一种柔性支架光伏防雨雪冰雹装置及其使用方法

1.本发明涉及光伏结构安全领域，特别是一种柔性支架光伏防雨雪冰雹装置及其使用方法。


背景技术：

2.随着国家对于新能源战略的布局，太阳能作为可再生资源已经受到越来越广泛地关注，随着光伏技术和应用场景的不断拓展革新，光伏也被用于愈发复杂的工况。但是由于光伏板需要充足的采光环境，因此需要设置在露天环境中，这使得光伏板会遭遇各种各样的极端天气影响，在北方会遭遇大雪覆盖，冰雹等天气影响，在南方会遭遇暴雨等天气影响，大雪覆盖和暴雨天气，可以等效为对光伏板施加均布荷载，当施加荷载超过一定限制时，会压坏光伏板，造成光伏板变形，内部硅片隐裂。根据规定，合格的光伏组件必须通过直径25mm的冰雹以23m/s的速度撞击的严格测试。而在极端的强对流天气中，冰雹的冲击力会直接损毁光伏板表面的玻璃保护壳，造成内部的硅片破坏。目前，对于光伏防冰雹装置已经有了一定的研究进展，但是是局限于传统刚性光伏支架上设置的，大型铺设成本大，实用性低。
3.随着传统光伏用地的逐渐减少，柔性光伏支架被越来越广泛的应用于不适合传统光伏的场景中，但随之而来的是柔性光伏支架的防雨雪冰雹需求越发重要，但目前工程上并没有对于柔性支架光伏的防雨雪冰雹装置。本发明采用了一种多层遮挡布的防护装置，能够较好的对柔性支架光伏进行防护，同时使用者可以设置倾角，做到冰雹雨雪无覆盖，保证装置的回收和防护功能。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种柔性支架光伏防雨雪冰雹装置及其使用方法，该能够为露天环境中的柔性支架光伏提供有效的防护的作用，在一定程度上延长了柔性支架光伏的使用寿命。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
6.一种柔性支架光伏防雨雪冰雹装置，包括卷布器、连接组件、多层遮挡布、柔性光伏支架和卷线器；柔性光伏支架包括光伏钢架、光伏拉索和光伏板；光伏钢架对称设置，光伏拉索的两端连接于光伏钢架上，光伏板铺设于光伏拉索上；连接组件包括连接件、拉索和连接索；连接索一端与卷布器连接，另一端与卷线器连接，且连接索贯穿连接件下端的通孔；卷布器包括卷布轴和卷布轴传动组件，多层遮挡布一端连接于卷布轴上，另一端连接于连接件上，卷布轴传动组件可驱动卷布轴逆时针转动，对多层遮挡布进行收束；卷线器包括卷线轴和卷线轴传动组件，拉索一端连接于连接件上，另一端连接于卷线轴上，卷线轴传动组件可驱动卷线轴顺时针转动，带动连接件向卷线器移动，实现多层遮挡布铺设于光伏板的上方。
7.作为本发明的进一步优选，卷布轴传动组件包括卷布器外壳、第一丝杆电机和第
一伺服电机，卷布轴设置于卷布轴外壳内部，卷布轴的一端为齿轮状，第一伺服电机上设有齿轮，卷布轴的齿轮端可与第一伺服电机上的齿轮啮合，且第一丝杆电机与第一伺服电机的螺纹杆旋转固接，第一丝杆电机可驱动第一伺服电机的齿轮靠近或远离卷布轴的齿轮端。
8.作为本发明的进一步优选，卷线轴传动组件包括卷线器外壳、第二丝杆电机和第二伺服电机，卷线轴设置于卷线轴外壳内部，卷线轴的一端为齿轮状，第二伺服电机上设有齿轮，卷线轴的齿轮端可与第二伺服电机上的齿轮啮合，且第二丝杆电机与第二伺服电机的螺纹杆旋转固接，第二丝杆电机可驱动第二伺服电机的齿轮靠近或远离卷线轴的齿轮端。
9.作为本发明的进一步优选，还包括可调支撑架，卷布器外壳底部与光伏钢架之间和卷线器外壳与光伏钢架之间均设有可调支撑架。
10.作为本发明的进一步优选，还包括设置于卷布器外壳内部和卷线器外壳内部的数据存储器、倾角传感器、lora无线通信接口、mcu和天线；倾角传感器测量卷布器和卷线器的倾斜角度，测量数据传输至mcu中，并存贮至数据存储器中，卷布器和卷线器接受读取信号后通过lora无线通信接口和天线发送数据，可实时获得卷布器和卷线器的倾角数据，并对卷布器和卷线器的倾斜程度进行调整。
