一種可避風雪的雙軸智能跟蹤光伏支架系統

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，此系統采用風速風向監測儀、雨雪監測儀、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利用此信息通過智能判斷，驅動立軸、橫軸轉動，從而實現支架系統避風、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。系統包括風速風向監測儀、雨雪監測儀、太陽光跟蹤儀、雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統、組件、組件托架、立柱、立軸、橫軸、法蘭。

關鍵詞：光伏發電；太陽能；避風雪；雙軸跟蹤；光伏支架

隨著能源危機和環境污染問題的愈加突出，在光伏發電技術的日益成熟下，國家政策大力扶持光伏發電，最近幾年光伏電站的數量持續增長，尤其是大型地面光伏電站大量建設。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電量的因素。隨著太陽能電池片和光伏組件的技術發展，光電轉換效率達到了瓶頸期，提高一點都很困難。而光伏支架系統技術得到設計人員的終審，尤其是雙軸智能跟蹤光伏支架系統，使用此系統理論上可提高40%的效率。所以隨著這項技術的發展，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在戈壁灘、光照好的野外地區，能夠保證發電量。但是這種地區又經常會出現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 系統介紹

本文介紹的可避風雪雙軸智能跟蹤光伏支架系統，使得支架成本增加很少的情況下，來提升抗風雪的能力。此系統與現有技術相比較有如下有益效果：此系統在已有的雙軸跟蹤支架和風速風向監測、雪深監測等技術的基礎上進行了聯合擴展開發。采用風速風向監測儀、雨雪監測儀、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利用此信息通過智能判斷，驅動立軸、橫軸轉動，從而實現支架系統避風、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。

如右圖系統原理示意圖所示，本系統包括風速風向監測儀、雨雪監測儀、太陽光跟蹤儀、雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統、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安裝在立柱中；立柱和法蘭、立軸分別連接；風速風向監測儀、雨雪監測儀、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。

此系統中風速風向監測儀時刻監測光伏支架安裝環境中風速的大小、風的方向，如果測量的風速大于設定值時，容易造成組件或支架受風力受損，尤其是晚上不發電時，再根據風向，雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統就可驅動立軸轉動，使組件的側面迎風，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；同時可以驅動橫軸轉動，使得橫軸轉角變小，張力變小，機械受外力不易損壞。

系統中雨雪監測儀監測到下雨、下雪，如果雨雪量大于設定值時，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就可驅動橫軸轉動，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，嚴寒地區安裝的組件表面也不易結冰，減少雨雪對組件的腐蝕和壓力。

系統中太陽光跟蹤儀監測太陽的位置，雙軸智能跟蹤光伏支架控制系統驅動立軸、橫軸轉動，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電效率，從而提高電站整體的發電效率。

系統原理示意圖

[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、風速風向監測儀；22、雨雪監測儀；30、組件。[HT]

2 結語

本文介紹的一種可避風雪的雙軸智能跟蹤光伏支架系統，采用風速風向監測儀、雨雪監測儀、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利用此信息通過智能判斷，驅動立軸、橫軸轉動，實現避風、避雪功能。以后在此基礎上，研究轉動軸的密封性、降低整體結構及成本，使系統更利于推廣。從支架方面突破光電轉換效率的瓶頸，提升光伏系統的能效。

參考文獻：

[1]李田珍，韓宏偉.一種防盜報警型太陽能路燈控制器[J].科技資訊，2015（10）中.

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

[3]吳發云，韓宏偉.一種可自動控制噴灌的太陽能噴灌系統[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：機械設計制造及其自動化。