一种农业大棚联动跟踪光伏支架及光伏发电系统的制作方法

本发明属于光伏设备技术领域，更具体地说，涉及一种安装在农业大棚上联动跟踪光伏支架，还涉及一种具有该支架的光伏发电系统。

背景技术：

分布式光伏发电系统是目前应用最为广泛的光伏发电项目。根据国家《电力发展“十三五”规划》的规划，到2020年分布式光伏发电量将达到60吉瓦，而截至2015年，分布式光伏发电量仅为6吉瓦，还有高达50多吉瓦的缺口。因此，要想达到这个目标，在接下来的几年内，分布式光伏发电系统的年均新增装机规模有可能超过10吉瓦。随着国家土地政策的变化，地面建设光伏发电系统已受到限制，各类型建筑物农业大棚和农业大棚均被充分利用起来，但是建筑物农业大棚的面积是固定的，如若能多发电使价值最大化，是当前分布式光伏发电系统能否快速顺利发展，急需要解决的重要课题。

目前，解决方法有多种，经检索，第一种方式是采用联动式发电系统，例如中国专利申请号为201610154308.0，申请公布日为2016年3月18日的专利申请文件公开了一种联动式光伏支架结构，主要由固定框架、设置在固定框架背部的安装耳、旋转轴、连接组件、连接杆和底座组成；旋转轴转动设置在安装耳上，连接杆的一端固定连接旋转轴，连接杆的另一端滑动设置在底座上，连接组件设置在旋转轴的两端；连接组件主要由设置在旋转轴一端的公座组件和设置在旋转轴另一端的母座组件组成。再如中国专利申请号为201610959298.8，申请公布日为2016年10月28日的专利申请文件公开了一种相互联动的追踪式光伏发电系统，该装置包括主动式光伏电池板角度调整模块、从动式光伏电池板角度调整模块、太阳位置检测模块、反向机械联动模块、同向机械联动模块、可拆卸式连接模块和支撑模块；每一个主动式光伏电池板角度调整模块、从动式光伏电池板角度调整模块、太阳位置检测模块的底部都分别与一个支撑模块相连；太阳位置检测模块、1-3个从动式光伏电池板角度调整模块与主动式光伏电池板角度调整模块相连。再如中国专利申请号为201110391073.4，申请公布日为2013年6月5日的专利申请文件公开了一种太阳能光伏板联动装置，包括固定支架，固定支架上设置有电动机，电动机的轴上设置有联动机构，联动机构通过丝杆和联动杆连接联动支架，联动支架通过固定支座连接有太阳能光伏板，太阳能光伏板通过转动轴与主轴联动与电动机的轴相互连接；该跟踪机构通过丝杆联动机构进行调节光伏板南北方向的角度。上述结构存在的不足之处是，不论是哪种发电系统结构，均重量大，而建筑农业大棚承载能力有限，易造成建筑农业大棚损坏，因此对建筑农业大棚的要求很高，这样一来，可以利用的建筑农业大棚就很受限制；同时发电系统结构的迎风面面积过大，极容易引起过大风载，同样易造成建筑农业大棚损坏。此外，用最大功率的组件去安装光伏发电系统，例如若安装265瓦的组件，200平方米的面积最多只能安装总发电功率为5千瓦的组件，若换成290瓦的单晶组件，同样面积功率可以提升10％～15％，但是建设投资中，组件成本占比是投资额中最大的，因而不是最佳方案。

而农业大棚由于结构上的限制，如果光伏发电系统直接安装在大棚上，一方面大棚自身的承载能力有限，另一方面有可能导致植物被遮挡而受影响，如何将光伏发电与大跨度的农业大棚进行结合并且不影响大棚内植物的生长，是所需要解决的问题。中国专利申请号为201610726934.2，申请公布日为2016年8月24日的专利申请文件公开了一种基于光伏跟踪系统的农业大棚，包括大棚主体以及光伏跟踪系统；光伏跟踪系统跟踪太阳光的高度角和方位角，以使光伏组件始终对着阳光，以便提高发电量，且所述光伏跟踪系统在大棚主体上的安装位置满足大棚下方农作物的透光率需求。其存在的不足之处是，发电系统结构的迎风面面积过大，对结构强度要求很高，目前的大棚结构根本无法承受这样的的风阻，极容易造成大棚毁坏。

