CN113377133B - 一种光伏发电支架系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏发电支架系统及控制方法，涉及光伏发电技术领域，包括结构模块、传动模块和控制模块，结构模块包括多个用于安装光伏组件的组件支架和多个用于连接所述组件支架的连接杆；传动模块为结构模块的展开或收起提供动力；当实时风速大于临界风速时，结构模块处于收起状态；当实时风速小于临界风速时，结构模块处于展开状态；控制模块通过发送指令控制传动模块；本发明可实现结构模块的展开或收起，结构模块在设计时，使用的活荷载计算依据无需为25年一遇的风、雪荷载，由于临界活荷载显著小于25年一遇的活荷载，所以节省了不必要的材料浪费且安装更便利。

Description

一种光伏发电支架系统及控制方法
技术领域
本发明属于光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏发电支架系统及控制方法。
背景技术
光伏，是太阳能光伏发电系统的简称，是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统；由于世界性能源危机，促进了新能源产业的迅猛发展，而太阳能是各种可生能源中最重要的基本能源，因此做为将太阳辐射能转换成电能的太阳能发电技术，即光伏产业更是发展飞速。
太阳能光伏支架，是太阳能光伏发电系统中为了摆放、安装、固定太阳能面板设计的特殊的支架。一般材质有铝合金、碳钢及不锈钢。现有光伏支架多为固定式安装，安装后光伏阵列无法调节其承载风、雪荷载的面积。支架在设计时，使用的活荷载计算依据为25年一遇的风、雪荷载。
由于设计标准为25年一遇的风、雪荷载，但光伏阵列在运行时绝大多数时间是不会承受25年一遇的风、雪荷载的，这就造成了支架在大多数运行时间上其设计强度是远大于实际需要的强度，造成了材料的浪费；除此之外，固定式安装也使得安装、拆卸光伏组件需要较多的人工，提高了人工成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏发电支架系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种光伏发电支架系统，包括结构模块、传动模块和控制模块，所述结构模块包括多个用于安装光伏组件的组件支架和多个用于连接所述组件支架的连接杆；
所述组件支架的下部设置有滚轮，所述滚轮的下方设置有与滚轮相匹配的轨道；
所述传动模块包括电机、主动轮、从动轮和转动绳，所述电机带动主动轮转动，所述转动绳在电机的带动下在所述主动轮和所述从动轮上传动，所述转动绳通过连接头与所述组件支架连接；
所述控制模块通过发送指令控制所述传动模块，实现所述结构模块的展开或收起。
所述传动模块为结构模块的展开或收起提供动力；所述控制模块根据控制策略和检测到的实时风速，判断结构模块当前应处于展开状态还是收起状态，然后对传动模块发出相应的指令。
进一步地，所述组件支架的形状为矩形，相邻两所述组件支架相互平行，所述连接杆位于所述组件支架的两侧，所述连接杆的两端分别与相邻两所述组件支架通过铰接连接。
一般将所述结构模块安装在地面或屋面上，所述组件支架按照临界活荷载进行设计，当所述结构模块处于收起状态时，如果组件支架无法承受当地25年一遇的风雪载荷，则需要对收起状态下的组件支架结构进行补强设计，使其能够承受25年一遇的活荷载，补强设计既可以设计在组件支架上，也可以设计在组件支架之外。
进一步地，所述组件支架的数量和所述连接杆的数量均在两个以上，每个所述组件支架下部设置的滚轮的数量在两个以上，所述轨道的数量与每个所述组件支架下部设置的滚轮的数量相同。
进一步地，所述结构模块展开时，所述组件支架上的光伏组件与安装面之间的夹角为锐角；所述结构模块收起时，所述组件支架上的光伏组件与安装面相垂直。
