CN103199742A - 光伏追日系统及太阳能动力汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏追日系统，包括：日照传感器、主控制器、光伏组件和位置调整装置；日照传感器为半球体，半球体形状的表面设置光敏器件阵列，内置微控制单元MCU；MCU与主控制器相连接，主控制器通过位置调整装置与光伏组件相连接。其中内置的微控制单元MCU读取阵列中每个器件的数据，得到太阳相对于传感器的空间位置数据，主控制器读取MCU中太阳空间位置数据，并输出指令通过位置调整组件使光伏组件旋转至正对太阳。这样显著增加了光伏组件太阳能辐射的接收量，提高太阳能光伏组件的发电效率。本发明还公开了一种太阳能动力汽车，在汽车本体上设置本发明中的光伏追日系统，使太阳能动力汽车的动力更为强劲。

Description

光伏追日系统及太阳能动力汽车

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种光伏追日系统及太阳能动力汽车。

背景技术

太阳能发电系统中的核心部件是光伏组件（也叫太阳能电池板）：单体太阳能电池片不能直接做电源使用，作电源必须将若干单体电池片串、并联连接和严密封装成组件，用于将太阳能转化为电能。

目前世界上通用的光伏追日系统主要用于地面发电，使得太阳的光线随时垂直照射于太阳能电池板，太阳能辐射接收量将增加大于35%，显著提高太阳能光伏组件的发电效率。这些用于地面的光伏追日系统需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，都要靠计算该固定地点每一时刻的太阳位置以实现跟踪。光伏追日系统移动时，经纬度信息改变，计算出的太阳位置出现较大偏差，不能使太阳能电池板正对太阳，辐射接收量低，从而太阳能光伏组件的发电效率较低。

发明内容

本发明提供了一种光伏追日系统，能够使光伏追日系统在移动工况下太阳能电池板正对太阳，增加太阳能辐射接收量，从而提高太阳能光伏组件的发电效率。

本发明还提供了一种太阳能动力汽车，该太阳能动力汽车使用本发明光伏追日系统，使汽车的动力更为强劲。

为达上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种光伏追日系统，包括：日照传感器、主控制器、光伏组件和位置调整装置；

所述日照传感器为半球体形状，所述半球体形状的表面设置光敏器件阵列，内置微控制单元MCU；

所述MCU与所述主控制器相连接，所述主控制器通过所述位置调整装置与所述光伏组件相连接；

可选的，所述光伏组件包括一组或多组太阳能电池片。

可选的，所述位置调整装置为单轴跟踪系统或双轴跟踪系统。

可选的，所述单轴跟踪系统包括第一驱动器、第一电机、第一变速装置、第一旋转轴；

所述第一驱动器与所述主控制器相连接，所述第一电机与所述第一驱动器相连接，所述第一变速装置与所述第一电机相连接，所述光伏组件通过所述第一旋转轴与所述第一变速装置相连接。

可选的，所述单轴跟踪系统还包括第一制动器，所述第一制动器与所述第一驱动器相连接，所述第一变速装置与所述第一制动器相连接。

可选的，所述电机为步进电机。

可选的，所述双轴跟踪系统包括第二驱动器、第二电机、第二变速装置、第二旋转轴以及第三驱动器、第三电机、第三变速装置、第三旋转轴。

所述第二驱动器与所述主控制器相连接，所述第二电机与所述第二驱动器相连接，所述第二变速装置与所述第二电机相连接，所述光伏组件通过所述第二旋转轴与所述第二变速装置相连接。

所述第三驱动器与所述主控制器相连接，所述第三电机与所述第三驱动器相连接，所述第三变速装置与所述第三电机相连接，所述光伏组件通过所述第三旋转轴与所述第三变速装置相连接。

可选的，所述双轴跟踪系统还包括第二制动器以及第三制动器，所述第二制动器与所述第二驱动器相连接，所述第二变速装置与所述第二制动器相连接；所述第三制动器与所述第三驱动器相连接，所述第三变速装置与所述第三制动器相连接。

可选的，所述第二电机以及所述第三电机均为步进电机。

一种太阳能动力汽车，包括汽车本体和设置于汽车本体上的如权利要求1-9中任一项所述的光伏追日系统。

由上述技术方案可见，本发明的这种光伏追日系统，为了能使太阳能电池板在移动工况下仍然正对太阳，包括：日照传感器、主控制器、光伏组件和位置调整装置；日照传感器为半球体，半球体形状的表面设置光敏器件阵列，内置微控制单元MCU；MCU与主控制器相连接，主控制器通过位置调整装置与光伏组件相连接。其中内置的微控制单元MCU读取阵列中每个器件的数据，得到太阳相对于传感器的空间位置数据，主控制器读取MCU中太阳空间位置数据，并输出指令通过位置调整组件使光伏组件旋转至正对太阳。这样显著增加了光伏组件太阳能辐射的接收量，提高太阳能光伏组件的发电效率。

