傾斜角可調光伏支架的設計

方曉敏

（衢州職業技術學院，浙江 衢州 324000）

0 引言

當前，傳統能源所體現的不可重復利用有限性，污染大，利用率低，破壞生態，成本高，而以太陽能、風能為代表的新能源剛好能彌補這些不足。越來越多的國家將新能源作為可持續發展的重要方式。

光伏發電系統是把光伏組件安裝在光伏支架上，并排列成預定的整列，然后通過連接而形成光伏發電系統。通常通過優化光伏支架的傾角來提高太陽光輻射利用率從而提高光伏發電系統的發電效率。

由于太陽的高度角是隨季節變化的，因此光伏支架的最佳傾斜角也隨著季節變化，采用傾斜角可調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電量。目前傾斜角可調光伏支架基本上都是單個支架安裝電機、齒條等機構來改變光伏支架的傾斜角。這樣在每個支架上都安裝設備的話，成本較高，而且每個支架都需要控制調整的傾斜角，成本較高，所以尤其需求一種結構簡單，成本低廉的光伏支架。

1 設計方案

圖1 傾斜角可調光伏支架結構示意圖

圖1 所示的結構示意圖中可以看出，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 豎直可移動設置，用于調節所述連桿二4 相對水平面的傾斜角。在連桿三的下端固定設置有浮子7，浮子表面光滑形狀可以是球形或立方體形狀，浮子7 位于相應的水箱8 中，浮子7 與水箱8 內壁呈接觸但不緊密，水箱8 設有有用于調節水箱中水位的水位調節系統。

水位調節系統包括與水箱相連通的水位調節水箱11，水泵a13、水泵b14 和蓄水池17，蓄水池17 和水位調節水箱11 相互獨立，水泵a 連接有從水位調節水箱進水的進水管道a 和排出至蓄水池的出水管道a；水泵b 連接有從蓄水池進水的進水管道b18 和排出至水位調節水箱的出水管道b12，當需要提高水位時，開動水泵b14，進水管道b18 可從蓄水池將水排至水位調節水箱11，由于水箱8 和水位調節水箱11 相互連通，水箱8 中的水位會隨著水位調節水箱中水位的變化而變化，反之需要降低水位時，則開動水泵a，原理同上。更加優化地，該光伏支架中還設有水位計20 和控制器15，控制器分別和水位計20、水泵a13、水泵b14 電氣連接，控制器15 根據日期計算出目前的控制水位值（最佳傾斜角隨著日期變化，可以預先設計在程序中），然后根據水位計20 指示的水位值與控制水位值的關系，控制水泵a13或水泵b14 抽水，當水位計20 指示的水位值與控制水位值相等時，停止抽水，傾斜角調整完畢。用于調節本實用新型的光伏支架所采用的動力源自水的浮力，相較傳統的光伏支架所采用的電機、齒輪等結構，該動力的成本更加低廉；此外控制器的加入使得光伏支架傾斜角的控制更加精確，時效性也更加優化。

2 控制系統設計

控制系統的結構示意圖如圖2 所示，由電源模塊、水位傳感器、A/D 轉換模塊、單片機模塊、水泵a 驅動模塊和水泵b 驅動模塊組成。其中電源模塊由光伏電池提供電能，并將其轉換成水位傳感器、A/D 轉換模塊、單片機、水泵a 驅動模塊和水泵b 驅動模塊所需的電壓等級。水位傳感器實時采集水位信號，經A/D 轉換模塊處理后將所得的水位數字信號提供給單片機；單片機將內部時間信號和程序中該時間設定的水位目標值與水位數字信號值進行比較；若水位數字信號值大于水位目標值，則向水泵a 驅動模塊發送驅動信號，水泵a 驅動模塊開啟水泵a 抽水，使水位調節水箱的水位下降，直至水位值達到水位目標值；反之，當水位數字信號值小于水位目標值，則向水泵b 驅動模塊發送驅動信號，水泵b 驅動模塊開啟水泵b 抽水，使水位調節水箱的水位上升，直至水位值達到水位目標值。

圖2 控制系統結構示意圖

3 結束語

本文針對目前光伏陣列傾斜角調整成本較高，設計了一種利用水位來調節光伏陣列傾斜角的光伏支架。該支架具有以下優點：

用于調節本實用新型的光伏支架所采用的動力源自水的浮力，相較傳統的光伏支架所采用的電機、齒輪等結構，該動力的成本更加低廉；同時每個光伏支架之間通過管道相連，根據水位向平的原理，只要調整一個光伏支架的水位，其他光伏支架的水位就會一起被調整，無需一一在光伏支架上安裝調節傾斜角的裝置，結構簡單但是使用便捷。

［1］江月新，方曉敏，葉盛楠，等.一種傾斜角可調節的光伏支架及由其組成的光伏支架系統[P].中國，實用新型專利，zl201420174300.7.2014.

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

［3］王長貴，王斯成.太陽能光伏發電使用技術[M].北京:化學工業出版社，2009，9.