11.作为本发明的进一步优选，所述卷线器和卷布器的倾斜程度大于50
°
。
12.作为本发明的进一步优选，卷线器外壳、连接件和卷布器外壳上均设有多个对应的槽口，多层遮挡布通过槽口分开，每层遮挡布之间留有缓冲间隙。
13.作为本发明的进一步优选，根据冲击荷载和能量守恒公式计算，当冰雹坠落时，遮挡布所受的冲击力和凹陷变形位移公式如下所示：
[0014][0015][0016]
其中f为遮挡布受到冰雹的冲击力，p为冰雹的重力，k遮挡布的劲度系数，m冰雹的质量，v为冰雹坠落速度，δd遮挡布的变形位移。
[0017]
作为本发明的进一步优选，多层遮挡布的宽度大于光伏板的宽度，且多层遮挡布的材质为涤纶牛津布；光伏钢架的材质为不锈钢材质，光伏拉索为镀锌钢绞线；连接件的材质为铝合金材质。
[0018]
一种柔性支架光伏防雨雪冰雹装置的使用方法，当发出收束遮挡布的指令时，向卷布器传输收束指令，mcu接收收束指令，将控制信息通过继电器传输至第一丝杆电机和第一伺服电机，第一丝杆电机顺时针转动，带动第一伺服电机向后移动，直到第一伺服电机处于预设位置，且此时第一伺服电机的齿轮与卷布轴齿轮端相啮合，此时第一丝杆电机停止转动，第一伺服电机进行驱动，带动卷布轴逆时针转动，多层遮挡布在光伏板上方进行收束；
[0019]
当发出铺设遮挡布的指令时，向卷线器传输铺设指令，mcu接收铺设指令，将控制信息通过继电器传输至第二丝杆电机和第二伺服电机，第二丝杆电机顺时针转动，带动第二伺服电机向后移动，直到第二伺服电机处于预设位置，且此时第二伺服电机的齿轮与卷线轴的齿轮端相啮合，此时第二丝杆电机停止转动，第二伺服电机进行驱动，带动卷线轴顺
时针转动，拉索收束，驱动连接件向卷线器移动，带动多层遮挡布在光伏板上方进行铺设。
[0020]
本发明具有如下有益效果：
[0021]
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提出的一种柔性支架光伏防雨雪冰雹装置，通过拉索和遮挡布的铺设收束，实现了对于柔性支架光伏板的防护；本发明中可以人为调节防护装置的倾角，实现雨雪自然滑落和冰雹撞击弹开，减少了遮挡布上的积雪结冰，延长装置使用寿命；本发明提出的一种柔性支架光伏防雨雪冰雹装置，可以实现单装置大范围防护光伏组件，节约防护成本。
附图说明
[0022]
图1是本发明的整体结构示意图；
[0023]
图2是本发明的整体结构正视图；
[0024]
图3是卷布器结构示意图；
[0025]
图4是卷布器外部结构示意图；
[0026]
图5是卷布器内部结构示意图；
[0027]
图6是连接组件的结构示意图；
[0028]
图7是连接组件的结构示意图；
[0029]
图8是光伏支架结构示意图；
[0030]
图9是卷线器结构示意图；
[0031]
图10是卷线器内部结构示意图。
[0032]
其中有：1.卷布器；2.连接组件；3.柔性光伏支架；4.卷线器；11.卷布器外壳；12.多层遮挡布；13.可调支撑架；14.卷布轴；15.第一丝杆电机；16.电池；17.数据存储器；18.第一伺服电机；19.倾角传感器；110.lora无线通信接口；111.mcu；21.连接件；22.连接索；31.光伏钢架；32.光伏板；33.光伏拉索；41.拉索；42.卷线器外壳；43.卷线轴；44.第二丝杆电机；45.第二伺服电机。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0034]
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
[0035]
