技术领域
[0001] 本实用新型涉及
光伏发电技术领域，特别涉及一种预
张力立体柔索结构光伏支架模块及系统。
背景技术
[0002] 传统的光伏支架构造和结构体系仍存在较为明显的
缺陷：一是，占地面积大，遇到
水面或不适宜建设地面光伏的地形时需要采取打桩或漂浮式结构，施工难度大、造价高；二是，简单的悬索式光伏支架结构，因其抗
风能力差，
稳定性不高，且跨距无法做的很大，地形适应性较差。
[0003] 本
发明提出的预张力立体柔索结构光伏支架系统，通过在承重主索之间形成预
应力张拉，形成一定
刚度的支架系统，用于敷设光伏组件；通过3个及以上方向预张力使得支架系统具备很好的稳定性；通过合理的张力
角度设计，避免柔索结构遮挡光伏组件，影响发电效率。适用于无法安装常规光伏支架的场地，如荒山、鱼塘、
自来水厂、污
水处理厂等。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于解决上述背景技术存在的问题，以提高光伏支架结构的稳定性。
[0005] 为实现以上目的，本实用新型采用一种预张力立体柔索结构光伏支架模块，包括：相对设置的第一立柱组、第二立柱组、主索和预张力子索，且两立柱组均包括至少三个高度不同的主索悬挂点，两侧高度一一对应，两侧对应高度的主索悬挂点之间分别固定有主索，预张力子索的一端固定在主索上、另一端连接在光伏组件上，主索分布在光伏组件外围。
[0006] 进一步地，所述立柱柱体和地面之间设置有至少一个斜拉索。
[0007] 进一步地，所述光伏组件和所述预张力子索经连接金具连接，光伏组件本体上预留有安装孔，连接金具上开设有两
定位孔和一固定孔，两定位孔与相邻两光伏组件上的安装孔经
螺栓配合连接，一固定孔与所述预张力子索经螺栓连接。
[0008] 进一步地，所述预张力子索平行且等间距布置在所述主索与光伏组件之间，所述主索的最大弧垂为 其中L为档距，D为预张力子索间距，F1为预张力，F低为主索最低点水平张力，f为主索弧垂；所述主索弧垂与相应的预张力子索处于同一平面内构成预张力平面，预张力平面数量与所述主索数量相同。
[0009] 进一步地，在所述主索为3条时，所述预张力平面与水平面的夹角符合以下关系：
[0010] α＜β1≤(90+α)
[0011] (90+α)＜β2≤(180+α)
[0012] (180+α)＜β3≤(360+α)
[0013] 其中，α为光伏组件最佳倾角，β1，β2，β3分别为主索弧垂f1、f2、f3所在预张力平面与水平面的夹角。
[0014] 进一步地，在所述主索为3条时，每个立柱组包括3个高度不同的主索悬挂点，坐标关系为：
[0015] xF＝f2×cosβ2；yF＝h+f2×sinβ2
[0016] xE＝xF+M×cosα；yE＝yF+M×sinα
[0017] xA＝xE+f1×cosβ1；yA＝yE+f1×sinβ1
[0018] xC＝xF+f3×cosβ3+M×cosα÷2；yC＝yF+f3×sinβ3+M×sinα÷2
[0019] 其中，α为光伏组件最佳倾角，M为光伏组件长度；3条主索最大弧垂分别为f1、f2、f3，3个预张力平面与水平面夹角分别为β1、β2、β3， A、B、C表示每侧立柱组上3个主索悬挂点，E、F为光伏组件上挂点与下挂点，A、B、C、E、F对应坐标分别为 (xA,yA),(xB,yB),(xC,yC),(xE,yE),(xF,yF)，令B点坐标为(0，h)。
[0020] 进一步地，在所述主索为4条时，所述预张力平面与水平面的夹角符合以下关系：
[0021] α＜β1≤(90+α)
[0022] (90+α)＜β2≤(180+α)
[0023] (180+α)＜β3≤(270+α)
[0024] (270+α)＜β4≤(360+α)
[0025] 其中，α为光伏组件最佳倾角，β1，β2，β3，β4分别为主索弧垂f1、f2、 f3、f4所在预张力平面与水平面的夹角。
[0026] 进一步地，在所述主索为4条时，每个立柱组包括4个高度不同的主索悬挂点，坐标关系为：
[0027] xF＝f2×cosβ2；yF＝h+f2×sinβ2
[0028] xE＝xF+M×cosα；yE＝yF+M×sinα
[0029] xA＝xE+f1×cosβ1；yA＝yE+f1×sinβ1，
