CN112383260B - 太阳能板组件、太阳能发电系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能发电领域，提供一种太阳能板组件、太阳能发电系统及其控制方法。太阳能板组件包括主板体和可充气的气囊，主板体具有沿第一方向朝上的第一主面和沿第一方向朝下的第二主面；气囊与主板体固定连接，气囊覆盖在第二主面上，气囊在沿第一方向朝下的一侧具有凸弧面。由于气囊能够充气，因而本发明能够通过改变气囊的鼓胀程度来适应不同强度的风，进而能够环境风速发生变化时仍然能够通过气囊产生伯努利效应来减弱甚至消除凸弧面一侧气压与第一主面一侧气压的差值，使得本发明的主板体能够在不同环境风速环境下均不容易被吹翻。

Description

太阳能板组件、太阳能发电系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，具体是涉及一种太阳能板组件、太阳能发电系统及太阳能发电系统的控制方法。

背景技术

现有太阳能板在使用的过程中可能会出现被风吹翻的现象，导致经济损失。

为了解决上述技术问题，公开号为CN204481742U的中国实用新型公开了一种抗台风式自动跟踪太阳光型太阳能板，该方案在太阳能板的背面设置流线形弧度，以借助伯努利原理降低太阳能板所受的倾覆力矩，然而，吹向太阳能板的风力与风向均具有不确定性，因而该方案在复杂风力/风向环境下仍然可能被吹翻。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种在风力变化环境下不容易被吹翻的太阳能板组件。

为了实现上述目的，本发明提供的太阳能板组件包括主板体和可充气的气囊，主板体具有沿第一方向朝上的第一主面和沿第一方向朝下的第二主面；气囊与主板体固定连接，气囊覆盖在第二主面上，气囊在沿第一方向朝下的一侧具有凸弧面。

由上可见，本发明由于气囊的设置，太阳能板组件在面临风吹时，能够通过鼓胀气囊来产生伯努利效应，借助伯努利效应来减弱凸弧面一侧的气压，进而降低甚至消除凸弧面一侧气压与第一主面一侧气压的差值，降低主板体被吹翻的风险；并且，由于气囊能够充气，因而本发明能够通过改变气囊的鼓胀程度来适应不同强度的风，进而能够环境风速发生变化时仍然能够通过气囊产生伯努利效应来减弱甚至消除凸弧面一侧气压与第一主面一侧气压的差值，使得本发明的主板体能够在不同环境风速环境下均不容易被吹翻。

一个优选的方案是，凸弧面平行于第二方向，第二方向垂直于第一方向。

由上可见，这样在环境风向垂直于第二方向时，能够产生更明显的伯努利效应，进一步有利于消除凸弧面一侧气压与第一主面一侧气压的差值，进一步有利于降低主板体被吹翻的风险。

另一个优选的方案是，还包括基座和连接架，连接架与基座可转动地连接，主板体与连接架固定连接，连接架的转动轴线与第一方向夹锐角，或连接架的转动轴线与第一方向平行。

由上可见，这样便于调整主板体的方向，便于将第二方向调整为与环境风向垂直。

进一步的方案是，连接架的转动轴线沿竖直方向，第一方向与连接架的转动轴线夹锐角。

由上可见，这样便于在环境风速较低时，通过旋转连接架来使一主面朝向太阳，有利于提升天阳能板组件的发电效率。

本发明的目的之二是提供一种在风力变化环境下不容易被吹翻的太阳能发电系统。

为了实现上述目的，本发明提供的太阳能发电系统包括充放气装置和前述的太阳能板组件，充放气装置与气囊连通。

一个优选的方案是，还包括风速检测装置，风速检测装置与充放气装置通信连接。

另一个优选的方案是，还包括第一气压检测装置和第二气压检测装置，第一气压检测装置设于主板体的第一主面一侧，第二气压检测装置设于气囊的凸弧面一侧，第一气压检测装置及第二气压检测装置均与充放气装置通信连接。

