CN113054901A - 一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统 - Google Patents

一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其包括光伏发电系统、导水天沟、智能直流控制系统、GEL储能系统和直流电加热装置,当一般降雪时,通过双玻双面光伏组件的正面光照及背面反光发电所产生的热量使得组件表面的积雪及时融化滑落;当暴雪天气时,阳光无法穿过光伏组件上覆盖的积雪,背面反射光发电的热量不足以使得附着的积雪从光伏组件上剥离,此时可以通过DC/DC变换器系统对天沟内预装置的直流电加热装置供电,使天沟内的积雪融化导出天沟,同时,通过光伏控制器对光伏组件反供电产生热量,使得积雪从倾斜的光伏组件上滑落至天沟,在天沟内的直流电加热装置的作用下融化成水导入高速公路的两侧。

Description

一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统
技术领域
本发明涉及光伏组件智能除雪的领域,尤其是涉及一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统。
背景技术
我国北方地区冬日气候寒冷,降雪厚度较大,道路积雪及坡道积雪结冰等给交通安全畅行带来很大的负面影响,特别是对于高速公路来说,还会因路面积雪湿滑造成交通事故,积雪严重的情况下,高速公路不得不终止交通,给正常的生产生活造成极大影响。每年交通部门在高速公路除雪方面要耗费巨大的开支,传统的融雪除冰方式主要是人工清除法和机械清除法,这样的除雪方式成本高且耗时耗力,特别当面临持续降雪的情况时,阶段性除雪并不能起到长足的效果。
目前,公开号为CN108832886A,专利名为光伏车棚自动化除雪控制方法的中国发明专利,包括光伏阵列、并网双向逆变器和控制器,包括如下步骤:在车棚上设置光伏阵列、并网双向逆变器和控制器;所述光伏阵列的光伏板上设置有压力传感器;光伏板的倾斜角度为13°~17°;夜间下雪在压力传感器上产生的积雪压力达到预设压力阀值时,控制器将并网双向逆变器切换至储能状态,使得光伏板上产生一定热量进行化雪;当太阳升起产生光伏启动电压时,控制器将并网双向逆变器切换至逆变状态,将光伏阵列的直流电转换成交流电输出到电网。但该技术并未解决高寒地区长时间存在下雪与积雪,导致高速公路顶棚光伏组件上的积雪无法及时清除,从而无法正常发电的问题。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统。
本发明提供的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统采用如下的技术方案:
一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,包括顶棚主体钢框架结构、光伏组件、导水天沟和支撑架,其特征在于:还包括智能直流控制系统、GEL储能系统和直流电加热装置,所述光伏组件具体为双玻双面光伏发电组件,所述导水天沟内设置有直流电加热装置。
通过采用上述技术方案,当暴雪天气时,光伏组件上的积雪较厚,阳光无法穿过太阳能光伏组件上覆盖的积雪,背面反射光发电的热量不足以使得附着的积雪从太阳能光伏组件上剥离,此时可以通过直流控制系统对导水天沟内预装置的直流电加热装置供电,使天沟内的积雪融化导出天沟,同时直流控制系统对光伏组件反供电产生热量,使得积雪与太阳能光伏组件表面的附着力剥离,积雪在自重力作用下从倾斜的太阳能光伏组件上滑落至导水天沟,最后在导水天沟内的直流电加热装置的作用下融化成水导入高速公路地面的两侧。
可选的,若干个所述光伏组件设置为一排,若干排光伏组件设置为光伏组件阵列,所述导水天沟间隔设置在光伏组件阵列之间,所述光伏组件的透光率设计为15%~50%之间。
通过采用上述技术方案,光伏组件阵列与导水天沟互相间隔,光伏组件上融化的积雪掉落到导水天沟中,光伏组件的透光率设计为15%~50%之间,当光伏组件上的积雪不厚时,阳光可以从光伏组件透过到地面上会产生背面的反光,背面的反光也可以二次收集,并且车辆在高速公路上行驶时,可以有更好的采光,不容易让驾驶员在驾驶时产生疲劳感。