所述组件支架上的光伏组件与所述安装面之间的夹角范围为0～90°，包括夹角为90°的情况，即所述结构模块收起时，所述组件支架上的光伏组件与安装面相垂直。
本发明提供的光伏发电支架系统可以集成组件清洗装置，当结构模块处于展开状态时，可以清洗光伏组件。
基于光伏发电支架系统的控制方法为，当实时风速大于临界风速时，所述控制模块向所述传动模块发送收起指令，使得所述结构模块处于收起状态；
当实时风速小于临界风速时，所述控制模块向所述传动模块发送展开指令，使得所述结构模块处于展开状态。
考虑到光伏组件在绝大多数的运行时间里是不会承受较大的风荷载的，本发明在风荷载小时展开发电，风荷载大时收起避风。由于结构模块可以收起和展开，其在安装上较固定式安装便利性提高很多。
当结构模块收起时，其承受活荷载的面积显著小于展开状态时，结构模块的活荷载根据临界风速计算得到，由于活荷载的计算有国家规范，不是本发明的创新，所以本发明不做相关描述。
进一步地，所述临界风速的计算方法为：首先，按照时间顺序收集过去一年的太阳辐照量和对应的风速数据，累加得到上一年全年的太阳辐照量，记为F；然后，将风速按照降序排列，将发电量影响指标设为x％，按照风速从大到小的顺序，将对应的太阳辐照量数据逐个相加，当太阳辐照量数据之和达到x％F，最后加入的太阳辐照量数据对应的风速即临界风速；
若有过去N年的太阳辐照量和对应的风速数据，则按照上述方法计算每年的临界风速，取平均值为临界风速。
收集太阳辐照量和对应的风速数据时，数据的时间尺度为分钟或小时级，根据需要进行选择，数据尺度即时间间隔越小时，计算出的临界风速就越准确。
发电量影响指标为因组件支架收起导致全年损失的发电量占全年总发电量的百分比。
有益效果：
(1)本发明提供的一种光伏发电支架系统，包括结构模块、传动模块和控制模块，组件支架的下部设置有滚轮，所述滚轮的下方设置有与滚轮相匹配的轨道；结构模块包括多个用于安装光伏组件的组件支架和多个用于连接所述组件支架的连接杆；传动模块为结构模块的展开或收起提供动力；控制模块通过发送指令控制传动模块，可实现所述结构模块的展开或收起，结构模块在设计时，使用的活荷载计算依据无需为25年一遇的风、雪荷载，由于临界活荷载显著小于25年一遇活荷载，所以节省了不必要的材料浪费且安装更便利；
(2)本发明提供一种基于光伏发电支架系统的控制方法，当实时风速大于临界风速时，控制模块向传动模块发送收起指令，使得结构模块处于收起状态；当实时风速小于临界风速时，控制模块向传动模块发送展开指令，使得结构模块处于展开状态；整个过程为全自动状态，节省了大量的人工成本；
(3)本发明提供的一种光伏发电支架系统，由于光伏组件展开后与安装面具有一定倾角，而当前斜屋面安装的光伏组件都是与屋面平行的，带有倾角的光伏组件发电量会比与屋面平行的组件更高。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为一种光伏发电支架系统的结构示意图；
附图说明：
1-组件支架；2-连接杆；3-滚轮；4-轨道；5-电机；6-主动轮；7-从动轮；8-转动绳。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例：
如图1所述，在一个较佳的实施例中，提供一种光伏发电支架系统的结构，包括结构模块、传动模块和控制模块，所述结构模块包括多个用于安装光伏组件的组件支架1和多个用于连接所述组件支架1的连接杆2；
所述组件支架1的下部设置有滚轮3，所述滚轮3的下方设置有与滚轮3相匹配的轨道4；
所述传动模块包括电机5、主动轮6、从动轮7和转动绳8，所述电机5带动主动轮6转动，所述转动绳8在电机5的带动下在所述主动轮6和所述从动轮7上传动，所述转动绳8通过连接头与所述组件支架1连接；
所述控制模块通过发送指令控制所述传动模块，实现所述结构模块的展开或收起。
