一种具有倾角自适应调节功能的光伏支架装置的制作方法

本发明涉及光伏支架，具体为一种具有倾角自适应调节功能的光伏支架装置。

背景技术：

1、随着全球能源结构的调整和清洁能源的快速发展，光伏发电作为最具代表性的可再生能源技术之一，在电力供应体系中扮演着日益重要的角色。光伏支架作为光伏发电系统中承载光伏板的关键组成部分，其性能直接影响光伏系统的发电效率和运行稳定性。在实际应用中，光伏板的发电效率与太阳光的入射角度密切相关，当入射光线垂直于光伏板表面时，光伏板能够获得最大的能量转换效率。然而，太阳的位置随季节、时间以及地理纬度不断变化，传统的光伏支架通常采用固定倾角设计，无法根据太阳位置的变化实时调整光伏板的倾斜角度，这导致了光伏板在大多数时间内无法获得最佳的太阳入射角度，从而降低了光伏系统的整体发电效率。

2、此外，光伏支架在实际运行过程中还面临着复杂多变的环境挑战。不同地区的风沙条件、温度变化以及光照强度存在显著差异，固定倾角的光伏支架难以适应这些环境变化，在极端天气条件下可能存在安全隐患，同时也无法根据环境因素的变化优化倾角设置以最大化发电收益。现有的一些可调节倾角的光伏支架虽然在一定程度上改善了发电效率，但其调节方式通常较为单一，缺乏对环境因素的全面感知和综合分析能力，无法实现真正意义上的倾角自适应调节。因此，研发一种能够实时感知太阳位置、环境参数并自动调整光伏板倾角的光伏支架装置，使其能够在不同季节、不同时段以及不同环境条件下始终保持最优的倾角姿态，对于提高光伏发电系统的能量转换效率、延长设备使用寿命以及推动光伏产业的可持续发展具有重要的实际意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有倾角自适应调节功能的光伏支架装置，解决了现有光伏支架存在的以下技术缺陷进行改进：传统固定倾角光伏支架无法根据太阳位置随季节和时间的变化调整光伏板姿态，导致光伏板对太阳辐射的接收效率较低；部分可调节支架依赖人工干预进行倾角调节，操作繁琐且响应滞后，难以实现实时最优倾角控制；现有调节装置未充分考虑风沙、高温等环境因素对倾角调整的影响，在恶劣环境下易发生结构损坏或控制失灵的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种具有倾角自适应调节功能的光伏支架装置，包括底座、控制件、驱动组件、支撑柱、夹持组件和翻转组件，所述底座上安装有所述驱动组件，所述驱动组件的输出端与所述支撑柱的底部连接，所述支撑柱的顶部通过所述夹持组件固定光伏板，所述翻转组件设置于所述支撑柱的顶部并与所述夹持组件连接，用于驱动所述光伏板转动；其特征在于，

3、所述控制件包括：

4、角度采集模块，用于采集太阳位置参数与环境参数，包括太阳位置传感器、光照强度传感器、风速传感器和温度传感器；角度编码器，用于实时采集光伏板当前的实际倾角反馈信号；

5、环境分析模块，包括光照强度调节单元、安全模式触发单元和锁定力调节单元，用于根据光照强度数据生成调节精度与频率参数，根据风速数据判断是否进入安全运行模式并生成锁定机构控制参数；

6、倾角优化计算模块，与所述环境分析模块连接，用于基于地理纬度和日期计算理论最优倾角，并根据安全模式触发信号切换目标倾角：正常模式下目标倾角为理论最优倾角，安全模式下目标倾角为预设的安全防护倾角；

7、驱动控制模块，与所述倾角优化计算模块连接，用于根据所述目标倾角与所述角度编码器反馈的当前实际倾角的差值，生成驱动信号控制所述驱动组件和所述翻转组件动作，以调节所述光伏板的倾角；所述驱动控制模块内置软限位与硬限位双重保护机制，限制光伏板倾角在0°~90°的有效工作范围内。

8、优选的，所述角度采集模块利用所述太阳位置传感器获取太阳方位角和高度角，并通过太阳赤纬角和太阳时角计算太阳高度角，将计算结果与太阳位置传感器实测值进行比对校准，若偏差超出预设允许误差范围则启用备用数据源，并将校准后的太阳高度角输出至所述环境分析模块。

9、优选的，所述环境分析模块包括：

10、光照强度调节单元，用于根据实测光照强度与预设的最小光照强度阈值和最大光照强度阈值的关系确定调节精度与频率参数，其中当实测光照强度低于最小阈值时降低调节频率至每小时1次并放宽允许误差范围，在阈值区间内采用标准调节频率与精度，超过最大阈值时提高调节频率至每10分钟1次；

11、安全模式触发单元，用于预设多级风速阈值，当实测风速超过第一级安全阈值时触发一级安全模式，将光伏板倾角调整至30°；当实测风速超过第二级安全阈值时触发二级安全模式，将光伏板倾角强制放平至0°；当风速回落至阈值以下并稳定预设时间后，自动恢复至正常跟踪模式；