可选的,所述光伏组件与支撑架连接,所述支撑架的另一端与导水天沟连接,光伏组件阵列设置为倾斜,所述导水天沟设置为中间高,两边低。
通过采用上述技术方案,光伏组件与导水天沟均有一定的倾角,当光伏组件上的积雪融化后,在重力的作用下掉落到导水天沟内,导水天沟内的积雪融化成水后,从高速公路两侧排出。
可选的,所述GEL储能系统具体为GEL胶体电池模组,所述GEL储能系统安装在地面的冻土层下面。
通过采用上述技术方案,在高速公路地下冻土层设置GEL储能系统,可以将光伏组件转化的能量就地储存,当需要对光伏组件加热时,也可以直接通过GEL储能系统加压实现对光伏组件的加热,从而减少能量的消耗,并且在冻土层下面的GEL储能系统可以相对保温,不容易冻坏。
可选的,所述智能直流控制系统包括:电池控制器、光伏控制器、DC/DC变换器、阵列监控系统、数据采集器和GPRS。
可选的,所述阵列监控系统包括智能监控系统和激光雪深气象站。
通过采用上述技术方案,激光雪深气象站可测量0.05~10米的积雪层厚度(此厚度与气象系统降雪厚度概念不同,约1:15倍的比率),监测到的气象数据如积雪厚度及环境温度等通过RS485等信号传输到电站监控平台,阵列监控系统通过数据指令直流控制系统给GEL储能系统放电让天沟直流电加热装置启动融雪工作;
通过采用上述技术方案,GEL胶体电池模组具有更好的防冻性能,可以进一步的提高GEL储能系统的使用寿命。
可选的,所述电池控制器还包括交流逆变器,所述交流逆变器与升压并网设备连接,所述升压并网设备与国家电网T接点连接。
通过采用上述技术方案,在充满后直流控制系统自动切换到交流逆变工作单元,此后进入发电并网模式,所发的电能传送给电网所用。
可选的,所述DC/DC变换器控制对导水天沟内的直流电加热装置的输出电压不超过36V。
通过采用上述技术方案,DC/DC变换器控制对导水天沟内的直流电加热装置加热,导水天沟是钢结构的,而36V是人体能承受的安全电压,提升整个系统的安全性。
可选的,所述阵列监控系统包括智能监控系统和激光雪深气象站。
通过采用上述技术方案,基于激光雪深气象站探测到光伏组件积雪不存在时,在通过数据传输的监控平台,监控系统指令直流控制系统停止对GEL储能系统放电,切换为发电模式,优先给GEL储能系统充电。
可选的,所述交流逆变器采用组串式逆变器,所述交流逆变器采用270KW(500)逆变器。
通过采用上述技术方案,当系统电气发生突发意外时,如:电缆扯断,交流侧断路,直流接地短路等情况,系统会自行智能关闭。
可选的,该智能除雪的高速公路光伏顶棚系统工作时包括以下步骤:
S1:DC/DC变换器对导水天沟(2)内的直流电加热装置加热,产生热能使导水天沟(2)内积雪融化,积雪融化后在重力作用下导向道路两侧。
S2:光伏组件阵列上的积雪通过光伏控制器对光伏组件(1)反供直流电或者反面发电产生热量,触发表面积雪于光伏组件阵列剥离,积雪在倾角自重及导水天沟(2)内失去支撑积雪作用下顺势滑落至导水天沟(2)内。
S3:导水天沟(2)的直流电加热装置持续加热,将滑落的积雪融化导向道路两侧的路面。
通过采用上述技术方案,
有现有技术相比,本发明包括以下至少一种有益技术效果:
1.利用高速闲置的路顶空间来搭建钢结构棚,棚顶铺设双玻双面光伏发电组件,采用以单排光伏组件作为一个阵列式的倾角设计,前后排阵列间设置融冰雪导水天沟,天沟内装置直流电加热装置并作为光伏组件阵列面上积雪滑落时容纳的载体,电加热所用的能量来自于光伏发电储能系统,节能环保无污染;
2.交流逆变器与升压并网设备连接,升压并网设备与国家电网T接点连接,在对GEL储能系统充满电后,直流控制系统自动切换到交流逆变工作单元,此后进入发电并网模式,所发的电能传送给电网所用,进一步的节约能源;
3.交流逆变器擦用组串式逆变器,当系统电气发生突发意外时,如:电缆扯断,交流侧断路,直流接地短路等情况,系统会自行智能关闭。
附图说明
图1是一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统的控制流程示意图;
图2是一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统的电气原理图;
