一种防灾减灾型屋面光伏系统及其控制方法与流程 专利技术说明

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种防灾减灾型屋面光伏系统及其控制方法。背景技术：2.光伏板将太阳能转化为电能，是一种重要的新能源发电组件。在国家大力推广碳达峰和碳中和的背景下，屋面光伏板的应用是实现节能减排的重要措施，具有广阔的应用前景。光伏板通常通过屋面光伏板支架固定在屋面上，传统屋面光伏板支架结构较为简单，大多采用轻钢结构。3.近年来地震台风等自然灾害频发，屋面光伏板的结构安全问题显得尤为重要。传统屋面光伏板支架的一部分放置在屋面上，另一部分通过埋件焊接在屋面上。这种安装方式存在以下不足：一、缺少与屋面的连接，结构强度低，在遇到强风和地震时易发生破坏，甚至有从屋面坠落的风险，具有严重的安全隐患；二、缺少抗震措施，在地震时光伏板支架易发生严重的破坏，进而导致光伏板发生破坏，造成生命财产损失，灾后修复往往费时费力；三、缺少光伏板面污染检测能力，屋面光伏板在使用中，受到风沙扬尘的影响，日积月累会在光伏板上形成大量的沙尘区，这些沙尘会阻挡光线，影响光伏板的发电效率，同时不利于散热，导致沙尘区的温度高于其他未遮挡的温度，易产生热斑效应损害光伏板组件。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种防灾减灾型屋面光伏系统及其控制方法，该屋面光伏系统具有良好的抗震性能，能够保证屋面光伏板在地震、台风等恶劣自然环境下的结构稳定性，确保光伏板在良好的运行环境下工作。5.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：6.一种防灾减灾型屋面光伏系统，其特征在于：包括依次设置在屋面上方的支撑组件一、支撑组件二和光伏板；所述支撑组件一与支撑组件二之间设有减震器；7.所述支撑组件一包括安装在屋面顶部的限位框、嵌入安装在限位框中且与限位框间隙配合的滑动基础以及安装在滑动基础上方的立柱；所述限位框的内壁上设有若干缓冲垫。8.进一步的，所述支撑组件二包括支撑板以及安装在支撑板上方的若干支撑块单元；所述支撑块单元包括安装在支撑板顶部的支撑块和安装在支撑块顶部的顶杆；所述光伏板位于各支撑块单元的上方，且通过连接件与各支撑块单元中的顶杆的上端相连；所述顶杆为伸缩杆。9.进一步的，所述限位框与滑动基础之间设有阻尼器。10.进一步的，所述屋面为混凝土屋面，屋面内设有预埋件一，预埋件一的下方设有l型的锚筋一；所述限位框的外侧设有l型支撑件，限位框通过l型支撑件与预埋件一相连。11.进一步的，所述滑动基础的顶部内侧设有预埋件二，预埋件二的顶部设有l型的锚筋二；所述立柱的下端与预埋件二相连，且立柱下端的外周设有若干肋板。12.进一步的，所述滑动基础与屋面之间设有垫层。13.进一步的，该系统还包括光伏板污染识别模块；所述光伏板污染识别模块采用语义分割方法实现。14.本发明还涉及一种上述防灾减灾型屋面光伏系统的控制方法，该方法包括：15.构建光伏板污染识别模型；16.采集光伏板表面图像，利用光伏板污染识别模型对光伏板表面图像进行分析，确定光伏板污染程度。17.进一步的，所述建立光伏板污染识别模型，包括：18.构建基于语义分割的光伏板污染识别模型；19.构建训练集，利用训练集对光伏板污染识别模型进行训练，得到训练好的光伏板污染识别模型；20.所述构建训练集，包括：21.以单块光伏板为试验对象，将沙尘放置在光伏板上，通过改变沙尘总量和分布形态，拍摄大量的图片，并对图片进行标记，制作训练集t；22.