[0030] xD＝xE+f4×cosβ4；yD＝yE+f4×sinβ4
[0031] xC＝xF+f3×cosβ3；yC＝yF+f3×sinβ3
[0032] 其中，α为光伏组件最佳倾角，M为光伏组件长度；4条主索最大弧垂分别为f1、f2、f3、f4，4个预张力平面与水平面夹角分别为β1、β2、β3、β4，A、B、C、D表示每侧立柱组上4个主索悬挂点，E、F为光伏组件上挂点与下挂点，A、B、C、D、E、F坐标分别为 (xA,yA),(xB,yB),(xC,yC),(xD,yD),(xE,yE),(xF,yF)，令B点坐标为(0，h)。
[0033] 进一步地，所述各主索和所述预张力子索所在平面与光伏组件的迎光面相交，所述光伏组件的迎光面呈南低北高。
[0034] 另一方面，采用一种预张力立体柔索结构光伏支架系统，包括多个上述的预张力立体柔索结构光伏支架模块，相邻模块间的最小距离为： (yA1-yF1)×tan(α+Δα)+M×cosα，其中α为光伏组件最佳倾角，Δα为不同季节光照角度变化范围，M为光伏组件长度，yA1为模块一中A的高度， yF1为模块一中光伏组件下挂点F的高度。
[0035] 与
现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：本方案中在底面相对两侧布置分别布置立柱组，立柱组上至少有三个高度不同的主索悬挂点，两侧悬挂点高度一一对应；至少采用三条主索，对应联接在两侧高度一致的主索悬挂点之间；通过预张力子索连接光伏组件和主索，主索分布在光伏组件外围。各光伏组件在预张力子索施加的三个以上向外张力作用下，保持稳定；各光伏组件的高度相同，水平倾角相同，共同组成与水平面呈固定倾角的光伏组件迎光面，使得光伏组件迎光面在任何工况下不受遮挡，同时每条主索在预张力子索向内的张力下形成稳定的立体结构，避免发生侧翻。
附图说明
[0036] 下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述：
[0037] 图1是采用3条主索情况下的预张力立体柔索结构光伏支架模块的结构示意图；
[0038] 图2是采用4条主索情况下的预张力立体柔索结构光伏支架模块的结构示意图；
[0039] 图3是光伏组件与联接金具的装配示意图；
[0040] 图4是光伏组件与预张力子索连接整体示意图；
[0041] 图5是立柱与主索的装配示意图；
[0042] 图6是预张力平面内主索弧垂、预张力子索及其受力关系示意图；
[0043] 图7是预张力平面角度关系示意图；
[0044] 图8是立柱与主索挂点的方位示意图；
[0045] 图9是本
实施例的光伏支架与现有技术光伏支架受力对比示意图；
[0046] 图10是光伏支架的简化结构示意图；
[0047] 图11是相邻预张力立体柔索结构光伏支架模块的间距示意图。
具体实施方式
[0048] 为了更进一步说明本实用新型的特征，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的保护范围加以限制。
[0049] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一元件，它可以直接在另一元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一元件，它可以是直接连接到另一元件或者可能存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、以及类似的表述只是为了说明目的，并不表示是唯一的实施方式。本文中在实用新型的
说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。
[0050] 如图1-图2所示，本实施例公开了一种预张力立体柔索结构光伏支架，包括：主索和预张力子索5和在地面10相对设置的第一立柱组7、第二立柱组7，且两立柱组均包括至少三个高度主索悬挂点，两侧悬挂点高度一一对应，两侧对应高度的悬挂点之间分别固定有主索，预张力子索5的一端固定在主索上、另一端连接在光伏组件6上，主索分布在光伏组件6外围。