12、锁定力调节单元，用于根据实测风速动态调整翻转组件锁定机构的锁紧力，风速越大锁紧力越大。

13、优选的，所述倾角优化计算模块包括理论倾角计算单元和环境修正单元；

14、所述理论倾角计算单元用于根据当地纬度、当前日期序数以及预设的包含纬度线性项和余弦季节修正项的计算模型确定所述理论最优倾角；

15、所述模式切换单元用于接收环境分析模块的安全模式触发信号，正常模式下输出理论最优倾角作为目标倾角，安全模式下输出对应等级的预设安全防护倾角作为目标倾角。

16、优选的，所述驱动控制模块包括：

17、差值获取单元，用于计算所述目标倾角与所述角度编码器反馈的当前实际倾角的差值；

18、电机驱动量计算单元，用于根据所述差值、所述驱动组件的传动比以及电机步距角，计算电机转动圈数和步进脉冲数；

19、误差动态调整单元，用于根据当前风速动态调整允许误差范围，其中所述允许误差范围基于基础误差值和与风速相关的增长函数确定，风速越大允许误差范围越大；

20、限位保护单元，内置0°和90°两个软件限位阈值，当计算的目标倾角超出该范围时自动截断至边界值；同时与翻转组件两端的机械限位开关电连接，当触发机械限位时立即切断电机电源并发出故障报警。

21、优选的，还包括显示反馈单元，所述显示反馈单元用于实时显示工作状态和能量产出效率；所述显示反馈单元包括：

22、理论效率计算子单元，用于基于太阳高度角与当前倾角的差值计算理论能量捕获效率；

23、实际效率计算子单元，用于根据实测发电量与理论最大发电量的比值计算实际能量转换效率；

24、提升率计算子单元，用于计算当前实际效率相对于固定倾角效率的提升率；

25、安全状态显示子单元，用于显示当前运行模式和风速预警信息。

26、优选的，所述控制件设有防水防尘外壳，外壳的防护等级不低于ip65，外壳采用铝合金压铸一体成型结构，外表面设置有阵列式散热鳍片，内部发热元件通过导热硅胶垫与外壳内壁紧密贴合实现被动散热；外壳顶部设置有至少一个防水透气阀，用于平衡壳体内外气压；控制件正面设有带密封胶条的维护门；控制件底部设有用于穿设线缆的出口并设置防水接头；控制件与驱动组件之间通过屏蔽电缆进行信号传输。

27、优选的，所述底座为长条形金属框架结构，表面设有防锈处理层，内部沿长度方向焊接有h型钢加固横梁；底座的下方设置有多个固定孔位，用于通过螺栓与地基中的预埋件固定。

28、优选的，所述翻转组件包括旋转机构和锁定机构，所述旋转机构包含轴承和齿轮以实现角度调节时的平滑转动；所述锁定机构用于在所述光伏板调节至目标倾角后锁止旋转轴，锁定机构采用电磁锁、液压锁或机械卡扣结构；其锁紧力可通过控制件输出的电信号连续调节，所述翻转组件的传动部位设有由o型密封圈和骨架油封构成的密封处理；所述角度编码器通过磁感应方式与翻转组件的旋转轴连接，包括安装于旋转轴上的磁环和感知磁场变化的角度编码器，所述翻转组件的旋转轴两端分别设置有0°和90°机械限位挡块及对应的限位开关。

29、优选的，所述夹持组件包括上部夹持结构和下部夹持结构，分别对应夹持所述光伏板的顶部边缘和底部边缘；所述上部夹持结构和下部夹持结构的内侧贴附有缓冲材料，所述缓冲材料为橡胶垫或发泡弹性体；所述支撑柱为中空结构，用于穿设线缆；所述驱动组件的电力由所述光伏板自身产生的电能经独立电源端提供。

30、本发明提供了一种具有倾角自适应调节功能的光伏支架装置。具备以下有益效果：

31、本发明通过设置控制件中的角度采集模块实时获取太阳位置参数（如太阳高度角、方位角），并结合倾角优化计算模块基于地理纬度和日期计算出理论最优倾角，再通过驱动控制模块控制驱动组件和翻转组件自动调节光伏板的实际倾角，使光伏板表面始终保持与太阳入射光线接近垂直的姿态。相比于传统固定倾角支架，本发明能够在不同季节、不同时段动态跟踪太阳位置，最大化单位时间内的太阳辐射接收量，从而显著提升光伏发电系统的能量捕获效率和总发电量。

32、本发明采用分级安全防护模式。在正常风速范围内，系统始终保持理论最优倾角运行，最大化发电效率；当风速超过安全阈值时，分级触发安全模式，将光伏板调整至预设的安全倾角，同时动态提高锁定机构的锁紧力。这种设计既避免了中等风速下无谓牺牲发电量的问题，又能在强风、沙尘等恶劣天气条件下有效降低风阻面积，防止光伏板因受风过大而发生结构损坏或倾覆，实现了发电效率与运行安全的最优平衡。

33、本发明通过角度编码器实时反馈光伏板的当前实际倾角，并将该信号传输至驱动控制模块。驱动控制模块计算目标倾角与实际倾角的差值，并依据驱动组件的传动比和电机步距角精确计算电机转动圈数和步进脉冲数，实现高精度的倾角调节。同时，驱动控制模块还包含误差动态调整单元，能够根据当前风速动态调整允许误差范围（风速越大允许误差范围越大）。在低风速下保持高精度跟踪，最大化发电效率；在高风速下适当放宽精度要求，避免因光伏板受风振动导致电机频繁启停，减少机械磨损和能耗。这种闭环控制结构确保了倾角调节的快速响应和精确到位，避免了传统手动或开环调节方式的滞后性和累积误差。