所述传动模块为结构模块的展开或收起提供动力；所述控制模块根据控制策略和检测到的实时风速，判断结构模块当前应处于展开状态还是收起状态，然后对传动模块发出相应的指令。
所述组件支架1的形状为矩形，相邻两所述组件支架1相互平行，所述连接杆2位于所述组件支架1的两侧，所述连接杆2的两端分别与相邻两所述组件支架1通过铰接连接。
一般将所述结构模块安装在地面或屋面上，所述组件支架按照临界活荷载进行设计，当所述结构模块处于收起状态时，如果组件支架无法承受当地25年一遇的风雪载荷，则需要对收起状态下的组件支架结构进行补强设计，使其能够承受25年一遇的活荷载，补强设计既可以设计在组件支架上，也可以设计在组件支架之外。
所述组件支架1的数量和所述连接杆2的数量均在两个以上，每个所述组件支架1下部设置的滚轮3的数量在两个以上，所述轨道4的数量与每个所述组件支架1下部设置的滚轮3的数量相同。
所述结构模块展开时，所述组件支架1上的光伏组件与安装面之间的夹角为锐角；所述结构模块收起时，所述组件支架1上的光伏组件与安装面相垂直。
所述组件支架上的光伏组件与所述安装面之间的夹角范围为0～90°，包括夹角为90°的情况，即所述结构模块收起时，所述组件支架上的光伏组件与安装面相垂直。
本发明提供的光伏发电支架系统可以集成组件清洗装置，当结构模块处于展开状态时，可以清洗光伏组件。
基于光伏发电支架系统的控制方法为，当实时风速大于临界风速时，所述控制模块向所述传动模块发送收起指令，使得所述结构模块处于收起状态；
当实时风速小于临界风速时，所述控制模块向所述传动模块发送展开指令，使得所述结构模块处于展开状态。
考虑到光伏组件在绝大多数的运行时间里是不会承受较大的风荷载的，本发明在风荷载小时展开发电，风荷载大时收起避风。由于结构模块可以收起和展开，其在安装上较固定式安装便利性提高很多。
当结构模块收起时，其承受活荷载的面积显著小于展开状态时，结构模块的活荷载根据临界风速计算得到，由于活荷载的计算有国家规范，不是本发明的创新，所以本发明不做相关描述。
所述临界风速的计算方法为：首先，按照时间顺序收集过去一年的太阳辐照量和对应的风速数据，累加得到上一年全年的太阳辐照量，记为F；然后，将风速按照降序排列，将发电量影响指标设为x％，按照风速从大到小的顺序，将对应的太阳辐照量数据逐个相加，当太阳辐照量数据之和达到x％F，最后加入的太阳辐照量数据对应的风速即临界风速；
若有过去N年的太阳辐照量和对应的风速数据，则按照上述方法计算每年的临界风速，取平均值为临界风速。
收集太阳辐照量和对应的风速数据时，数据的时间尺度为分钟或小时级，根据需要进行选择，数据尺度即时间间隔越小时，计算出的临界风速就越准确。
发电量影响指标为因组件支架收起导致全年损失的发电量占全年总发电量的百分比。
本实施例中，结构模块上包括三个组件支架，光伏组件安装在组件支架上，设置六个连接杆，组件支架的两侧边上各设置三个连接杆，如图1所示，最左侧的两个连接杆的一端连接在地面上或安装支座上，另一端与组件支架通过铰链连接，其余的连接杆的的两端分别与相邻两组件支架通过铰接连接，每个组件支架下各设置两个滚轮，所以设置两根与滚轮相匹配的轨道，滚轮在轨道上滚动，在最右侧的离从动轮最近的组件支架下部设置连接头，连接头的一端与组件支架连接，另一端与转动绳连接，转动绳的材质一般为钢丝绳，电机带动主动轮转动，主动轮带动钢丝绳在主动轮和从动轮上摩擦传动，钢丝绳通过连接头与组件支架连接，实现结构模块的展开或收起。当现场检测到的实时风速大于临界风速时，控制模块向传动模块发送收起指令，使得结构模块处于收起状态；当实时风速小于临界风速时，控制模块向传动模块发送展开指令，使得所述结构模块处于展开状态。
临界风速的计算过程为：