[0051] 其中，立柱组中的立柱设置有至少三个高度的主索悬挂点，主索分布在光伏组件外围，每条主索均连接有一组预张力子索且预张力子索的张力大小和方向均相同，光伏组件连接在预张力子索和主索之间，光伏组件受到预张力子索施加至少三个向外的张力，每条主索受到预张力子索施加的向内的张力，形成稳定的立体结构，在任意方向的外力的作用下均可保持极佳的稳定性。且在张力的作用下，各光伏组件的高度相同、水平倾角相同，共同组成与水平面呈固定倾角的光伏组件迎光面。
[0052] 需要说明的是，预张力子索5数量由支架系统跨距和预张力子索间距确定，预张力子索的间距可取光伏组件的宽度，在忽略主索和预张力子索重力影响的情况下，每条主索及其配套的一组预张力子索均处于同一平面内，将该平面作为预张力平面。则在张力作用下，各预张力平面均与光伏组件迎光面相交，且任意两预张力平面相交所形成的直线经过光伏组件迎光面上沿线、或者经过光伏组件迎光面下沿线、或者与光伏组件迎光面上沿线/下沿线平行。
[0053] 进一步地，立柱7柱体和地面之间设置有至少一个斜拉索8，通过斜拉索8平衡张力，保持整个支架的稳定性。
[0054] 进一步地，如图3-4所示，光伏组件6和所述预张力子索5经连接金具9连接，光伏组件6边框上预留有安装孔，连接金具上开设有两定位孔和一固定孔，两定位孔与相邻两光伏组件上的安装孔经螺栓配合连接，一固定孔与所述预张力子索经螺栓连接。其中，光伏组件之间通过连接金具连接，预张力子索连接连接金具上预留的固定孔上。
[0055] 进一步地，如图5所示，立柱上设置有相应的连接件，主索通过连接件与立柱连接。
[0056] 优选地，如图3所示，本实施例中的预张力子索的长度不同，预张力子索等间距布置在所述主索上，在水平平面内需与主索的弧垂相适用，如图6所示，所述主索的最大弧垂f为：
[0057]
[0058] 其中，L为档距，D为预张力子索间距，F1为预张力，F低为主索最低点水平张力。
[0059] 具体地，主索弧垂与相应的预张力子索处于同一平面内，简称“预张力平面”，预张力平面数量与主索数量一致。
[0060] 进一步地，如图7-图8所示，本实施例中的光伏组件迎光面呈现南低北高的布局，在采用4条主索分别为主索1、主索2、主索3和主索4，从图1中侧视图看各预张力平面的角度符合以下关系：
[0061] α＜β1≤(90+α)
[0062] (90+α)＜β2≤(180+α)
[0063] (180+α)＜β3≤(270+α)
[0064] (270+α)＜β4≤(360+α)
[0065] 其中，α为光伏组件最佳倾角，β1，β2，β3，β4分别为主索弧垂f1、f2、 f3、f4所在预张力平面与水平面的夹角，且β1，β2，β3，β4，以靠近(45+α)、 (135+α)、(225+α)、(315+α)为宜。
[0066] 在采用3条主索时，从图2中侧视图看各预张力平面的角度符合以下关系：
[0067] α＜β1≤(90+α)
[0068] (90+α)＜β2≤(180+α)
[0069] (180+α)＜β3≤(360+α)
[0070] 其中，α为光伏组件最佳倾角，β1，β2，β3分别为主索弧垂f1、f2、f3所在预张力平面与水平面的夹角，且β1，β2，β3，以靠近(45+α)、(135+α)、 (270+α)为宜。
[0071] 进一步地，在已知预张力平面与参考方向的夹角、主索的弧垂的情况下，假设某一悬挂点的高度，则可确定其他悬挂点的相对
位置：
[0072] (1)在所述主索为3条时，每个立柱组包括3个高度不同悬挂点，坐标关系为：
[0073] xF＝f2×cosβ2；yF＝h+f2×sinβ2
[0074] xE＝xF+M×cosα；yE＝yF+M×sinα
[0075] xA＝xE+f1×cosβ1；yA＝yE+f1×sinβ1
[0076] xC＝xF+f3×cosβ3+M×cosα÷2；yC＝yF+f3×sinβ3+M×sinα÷2
[0077] 其中，α为光伏组件最佳倾角，M为光伏组件长度；3条主索最大弧垂分别为f1、f2、f3，3个预张力平面与水平面夹角分别为β1、β2、β3， A、B、C表示每侧立柱组上3个主索悬挂点，E、F为光伏组件上挂点与下挂点，A、B、C、E、F对应坐标分别为(xA,yA),(xB,yB),(xC,yC),(xE,yE),(xF,yF)，令B点坐标为(0，h)。
