光伏系统及其倾角控制方法与流程

光伏系统及其倾角控制方法
1.技术领域
2.本发明属于光伏设备技术领域，更具体地，涉及一种光伏系统以及该光伏系统的倾角控制方法。
3.

背景技术：

4.目前，光伏领域常用的光伏组件阵列通常由多个单块光伏板组成，单块光伏板一般是长约2米，宽约1米的长方形板。光伏行业目前一般将光伏组件成排排列，从而获得更高的土地利用率。成排排列的光伏组件组成一个更大的长方形。
5.现有的光伏系统可以通过驱动机构控制整排的光伏组件随太阳光照射方向转动，从而获得更好的向阳性。当光伏组件组成的大的长方形结构与水平面形成倾角，并且沿倾斜角度方向有风吹过时，该长方形结构相当于空气动力学中的经典的平板翼型，倾角即是攻角。根据攻角的不同，长方形区域受到不同方向与大小的风力作用，该风力作用对光伏系统的结构稳定性是不利的。攻角为正，产生向上的升力与正扭矩，攻角为负，产生向下的下压力与负扭矩，攻角为零，即处于水平状态，没有升力也没有下压力，也没有扭矩，但由于目前光伏支架刚度普遍偏低，水平放置的光伏组件会由于气动弹性引起的负刚度问题使结构失稳，因此一般不会在抗风状态下将光伏板旋转至水平状态，而是使全部光伏板都旋转至某一特定的角度来抗风。
6.然而，在把光伏组件的所有受风区域旋转至相同倾角的状态下，各个受风区域的风荷载方向是相同的，合力作用在支撑机构上，合力更大，对光伏支架的结构更为不利，尤其是对于一些柔性结构，比如索结构，或者是一些柔软基础形式，比如漂浮式基础、淤泥之上的基础、海洋基础、采矿回填区基础等，容易造成光伏系统结构受损，安全性降低，减少使用寿命。
7.

技术实现要素：

8.本发明旨在提供一种光伏系统及其倾角控制方法，至少解决背景技术的问题之一。
9.为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：第一方面，本发明实施例提出了一种光伏系统，包括：支撑装置；多个光伏板，多个所述光伏板分别可活动地设于所述支撑装置，多个所述光伏板沿第一方向至少排列成一排形成光伏组，在所述光伏组为一个的情况下，所述光伏组的至少两个相邻的所述光伏板的倾角分别可调，以使至少两个相邻的所述光伏板的倾角角度不同以使相邻两个所述光伏板受到的风荷载在所述支撑装置上彼此抵消至少一部分；在所述光伏组为多个的情况下，每个所述光伏组的所述光伏板的倾角分别可调，以使相邻两个所述光伏组的所述光伏板的倾
角角度不同，和/或一个所述光伏组的至少两个相邻的所述光伏板的倾角角度不同，以使相邻两个所述光伏板或相邻两个所述光伏组受到的风荷载在所述支撑装置上彼此抵消至少一部分；驱动装置，所述驱动装置与多个所述光伏板连接以驱动所述光伏板。
10.根据本发明实施例的光伏系统，通过调节一排光伏组的相邻两个光伏板的倾角不同，或者调节相邻两排光伏组的光伏板的倾角不同，使得光伏系统的光伏板在抗风状态下处于不同的倾角，从而使得光伏系统所受到的风荷载在支撑装置上的合力可以在竖向上抵消至少一部分，有效减少风力对于光伏系统的影响，提高光伏系统的安全性，延长光伏系统的使用寿命。
11.根据本发明的一个实施例，所述光伏组为一个，所述光伏组的任意两个相邻的所述光伏板的倾角分别可调，以使任意两个相邻的所述光伏板的倾角角度不同。
12.根据本发明的一个实施例，所述光伏组为多个，多个所述光伏组沿第二方向间隔开布置，所述第二方向与所述第一方向垂直。
13.根据本发明的一个实施例，所述光伏组的任意两个相邻的所述光伏板的倾角分别可调，以使任意两个相邻的所述光伏板的倾角角度不同。
14.根据本发明的一个实施例，所述支撑装置包括：至少两个支撑架，至少两个所述支撑架沿所述第一方向间隔开设置；柔性连接件，所述柔性连接件沿第一方向延伸，所述柔性连接件的两端与至少两个所述支撑架连接，所述光伏板设于所述柔性连接件。
15.根据本发明的一个实施例，所述柔性连接件为拉索，所述拉索施加有预紧力，所述支撑装置还包括：抗扭梁，所述抗扭梁绕沿第一方向延伸的轴线可转动地设于所述柔性连接件，所述光伏板设于所述抗扭梁。
16.根据本发明的一个实施例，，所述光伏组为一个，所述抗扭梁为多个，一个所述光伏组的多个所述光伏板依次间隔开设于对应的所述抗扭梁。
17.根据本发明的一个实施例，所述光伏组为多个，每一个所述光伏组设有一个所述抗扭梁，每一个所述光伏组的多个所述光伏板设于一个所述抗扭梁。