图3是一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统中体现高速公路顶棚的光伏组件与导水天沟连接关系示的示意图;
图4是一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统中体现高速公路顶棚的光伏组件与导水天沟连接关系的整体结构示意图;
附图标记说明:1、光伏组件;12、支撑架;3、导水天沟;4、顶棚主体钢框架结构。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本发明作进一步详细说明。
实施例1
参照图1和图2,本发明实施例公开一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统包括光伏发电系统、直流控制系统、GEL储能系统、直流电加热装置、交流升压并网系统和智能监控系统。
本发明中,高速公路上搭建顶棚,高速公路顶棚设置有顶棚主体钢框架结构、光伏阵列和导水天沟,若干个光伏组件1设置为一排,若干排光伏组件1设置为光伏组件阵列,一排光伏阵列间隔一排融雪导水天沟交叉构造,光伏组件1与支撑架12连接,导水天沟2与支撑架12的另一端相连,导水天沟2内设置有直流电加热装置,导水天沟2设置为中间高两边低。
本发明中,光伏发电系统为光伏组件1,光伏组件1具体为双玻双面光伏发电组件,GEL储能系统具体为:GEL胶体电池模组,直流控制系统包括:电池控制器、光伏控制器、逆变分配控制、DC/DC变换器。
参照图3和图4,当天气为一般降雪时,包括如下步骤:
S1:光伏组件1正面透入光发电产生热能,同时,地面反射光背发电产生热能。
S2:直流反供电产生的热能使得光伏组件1上积雪的底部融化,从而与光伏组件1正面的附着力剥离,利用光伏组件1的倾斜角度在积雪的自重力下自行融化流入导水天沟2,导水天沟2设置为中间高两边低,积雪融化后,从导水天沟2中流到高速公路的两侧。
S3:整个光伏发电及智能除雪系统在无雪覆盖的情况下,光伏组件1正常发电给电池控制器,电池控制器给GEL储能系统充满电能。
S4:进一步的,GEL储能系统充满电后,直流控制系统自动切换到交流逆变工作单元,进入发电并网模式,所发电能传送给电网所用。
实施例2
参照图1和图2,当天气为暴雪时,包括如下步骤:
S1:光伏组件1可以将白天太阳的光能转换为电能,并存储于光伏发电储能系统。
S2:当高速棚顶有大量积雪时,通过直流电加热装置,将白天储集在光伏发电储能系统的电能,对导水天沟2内预装置的直流电加热装置加热使得天沟内积雪融化导出导水天沟2。
S3:光伏组件上的积雪通过储能系统对光伏组件1反供直流电或者反面发电产生的热量,触发表面积雪与光伏组件1剥离,积雪在太阳能光伏组件1的倾角的作用下顺势滑落至导水天沟2内。
S4:导水天沟2内加热系统继续制热将滑落的积雪融化导向道路两侧的路面。
S5:整个光伏发电及智能除雪系统在无雪覆盖的情况下,光伏组件1正常发电给电池控制器,电池控制器给GEL储能系统充满电能。
S6:进一步的,GEL储能系统充满电后,直流控制系统自动切换到交流逆变工作单元,进入发电并网模式,所发电能传送给电网所用。
本发明的光伏组件1采用铝合金边框双面双玻光伏组件,光伏组件1透光设计(基于实际工程使用场景),每一定数量光伏组件1单排成列,整列设置一定倾角。
进一步的,光伏组件1的透光率可设计在15%到50%之间(基于实际工程使用场景),每约5块光伏组件1形成一个单排阵列(基于高速公路单向车道实际宽度),光伏组件1横向方向缝隙间用橡胶密封条填缝,光伏组件阵列倾角设置为13°到18°之间(基于项目地的维度)。
本发明的阵列监控系统具体为:电站智能监控系平台和激光雪深气象监测站,激光雪深气象站可测量0.05~10米的积雪层厚度(此厚度激光雪深气象系统降雪厚度概念不同,约1:15倍的比率),监测到的气象数据如积雪厚度及环境温度等通过RS485等信号传输到电站监控平台,监控系统通过数据指令直流控制系统给GEL储能系统放电,从而使导水天沟2加热装置启动融雪工作;同时直流控制系统通过光伏控制器启动给光伏组件1反供电,使得光伏组件1加热,光伏组件1上的积雪顺坡滑落到导水天沟2进而被融化,最后从导水天沟2中排入高速公路的两侧。基于激光雪深气象站探测到的组件积雪不存在时,在通过数据传输的监控平台,监控系统指令直流控制系统停止对GEL储能系统放电,切换为发电模式,优先给GEL储能充电,在充满后直流系统自动切换到交流逆变工作单元,此后进入发电并网模式,所发的电能传送给电网所用。