再一个优选的方案是，还包括风向检测装置，风向检测装置与充放气装置通信连接。

本发明的目的之三是提供一种在风力变化环境下不容易被吹翻的太阳能发电系统的控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供的太阳能发电系统的控制方法，太阳能发电系统包括太阳能板组件，太阳能板组件包括主板体和可充气的气囊，主板体具有沿第一方向朝上的第一主面和沿第一方向朝下的第二主面；气囊与主板体固定连接，气囊覆盖在第二主面上，气囊在沿第一方向朝下的一侧具有凸弧面；太阳能发电系统还包括充放气装置，充放气装置与气囊连通；太阳能发电系统还包括风速检测装置，风速检测装置与充放气装置通信连接，该方法包括：根据风速检测装置检测的环境风速来控制气囊的鼓胀程度，环境风速与气囊的鼓胀程度正相关；和/或太阳能发电系统还包括第一气压检测装置和第二气压检测装置，第一气压检测装置设于主板体的第一主面一侧，第二气压检测装置设于气囊的凸弧面一侧，第一气压检测装置及第二气压检测装置均与充放气装置通信连接，该方法包括：根据凸弧面一侧的气压与第一主面一侧的气压的差值来控制气囊的鼓胀程度，差值与气囊的鼓胀程度的调节增量正相关。

由上可见，这样有利于使气囊的鼓胀程度与环境风速实时匹配，进而避免主板体被吹翻。

一个优选的方案是，先根据环境风速将气囊的鼓胀程度调节至与该环境风速对应的预设程度，后根据凸弧面一侧的气压与第一主面一侧的气压的差值将气囊的鼓胀程度在预设程度附近调节。

由上可见，这样有利于提升气囊鼓胀调节的灵敏性，有利于提升太阳能板组件应对强阵风的能力。

另一个优选的方案是，凸弧面平行于第二方向，第二方向垂直于第一方向；太阳能板组件还包括基座和连接架，连接架与基座可转动地连接，主板体与连接架固定连接，连接架的转动轴线与第一方向夹锐角，或连接架的转动轴线与第一方向平行；方法还包括：在环境风速大于预设的第三阈值时，通过转动连接架将太阳能板调节为第二方向与环境风向垂直，第三阈值根据主板体可能被吹翻的最小环境风速进行设定。

附图说明

图1是本发明太阳能板组件实施例的结构示意图；

图2是本发明太阳能发电系统的控制方法实施例的流程图；

图3是本发明太阳能发电系统的控制方法可选实施例一的流程图；

图4是本发明太阳能发电系统的控制方法可选实施例二的流程图。

具体实施方式

太阳能板组件、太阳能发电系统及太阳能发电系统的控制方法实施例：

本实施例的太阳能发电系统包括充放气装置、风速检测装置、风向检测装置、第一气压检测装置、第二气压检测装置(以上装置在图中均未示出)和本实施例的太阳能板组件，请参照图1，太阳能板组件包括主板体1、气囊2、连接架3和基座4，连接架3包括转盘31和连接杆32，转盘31与基座4可转动地连接，转盘31的转动轴线沿竖直方向a，连接杆32固定连接转盘31与主板体1。

转盘31由驱动电机(图中未示出)驱动运转，驱动电机与基座4固定安装，驱动电机与充放气装置通信连接。

可选择地，风速检测装置与风向检测装置的组合也可以理解为同时具有风速检测功能和风向检测功能的一体装置。

可选择地，充放气装置可以理解为同时具有充气和放气功能的一体装置，也可以理解为分别设置的充气装置与放气装置。

主板体1为主面法向沿Z轴方向的矩形板体，Z轴方向与竖直方向a具有30°的夹角，主板体1的Z轴正向侧主面为第一主面11，主板体1的Z轴负向侧主面为第二主面，气囊2与主板体1固定连接，气囊2覆盖于第二主面上，气囊2具有凸向Z轴负向的凸弧面21，凸弧面21与Y轴方向平行。

可选择地，气囊2可以将第二主面全部覆盖，也可以将第二主面部分覆盖，当然，优选为气囊2将第二主面全部覆盖。

气囊2与充放气装置连通，由充放气装置对气囊2实施充气/放气作业。

风速检测装置用于检测环境风速，风向检测装置用于检测环境风向，第一气压检测装置设于主板体1的第一主面11一侧，第一气压检测装置用于检测第一主面11一侧的气压，第二气压检测装置设于气囊2的凸弧面21一侧，第二气压检测装置用于检测凸弧面21一侧的气压，风速检测装置、风向检测装置、第一气压检测装置及第二气压检测装置均与充放气装置通信连接，风速检测装置、风向检测装置、第一气压检测装置及第二气压检测装置的具体方案均可以参照现有技术进行设置，这里不再赘述。

