％～5％。

Claims (5)

1.一种双侧支撑固定可调光伏组件支架，包括支撑立柱(6)及与之于中间铰接点铰接的支撑横梁(4)，其特征在于：

所述支撑横梁(4)长度为2L，其与水平面呈倾斜角度为θ倾斜设置；

还包括前部支撑杆(1)、中间支撑杆(2)、后部支撑杆(3)；其中：

所述前部支撑杆(1)一端与所述支撑横梁(4)下端固定连接，从下端连接点到所述支撑横梁(4)中间铰接点间的长度为l，所述前部支撑杆(1)与所述支撑横梁(4)之间的形成第一夹角γ；

所述后部支撑杆(3)及中间支撑杆(2)的一端与所述支撑横梁(4)上端固定连接，从上端连接点到支撑横梁(4)中间铰接点间的长度为l，其中，所述后部支撑杆(3)与所述支撑横梁(4)之间的形成第二夹角β，所述中间支撑杆(2)与所述支撑横梁(4)之间的形成第三夹角α；

所述前部支撑杆(1)的另一端与所述后部支撑杆(3)的另一端于外端连接点固定连接；

所述中间支撑杆(2)的另一端与连接至所述前部支撑杆(1)的内部连接点处，所述内部连接点至下端连接点之间的长度为a；

所述前部支撑杆(1)上设有第一开孔(8)及第二开孔(9)；所述第一开孔(8)与下端连接点间的长度为a；所述第二开孔(9)与下端连接点间的长度为b；第一开孔(8)及第二开孔(9)与中间铰接点(11)间的长度为R；

所述中间支撑杆(2)上设有一第三开孔(7)，所述第三开孔(7)与上端连接点间的长度为c；所述第三开孔(7)与中间铰接点(11)间的长度为e；

所述后部支撑杆(3)下端设置有第四开孔(10)，所述第四开孔(10)与上端连接点间的长度为d；所述第四开孔(10)与中间铰接点(11)间的长度为R；

所述支撑立柱(6)上设有第五开孔(13)及第六开孔(12)，所述第五开孔(13)与中间铰接点(11)之间的距离为e，所述第六开孔(12)与中间铰接点(11)之间的距离为R；

所述倾斜角度θ，根据光伏电站架设地点所处纬度角和当地太阳能辐射资源计算得出，春、秋季倾角为θ₁、冬季倾角为θ₂、夏季倾角为θ₃；

其中，上述各数据需满足如下数学关系：

β＝cos^-1[(l²+c²-R²)/(2lc)]

春、秋季时，第二开孔(9)与第六开孔(12)相对设置，并通过固定装置进行位置固定，此时，第三开孔(7)与第五开孔(13)相对，也通过固定装置进行位置固定；

冬季时，第一开孔(8)与第六开孔(12)相对设置，并通过固定装置进行位置固定；

夏季时，第四开孔(10)与第六开孔(12)相对设置，并通过固定装置进行位置固定。

2.根据权利要求1所述的一种双侧支撑固定可调光伏组件支架，其特征在于：

所述中间支撑杆(2)与支撑横梁(4)上端连接时，设有一个中间连接件(18)将两者固定；所述中间连接件(18)为一件L形的固定片，其中一个面上有两个开孔，通过螺栓与支撑横梁(4)固定；延伸出的另一面上设有一个开孔，通过螺栓与中间支撑杆(2)固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种双侧支撑固定可调光伏组件支架，其特征在于：

所述前部支撑杆(1)、中间支撑杆(2)、后部支撑杆(3)与所述支撑立柱(6)之间连接采用螺栓固定时，在露出的螺杆(14)处设有防脱落插栓(15)。

4.根据权利要求1所述的一种双侧支撑固定可调光伏组件支架，其特征在于：

所述中间支撑杆(2)与前部支撑杆(1)内部连接点第一固定装置(19)，以及后部支撑杆(3)一端与前部支撑杆(1)外部连接点的第二固定装置(20)，均为双方向多螺母固定装置。

5.根据权利要求4所述的双方向多螺母固定装置，其特征在于：

所述第一固定装置(19)及第二固定装置(20)，均设有两件L形的固定片，其中一件折角为锐角，另一件折角为钝角，两件固定片根据中间支撑杆(2)及后部支撑杆(3)与前部支撑杆(1)连接时倾斜的角度，相对固定在支撑杆的两侧，每件L形固定片上均有三个螺孔同时在相邻两个方向上固定。