对训练集t进行数据增强，并对数据增强后的训练集中的图片进行灰度变换处理、滤波处理和连通域处理，得到数据集t*；对训练集t中的图片进行水平反转、缩放和旋转的方式进行数据增强，增加训练集的样本数量和多样性。23.对数据集t*进行随机处理，均分成p份，采用交叉验证法轮流选取其中1份作为验证集，其余p-1份作为训练集，直到验证集历遍数据集t*。24.进一步的，所述采集光伏板表面图像，利用光伏板污染识别模型对光伏板表面图像进行分析，确定光伏板污染程度，包括：25.光伏板上端设置有摄像头，摄像头每间隔一定时间对光伏板进行拍照获得光伏板表面图像；26.对光伏板表面图像进行预处理，得到数据集d；所述预处理包括灰度变换处理、滤波处理和连通域处理；利用数据集t*对光伏板污染识别模型进行训练，对模型的训练过程包括权重调整阶段；所述权重调整阶段包括：根据损失函数的偏差值来对参数进行调整，直到模型收敛，达到目标预测准确率，具体地说，分别采用l2损失函数和adam梯度下降优化器对模型进行权重调整直到收敛，光伏板污染识别模型训练完毕；27.采用光伏板污染识别模型对数据集d中的光伏板表面图像进行分析，确定光伏板污染区域，计算光伏板污染面积与光伏板面积之比，得到污染比例u，若污染比例u大于预设阈值，则进行报警提示，提示光伏板需要清洗维护；所述光伏板污染识别模型采用mask rcnn模型作为深度学习网络架构。28.和现有技术相比，本发明的优点为：29.(1)本发明通过在限位框与滑动基础之间设置阻尼器，并在限位框的内壁上设置若干缓冲垫，这样在滑动基础受到外力作用在水平方向上发生位移时，阻尼器和缓冲垫都能对滑动基础在水平方向上的位移起到限制和缓冲作用，避免地震时滑动基础与限位板之间由于刚性碰撞产生的破坏。本发明通过在立柱的上端与支撑板的下端之间设置减震器，对因地震等外力作用带来的光伏板的竖向震动起到缓冲作用，降低支撑板因竖向震动产生的刚性破坏，对光伏板起到了保护作用。30.(2)本发明通过在光伏板的下侧间隔设置若干支撑块单元，支撑块单元中的连接件与光伏板刚性连接，连接件与顶杆的上端连接，顶杆为伸缩杆，顶杆的长度可调节，通过调节顶杆的长度，使各个顶杆呈不同长度，就可以对光伏板的角度进行调节，通过改变光伏板的角度，能够有效增加光伏板在不同光照角度下的工作效率。31.(3)本发明采用l型支撑件连接限位框和预埋件二，l型支撑件的侧面通过螺栓与限位框相邻，l型支撑件的底部通过螺栓和预埋件二相连，l型支撑件和预埋件二，起到增强限位框结构稳定性的作用。本发明中的l型支撑件通过螺栓与其他部件相连，支撑块与顶杆通过螺栓进行连接，具有良好的装配式性能，便于组装和施工。本发明中的阻尼器、缓冲垫和减震器在地震中起到耗散能量的作用，先于主体结构发生破坏，能够对光伏板等主体结构起到保护作用，在灾后修复中阻尼器和减震器易于更换，施工较为简单，具有良好的可修复能力，提高了光伏支架的使用耐久性。32.(4)本发明具有光伏板面污染检测能力，可以识别光伏板表面的风沙积灰区域并及时预警，确保光伏板在良好的运行环境下工作。本发明能够对光伏板面的污染情况进行检测，保证光伏板的清洁度，进而保证光伏板的发电效率。附图说明33.图1是本发明中屋面光伏系统的结构示意图；34.图2是本发明中屋面光伏系统的控制方法的流程图。35.其中：36.1、光伏板，2、连接件，3、顶杆，4、支撑块，5、支撑板，6、螺栓，7、减震器，8、立柱，9、肋板，10、预埋件一，11、限位框，12、阻尼器，13、缓冲垫，14、l型支撑件，15、滑动基础，16、预埋件二，17、垫层，18、锚筋一，19、屋面。具体实施方式37.下面结合附图对本发明做进一步说明：38.