本实施例的环境风速具有预设的第一阈值、第二阈值和第三阈值，第一阈值大于第二阈值，第二阈值大于第三阈值，第三阈值对应为可能将主板体1吹翻的最小风速，本实施例气囊2的鼓胀程度具有预设的第一程度、第二程度和第三程度，第一程度大于第二程度，第二程度大于第三程度，气囊2的鼓胀程度可以通过气囊2内部的气压来量化，例如第一程度下气囊2内部的气压为3倍大气压，第二程度下气囊2内部的压力为2倍大气压，第三程度下气囊2内部的压力为1.5倍大气压，当然，在本发明的其它实施例中，气囊2鼓胀程度也可以通过气囊2在Z轴方向上的尺寸与其在X轴方向上的尺寸之比来进行量化。

第一阈值与第一程度对应，第二阈值与第二程度对应，第三阈值与第三程度对应，在当环境风速处于预设阈值时，通过将气囊2的膨胀程度调节为对应的预设程度能够使第一主面11一侧的气压与凸弧面21一侧的气压被控制至大致相当，环境风速的各预设阈值与气囊2的预设鼓胀程度的对应关系通过实验的方式进行预先设定，以确保环境风速达到该预设阈值时将气囊2调节为该预设鼓胀程度便能够基本消除第一主面11一侧与凸弧面21一侧的气压差，进而降低主板体1被吹翻的风险。

请参照图2，本实施例的控制方法包括：步骤一S101，通过风向检测装置获取环境风向，通过风速检测装置获取环境风速；然后执行步骤二S102，判断环境风速是否大于等于第一阈值，如是则执行步骤三S103，通过转动转盘31将Y轴方向调节为与环境风向垂直，并通过充放气装置将气囊2的鼓胀程度调节至第一程度；然后执行步骤四S104，根据凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值在大于第一程度的范围内调节气囊2的鼓胀；如步骤二S102的判断结果为否，则执行步骤五S105，判断环境风速是否大于等于预设的第二阈值，如是则执行步骤六S106，通过转动转盘31将Y轴方向调节为与环境风向垂直，并通过充放气装置将气囊2的鼓胀程度调节至第二程度；然后执行步骤七S107，根据凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值在第二程度至第一程度的范围内调节气囊2的鼓胀；如步骤五S105的判断结果为否，则执行步骤八S108，判断环境风速是否大于等于预设的第三阈值，如是则执行步骤九S109，通过转动转盘31将Y轴方向调节为与环境风向垂直，并通过充放气装置将气囊2的鼓胀程度调节至第三程度；然后执行步骤十S110，根据凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值在第三程度至第二程度范围内调节气囊2的鼓胀；如步骤八S108的判断结果为否，则结束判断。

上述控制方法的各步骤以设定频率重复运行，以保证气囊2的鼓胀程度与环境风速、环境风向等参数实施对应匹配。

上述步骤四S104、步骤七S107及步骤十S110例如可以为：判断凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值是否大于第一预设值且小于第二预设值，如是，则不用调节；如差值大于第二预设值，则将气囊2的内部压力调大0.1个大气压；如差值小于第一预设值，则将气囊2的内部压力调小0.1个大气压。

本实施例通过设置气囊2，并根据环境风速控制气囊2的鼓胀程度，以及通过凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值来进一步调整气囊2的鼓胀程度，这样有利于在不同环境风速和不同环境风向的情况下均能通过将气囊2调整至对应的鼓胀程度来调整凸弧面21一侧的气压，进而将凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压调整至大致相当的程度，这样在不同风速/不同风向的情况下均能明显减弱甚至消除主板体1上下两侧的气压差，有利于降低主板体1被吹翻的风险。

如果环境风向平行于凸弧面21，那么凸弧面21便不能够产生伯努利效应，因而，本实施例优选在环境风速大于等于第三阈值时，通过转动转盘31来将Y轴方向调节为与环境风向垂直，这样能够更好的利用伯努利原理来减弱/消除第一主面11一侧的气压与凸弧面21一侧的气压差，进一步有利于降低主板体1被吹翻的风险。

