CN219938256U - 一种光伏系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种光伏系统，所述光伏系统包括光伏组件、支撑组件和驱动组件，所述光伏组件包括光伏框架和光伏板，所述光伏板设于所述光伏框架内，所述支撑组件为多组，多组所述支撑组件沿所述光伏框架的周向间隔布置，所述支撑组件的上端与所述光伏框架相连，所述支撑组件的下端适于与地面接触，所述支撑组件沿上下方向的尺寸可调，所述驱动组件用于调整所述支撑组件沿所述上下方向的尺寸，以改变所述光伏板与地面之间的距离和角度。本实用新型的光伏系统的结构设计合理，调节灵活，并且可以提高光伏发电效率和茶树遮荫效果。

Description

一种光伏系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体地，涉及一种光伏系统。

背景技术

在双碳目标的背景下，光伏发电技术具有节能减排的作用，是实现“碳中和”的一种有效形式。光伏发电除了传统的大型地面电站，根据国内的具体情况衍生出了不同的新型电站，比如与农业结合的“农光互补型”光伏电站、与林业相结合的“林光互补型”光伏电站以及与传统渔业相结合的“渔光互补型”光伏电站。因此，光伏可与诸多领域实现生态互馈，效益共赢。其中，农光互补是一种在同一土地上将光伏发电与农业种植相结合，并同步开展的复合生产系统，使国家大力鼓励的绿色电力开发模式。“光伏+农业”的模式，在垂直方向上拓展土地利用度。然而，光伏板的铺设在获得发电收益的同时，改变了农作物的生长环境，且对于大多数农作物而言，遮阴都会导致农业经济绩效降低，但由于茶树在一定的遮光条件下，更适宜其生长，因此茶树是适合于光伏发电综合利用的主要经济作物。

茶树是一种喜荫、喜温、喜湿和喜漫射光的多年生常绿木本经济作物，遮阴是茶叶生产中的常见农业措施。在常规茶园中，人们往往采用布置遮阳网、种植遮荫树等方式为茶树提供遮荫，利用大棚防冻，利用防霜扇预防倒春寒危害，这些措施将增加茶叶生产的成本。在茶光互补模式下，光伏板一方面可为茶树提供遮荫，提高茶叶品质；另一方面，可改善光伏板下局部小环境/气候，改善温度、湿度等条件，提高茶园夜间谷值温度，有效预防倒春寒危害；而在夏季高温时，降低了白天峰值温度，避免茶树“午休”，延长茶树光合作用时长。光伏可降低夏秋高温、冬季低温和春季倒春寒对茶树生产的影响，使局部小环境/气候更适宜茶树生长。

如何平衡光伏发电与茶树生长是茶光互补模式的关键问题，在系统的设计和运行中，不能只考虑发电而忽视茶树生长，亦不能只考虑茶树生长而忽视了发电。在相关技术中，光伏发电的结构设计不合理，有些光伏发电系统的遮阳量不可调节，进而导致太阳能电池板的发电效率不高。另外，有些光伏发电系统的调节不够灵活，不利于对茶树进行遮荫。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的实施例提出一种结构设计合理，调节灵活，并且可以提高光伏发电效率和茶树遮荫效果的光伏系统。

本实用新型的实施例的光伏系统包括：光伏组件，所述光伏组件包括光伏框架和光伏板，所述光伏板设于所述光伏框架内；支撑组件，所述支撑组件为多组，多组所述支撑组件沿所述光伏框架的周向间隔布置，所述支撑组件的上端与所述光伏框架相连，所述支撑组件的下端适于与地面接触，所述支撑组件沿上下方向的尺寸可调；驱动组件，所述驱动组件用于调整所述支撑组件沿所述上下方向的尺寸，以改变所述光伏板与地面之间的距离和角度。