项目地点位于A市，首先收集A市过去一年的太阳辐照量和风速的小时级数据，可以得到去年全年的太阳辐照量，为1000kWh/m2。按时间将风速和太阳辐照量一一对应，将风速按降序排列。将发电量影响指标设为1％，按照风速从大到小的顺序，将太阳辐照量数据逐个相加，当太阳辐照量之和达到10kWh/m2，最后加入的辐照量数据对应的风速就是临界风速，为15m/s。
可以看出，以15m/s风速计算临界活荷载为0.133kN/m2，当地25年一遇的风速为28m/s，其活荷载为0.59kN/m2，显然以15m/s的临界风速进行支架结构设计，能够大幅降低结构材料的用量，降低支架成本和重量，活荷载的计算有国家规范，不是本发明的创新，所以未做相关描述。假如有过去n年的气象数据，那就求出这n年的临界风速，然后取算数平均值为临界风速。
当控制模块中的控制器从现场的风速传感器读取到的实时风速大于15m/s时，就会发动收起指令驱动电机收起组件支架，当实时风速小于15m/s时，驱动电机展开组件支架。控制器采用单片机或PLC。
当结构模块处于收起状态时，如果组件支架无法承受当地25年一遇的风雪荷载，则需要对收起状态下的支架结构进行补强设计，使其能够承受25年一遇的活荷载。由于支架收起后第一排和最后一排组件支架成为了最主要的迎风面，因此对第一排和最后一排的组件支架进行结构加强，使其能承受25年一遇的活荷载，结构的补强设计为在收起的组件支架外安装一个保护罩，保护罩能承受25年一遇的活荷载，保护罩一侧设有可以打开的门，方便组件支架展开收起时进出保护罩。

Claims (4)

1.一种光伏发电支架系统的控制方法，其特征在于，光伏发电支架系统包括结构模块、传动模块和控制模块，所述结构模块包括多个用于安装光伏组件的组件支架(1)和多个用于连接所述组件支架(1)的连接杆(2)；
所述组件支架(1)的下部设置有滚轮(3)，所述滚轮(3)的下方设置有与滚轮(3)相匹配的轨道(4)；
所述传动模块包括电机(5)、主动轮(6)、从动轮(7)和转动绳(8)，所述电机(5)带动主动轮(6)转动，所述转动绳(8)在电机(5)的带动下在所述主动轮(6)和所述从动轮(7)上传动，所述转动绳(8)通过连接头与所述组件支架(1)连接；
所述控制模块通过发送指令控制所述传动模块，实现所述结构模块的展开或收起；
当实时风速大于临界风速时，所述控制模块向所述传动模块发送收起指令，使得所述结构模块处于收起状态；
当实时风速小于临界风速时，所述控制模块向所述传动模块发送展开指令，使得所述结构模块处于展开状态；
所述临界风速的计算方法为：首先，按照时间顺序收集过去一年的太阳辐照量和对应的风速数据，累加得到上一年全年的太阳辐照量，记为F；然后，将风速按照降序排列，将发电量影响指标设为x％，按照风速从大到小的顺序，将对应的太阳辐照量数据逐个相加，当太阳辐照量数据之和达到x％F，最后加入的太阳辐照量数据对应的风速即临界风速；
若有过去N年的太阳辐照量和对应的风速数据，则按照上述方法计算每年的临界风速，取平均值为临界风速。
2.如权利要求1所述的光伏发电支架系统的控制方法，其特征在于，所述组件支架(1)的形状为矩形，相邻两所述组件支架(1)相互平行，所述连接杆(2)位于所述组件支架(1)的两侧，所述连接杆(2)的两端分别与相邻两所述组件支架(1)通过铰接连接。
3.如权利要求1所述的光伏发电支架系统的控制方法，其特征在于，所述组件支架(1)的数量和所述连接杆(2)的数量均在两个以上，每个所述组件支架(1)下部设置的滚轮(3)的数量在两个以上，所述轨道(4)的数量与每个所述组件支架(1)下部设置的滚轮(3)的数量相同。
4.如权利要求1所述的光伏发电支架系统的控制方法，其特征在于，所述结构模块展开时，所述组件支架(1)上的光伏组件与安装面之间的夹角为锐角；所述结构模块收起时，所述组件支架(1)上的光伏组件与安装面相垂直。
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