本发明中,一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统还可用于长坡道。
本发明中,双面双玻光伏组件具体采用的型号为LR5-66HBD/475~500M。
本发明中,DC/DC变换器具体采用的型号为DC900V/R/DC36V。
本发明中,逆变模组具体采用的型号为NESI-270KT2M。
本发明电气逆变采用组串式逆变器,当系统电气发生突发意外时,如:电缆扯断,交流侧断路化,直流接地短路等情况,系统会自行智能关闭。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,包括顶棚主体钢框架结构(4)、光伏组件(1)、导水天沟(2)和支撑架(12),其特征在于:还包括智能直流控制系统、GEL储能系统和直流电加热装置,所述光伏组件(1)具体为双玻双面光伏发电组件,所述导水天沟(2)内设置有直流电加热装置。
2.根据权利要求1所述的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其特征在于:若干个所述光伏组件(1)设置为一排,若干排光伏组件(1)设置为光伏组件阵列,所述导水天沟(2)间隔设置在光伏组件阵列之间,所述光伏组件的透光率设计为15%~50%之间。
3.根据权利要求2所述的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其特征在于:所述光伏组件(1)与支撑架(12)连接,所述支撑架(12)的另一端与导水天沟(2)连接,光伏组件阵列设置为倾斜,所述导水天沟(2)设置为中间高,两边低。
4.根据权利要求3所述的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其特征在于:所述GEL储能系统具体为GEL胶体电池模组,所述GEL储能系统安装在地面的冻土层下面。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其特征在于:所述智能直流控制系统包括:电池控制器、光伏控制器、DC/DC变换器、阵列监控系统、数据采集器和GPRS。
6.根据权利要求5所述的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其特征在于:所述电池控制器还包括交流逆变器,所述交流逆变器与升压并网设备连接,所述升压并网设备与国家电网T接点连接。
7.根据权利要求5所述的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其特征在于:所述DC/DC变换器控制对导水天沟内的直流电加热装置的输出电压不超过36V。
8.根据权利要求5所述的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其特征在于:所述阵列监控系统包括智能监控系统和激光雪深气象站。
9.根据权利要求6所述的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其特征在于:所述交流逆变器采用组串式逆变器,所述交流逆变器采用270KW(500)逆变器。
10.根据权利要求1所述的一种智能除雪的高速公路光伏顶棚系统,其特征在于:该智能除雪的高速公路光伏顶棚系统工作时包括以下步骤:
S1:DC/DC变换器对导水天沟(2)内的直流电加热装置加热,产生热能使导水天沟(2)内积雪融化,积雪融化后在重力作用下导向道路两侧。
S2:光伏组件阵列上的积雪通过光伏控制器对光伏组件(1)反供直流电或者反面发电产生热量,触发表面积雪于光伏组件阵列剥离,积雪在倾角自重及导水天沟(2)内失去支撑积雪作用下顺势滑落至导水天沟(2)内。
S3:导水天沟(2)的直流电加热装置持续加热,将滑落的积雪融化导向道路两侧的路面。
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