根据本实用新型的实施例的光伏系统，可以通过驱动组件驱动支撑组件沿上下方向移动，从而可以改变光伏板与地面之间的距离和角度，进而可以在实现光伏板角度调节的基础上，实现光伏板的高度调节。并且本实用新型的实施例的光伏系统的调节方式灵活，可以灵活控制光伏板所产生的阴影，更好地为茶树提供遮荫，提高了茶树的产量和品质，且光伏发电效率较高。

在一些实施例中，所述光伏框架上设有滑槽，所述支撑组件包括滑动块、支撑杆和基座，所述基座设于地面上，所述支撑杆的下端与所述基座相连，所述驱动组件用于驱动所述支撑杆相对所述基座的位置可调，所述支撑杆的上端与所述滑动块相连，所述滑动块滑动设置在所述滑槽内且相对所述滑槽可转动。

在一些实施例中，所述滑槽设于所述光伏框架的顶角位置，且所述滑槽沿所述光伏框架顶角的角平分线的方向延伸布置。

在一些实施例中，所述驱动组件包括蓄电池组，所述蓄电池组与所述支撑组件相连，所述蓄电池组用于向所述支撑组件供电，所述光伏板与所述蓄电池组相连，所述光伏板用于向所述蓄电池组供电。

在一些实施例中，所述驱动组件还包括主供电线、联通供电线和充电线，所述主供电线的一端与所述蓄电池相连，所述主供电线的另一端与所述联通供电线或者多个所述支撑组件中的一者相连，所述联通供电线将多个所述支撑组件串联，所述充电线的一端与所述蓄电池相连，所述充电线的另一端与所述光伏板相连。

在一些实施例中，所述光伏框架为矩形架，所述支撑组件为四个，四个所述支撑组件分别设于所述光伏框架的四个顶角位置。

在一些实施例中，所述光伏系统还包括智能控制组件，所述智能控制组件与所述支撑组件相连，所述智能控制组件用于根据光照情况调整所述支撑组件的高度，以改变所述光伏板与地面之间的距离和角度。

附图说明

图1是本实用新型实施例的光伏系统的示意图。

图2是本实用新型实施例的光伏系统的局部示意图。

图3是本实用新型实施例的光伏系统的遮荫示意图。

图4是本实用新型实施例的光伏系统的光照示意图。

附图标记：

1、光伏组件；11、光伏框架；111、滑槽；12、光伏板；

2、支撑组件；21、滑动块；22、支撑杆；23、基座；

3、驱动组件；31、蓄电池组；32、主供电线；33、联通供电线；34、充电线。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图1至图4描述根据本实用新型实施例的光伏系统和光伏系统的控制方法。

如图1和图2所示，根据本实用新型实施例的光伏系统包括：光伏组件1、支撑组件2和驱动组件3。

光伏组件1包括光伏框架11和光伏板12，光伏板12设于光伏框架11内。支撑组件2为多组，多组支撑组件2沿光伏框架11的周向间隔布置，支撑组件2的上端与光伏框架11相连，支撑组件2的下端适于与地面接触，支撑组件2沿上下方向的尺寸可调，驱动组件3用于调整支撑组件2沿上下方向的尺寸，以改变光伏板12与地面之间的距离和角度。

根据本实用新型的实施例的光伏系统，可以通过驱动组件3驱动支撑组件2沿上下方向移动，从而可以改变光伏板12与地面之间的距离和角度，进而可以在实现光伏板12角度调节的基础上，实现光伏板12的高度调节。并且本实用新型的实施例的光伏系统的调节方式灵活，可以灵活控制光伏板12所产生的阴影，更好地为茶树提供遮荫，提高了茶树的产量和品质，且光伏发电效率较高。

可以理解的是，在相关技术中，光伏支架的支撑和调整结构均设于光伏板12中央，或者光伏支架的支撑和调整结构占地面积过大，不适应用于茶光互补场景，将破坏了光伏板12下茶田的完整性。此外，相关技术中的光伏支架不能实现光伏板12的高度的调节，光伏板12阴影控制范围小，亦不适用于茶光互补场景。