18.根据本发明的一个实施例，所述光伏组为多个，每一个所述光伏组设有多个所述抗扭梁，每一个所述光伏组的多个所述光伏板依次间隔开设于对应的所述抗扭梁。
19.根据本发明第二方面实施例的光伏系统的倾角控制方法，包括以下步骤：监测所述光伏系统收到的风力方向以及风速大小；监测太阳光入射角；根据监测到的太阳光入射角、所述风力方向以及风速大小，调节所述光伏系统的相邻两个所述光伏板的倾角角度不同，和/或调节所述光伏系统的相邻两个所述光伏组的所述光伏板的倾角角度不同。
20.根据本发明的一个实施例，倾角控制方法还包括：设定多个极限风工况，每个所述极限风工况分别包括设定夹角和设定风速，所述设定夹角为风力方向与所述第一方向形成的夹角；当监测到的所述风速大小大于某一极限风工况的所述设定风速，且监测到的所述风力方向与所述第一方向的夹角小于所述某一极限风工况的所述设定夹角，调节所述光伏系统的相邻两个所述光伏板的倾角角度不同；当监测到的所述风速大小与监测到的所述风力方向与所述第一方向的夹角不满足任一所述极限风工况时，根据所述太阳光入射角调节所述光伏板的倾角。
21.根据本发明的一个实施例，在满足任一所述极限风工况条件下，所述光伏系统的相邻两个所述光伏板，或所述光伏系统的相邻两个所述光伏组的所述光伏板的倾角角度的
范围在10
°
~15
°
之间。
22.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
23.附图说明
24.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本发明一个实施例的光伏系统的结构示意图；图2是根据本发明另一个实施例的光伏系统的结构示意图；图3是根据本发明另一个实施例的光伏系统的侧视图；图4是根据本发明再一个实施例的光伏系统的侧视图。
25.附图标记：光伏系统100；支撑装置10；柔性连接件11；抗扭梁12；支撑架13；光伏板20；驱动装置30；第一同步机构31；第二同步机构32。
26.具体实施方式
27.下面将详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的光伏系统100。
32.如图1至图4所示，根据本发明实施例的光伏系统100包括：支撑装置10、多个光伏板20和驱动装置30。
33.具体而言，多个光伏板20分别可活动地设于支撑装置10，多个光伏板20沿第一方向至少排列成一排形成光伏组，在光伏组为一个的情况下，光伏组的至少两个相邻的光伏板20的倾角分别可调，以使至少两个相邻的光伏板20的倾角角度不同以使相邻两个光伏板20受到的风荷载在支撑装置10上彼此抵消至少一部分；在光伏组为多个的情况下，每个光伏组的光伏板20的倾角分别可调，以使相邻两个光伏组的光伏板20的倾角角度不同，和/或一个光伏组的至少两个相邻的光伏板20的倾角角度不同，以使相邻两个光伏板20或相邻两个光伏组受到的风荷载在支撑装置10上彼此抵消至少一部分。驱动装置30与多个光伏板20连接以驱动光伏板20。
34.换句话说，根据本发明实施例的光伏系统100主要由多个光伏板20、用于支撑光伏板20的支撑装置10、以及驱动光伏板20转动的驱动装置30组成。其中，支撑装置10可以是本领域常用的可以支撑光伏板20的结构，并且光伏板20可以在支撑装置10上活动以调节其相对于水平面的倾角，驱动装置30可以驱动单独的一个光伏板20活动，也可以同时驱动多个光伏板20活动。
35.光伏板20的倾角是指光伏板20相对于水平面倾斜的角度，该角度可以由光伏板20在支撑装置10上的位置进行调整。光伏板20在支撑装置10上的调节可以由驱动装置30来实现，驱动装置30可以是常规的能够转动光伏板20的结构，例如通过支撑臂等结构带动光伏板20转动。
36.下面对光伏板20的倾角不同而达到抗风效果的原理进行详细说明。
37.如图1所示，以相邻两个光伏板20的倾角不同为例，图1中多个光伏板20沿左右方向间隔开布置，相邻两个光伏板20中的一个向前倾斜形成倾角，相邻两个光伏板20中的另一个向后倾斜形成倾角。
38.当光伏板20受到如图1中从前向后方向的风力作用时，一部分风吹向相邻两个光伏板20中一个光伏板20的正面，风力经过光伏板20的正面的分解，一部分作用力形成向上的升力。另一部分风吹向相邻两个光伏板20中另一个光伏板20的背面，风力经过光伏板20的背面的分解，一部分作用力形成向下的下压力。