本实施例中，在环境风速低于第三阈值时，主板体1被吹翻的风险本身较低，因而可以不用考虑气囊2的鼓胀程度，也可以不用考虑环境风向与Y轴方向之间的关系。

可选择地，在本发明的其它实施例中，也可以为环境风速设置更多数量的预设阈值，同时对应为气囊2设置更多数量的预设膨胀程度，以提升调节的灵敏性。

可选择地，在本发明的其它实施例中，也可以取消可转动的转盘31，将主板体1与基座4固定连接，仅通过控制气囊2的故障程度来适应不同风速的气流，当然这一方案优选适用于风向稳定的场景，例如应用于海边、山坳等场合；此时，控制方法可以参照图3。

可选择地，请参照图4，在本发明的其它实施例中，也可以仅根据环境风速控制气囊2的鼓胀程度，具体步骤为：步骤一S201，通过风向检测装置获取环境风向，通过风速检测装置获取环境风速；然后执行步骤二S202，判断环境风速是否大于等于第一阈值，如是则执行步骤三S203，通过转动转盘31将Y轴方向调节为与环境风向垂直，并通过充放气装置将气囊2的鼓胀程度调节至第一程度；如步骤二S202的判断结果为否，则执行步骤四S204，判断环境风速是否大于等于预设的第二阈值，如是则执行步骤五S205，通过转动转盘31将Y轴方向调节为与环境风向垂直，并通过充放气装置将气囊2的鼓胀程度调节至第二程度；如步骤四S204的判断结果为否，则执行步骤六S206，判断环境风速是否大于等于预设的第三阈值，如是则执行步骤七S207，通过转动转盘31将Y轴方向调节为与环境风向垂直，并通过充放气装置将气囊2的鼓胀程度调节至第三程度；如步骤八S108的判断结果为否，则结束判断。

可选择地，在发明控制方法的其它实施例中，也可以仅根据凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值来控制气囊2的膨胀程度，凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值正相关于气囊2的膨胀程度的根据该差值调节的增量，也即差值越大，就需要将气囊2的鼓胀程度进一步增大的程度就越大，此时的控制方法可以参照前述步骤四S104、步骤七S107及步骤十S110中利用差值与第一预设值/第二预设值的大小关系进行调节的方式进行设置。

由于凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值检测具有较为明显的滞后性，如果直接采用凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值来控制气囊2的膨胀程度，那么在强阵风来临时，充放气装置可能会反应不及时，以至于气囊2不能及时鼓胀到合适的程度，从而导致气囊2可能被强阵风吹翻；因而本实施例首先根据环境风速对气囊2的膨胀程度进行大致控制，然后根据凸弧面21一侧的气压与第一主面11一侧的气压的差值对气囊2的膨胀程度进行调整，这样在遭遇强阵风等风速突然增大的情况时，本实施例的控制方法能够较为迅速地控制气囊2增大膨胀程度，有利于提升对气囊2膨胀程度控制的灵敏性和及时性，有利于降低主板体1被强阵风吹翻的风险。

可选择地，在本发明的其它实施例中，也可以将气囊设置为普通气囊，这样气囊的Z轴负向面一般称球冠形，这样在面临不同环境风向的风吹过太阳能板组件时，均能产生伯努利效应，因而这样在风向复杂的环境中也可以取消可转动的转盘，当然，这样设置的气囊对凸弧面侧的气压降低效果会差于本实施例气囊2在Y轴方向垂直于环境风向时对凸弧面侧的气压降低效果。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.太阳能板组件，包括主板体，所述主板体具有沿第一方向朝上的第一主面和沿所述第一方向朝下的第二主面，所述第一方向为所述主板体的主面法向；

其特征在于：

还包括可充气的气囊，所述气囊与所述主板体固定连接，所述气囊覆盖在所述第二主面上，所述气囊在沿所述第一方向朝下的一侧具有凸弧面；

根据环境风速来控制所述气囊的鼓胀程度，所述环境风速与所述气囊的鼓胀程度正相关；和/或

根据所述凸弧面一侧的气压与所述第一主面一侧的气压的差值来控制所述气囊的鼓胀程度，所述差值与所述气囊的鼓胀程度的调节增量正相关；

通过改变所述气囊的鼓胀程度来减小所述第一主面一侧和所述凸弧面一侧的气压差。

2.根据权利要求1所述的太阳能板组件，其特征在于：

所述凸弧面平行于第二方向，所述第二方向垂直于所述第一方向。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能板组件，其特征在于：