如图1-10所示，本发明的一种柔性支架光伏防雨雪冰雹装置，包括卷布器1，连接组件2，卷线器4构成，柔性光伏支架3。柔性光伏支架3由光伏钢架31、光伏板32、光伏拉索33构成，光伏钢架31由不锈钢材质铸造，光伏拉索33由镀锌钢绞线构成，光伏拉索33固接于光伏钢架31上，光伏板32固定在光伏拉索33上进行光伏发电。
[0036]
卷布器1由卷布器外壳11、多层遮挡布12、可调支撑架13、卷布轴14、第一丝杆电机15、电池16、数据存储器17、第一伺服电机18、倾角传感器19、lora无线通信接口110、mcu111和天线112构成。卷布器外壳11下方通过可调支撑架13贯通，且可调支撑架13固接于光伏钢
架31上，工作人员可以通过调节卷布器1下方两侧可调支撑架13的高度差，来调节卷布器1的倾角θ，保证雨雪或者冰雹能够有效坠落，不发生堆积或严重结冰造成结构破坏。我国规范雪荷载基本计算公式为：
[0037]
sk＝μrs
0 (1)
[0038]
其中sk为屋面雪荷载，μr为雪荷载分布系数，s0为基本雪压。根据我国规范，当坡度大于50
°
时，μr为0，即此时遮挡布上的雨雪基本会自动滑落，不会产生荷载作用。因此θ调整为50
°
以上。
[0039]
卷布器外壳11内部装置如图所示，卷布轴14由卷布器外壳11内部壳体装置支撑，多层遮挡布12首端固定在卷布轴14上，末端固定在连接件21上，遮挡布能够绕卷布轴14转动，随着卷布轴的滚动进行收束或在光伏板上方进行铺设，多层遮挡布12中间通过卷布器外壳11上槽口将多层遮挡布分开，每层遮挡布之间留有一定缓冲空隙。遮挡布采用比光伏板宽地涤纶牛津布材质，根据场景天气地貌选取多层遮挡布的层数，当场景强对流天气较少，雨雪环境较弱时，采用1～2层遮挡布即可，当柔性支架光伏使用场景强对流天气情况恶劣，带有强雨雪天气时，采用3层以上遮挡布。根据冲击荷载和能量守恒公式计算，当冰雹坠落时，遮挡布所受的冲击力和凹陷变形位移公式如下所示：
[0040][0041][0042]
其中f为遮挡布受到冰雹的冲击力，p为冰雹的重力，k遮挡布的劲度系数，m冰雹的质量，v为冰雹坠落速度，δd遮挡布的变形位移。工作人员可根据场景天气地貌选取多层遮挡布的层数。
[0043]
电池16固定在卷布器外壳11内部，为整个装置正常运行供能。数据存储器17、倾角传感器19、lora无线通信接口110、mcu111和天线112固定在卷布器外壳11上，倾角传感器19测量卷布器1的倾斜角度，测量数据传输给mcu111中，并存贮至数据存储器17中，工作人员可通过计算机发送ad读取指令，卷布器1接受信号后通过lora无线通信接口110和天线12发送数据，工作人员可实时获得卷布器1的倾角数据，并对卷布器1的倾斜程度进行调整。
[0044]
第一丝杆电机15、第一伺服电机18固定在卷布器外壳11的内部支撑上，卷布轴14的圆柱状两端由卷布器外壳11内部结构支撑，一端外伸边缘为齿轮状，可与第一伺服电机18上的齿轮相啮合，当第一伺服电机18驱动时，可带动卷布轴14滚动。当工作人员发出收束遮挡布的指令时，向卷布器1传输收束指令，mcu111接收收束指令，将控制信息通过继电器传输至第一丝杆电机15和第一伺服电机18。第一伺服电机18的螺纹杆与第一丝杆电机15旋转固接，第一丝杆电机15顺时针转动，带动第一伺服电机18向后移动，直到第一伺服电机18处于预设位置，且齿轮与卷布轴14的边缘齿轮相啮合。此时第一丝杆电机15停止转动，第一伺服电机18进行驱动，带动卷布轴14逆时针转动，多层遮挡布12在光伏板上方进行收束。当工作人员通过天气预报接收到未来雨雪天气或者冰雹天气时，向卷布器1传输铺设指令，mcu111接收铺设指令，将控制信息通过继电器传输至第一丝杆电机15和第一伺服电机18。第一丝杆电机15逆时针转动，带动第一伺服电机18向前移动，直到第一伺服电机18处于初始位置，齿轮与卷布轴14的边缘齿轮脱离接触，此时第一丝杆电机15停止转动；此时由卷线器4带动连接件21移动，从而进行多层遮挡布12的铺设。