39.当相邻两个光伏板20的倾斜方向相反，但是倾角角度不等时，相邻两个光伏板20可以抵消部分在竖向上的作用力。在相邻两个光伏板20的倾角角度相等，但是倾斜方向相反的情况下，相邻两个光伏板20便可以充分抵消在竖直方向上的风力，从而减小对于支撑装置10的压力和扭矩，提高光伏系统100的安全性。
40.由此，根据本发明实施例的光伏系统100，通过调节一排光伏组的相邻两个光伏板20的倾角不同，或者调节相邻两排光伏组的光伏板20的倾角不同，使得光伏系统100的光伏板20在抗风状态下处于不同的倾角，从而使得光伏系统100所受到的风荷载在支撑装置10上的合力可以在竖向上抵消至少一部分，有效减少风力对于光伏系统100的影响，提高光伏系统100的安全性，延长光伏系统100的使用寿命。
41.根据本发明的一个实施例，支撑装置10包括：至少两个支撑架13和柔性连接件11。
42.其中，至少两个支撑架13沿第一方向间隔开设置，柔性连接件11沿第一方向延伸，
柔性连接件11的两端与至少两个支撑架13连接，光伏板20设于柔性连接件。
43.也就是说，支撑装置10可以由两个在第一方向上间隔开布置的支撑架13以及设于两个支撑架13之间的柔性连接件11组成，两个支撑架13可以起到用于支撑柔性连接件11的作用，柔性连接件11则可以用于安装光伏板20，并且便于光伏板20在柔性连接件11上转动。
44.可选地，在本发明的一些具体实施方式中，柔性连接件11为拉索，拉索施加有预紧力，支撑装置10还包括：抗扭梁12，抗扭梁12绕其自身的轴线可转动地设于柔性连接件11，光伏板20设于抗扭梁12。
45.换句话说，柔性连接件11可以由拉索构成，拉索的两端施加有预紧力与对应的支撑架13连接，拉索上设有抗扭梁12，抗扭梁12可以为柱状结构，抗扭梁12可以绕拉索的轴线转动，也可以绕抗扭梁12自身的轴线转动，光伏板20设于抗扭梁12，从而可以由抗扭梁12带动，驱动装置30与抗扭梁12连接即可通过带动抗扭梁12来调节光伏板20的倾角。
46.支撑装置10是指起到支撑作用，能将光伏板20固定并支撑起来的装置支撑架13可以包含但不限于梁、柱、索等常规支撑结构，以及桩基础、重力式基础、桶形基础、屋面基础等建筑物基础。抗扭梁12可以用来安装光伏板20，并可以让光伏板20与其一起绕某一轴旋转。驱动装置30可以控制并驱动光伏板20旋转的，驱动装置20可以是现有技术中的旋转电机、推杆与控制臂等，在此不做详细限定。由此，该支撑装置10结构简单可行，实用性强。
47.根据本发明的一个实施例，光伏组为一个，光伏组的任意两个相邻的光伏板20的倾角分别可调，以使任意两个相邻的光伏板20的倾角角度不同。
48.相应地，光伏组为一个，抗扭梁12为多个，一个光伏组的多个光伏板20依次间隔开设于对应的抗扭梁12。
49.也就是说，如图1所示，当多个光伏板20在第一方向（如图1中所示的左右方向）排列成一排时，多个光伏板20形成一个光伏组，支撑装置10可以包括沿第一方向延伸的柔性连接件11，例如拉索，拉索的两端施加有预紧力，拉索上设有多个沿第一方向间隔开布置的抗扭梁12，抗扭梁12可以为钢管结构，每个抗扭梁12上分别设有一个光伏板20，每个抗扭梁12分别绕其自身的轴线可转动地设在拉索上，每一个抗扭梁12分别与一个驱动装置30连接，使得驱动装置30可以驱动每一个光伏板20独立进行运动以调节倾角。
50.其中，多个光伏板20中任意两个相邻的光伏板20可以分别通过驱动装置30驱动，以使得相邻两个光伏板20的倾角不同。为了便于对多个光伏板20进行同步控制，可以将驱动装置30分为两组，其中一组驱动装置30与相邻两个光伏板20中的一个连接，另一组驱动装置30与相邻两个光伏板20中的另一个连接，即两组驱动装置30所连接的光伏板20依次交替分布，从而使得任意两个相邻的光伏板20的倾角都不相同。
51.在本发明的另一些具体实施方式中，光伏组为多个，多个光伏组沿第二方向间隔开布置，第二方向与第一方向垂直。
52.可选地，光伏组的任意两个相邻的光伏板20的倾角分别可调，以使任意两个相邻的光伏板20的倾角角度不同。
53.相应地，光伏组为多个，每一个光伏组设有多个抗扭梁12，每一个光伏组的多个光伏板20依次间隔开设于对应的抗扭梁12。
54.如图2和图3所示，当多个光伏板20在第一方向上（如图2中所示的左右方向）排列成一排光伏组，并且在第二方向（如图2中所示的前后方向）排列有多排光伏组时，多排光伏
