一种可避风雪的双轴智能跟踪光伏支架系统

刘吉强 韩宏伟

摘 要：本文介绍的是一种可避风雪的双轴智能跟踪光伏支架系统，此系统采用风速风向监测仪、雨雪监测仪、太阳光跟踪仪来采集信息，双轴智能跟踪光伏支架控制系统利用此信息通过智能判断，驱动立轴、横轴转动，从而实现支架系统避风、避雪，保护支架、组件，防止受损，延长支架、组件寿命，延长电站寿命，增加电站收益。系统包括风速风向监测仪、雨雪监测仪、太阳光跟踪仪、双轴智能跟踪光伏支架控制系统、组件、组件托架、立柱、立轴、横轴、法兰。

关键词：光伏发电；太阳能；避风雪；双轴跟踪；光伏支架

随着能源危机和环境污染问题的愈加突出，在光伏发电技术的日益成熟下，国家政策大力扶持光伏发电，最近几年光伏电站的数量持续增长，尤其是大型地面光伏电站大量建设。大型光伏电站的核心部件之一是光伏支架，光伏支架的式样、种类、牢固程度都是直接影响电站寿命和发电量的因素。随着太阳能电池片和光伏组件的技术发展，光电转换效率达到了瓶颈期，提高一点都很困难。而光伏支架系统技术得到设计人员的终审，尤其是双轴智能跟踪光伏支架系统，使用此系统理论上可提高40%的效率。所以随着这项技术的发展，双轴智能跟踪光伏支架在光伏电站得以大量使用。

然而光伏电站一般都建设在戈壁滩、光照好的野外地区，能够保证发电量。但是这种地区又经常会出现大风大雪的恶劣情况，这对光伏支架的牢固度，尤其是双轴跟踪光伏支架这种带转轴的支架，有了更高的要求。目前解决的办法无非是提高支架材料的厚度、强度，来抗大风大雪。而随之又大幅增加了支架的成本，使得电站的总效益降低。

1 系统介绍

本文介绍的可避风雪双轴智能跟踪光伏支架系统，使得支架成本增加很少的情况下，来提升抗风雪的能力。此系统与现有技术相比较有如下有益效果：此系統在已有的双轴跟踪支架和风速风向监测、雪深监测等技术的基础上进行了联合扩展开发。采用风速风向监测仪、雨雪监测仪、太阳光跟踪仪来采集信息，双轴智能跟踪光伏支架控制系统利用此信息通过智能判断，驱动立轴、横轴转动，从而实现支架系统避风、避雪，保护支架、组件，防止受损，延长支架、组件寿命，延长电站寿命，增加电站收益。

如右图系统原理示意图所示，本系统包括风速风向监测仪、雨雪监测仪、太阳光跟踪仪、双轴智能跟踪光伏支架控制系统、组件、组件托架、立柱、立轴、横轴、法兰。双轴智能跟踪光伏支架控制系统安装在立柱中；立柱和法兰、立轴分别连接；风速风向监测仪、雨雪监测仪、横轴安装在立轴上；组件托架安装在横轴上；组件、太阳光跟踪仪安装在组件托架上。

此系统中风速风向监测仪时刻监测光伏支架安装环境中风速的大小、风的方向，如果测量的风速大于设定值时，容易造成组件或支架受风力受损，尤其是晚上不发电时，再根据风向，双轴智能跟踪光伏支架控制系统就可驱动立轴转动，使组件的侧面迎风，组件的正面避开风的正面，减少迎风面积，从而减少受风力，减少受损；同时可以驱动横轴转动，使得横轴转角变小，张力变小，机械受外力不易损坏。

系统中雨雪监测仪监测到下雨、下雪，如果雨雪量大于设定值时，容易造成组件或支架受雨雪压力受损，双轴智能跟踪光伏支架控制系统就可驱动横轴转动，使得组件正面和地面垂直或接近垂直，雨雪就不容易累积到组件表面上，严寒地区安装的组件表面也不易结冰，减少雨雪对组件的腐蚀和压力。

系统中太阳光跟踪仪监测太阳的位置，双轴智能跟踪光伏支架控制系统驱动立轴、横轴转动，保持组件随时正对太阳，采用太阳光跟踪仪能显著提高太阳能光伏组件的发电效率，从而提高电站整体的发电效率。

系统原理示意图

[HTK]其中：10、法兰；11、立柱；12、横轴；13、组件托架；14、立轴；20、太阳光跟踪仪；21、风速风向监测仪；22、雨雪监测仪；30、组件。[HT]

2 结语

本文介绍的一种可避风雪的双轴智能跟踪光伏支架系统，采用风速风向监测仪、雨雪监测仪、太阳光跟踪仪来采集信息，双轴智能跟踪光伏支架控制系统利用此信息通过智能判断，驱动立轴、横轴转动，实现避风、避雪功能。以后在此基础上，研究转动轴的密封性、降低整体结构及成本，使系统更利于推广。从支架方面突破光电转换效率的瓶颈，提升光伏系统的能效。

参考文献：

[1]李田珍，韩宏伟.一种防盗报警型太阳能路灯控制器[J].科技资讯，2015（10）中.

[2]吴发云，韩宏伟.一种远控防盗光伏电源提水供水系统[J].黑龙江科技信息，2015（11）上.

[3]吴发云，韩宏伟.一种可自动控制喷灌的太阳能喷灌系统[J].自动化与仪器仪表，2016（04）.

作者简介：刘吉强（1982），男，青海西宁人，汉族，本科，助理工程师，研究方向：机械设计制造及其自动化。