技术实现要素：

1.要解决的问题

针对现有光伏发电系统功率低、风阻大以及安装结构条件限制，以及光伏发电系统不影响大棚内植物生长的问题，本发明提供一种农业大棚联动跟踪光伏支架及光伏发电系统，采用躲风的设计思路，降低了对整体结构强度的要求，有效降低风阻，同时可以合理地安排大棚内植物的光照时间，实现发电与光照的有机结合。

本发明又提供一种农业大棚联动跟踪光伏发电系统，该光伏发电系统可以安装在农业大棚正上方，安装风阻小，安装强度要求低，适用范围广，在相同发电效率的前提下，组件成本占比可以降低，提高本发明的光伏发电系统的市场竞争力。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种农业大棚联动跟踪光伏支架，包括立柱式支架、驱动机构、导轨和组件单元，所述立柱式支架跨设在农业大棚上方，立柱式支架的高度略高于大棚的高度，导轨固定在立柱式支架上；所述组件单元跨设在相邻的两根导轨上，其包括组件框架、滑移部和连杆，滑移部置于导轨内，连杆一端与滑移部铰接，另一端与组件框架铰接；所述驱动机构施力于组件单元的滑移部，在光伏支架使用状态下，推动连杆撑起或躺放组件框架。

作为本发明的进一步改进，所述驱动机构包括减速机链轮、曳引缆绳和传动链，传动链绕设在减速机链轮上，减速机链轮带动传动链作往复运动，在传动链的一端连接有曳引缆绳，曳引缆绳配接一个配重，用于保持传动链和曳引缆绳的自动补偿张紧力；曳引缆绳穿设于导轨内且串联滑移部，曳引缆绳牵引滑移部沿导轨往复移动，然后由连杆推动组件框架转动，组件单元可以形成阵列式的排列，阵列最外边前后两排组件框架也能保持同其他排组件框架一样角度同步转动。

作为本发明的进一步改进，所述滑移部为滑块，滑块包括套接部及与套接部一体成型的连接部，套接部与导轨相配合，连接部上开设有安装孔，连接部伸出导轨；转轴穿设于安装孔内，两端套接连杆，滑块的滑动摩擦力小，多个滑块便于同时移动，有利于实现组件单元的同步转动。

作为本发明的进一步改进，所述导轨由方形钢管制作而成，方形钢管上开设有槽口，安装时，槽口垂直朝下，方形钢管内壁光滑，滑块由方形钢管的端口装入管内，滑块的连接部伸出导轨且与连杆铰接。

作为本发明的进一步改进，该光伏支架还包括限位器，所述限位器设置于导轨内，相邻两限位器分别位于一个组件单元的滑块行程的两端，一方面当滑块在导轨内滑动时，通过限位器的限位作用，使得组件单元不会发生移位，避免相邻两排组件单元发生干涉；另一方面通过调节限位器的位置，调整组件框架与农业大棚顶面的高度差。

作为本发明的进一步改进，所述驱动机构还包括曳引器，曳引缆绳通过曳引器与滑块锁紧连接，并在导轨内将各滑块串联，通过曳引缆绳的牵引作用，实现组件单元的多个滑块同时移动，保证了整个支架的组件单元联动；此外，曳引器使牵引力分布在各滑块上，避免了因某个组件框架转动的角度误差而引起累积误差的连锁反应，消除整个组件单元阵列跟踪失步现象。

作为本发明的进一步改进，该光伏支架还包括转角轮，所述转角轮设置在导轨的端部，曳引缆绳沿着转角轮转过导轨端部与传动链连接，避免曳引缆绳与屋檐产生摩擦，损坏曳引缆绳，延长曳引缆绳的使用寿命。

作为本发明的进一步改进，该光伏支架还包括光伏控制器和防水配电箱，所述光伏控制器、驱动机构设置于防水配电箱内，防水配电箱安装在立柱式支架上，光伏控制器控制减速机链轮动作，驱动机构的减速机链轮以及光伏控制器不受恶劣气候环境影响，其可靠性得到最大限度的提升，也方便了日常检修工作。

作为本发明的进一步改进，该光伏支架还包括风速传感器，所述风速传感器安装在立柱式支架上，风速传感器与光伏控制器电气连接，风速传感器实时测定风速，并将风速测量值输入光伏控制器，当风速超过临界值时，光伏控制器控制减速机链轮动作，组件单元躺放下来，水平置于农业大棚上，迎风面减小，风阻减小，降低了对支架强度的要求。