而本实用新型的实施例的光伏系统在保证支撑组件2占地面积小且不破坏了茶田原本的完整性的情况下，实现角度、方向的自由调节。并且在实现光伏板12的角度调节的基础上，能够实现光伏板12高度的调节，进而可以灵活控制光伏板12所产生的阴影，更好地为茶树提供遮荫，提高了茶树的产量和品质。

可选地，支撑组件2的上端与光伏框架11铰接，从而可以使得光伏组件1的调节更加灵活，且可以避免光伏板12调节时受到挤压。

在一些实施例中，如图2所示，光伏框架11上设有滑槽111，支撑组件2包括滑动块21、支撑杆22和基座23，基座23设于地面上，支撑杆22的下端与基座23相连，驱动组件3用于驱动支撑杆22相对基座23的位置可调，支撑杆22的上端与滑动块21相连，滑动块21滑动设置在滑槽111内且相对滑槽111可转动。可以理解的是，当支撑组件2沿上下方向伸缩时，滑动块21可以在滑槽111内滑动，从而可以保证光伏板12不会被弯折，从而可以提高光伏板12调节的可靠性。

例如，滑动块21为球形结构，滑动块21相对滑槽111可转动，从而可以进一步地提高光伏板12调节的灵活性。

可选地，如图2所示，滑槽111设于光伏框架11的顶角位置，且滑槽111沿光伏框架11顶角的角平分线的方向延伸布置。具体地，光伏框架11为矩形架，支撑组件2为四个，四个支撑组件2分别设于光伏框架11的四个顶角位置。可以理解的是，当支撑组件2沿上下方向伸缩时，滑动块21可以沿光伏框架11顶角的角平分线的方向滑动，从而使得光伏板12的角度调节更加灵活，且使用效果较好。

在一些实施例中，基座23与支撑杆22之间可以通过齿轮齿条的方式连接，也可以通过螺纹丝杠或者电缸、气缸、油缸等方式进行连接。相应地，驱动组件3可以为支撑组件2提供对应的电源、汽源或液压源。本申请对基座23与支撑杆22之间的高度调节机构不做具体限定。

可选地，如图1所示，驱动组件3包括蓄电池组31，蓄电池组31与支撑组件2相连，蓄电池组31用于向支撑组件2供电，光伏板12与蓄电池组31相连，光伏板12用于向蓄电池组31供电。可以理解的是，基座23和支撑杆22之间采用电能驱动，蓄电池组31的电能来自于光伏板12，从而光伏系统可以在无需外界电源供应的情况下稳定运行。换言之，光伏系统依靠蓄电池组31进行供电，且光伏板12向蓄电池组31进行供电，可以使得光伏系统无需外部电源，从而可以提高光伏系统的适用范围，且运行时的可靠性更高。

具体地，如图1所示，驱动组件3还包括主供电线32、联通供电线33和充电线34，主供电线32的一端与蓄电池相连，主供电线32的另一端与联通供电线33或者多个支撑组件2中的一者相连，联通供电线33将多个支撑组件2串联，充电线34的一端与蓄电池相连，充电线34的另一端与光伏板12相连。可以理解的是，蓄电池组31通过主供电线32向一个支撑组件2进行供电，由于联通供电线33将多个支撑组件2串联，从而可以使得蓄电池组31同时向多个支撑组件2供电。另外，光伏板12可以通过充电线34向蓄电池供电。

在一些实施例中，光伏系统还包括智能控制组件(未示出)，智能控制组件与支撑组件2相连，智能控制组件用于根据光照情况调整支撑组件2的高度，以改变光伏板12与地面之间的距离和角度。可以理解的是，智能控制组件可以综合光伏板12的遮荫效果和光伏发电效率，确定不同时刻光伏板12的最佳位置，从而可以实现综合效益最大化。