还包括基座和连接架，所述连接架包括转盘和连接杆，所述转盘与所述基座可转动地连接，所述连接杆固定连接所述转盘与所述主板体，所述转盘的转动轴线与所述第一方向夹锐角。

4.根据权利要求3所述的太阳能板组件，其特征在于：

所述连接架的转动轴线沿竖直方向。

5.根据权利要求1或2所述的太阳能板组件，其特征在于：

还包括基座和连接架，所述连接架包括转盘和连接杆，所述转盘与所述基座可转动地连接，所述连接杆固定连接所述转盘与所述主板体，所述转盘的转动轴线与所述第一方向平行。

6.太阳能发电系统，其特征在于：

包括充放气装置和如权利要求1至5任一项所述的太阳能板组件，所述充放气装置与所述气囊连通。

7.根据权利要求6所述的太阳能发电系统，其特征在于：

还包括风速检测装置，所述风速检测装置与所述充放气装置通信连接。

8.根据权利要求6所述的太阳能发电系统，其特征在于：

还包括第一气压检测装置和第二气压检测装置，所述第一气压检测装置设于所述主板体的所述第一主面一侧，所述第二气压检测装置设于所述气囊的所述凸弧面一侧，所述第一气压检测装置及所述第二气压检测装置均与所述充放气装置通信连接。

9.根据权利要求6所述的太阳能发电系统，其特征在于：

还包括风向检测装置，所述风向检测装置与所述充放气装置通信连接。

10.太阳能发电系统的控制方法，所述太阳能发电系统包括太阳能板组件，所述太阳能板组件包括主板体，所述主板体具有沿第一方向朝上的第一主面和沿所述第一方向朝下的第二主面，所述第一方向为所述主板体的法向；

其特征在于：

所述太阳能板组件还包括可充气的气囊，所述气囊与所述主板体固定连接，所述气囊覆盖在所述第二主面上，所述气囊在沿所述第一方向朝下的一侧具有凸弧面；

所述太阳能发电系统还包括充放气装置，所述充放气装置与所述气囊连通；

通过改变所述气囊的鼓胀程度来减小所述第一主面一侧和所述凸弧面一侧的气压差；

所述太阳能发电系统还包括风速检测装置，所述风速检测装置与所述充放气装置通信连接，该方法包括：根据所述风速检测装置检测的环境风速来控制所述气囊的鼓胀程度，所述环境风速与所述气囊的鼓胀程度正相关；和/或

所述太阳能发电系统还包括第一气压检测装置和第二气压检测装置，所述第一气压检测装置设于所述主板体的所述第一主面一侧，所述第二气压检测装置设于所述气囊的所述凸弧面一侧，所述第一气压检测装置及所述第二气压检测装置均与所述充放气装置通信连接，该方法包括：根据所述凸弧面一侧的气压与所述第一主面一侧的气压的差值来控制所述气囊的鼓胀程度，所述差值与所述气囊的鼓胀程度的调节增量正相关。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：

先根据所述环境风速将所述气囊的鼓胀程度调节至与该环境风速对应的预设程度，后根据所述凸弧面一侧的气压与所述第一主面一侧的气压的差值将所述气囊的鼓胀程度在所述预设程度附近调节。

12.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于：

所述凸弧面平行于第二方向，所述第二方向垂直于所述第一方向；

所述太阳能板组件还包括基座和连接架，所述连接架包括转盘和连接杆，所述转盘与所述基座可转动地连接，所述连接杆固定连接所述转盘与所述主板体，所述转盘的转动轴线与所述第一方向夹锐角，或所述转盘的转动轴线与所述第一方向平行；

方法还包括：

在所述环境风速大于预设的第三阈值时，通过转动所述连接架将所述太阳能板调节为所述第二方向与环境风向垂直，所述第三阈值根据所述主板体可能被吹翻的最小环境风速进行设定。

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