傾斜角可調(diào)光伏支架的設(shè)計(jì)

方曉敏

（衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 衢州 324000）

0 引言

當(dāng)前，傳統(tǒng)能源所體現(xiàn)的不可重復(fù)利用有限性，污染大，利用率低，破壞生態(tài)，成本高，而以太陽(yáng)能、風(fēng)能為代表的新能源剛好能彌補(bǔ)這些不足。越來(lái)越多的國(guó)家將新能源作為可持續(xù)發(fā)展的重要方式。

光伏發(fā)電系統(tǒng)是把光伏組件安裝在光伏支架上，并排列成預(yù)定的整列，然后通過(guò)連接而形成光伏發(fā)電系統(tǒng)。通常通過(guò)優(yōu)化光伏支架的傾角來(lái)提高太陽(yáng)光輻射利用率從而提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。

由于太陽(yáng)的高度角是隨季節(jié)變化的，因此光伏支架的最佳傾斜角也隨著季節(jié)變化，采用傾斜角可調(diào)式光伏支架追蹤最佳傾斜角可以有效的提高光伏陣列的發(fā)電量。目前傾斜角可調(diào)光伏支架基本上都是單個(gè)支架安裝電機(jī)、齒條等機(jī)構(gòu)來(lái)改變光伏支架的傾斜角。這樣在每個(gè)支架上都安裝設(shè)備的話，成本較高，而且每個(gè)支架都需要控制調(diào)整的傾斜角，成本較高，所以尤其需求一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的光伏支架。

1 設(shè)計(jì)方案

圖1 傾斜角可調(diào)光伏支架結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 所示的結(jié)構(gòu)示意圖中可以看出，該方案中光伏支架包括連桿一1、用于安裝光伏組件的連桿二4 及與水平面垂直設(shè)置的連桿三6；連桿一1 的一端與水平面鉸接，另一端與所述連桿二4 鉸接；連桿三6 的上端與連桿二4 鉸接，連桿一1 與連桿三6 位于所述連桿二4 的兩端；連桿三6 豎直可移動(dòng)設(shè)置，用于調(diào)節(jié)所述連桿二4 相對(duì)水平面的傾斜角。在連桿三的下端固定設(shè)置有浮子7，浮子表面光滑形狀可以是球形或立方體形狀，浮子7 位于相應(yīng)的水箱8 中，浮子7 與水箱8 內(nèi)壁呈接觸但不緊密，水箱8 設(shè)有有用于調(diào)節(jié)水箱中水位的水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括與水箱相連通的水位調(diào)節(jié)水箱11，水泵a13、水泵b14 和蓄水池17，蓄水池17 和水位調(diào)節(jié)水箱11 相互獨(dú)立，水泵a 連接有從水位調(diào)節(jié)水箱進(jìn)水的進(jìn)水管道a 和排出至蓄水池的出水管道a；水泵b 連接有從蓄水池進(jìn)水的進(jìn)水管道b18 和排出至水位調(diào)節(jié)水箱的出水管道b12，當(dāng)需要提高水位時(shí)，開(kāi)動(dòng)水泵b14，進(jìn)水管道b18 可從蓄水池將水排至水位調(diào)節(jié)水箱11，由于水箱8 和水位調(diào)節(jié)水箱11 相互連通，水箱8 中的水位會(huì)隨著水位調(diào)節(jié)水箱中水位的變化而變化，反之需要降低水位時(shí)，則開(kāi)動(dòng)水泵a，原理同上。更加優(yōu)化地，該光伏支架中還設(shè)有水位計(jì)20 和控制器15，控制器分別和水位計(jì)20、水泵a13、水泵b14 電氣連接，控制器15 根據(jù)日期計(jì)算出目前的控制水位值（最佳傾斜角隨著日期變化，可以預(yù)先設(shè)計(jì)在程序中），然后根據(jù)水位計(jì)20 指示的水位值與控制水位值的關(guān)系，控制水泵a13或水泵b14 抽水，當(dāng)水位計(jì)20 指示的水位值與控制水位值相等時(shí)，停止抽水，傾斜角調(diào)整完畢。用于調(diào)節(jié)本實(shí)用新型的光伏支架所采用的動(dòng)力源自水的浮力，相較傳統(tǒng)的光伏支架所采用的電機(jī)、齒輪等結(jié)構(gòu)，該動(dòng)力的成本更加低廉；此外控制器的加入使得光伏支架傾斜角的控制更加精確，時(shí)效性也更加優(yōu)化。

2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示，由電源模塊、水位傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)模塊、水泵a 驅(qū)動(dòng)模塊和水泵b 驅(qū)動(dòng)模塊組成。其中電源模塊由光伏電池提供電能，并將其轉(zhuǎn)換成水位傳感器、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)、水泵a 驅(qū)動(dòng)模塊和水泵b 驅(qū)動(dòng)模塊所需的電壓等級(jí)。水位傳感器實(shí)時(shí)采集水位信號(hào)，經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換模塊處理后將所得的水位數(shù)字信號(hào)提供給單片機(jī)；單片機(jī)將內(nèi)部時(shí)間信號(hào)和程序中該時(shí)間設(shè)定的水位目標(biāo)值與水位數(shù)字信號(hào)值進(jìn)行比較；若水位數(shù)字信號(hào)值大于水位目標(biāo)值，則向水泵a 驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，水泵a 驅(qū)動(dòng)模塊開(kāi)啟水泵a 抽水，使水位調(diào)節(jié)水箱的水位下降，直至水位值達(dá)到水位目標(biāo)值；反之，當(dāng)水位數(shù)字信號(hào)值小于水位目標(biāo)值，則向水泵b 驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，水泵b 驅(qū)動(dòng)模塊開(kāi)啟水泵b 抽水，使水位調(diào)節(jié)水箱的水位上升，直至水位值達(dá)到水位目標(biāo)值。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)目前光伏陣列傾斜角調(diào)整成本較高，設(shè)計(jì)了一種利用水位來(lái)調(diào)節(jié)光伏陣列傾斜角的光伏支架。該支架具有以下優(yōu)點(diǎn)：

用于調(diào)節(jié)本實(shí)用新型的光伏支架所采用的動(dòng)力源自水的浮力，相較傳統(tǒng)的光伏支架所采用的電機(jī)、齒輪等結(jié)構(gòu)，該動(dòng)力的成本更加低廉；同時(shí)每個(gè)光伏支架之間通過(guò)管道相連，根據(jù)水位向平的原理，只要調(diào)整一個(gè)光伏支架的水位，其他光伏支架的水位就會(huì)一起被調(diào)整，無(wú)需一一在光伏支架上安裝調(diào)節(jié)傾斜角的裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但是使用便捷。

［1］江月新，方曉敏，葉盛楠，等.一種傾斜角可調(diào)節(jié)的光伏支架及由其組成的光伏支架系統(tǒng)[P].中國(guó)，實(shí)用新型專利，zl201420174300.7.2014.

［2］朱丹丹，燕達(dá).太陽(yáng)能板放置最佳傾角研究[J].建筑科學(xué)，2012，10.

［3］王長(zhǎng)貴，王斯成.太陽(yáng)能光伏發(fā)電使用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009，9.