一種可避風雪的雙軸智能跟蹤光伏支架系統(tǒng)

劉吉強 韓宏偉

摘 要：本文介紹的是一種可避風雪的雙軸智能跟蹤光伏支架系統(tǒng)，此系統(tǒng)采用風速風向監(jiān)測儀、雨雪監(jiān)測儀、太陽光跟蹤儀來采集信息，雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統(tǒng)利用此信息通過智能判斷，驅(qū)動立軸、橫軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)支架系統(tǒng)避風、避雪，保護支架、組件，防止受損，延長支架、組件壽命，延長電站壽命，增加電站收益。系統(tǒng)包括風速風向監(jiān)測儀、雨雪監(jiān)測儀、太陽光跟蹤儀、雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統(tǒng)、組件、組件托架、立柱、立軸、橫軸、法蘭。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；太陽能；避風雪；雙軸跟蹤；光伏支架

隨著能源危機和環(huán)境污染問題的愈加突出，在光伏發(fā)電技術(shù)的日益成熟下，國家政策大力扶持光伏發(fā)電，最近幾年光伏電站的數(shù)量持續(xù)增長，尤其是大型地面光伏電站大量建設(shè)。大型光伏電站的核心部件之一是光伏支架，光伏支架的式樣、種類、牢固程度都是直接影響電站壽命和發(fā)電量的因素。隨著太陽能電池片和光伏組件的技術(shù)發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換效率達到了瓶頸期，提高一點都很困難。而光伏支架系統(tǒng)技術(shù)得到設(shè)計人員的終審，尤其是雙軸智能跟蹤光伏支架系統(tǒng)，使用此系統(tǒng)理論上可提高40%的效率。所以隨著這項技術(shù)的發(fā)展，雙軸智能跟蹤光伏支架在光伏電站得以大量使用。

然而光伏電站一般都建設(shè)在戈壁灘、光照好的野外地區(qū)，能夠保證發(fā)電量。但是這種地區(qū)又經(jīng)常會出現(xiàn)大風大雪的惡劣情況，這對光伏支架的牢固度，尤其是雙軸跟蹤光伏支架這種帶轉(zhuǎn)軸的支架，有了更高的要求。目前解決的辦法無非是提高支架材料的厚度、強度，來抗大風大雪。而隨之又大幅增加了支架的成本，使得電站的總效益降低。

1 系統(tǒng)介紹

本文介紹的可避風雪雙軸智能跟蹤光伏支架系統(tǒng)，使得支架成本增加很少的情況下，來提升抗風雪的能力。此系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如下有益效果：此系統(tǒng)在已有的雙軸跟蹤支架和風速風向監(jiān)測、雪深監(jiān)測等技術(shù)的基礎(chǔ)上進行了聯(lián)合擴展開發(fā)。采用風速風向監(jiān)測儀、雨雪監(jiān)測儀、太陽光跟蹤儀來采集信息，雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統(tǒng)利用此信息通過智能判斷，驅(qū)動立軸、橫軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)支架系統(tǒng)避風、避雪，保護支架、組件，防止受損，延長支架、組件壽命，延長電站壽命，增加電站收益。

如右圖系統(tǒng)原理示意圖所示，本系統(tǒng)包括風速風向監(jiān)測儀、雨雪監(jiān)測儀、太陽光跟蹤儀、雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統(tǒng)、組件、組件托架、立柱、立軸、橫軸、法蘭。雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統(tǒng)安裝在立柱中；立柱和法蘭、立軸分別連接；風速風向監(jiān)測儀、雨雪監(jiān)測儀、橫軸安裝在立軸上；組件托架安裝在橫軸上；組件、太陽光跟蹤儀安裝在組件托架上。

此系統(tǒng)中風速風向監(jiān)測儀時刻監(jiān)測光伏支架安裝環(huán)境中風速的大小、風的方向，如果測量的風速大于設(shè)定值時，容易造成組件或支架受風力受損，尤其是晚上不發(fā)電時，再根據(jù)風向，雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統(tǒng)就可驅(qū)動立軸轉(zhuǎn)動，使組件的側(cè)面迎風，組件的正面避開風的正面，減少迎風面積，從而減少受風力，減少受損；同時可以驅(qū)動橫軸轉(zhuǎn)動，使得橫軸轉(zhuǎn)角變小，張力變小，機械受外力不易損壞。

系統(tǒng)中雨雪監(jiān)測儀監(jiān)測到下雨、下雪，如果雨雪量大于設(shè)定值時，容易造成組件或支架受雨雪壓力受損，雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統(tǒng)就可驅(qū)動橫軸轉(zhuǎn)動，使得組件正面和地面垂直或接近垂直，雨雪就不容易累積到組件表面上，嚴寒地區(qū)安裝的組件表面也不易結(jié)冰，減少雨雪對組件的腐蝕和壓力。

系統(tǒng)中太陽光跟蹤儀監(jiān)測太陽的位置，雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統(tǒng)驅(qū)動立軸、橫軸轉(zhuǎn)動，保持組件隨時正對太陽，采用太陽光跟蹤儀能顯著提高太陽能光伏組件的發(fā)電效率，從而提高電站整體的發(fā)電效率。

系統(tǒng)原理示意圖

[HTK]其中：10、法蘭；11、立柱；12、橫軸；13、組件托架；14、立軸；20、太陽光跟蹤儀；21、風速風向監(jiān)測儀；22、雨雪監(jiān)測儀；30、組件。[HT]

2 結(jié)語

本文介紹的一種可避風雪的雙軸智能跟蹤光伏支架系統(tǒng)，采用風速風向監(jiān)測儀、雨雪監(jiān)測儀、太陽光跟蹤儀來采集信息，雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統(tǒng)利用此信息通過智能判斷，驅(qū)動立軸、橫軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)避風、避雪功能。以后在此基礎(chǔ)上，研究轉(zhuǎn)動軸的密封性、降低整體結(jié)構(gòu)及成本，使系統(tǒng)更利于推廣。從支架方面突破光電轉(zhuǎn)換效率的瓶頸，提升光伏系統(tǒng)的能效。

參考文獻：

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[2]吳發(fā)云，韓宏偉.一種遠控防盜光伏電源提水供水系統(tǒng)[J].黑龍江科技信息，2015（11）上.

[3]吳發(fā)云，韓宏偉.一種可自動控制噴灌的太陽能噴灌系統(tǒng)[J].自動化與儀器儀表，2016（04）.

作者簡介：劉吉強（1982），男，青海西寧人，漢族，本科，助理工程師，研究方向：機械設(shè)計制造及其自動化。