组可以设置于同一个支撑装置10，也可以将每一排光伏组单独设置于一个支撑装置10。以将每一排光伏组单独设置于一个支撑装置10为例，支撑装置10可以包括沿第一方向延伸的柔性连接件11，例如拉索，拉索的两端施加有预紧力，拉索上设有多个沿第一方向间隔开布置的抗扭梁12，抗扭梁12可以为钢管结构，每个抗扭梁12上分别设有一个光伏板20，每个抗扭梁12分别绕其自身的轴线或者沿第一方向延伸的轴线可转动地设在拉索上，驱动装置30可以分成第一同步机构31和第二同步机构32，其中，第一同步机构31与多排光伏组中一部分位置相对应的光伏板20连接，以同步驱动多个光伏板20活动，第二同步机构32与第一同步机构31间隔开，第二同步机构32与多排光伏组中其余位置相对应的光伏板20连接，以同时驱动剩余的多个光伏板20同步活动。
55.也就是说，在本实施例中，光伏组包括多排，每一排的光伏组均可以使得相邻两个光伏板20的倾角不同，并且多个光伏组的光伏板20可以同时由第一同步机构31和第二同步机构32同步驱动，不仅可以保证调节的效率，而且可以保证多个光伏板20的一致性，从而提高抗风性能和安全性。
56.在本发明的另一些具体实施方式中，光伏组为多个，每一个光伏组设有一个抗扭梁12，每一个光伏组的多个光伏板20设于一个抗扭梁12。
57.如图4所示，当光伏组为多个时，每一排光伏组也可以单独由一个驱动结构控制，从而使得每一排光伏组的光伏板20的倾角相同。例如，每一排光伏组的支撑装置10包括沿第一方向延伸的柔性连接件11，比如拉索，拉索的两端施加有预紧力，拉索上可以只设置一根抗扭梁12，多个光伏板20间隔开依次设于一根抗扭梁12，驱动装置30只需要驱动一根抗扭梁12转动，即可同时带动整个光伏组的光伏板20同步转动以调节倾角。当需要调节光伏系统100进行抗风时，可以将相邻两排光伏组的光伏板20的倾角角度调节至不同，从而达到抗风效果。
58.下面具体描述根据本发明实施例的光伏系统100的倾角控制方法。
59.根据本发明实施例的光伏系统100的倾角控制方法包括以下步骤：监测光伏系统100收到的风力方向以及风速大小。
60.监测太阳光入射角。
61.根据监测到的太阳光入射角、风力方向以及风速大小，调节光伏系统100的相邻两个光伏板20的倾角角度不同，和/或调节光伏系统100的相邻两个光伏组的光伏板20的倾角角度不同。
62.具体地，根据本发明的一个实施例，倾角控制方法还包括：设定多个极限风工况，每个极限风工况分别包括设定夹角和设定风速，设定夹角为风力方向与第一方向形成的夹角；当监测到的风速大小大于某一极限风工况的设定风速，且监测到的风力方向与第一方向的夹角小于某一极限风工况的设定夹角，调节光伏系统100的相邻两个光伏板20的倾角角度不同；当监测到的风速大小小于某一极限风工况的设定风速，且监测到的风力方向与第一方向的夹角大于某一极限风工况的设定夹角，调节光伏系统100的相邻两个光伏组件的光伏板20倾角角度不同；当监测到的风速大小和监测到的风力方向与第一方向的夹角不满足任一极限风工况时，根据太阳光入射角调节光伏板20的倾角。
63.其中，在满足任一极限风工况条件下，光伏系统100的相邻两个光伏板20，或光伏系统100的相邻两个光伏组的光伏板20的倾角角度的范围在10
°
~15
°
之间。
64.换句话说，根据本发明实施例的光伏系统100在正常使用状态下，例如风速较小时，可以无需考虑光伏板20的抗风力问题，此时，只需要根据监测到的太阳光入射角的角度调节光伏板20的倾角即可。当光伏系统100监测到风力方向以及风速大小超出设定的极限风工况时，则可以根据实际监测结果对应的调节相邻两个光伏板20的倾角不同，还是调节相邻两个光伏组的光伏板20的倾角不同。并且相邻两个光伏板20或者相邻两个光伏组的光伏板20的倾角可以控制角度在10
°
至15
°
范围之内，从而保证对于风力的抵消效果。
65.由此，根据本发明实施例的光伏系统100的倾角控制方法，可以根据风力方向和风速大小，及时调整光伏板20的倾角，从而有效减少风力对于光伏系统100的影响，提高光伏系统100的安全性。
66.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
67.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。