根据本实用新型的另一实施例的光伏系统的控制方法，应用于本实用新型的光伏系统，光伏系统的控制方法包括如下步骤：

通过智能控制组件对光伏板12的遮荫率和发电量进行检测；

当光伏板12的遮荫率低于设定遮荫率时，和/或，当光伏板12的发电量低于设定发电量时，通过驱动组件3驱动支撑组件2移动，以将光伏板12移动至目标位置。

根据本实用新型的实施例的光伏系统的控制方法，可以通过驱动组件3驱动支撑组件2沿上下方向移动，从而可以改变光伏板12与地面之间的距离和角度，进而可以在实现光伏板12角度调节的基础上，实现光伏板12的高度调节。并且本实用新型的实施例的光伏系统的控制方法调节方式灵活，可以灵活控制光伏板12所产生的阴影，更好地为茶树提供遮荫，提高了茶树的产量和品质，且光伏发电效率较高。

可以理解的是，智能控制组件每间隔t₀时间启动一次，每次分两阶段实现控制，分别为：搜索确定最佳光伏板位置、用最少动作次数使光伏板从初始位置到达目标位置。

具体地，光伏系统的控制方法还包括：确定光伏板的目标位置。

光伏板的目标位置为遮荫率及遮荫分布、光伏发电量最佳。

光伏板的位置状态P可表示为：

P＝{h_A,h_B,h_C,h_D}

支撑组件为四个，四述支撑组件阵列布置，四个支撑组件的位置约束为：

h_min≤h_A,h_B,h_C,h_D≤h_max

式中，h_min、h_max为支撑组件的行程极限位置；

将茶树受光量M表示成：

M＝F×t

式中，F为茶树实际受到的辐照强度，t为持续受光时间；

将光伏板的控制面积划分成n×n的网格点，光伏板的调整间隔为t₀，当网格点局部受到光照即认为整个网格点受光；

用y_k表示第k时刻的光伏板遮荫情况，其是一个的二维数组，其中0表示受光照，1表示被遮荫，如图3所示。

则光伏板的实际遮荫情况由支撑组件的位置决定，表示为：

y_k＝g(h_Ak,h_Bk,h_Ck,h_Dk)

进而将各网格点的受光量M表示为：

i,j∈[1,n]

遮荫分布最佳可表示为茶树受光亮M的方差最小：

min(σ_M)

将光伏板法线方向与太阳光入射角的夹角表示为a，则光伏板的目标发电量可表示为：

min(a)

因此，计算目标遮荫情况y_o，数学规划模型可表示为：

min(σ_M)，min(a)

光伏板位置状态P{h_A,h_B,h_C,h_D}和茶叶受光量M之间存在确定的计算关系，在已知太阳位置并计算出最佳遮荫面积的条件下，遮荫面积的四个断点和太阳连线(即光线)形成的直线与四根支撑组件垂直方向射线的交点，即为各支撑组件的目标位置，进而得出P{h_A,h_B,h_C,h_D}。

S_Z为遮荫面积，S为光伏板的控制面积。将控制面积划分成n×n的网格后，其离散的表示如图4所示。

因此，通过目标遮荫情况y_o计算光伏板的目标位置的计算可表示为：

P_o＝[h_Ao,h_Bo,h_Co,h_Do]＝f(y_o)。至此，完成第一阶段，光伏板目标位置的获取。

进一步地，光伏系统的控制方法还包括：将光伏板移动至目标位置；

四个支撑组件的角度调节动作有下述三种：

(1)一对对角的支撑组件同时反向运动；

(2)一对相邻的支撑组件同向运动；

(3)四个支撑组件同向运动；

光伏板从初始位置调整到目标位置，可通过三种动作的组合实现；四个支撑组件的调节动作定义为动作集D＝(d_A,d_B,d_C,d_D)，动作集共包括14种动作方式；

四个支撑组件分别用A、B、C、D表示，其动作用{-1，0-1}表示，其中-1表示向下，0表示不动，1表示向上，至此，其动作集D＝(d_A,d_B,d_C,d_D)可用表1表示。