本发明的另一目的是提供一种联动跟踪农业大棚光伏发电系统，该系统包括太阳能电池组件和光伏支架，所述光伏支架为上述的光伏支架，太阳能电池组件设置于光伏支架的组件框架内。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的农业大棚联动跟踪光伏支架，采用躲风设计思路及仿生学理论，本发明通过将风速传感器或天气预报，当风速达到预警值时，光伏控制器控制减速机链轮动作，在一分钟内，组件单元自动躺放，迎风面较小，风阻减小，确保自身及农业大棚的安全，避免灾害造成的损失；降低了对整体结构强度的要求，同时可以合理地安排大棚内植物的光照时间，实现发电与光照的有机结合；

(2)本发明的农业大棚联动跟踪光伏支架采用的导轨既可以承载全部组件单元的重量，也可以作为推动组件单元转动的滑行道，导轨的整体结构强度高、质量轻，在不增加过多投资，减轻自身重量的情况下，解决了提高发电效率的问题；

(3)本发明的农业大棚联动跟踪光伏支架采用曳引缆绳来牵引组件单元，不论各组件单元存在间距差和高低差，可以通过曳引器调节曳引缆绳的距离差，或者通过调节限位器在导轨上的位置调节高度差，保证了每个组件单元同一角度同步转动，实现支架的联动；

(4)本发明的农业大棚联动跟踪光伏支架采用滑块和连杆，以动态三角形形式作用于各组件框架的两端，运行时更为平稳，不会产生颤抖现象，使跟踪太阳的精度更高，使用寿命也更长；

(5)本发明的农业大棚联动跟踪光伏支架采用传动链带动曳引缆绳运转，并设有配重调节张紧，可以避免直接用曳引缆绳因老化变形、磨损造成摩擦力下降和打滑的困扰，由于曳引缆绳配有配重，能自动补偿曳引缆绳的张紧度，能大幅度减轻减速机链轮的压轴力，运转也平稳，传动比更恒定，更省力，使电机的自身耗能更低，其结构简单也轻便，易于安装；

(6)本发明的农业大棚联动跟踪光伏支架驱动机构安装在立柱式支架上的防水配电箱里，不受恶劣气候环境影响，其可靠性得到最大限度的提升，也方便了日常检修工作；

(7)本发明的农业大棚联动跟踪光伏支架采用由方形钢管制作而成的导轨，曳引缆绳在其空间内运行，不受风吹雨打更加安全可靠，再多余的空间用于敷设电线电缆；

(8)本发明结构简单，设计合理，易于制造。

附图说明

图1为本发明的农业大棚联动跟踪光伏支架的结构示意图；

图2为图1的a部局部放大图；

图3为图1的b部放大图。

图中：1、立柱式支架；2、导轨；3、农业大棚；4、组件框架；5、连杆；6、减速机链轮；7、曳引缆绳；8、传动链；9、滑块；10、限位器；11、曳引器；12、转角轮、13、防水配电箱；14、配重；15、太阳能电池组件。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本发明的农业大棚联动跟踪光伏支架的结构示意图。这里的农业大棚包括塑料大棚、温室大棚、蔬菜大棚、、透光塑料大棚、阳光板大棚、智能大棚、单栋温室、连栋温室等等，大棚内种植有农作物。农业大棚由基本骨架和薄膜组成，基本骨架为钢筋焊接构成弧形，薄膜敷设在基本骨架上，通过薄膜实现控制大棚内的温度。

首先，将立柱式支架1跨设在农业大棚3上方，立柱式支架1的高度略高于农业大棚3的高度，在使用时，需要将薄膜掀开。因此，立柱式支架1与农业大棚3顶部之间留存有间隙。

为了使得光伏发电系统的发电效率达到最大，充分利用农业大棚3上部的空间，本实施例的组件框架6可以随太阳转动，因此组件单元需要由驱动机构提供动力，同时发明人发现需要解决多个组件单元的同步转动问题。本发明的组件单元包括组件框架4、滑块9和连杆5，本实施例中组件框架4按设计间距躺放导轨2上，组件框架4两边各连接连杆5的一端，连杆5的另一端连接滑块9，滑块9和连杆5以动态三角形形式作用于组件框架4的两端，相比现有的同步缆绳，同步缆绳为柔性，转动过程中极容易颤抖，而连杆5刚性强，滑块9移动更为精确，因此运行时更为平稳，不会产生颤抖现象，使跟踪太阳的精度更高，使用寿命也更长。