如图1所示的一种防灾减灾型屋面光伏系统，包括依次设置在屋面上方的支撑组件一、支撑组件二和光伏板1；所述支撑组件一与支撑组件二之间设有减震器7。所述减震器采用现有技术中常用的减震器。本发明通过在立柱的上端与支撑板的下端之间设置减震器，对因地震等外力作用带来的光伏板的竖向震动起到缓冲作用，降低支撑板因竖向震动产生的刚性破坏，对光伏板起到了保护作用。屋面光伏系统受到外界自然灾害如地震、台风等影响，其结构易发生破坏，如光伏板破损、光伏板坠落、光伏支架断裂等，严重影响到屋面光伏系统的结构安全性；同时屋面光伏系统在长期使用过程中易受到风沙和积灰等影响，光伏板表面形成热斑损害光伏组件并影响发电效率。该屋面光伏系统具有良好的抗震性能和结构稳定性，能保证屋面光伏板在地震、台风等自然灾害下的结构安全性，同时该屋面光伏系统可以识别光伏板表面的风沙积灰区域并及时预警，确保光伏板在良好的运行环境下工作。所述支撑组件一包括安装在屋面19顶部的限位框11、嵌入安装在限位框11中且与限位框11间隙配合的滑动基础15以及安装在滑动基础15上方的立柱8；所述限位框11的内壁上设有若干缓冲垫13。立柱8的顶端设置减震器7，减震器7的上端连接支撑板5，减震器7对地震的竖向震动起到缓冲作用，降低支撑板5因竖向震动产生的刚性破坏。39.进一步的，所述支撑组件二包括支撑板5以及安装在支撑板5上方的若干支撑块单元。所述支撑块单元包括安装在支撑板5顶部的支撑块4和安装在支撑块4顶部的顶杆3。所述光伏板1位于各支撑块单元的上方，且通过连接件2与各支撑块单元中的顶杆3的上端相连。支撑块4上下两端均通过螺栓6分别与顶杆3、支撑板4连接，具有装配式的特点，便于组装和施工。所述顶杆3为伸缩杆，其长度可以调节。将各个顶杆调节为不同的长度，就能够使光伏板呈倾斜状态，以便光伏板能够更好地利用光照。如图1所示，将各个顶杆的高度调节为从左向右依次升高，就能够使位于各个顶杆上方的光伏板倾斜。本发明通过在光伏板的下侧间隔设置若干支撑块单元，支撑块单元中的连接件与光伏板刚性连接，连接件与顶杆的上端连接，顶杆为伸缩杆，顶杆的长度可调节，通过调节顶杆的长度，使各个顶杆呈不同长度，就可以对光伏板的角度进行调节，通过改变光伏板的角度，能够有效增加光伏板在不同光照角度下的工作效率。40.进一步的，滑动基础15位于限位框11内部的空间内。所述限位框11与滑动基础15之间设有阻尼器12。阻尼器的一端与限位框11相连，另一端与滑动基础15相连。阻尼器的数量为至少一个。优选的，限位框11为长方体状的框体，其顶部和底部均设有开口。限位框的四个内壁上均连接有缓冲垫和阻尼器。本发明通过在限位框与滑动基础之间设置阻尼器，并在限位框的内壁上设置若干缓冲垫，这样在滑动基础受到外力作用在水平方向上发生位移时，阻尼器和缓冲垫都能对滑动基础在水平方向上的位移起到限制和缓冲作用，避免地震时滑动基础与限位板之间由于刚性碰撞产生的破坏。41.进一步的，所述屋面19为混凝土屋面，屋面19内设有预埋件一10，预埋件一10的下方设有l型的锚筋一18；所述限位框11的外侧设有l型支撑件14，限位框11通过l型支撑件14与预埋件一10相连。预埋件一10设置在混凝土屋面上，预埋件一10下端设置的锚筋一18呈l型，用于保证预埋件与屋面间的连接强度。预埋件一10通过锚筋一18固定在混凝土屋面内。l型支撑件14的一侧通过螺栓与限位框11进行连接，底部通过螺栓与预埋件一10进行连接，起到增强限位框结构稳定性的作用。42.进一步的，滑动基础15内设置预埋件二16，并通过锚筋进行加固。滑动基础15的上部设置预埋件二16并通过锚筋增强预埋件二16与滑动基础15之间的连接。