[0045]
连接组件2由连接件21、连接索22、多层遮挡布12以及拉索41组成。连接件21由铝合金材质铸造，连接索22由钢绞线制作，拉索41为合成纤维绳。连接索22两端分别固定在卷布器1和卷线器4上，贯穿连接件21下端的通孔。拉索41一端固定缠绕在卷线轴43上，一端穿过连接件21的中部通孔，末端较大处与连接件21固接，防止拉索41滑出。连接件21上端与多层遮挡布12固接，保证遮挡布之间的空隙，为冰雹撞击留有缓冲空间，减少冲击力。当雨雪或者冰雹天气时，卷线器4收束，连接件21向卷线器4方向移动，带动遮挡布12在柔性光伏支架上进行铺设，当天气恢复晴朗，卷布器1收束，连接件21向卷布器1方向移动，多层遮挡布12进行收束，光伏组件恢复光伏发电。
[0046]
卷线器4由拉索41、卷线器外壳42、可调支撑架13、卷线轴43、第二丝杆电机44、电池16、数据存储器17、第二伺服电机45、倾角传感器19、lora无线通信接口110、mcu111和天线112构成。卷线器外壳42下方通过可调支撑架13贯通，且可调支撑架13固接于光伏钢架31上，工作人员可以通过调节卷布器1下方两侧可调支撑架13的高度差，来调节卷线器4的倾角θ，保证雨雪或者冰雹能够有效坠落，不发生堆积或严重结冰造成结构破坏。
[0047]
卷线器外壳42内部装置如图所示，卷线轴43由卷线器外壳42内部壳体装置支撑，拉索41首端固定在卷线轴43上，末端固定在连接件21上，拉索41能够绕卷线轴43转动，随着卷线轴43的滚动进行收束。
[0048]
电池16固定在卷线器外壳42内部，为整个装置正常运行供能。数据存储器17、倾角传感器19、lora无线通信接口110、mcu111和天线112固定在卷线器外壳42上，倾角传感器19测量卷线器4的倾斜角度，测量数据传输给mcu111中，并存贮至数据存储器17中，工作人员可通过计算机发送ad读取指令，卷线器4接受信号后通过lora无线通信接口110和天线12发送数据，工作人员可实时获得卷线器4的倾角数据，并对卷线器4的倾斜程度进行调整。
[0049]
第二丝杆电机44、第二伺服电机45固定在卷线器外壳42的内部支撑上，卷线轴43的圆柱状两端由卷线器外壳42内部结构支撑，一端外伸边缘为齿轮状，可与第二伺服电机45上的齿轮相啮合，当第二伺服电机45驱动时，可带动卷线轴43滚动。当工作人员通过天气预报接收到未来雨雪天气或者冰雹天气时，向卷线器4传输铺设指令，mcu111接收铺设指令，将控制信息通过继电器传输至第二丝杆电机44和第二伺服电机45。第二伺服电机45的螺纹杆与第二丝杆电机44旋转固接，第二丝杆电机44顺时针转动，带动第二伺服电机45向后移动，直到第二伺服电机45处于预设位置，且齿轮与卷布轴14的边缘齿轮相啮合。此时第二丝杆电机44停止转动，第二伺服电机45进行驱动，带动卷线轴43顺时针转动，拉索42收束，带动多层遮挡布12在光伏板上方进行铺设。当工作人员发出收束遮挡布的指令时，向卷布器1传输收束指令，mcu111接收收束指令，将控制信息通过继电器传输至第二丝杆电机44和第二伺服电机45。第二丝杆电机44逆时针转动，带动第二伺服电机45向前移动，直到第二伺服电机45处于初始位置，齿轮与卷布轴14的边缘齿轮脱离接触，此时第一丝杆电机44停止转动；此时由卷布器1带动多层遮挡布12进行收束。
[0050]
本发明中可以人为调节防护装置的倾角，实现雨雪自然滑落和冰雹撞击弹开，减少了遮挡布上的积雪结冰，延长装置使用寿命；可以实现单装置大范围防护光伏组件，节约防护成本。
[0051]
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这
些等同变换均属于本发明的保护范围。