由于光伏发电系统占地面积大，对地表植被遮阳的问题及因遮阳问题对生态环境的破坏也日趋突出，采取农业与光伏发电相结合，农光互补的模式，既提高了光伏的经济效益又使土地得到了充分的利用，本发明解决了农业与光伏发电相结合在设计与施工过程中会产生农业与发电效益相冲突的矛盾及相互交叉作业、相互影响的问题，同时可以合理地安排大棚内植物的光照时间，实现发电与光照的有机结合。

考虑到滑块9在导轨2内极容易产生滑动，且为了避免相邻两排组件单元发生干涉，在滑块9的行程起始端和终点端均设有限位器10，这里的限位器10不仅起到限位作用，防止组件单元发生移位，而且通过调节限位器10的位置，便于调整组件框架4与农业大棚的高度差。

此外，如图1所示，对于目前的农业大棚，长度长，宽度有固定的数值要求，驱动机构的功率设计满足多个并排农业大棚的需求，驱动机构设置在导轨2长度方向的任意一侧，安装在立柱式支架上，驱动机构包括减速机链轮6、曳引缆绳7、传动链8和曳引器11，传动链8绕设在减速机链轮6上，减速机链轮6带动传动链8作往复运动，在传动链8的一端连接有曳引缆绳7，曳引缆绳7配接一个配重14，用于保持传动链8和曳引缆绳7的自动补偿张紧力；曳引缆绳7穿设于导轨2内且通过曳引器11与滑块9锁紧连接，并在导轨2内将各滑块9串联，通过曳引缆绳7的牵引作用，实现组件单元的多个滑块9同时移动，保证了整个支架的组件单元联动。

值得说明的是，驱动机构的曳引器11使牵引力分布在各滑块9上，避免了因某个组件框架4转动的角度误差而引起累积误差的连锁反应，消除整个组件单元阵列跟踪失步现象；组件单元可以形成阵列式的排列，阵列最外边前后两排组件框架4也能保持同其他排组件框架4一样角度同步转动。

实施例2

在实施例1的基础上，在图2中可以看出，导轨2由方形钢管制作而成，方形钢管上开设有槽口，安装时，槽口垂直朝下；滑块9包括套接部及与套接部一体成型的连接部，套接部与导轨2相配合，连接部上开设有安装孔，滑块9由方形钢管的端口装入管内，连接部伸出导轨2；转轴穿设于安装孔内，两端套接连杆5。

由于中空的导轨2既可以承载全部组件单元的重量，也可以作为推动组件单元转动的滑行道，导轨2的整体结构强度高、质量轻；另外，由于方形钢管内壁光滑，滑块9所受的滑动摩擦力小，多个滑块9便于同时移动，有利于实现多个组件单元的同步转动。

实施例3

在实施例1的基础上，从图1中还可以看出，为了减小曳引缆绳7与导轨2产生摩擦，损坏曳引缆绳7，延长曳引缆绳7的使用寿命转角轮12设置在导轨2的转角处，曳引缆绳7沿着转角轮12转过屋导轨2与传动链8连接。

本实施例的光伏支架的光伏控制器设置于防水配电箱13内，防水配电箱13安装在立柱式支架1上。驱动机构的减速机链轮6以及光伏控制器内具有大量的电元器件，安装在防水配电箱13内，不受恶劣气候环境影响，其可靠性得到最大限度的提升，也方便了日常检修工作。

实施例4

在实施例1的基础上，本实施例的风速传感器安装在防水配电箱13一侧，风速传感器(图中未标注)与光伏控制器(图中未标注)电气连接，风速传感器实时测定风速，并将风速测量值输入光伏控制器，当风速超过临界值时，光伏控制器控制减速机链轮6动作，组件单元躺放下来，迎风面减小，风阻减小，进一步降低了对光伏支架强度的要求。

此外，也可以将最近几天的实时天气预报输入到光伏控制器上，当风速达到预警值时，或者是检测到其强度对结构有风险时，在一分钟内，自动躺放呈水平状，不会增加建筑物的风阻。

实施例5

在实施例1的基础上，在本实施例的基础上，将太阳能电池组件15设置于光伏支架的组件框架6内，即可得到一种农业大棚联动跟踪光伏发电系统。太阳能电池组件15随着太阳转动，将光能转化为电能，实现太阳能的高效发电。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。