倾斜角可调光伏支架的设计

方晓敏

（衢州职业技术学院，浙江 衢州 324000）

0 引言

当前，传统能源所体现的不可重复利用有限性，污染大，利用率低，破坏生态，成本高，而以太阳能、风能为代表的新能源刚好能弥补这些不足。越来越多的国家将新能源作为可持续发展的重要方式。

光伏发电系统是把光伏组件安装在光伏支架上，并排列成预定的整列，然后通过连接而形成光伏发电系统。通常通过优化光伏支架的倾角来提高太阳光辐射利用率从而提高光伏发电系统的发电效率。

由于太阳的高度角是随季节变化的，因此光伏支架的最佳倾斜角也随着季节变化，采用倾斜角可调式光伏支架追踪最佳倾斜角可以有效的提高光伏阵列的发电量。目前倾斜角可调光伏支架基本上都是单个支架安装电机、齿条等机构来改变光伏支架的倾斜角。这样在每个支架上都安装设备的话，成本较高，而且每个支架都需要控制调整的倾斜角，成本较高，所以尤其需求一种结构简单，成本低廉的光伏支架。

1 设计方案

图1 倾斜角可调光伏支架结构示意图

图1 所示的结构示意图中可以看出，该方案中光伏支架包括连杆一1、用于安装光伏组件的连杆二4 及与水平面垂直设置的连杆三6；连杆一1 的一端与水平面铰接，另一端与所述连杆二4 铰接；连杆三6 的上端与连杆二4 铰接，连杆一1 与连杆三6 位于所述连杆二4 的两端；连杆三6 竖直可移动设置，用于调节所述连杆二4 相对水平面的倾斜角。在连杆三的下端固定设置有浮子7，浮子表面光滑形状可以是球形或立方体形状，浮子7 位于相应的水箱8 中，浮子7 与水箱8 内壁呈接触但不紧密，水箱8 设有有用于调节水箱中水位的水位调节系统。

水位调节系统包括与水箱相连通的水位调节水箱11，水泵a13、水泵b14 和蓄水池17，蓄水池17 和水位调节水箱11 相互独立，水泵a 连接有从水位调节水箱进水的进水管道a 和排出至蓄水池的出水管道a；水泵b 连接有从蓄水池进水的进水管道b18 和排出至水位调节水箱的出水管道b12，当需要提高水位时，开动水泵b14，进水管道b18 可从蓄水池将水排至水位调节水箱11，由于水箱8 和水位调节水箱11 相互连通，水箱8 中的水位会随着水位调节水箱中水位的变化而变化，反之需要降低水位时，则开动水泵a，原理同上。更加优化地，该光伏支架中还设有水位计20 和控制器15，控制器分别和水位计20、水泵a13、水泵b14 电气连接，控制器15 根据日期计算出目前的控制水位值（最佳倾斜角随着日期变化，可以预先设计在程序中），然后根据水位计20 指示的水位值与控制水位值的关系，控制水泵a13或水泵b14 抽水，当水位计20 指示的水位值与控制水位值相等时，停止抽水，倾斜角调整完毕。用于调节本实用新型的光伏支架所采用的动力源自水的浮力，相较传统的光伏支架所采用的电机、齿轮等结构，该动力的成本更加低廉；此外控制器的加入使得光伏支架倾斜角的控制更加精确，时效性也更加优化。

2 控制系统设计

控制系统的结构示意图如图2 所示，由电源模块、水位传感器、A/D 转换模块、单片机模块、水泵a 驱动模块和水泵b 驱动模块组成。其中电源模块由光伏电池提供电能，并将其转换成水位传感器、A/D 转换模块、单片机、水泵a 驱动模块和水泵b 驱动模块所需的电压等级。水位传感器实时采集水位信号，经A/D 转换模块处理后将所得的水位数字信号提供给单片机；单片机将内部时间信号和程序中该时间设定的水位目标值与水位数字信号值进行比较；若水位数字信号值大于水位目标值，则向水泵a 驱动模块发送驱动信号，水泵a 驱动模块开启水泵a 抽水，使水位调节水箱的水位下降，直至水位值达到水位目标值；反之，当水位数字信号值小于水位目标值，则向水泵b 驱动模块发送驱动信号，水泵b 驱动模块开启水泵b 抽水，使水位调节水箱的水位上升，直至水位值达到水位目标值。

图2 控制系统结构示意图

3 结束语

本文针对目前光伏阵列倾斜角调整成本较高，设计了一种利用水位来调节光伏阵列倾斜角的光伏支架。该支架具有以下优点：

用于调节本实用新型的光伏支架所采用的动力源自水的浮力，相较传统的光伏支架所采用的电机、齿轮等结构，该动力的成本更加低廉；同时每个光伏支架之间通过管道相连，根据水位向平的原理，只要调整一个光伏支架的水位，其他光伏支架的水位就会一起被调整，无需一一在光伏支架上安装调节倾斜角的装置，结构简单但是使用便捷。

［1］江月新，方晓敏，叶盛楠，等.一种倾斜角可调节的光伏支架及由其组成的光伏支架系统[P].中国，实用新型专利，zl201420174300.7.2014.

［2］朱丹丹，燕达.太阳能板放置最佳倾角研究[J].建筑科学，2012，10.

［3］王长贵，王斯成.太阳能光伏发电使用技术[M].北京:化学工业出版社，2009，9.