表1—支撑组件的动作集

光伏板从初始位置到达目标位置，即最短路径搜索。

从P₀＝{h_A0,h_B0,h_C0,h_D0}到P₁＝{h_A1,h_B1,h_C1,h_D1}

各支撑组件所需调整的量为：

Δh_A＝h_A1-h_A0

Δh_B＝h_A1-h_A0

Δh_C＝h_A1-h_A0

Δh_D＝h_A1-h_A0

计算K{k₁,k₂,…,k₁₄}，k为向量，数学规划模型表示为：

根据计算得到的K{k₁,k₂,…,k₁₄}，以根据K{k₁,k₂,…,k₁₄}将光伏板调整至目标位置。

综上，本实用新型的实施例的光伏系统具有与一下技术效果：

()本实用新型的实施例的光伏系统采用四支点结构，整体结构牢固稳定，安装和拆卸施工便捷。

(2)本实用新型的实施例的光伏系统所采用的四支点结构，具有的特点：①中间可为农作物提供较大面积。②光伏板12的垂直高度、倾角和朝向均可依靠四个电动的支撑组件2进行灵活调节。

(3)本实用新型的实施例的光伏系统单独配置蓄电池组31，不依靠电网供电且不直接连接，仅与光伏系统相连。阳光充足时，蓄电池组31在同时充电与供电；当出现日照不稳定时，蓄电池主要供电，依然能够保持光伏系统的稳定运行。

(4)本实用新型的实施例的光伏系统的光伏框架11与支撑组件2之间采用滑动块21和滑槽111的方式连接，以保证角度调整时光伏板12不受到挤压力，且调节方便、灵活性高。

(5)本实用新型的实施例的光伏系统能够结合光照情况，确定光伏板12的最佳位置，并实现智能调整。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种光伏系统，其特征在于，包括：

光伏组件，所述光伏组件包括光伏框架和光伏板，所述光伏板设于所述光伏框架内；

支撑组件，所述支撑组件为多组，多组所述支撑组件沿所述光伏框架的周向间隔布置，所述支撑组件的上端与所述光伏框架相连，所述支撑组件的下端适于与地面接触，所述支撑组件沿上下方向的尺寸可调；

驱动组件，所述驱动组件用于调整所述支撑组件沿所述上下方向的尺寸，以改变所述光伏板与地面之间的距离和角度。

2.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏框架上设有滑槽，所述支撑组件包括滑动块、支撑杆和基座，所述基座设于地面上，所述支撑杆的下端与所述基座相连，所述驱动组件用于驱动所述支撑杆相对所述基座的位置可调，所述支撑杆的上端与所述滑动块相连，所述滑动块滑动设置在所述滑槽内且相对所述滑槽可转动。

3.根据权利要求2所述的光伏系统，其特征在于，所述滑槽设于所述光伏框架的顶角位置，且所述滑槽沿所述光伏框架顶角的角平分线的方向延伸布置。

4.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述驱动组件包括蓄电池组，所述蓄电池组与所述支撑组件相连，所述蓄电池组用于向所述支撑组件供电，所述光伏板与所述蓄电池组相连，所述光伏板用于向所述蓄电池组供电。

5.根据权利要求4所述的光伏系统，其特征在于，所述驱动组件还包括主供电线、联通供电线和充电线，所述主供电线的一端与所述蓄电池相连，所述主供电线的另一端与所述联通供电线或者多个所述支撑组件中的一者相连，所述联通供电线将多个所述支撑组件串联，所述充电线的一端与所述蓄电池相连，所述充电线的另一端与所述光伏板相连。

6.根据权利要求1所述的光伏系统，其特征在于，所述光伏框架为矩形架，所述支撑组件为四个，四个所述支撑组件分别设于所述光伏框架的四个顶角位置。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏系统，其特征在于，还包括智能控制组件，所述智能控制组件与所述支撑组件相连，所述智能控制组件用于根据光照情况调整所述支撑组件的高度，以改变所述光伏板与地面之间的距离和角度。