[0078] (2)在所述主索为4条时，每个立柱组包括4个高度不同悬挂点，坐标关系为：
[0079] xF＝f2×cosβ2；yF＝h+f2×sinβ2
[0080] xE＝xF+M×cosα；yE＝yF+M×sinα
[0081] xA＝xE+f1×cosβ1；yA＝yE+f1×sinβ1，
[0082] xD＝xE+f4×cosβ4；yD＝yE+f4×sinβ4
[0083] xC＝xF+f3×cosβ3；yC＝yF+f3×sinβ3
[0084] 其中，α为光伏组件最佳倾角，M为光伏组件长度；4条主索最大弧垂分别为f1、f2、f3、f4，4个预张力平面与水平面夹角分别为β1、β2、β3、β4，A、B、C、D表示每侧立柱组上4个主索悬挂点，E、F为光伏组件上挂点与下挂点，A、B、C、D、E、F坐标分别为 (xA,yA),(xB,yB),(xC,yC),(xD,yD),(xE,yE),(xF,yF)，令B点坐标为(0，h)。
[0085] 如图9所示，下面对本方案中光伏组件的受力情况进行分析，以比较本光伏支架与现有技术光伏支架的稳定性：
[0086] (1)当采用4条主索结构时，光伏组件受到4条预张力子索向外的张力作用F1、F2、F3、F4作用，同时受到纵向的重力F5，水平向
风力F6作用；假设光伏组件水平倾角为α。力学关系如下(为简化分析，分别假设F1、F3力为垂直方向，F2、F4力为水平方向)。
[0087] (1-1)不计F5、F6时，即F5＝F6＝0；4个方向预张力符合下式：
[0088] F1预＝F3预，F2预＝F4预，F1预/F2预＝tanα
[0089] (1-2)当施加F5、F6后，或者其他方向外力分解为F5、F6：
[0090] F1＝F1预+F5/2；F2＝F2预-F6/2；F3＝F3预-F5/2；F4＝F4预+F6/2
[0091] (1-3)校核各种工况下F1、F2、F3、F4均大于0，且留有一定裕度，即可保证预张力结构的稳定性。
[0092] (2)当采用3条主索结构时，光伏组件受到3条预张力子索向外的张力作用F1、F2、F3作用，同时受到纵向的重力F5，水平向风力F6作用；假设光伏组件水平倾角为α。为简化分析，假设F3方向与光伏组件迎光面垂直，并与F1、F2互差120度，则力学关系如下：
[0093] (2-1)不计F5、F6时，即F5＝F6＝0，3个方向预张力符合下式：
[0094] F1预＝F2预＝F3预
[0095] (2-2)当受到F5、F6等外力作用后，将其沿着F3方向及其垂直方向分解为F法、F切两个方向的分力。
[0096]
[0097] (2-3)校核各种工况下F1、F2、F3均大于0，且留有一定裕度，即可保证预张力结构的稳定性。
[0098] 分析可知，图9中本方案的光伏组件在预张力子索向外的张力下形成稳定的立体结构，在任意方向外力作用下均可保持极佳的稳定性，避免发生侧翻现象。图9中的两对比结构对横向外力较为敏感，稳定性欠佳。
[0099] 如图10所示，部分应用场景下，也可以将3条主索结构简
化成2 条主索结构，其基本原理是依靠光伏组件自身重力替代主索3的预张力。但该结构在横向大风作用下稳定性较差，与图1、图2结构相比在稳定性损失较大，因此不作为推荐结构，仅作为特殊场景下可采用的结构之一。
[0100] 如图11所示，本实施例公开一种预张力立体柔索结构光伏支架系统，包括多个上述实施例所公开的支架模块，相邻模块间的最小距离为： (yA1-yF1)×tan(α+Δα)+M×cosα，其中α为光伏组件最佳倾角，Δα为不同季节光照角度变化范围，M为光伏组件长度，yA1为模块一中A的高度， yF1为模块一中光伏组件下挂点F的高度。
[0101] 需要说明的是，本实施例考虑到不同季节光照角度变化范围对光伏组件的影响，设置光照角度变化范围为Δα；为避免模块间互相遮挡，影响发电效果，将相邻光伏支架件的距离控制在上述最小距离以下。
[0102] 需要特别说明的是，相邻光伏支架间的最小距离可能小于xD，即表示模块二立柱B2与模块一立柱D1可能交叉重叠。
[0103] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