立柱8固定在预埋件二16上，保证了立柱8与滑动基础15的刚性连接，在立柱8的两侧设置肋板9，肋板9与立柱8和预埋件二16连接，增强了立柱8的结构稳定性。肋板9起到对立柱8加固的作用。43.进一步的，所述滑动基础15与屋面19之间设有垫层17。垫层17安装在屋面的顶部，用于减小滑动基础与混凝土屋面之间的摩擦力，同时起到保护屋面的作用。44.本发明通过设置滑动基础，限位框、阻尼器和隔震支座，保证了该支架在水平方向和竖直方向上的位移冗余度，避免了刚性破坏，起到了抗震的作用，同时通过设置肋板、l型支撑件和预埋件保证了光伏板支撑结构的稳定性，可大大降低光伏板在地震中受到的破坏，确保光伏板持续稳定的工作环境。45.进一步的，该系统还包括光伏板污染识别模块；所述光伏板污染识别模块采用语义分割方法实现。46.如图2所示，本发明还涉及一种上述防灾减灾型屋面光伏系统的控制方法，该方法包括：47.构建光伏板污染识别模型；48.采集光伏板表面图像，利用光伏板污染识别模型对光伏板表面图像进行分析，确定光伏板污染程度。49.进一步的，所述建立光伏板污染识别模型，包括：50.构建基于语义分割的光伏板污染识别模型；51.构建训练集，利用训练集对光伏板污染识别模型进行训练，得到训练好的光伏板污染识别模型；52.所述构建训练集，包括：53.以单块光伏板为试验对象，将沙尘放置在光伏板上，通过改变沙尘总量和分布形态，拍摄大量的图片，并对图片进行标记，制作训练集t；54.对训练集t进行数据增强，并对数据增强后的训练集中的图片进行灰度变换处理、滤波处理和连通域处理，得到数据集t*；对训练集t中的图片进行水平反转、缩放和旋转的方式进行数据增强，增加训练集的样本数量和多样性。55.对数据集t*进行随机处理，均分成p份，采用交叉验证法轮流选取其中1份作为验证集，其余p-1份作为训练集，直到验证集历遍数据集t*。56.进一步的，所述采集光伏板表面图像，利用光伏板污染识别模型对光伏板表面图像进行分析，确定光伏板污染程度，包括：57.光伏板上端设置有摄像头，摄像头每间隔一定时间对光伏板进行拍照获得光伏板表面图像；58.对光伏板表面图像进行预处理，得到数据集d；所述预处理包括灰度变换处理、滤波处理和连通域处理；利用数据集t*对光伏板污染识别模型进行训练，对模型的训练过程包括权重调整阶段；所述权重调整阶段包括：根据损失函数的偏差值来对参数进行调整，直到模型收敛，达到目标预测准确率，具体地说，分别采用l2损失函数和adam梯度下降优化器对模型进行权重调整直到收敛，光伏板污染识别模型训练完毕；59.采用光伏板污染识别模型对数据集d中的光伏板表面图像进行分析，确定光伏板污染区域，计算光伏板污染面积与光伏板面积之比，得到污染比例u，若污染比例u大于预设阈值，则进行报警提示，提示光伏板需要清洗维护；所述光伏板污染识别模型采用mask rcnn模型作为深度学习网络架构。60.综上所述，本发明具有良好的抗震性能和结构稳定性，能保证屋面光伏板在地震、台风等自然灾害下的结构安全性，同时该屋面光伏系统可以识别光伏板表面的风沙积灰区域并及时预警，确保光伏板在良好的运行环境下工作。且本发明具有光伏板面污染检测能力，可以识别光伏板表面的风沙积灰区域并及时预警，确保光伏板在良好的运行环境下工作。本发明能够对光伏板面的污染情况进行检测，保证光伏板的清洁度，进而保证光伏板的发电效率。61.以上所述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。









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