另外，为了使光伏追日系统正对太阳的角度更为精确，位置调整装置根据不同的情况设置了单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。

单轴跟踪系统包括第一驱动器、第一电机、第一变速装置、第一旋转轴；第一驱动器与主控制器相连接，第一电机与第一驱动器相连接，第一变速装置与第一电机相连接，光伏组件通过第一旋转轴与第一变速装置相连接。第一驱动器接收主控制器输出指令并控制第一电机动作，第一电机输出连接第一变速装置通过第一旋转轴控制光伏组件旋转。为了方便单轴跟踪系统悬停刹车和限位控制，还设置了第一制动器。为了更准确的控制第一电机动作，还优选第一电机为步进电机。单轴跟踪系统适合在纬度低于30度的地区内使用，可以提高20%-30%的发电量。

双轴跟踪系统包括第二驱动器、第二电机、第二变速装置、第二旋转轴以及第三驱动器、第三电机、第三变速装置、第三旋转轴。第二驱动器与主控制器相连接，第二电机与第二驱动器相连接，第二变速装置与第二电机相连接，光伏组件通过第二旋转轴与第二变速装置相连接。第三驱动器与主控制器相连接，第三电机与第三驱动器相连接，第三变速装置与第三电机相连接，光伏组件通过第三旋转轴与第三变速装置相连接。第二驱动器与主控制器相连接，接收主控制器输出指令并控制第二电机动作，第二电机输出连接第二变速装置通过第二旋转轴控制光伏组件进行方位角旋转。第三驱动器与主控制器相连接，接收主控制器输出指令并控制第三电机动作，第三电机输出连接第三变速装置通过第三旋转轴控制光伏组件进行高度角旋转。双轴跟踪适合在纬度高于35度的地区使用，可以提高35-45%的发电量。为了方便双轴跟踪系统进行方位角及高度角的悬停刹车和限位控制，还设置了第二制动器和第三制动器。为了更准确的控制第二电机和第三电机动作，还优选第二电机和第三电机均为步进电机。

为了使本发明的这种光伏追日系统得到更好的应用，本发明还提供了一种太阳能动力汽车，包括汽车本体和设置于汽车本体上的光伏追日系统。通过在太阳能动力汽车上设置本发明提供的上述光伏追日系统，可以使太阳能电池板在汽车本体的移动工况下也能始终保持正对太阳，增加了太阳能电池板上的太阳辐射量，太阳能光伏组件的发电效率提高，进而使太阳能动力汽车的动力更为强劲。

附图说明

图1为本发明实施例一的光伏追日系统的结构示意图。

图2为本发明实施例二的光伏追日系统的结构示意图。

图3为本发明实施例三的光伏追日系统的结构示意图。

附图标记：1-日照传感器；2-主控制器；3-光伏组件；4-位置调整装置；5-第一驱动器；6-第一电机；7-第一变速装置；8-第一旋转轴；9-第一制动器；10-第二驱动器；11-第二电机；12-第二变速装置；13-第二旋转轴；14-第三驱动器；15-第三电机；16-第三变速装置；17-第三旋转轴；18-第二制动器；19-第三制动器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明实施例一为光伏追日系统的实施例，如图1所示，为了能使太阳能电池板在移动工况下仍然正对太阳，包括：日照传感器1、主控制器2、光伏组件3和位置调整装置4；日照传感器1为半球体形状，半球体形状的表面设置光敏器件阵列，内置微控制单元MCU；MCU与主控制器2相连接，主控制器2通过位置调整装置4与光伏组件3相连接。光伏组件包括一组或多组太阳能电池片。

实施例一中的日照传感器1的设计采用半球体结构，球体表面分布着光敏器件阵列；内置MCU读取阵列中每个器件的数据，获得太阳相对于传感器的空间位置；传感器输出值通过数据总线送至主控制器2。主控制器2读取MCU中太阳空间位置数据，并输出指令通过位置调整组件4使光伏组件3旋转至正对太阳。

日照传感器1中的光敏器件可以为光敏电阻、光敏二极管或光敏三极管等能将光信号转变为电信号的元件。微控制单元MCU启动后初始化日照传感器硬件设备，本次循环开始，判断是否有查询请求，如果有查询请求，解析指令并封装返回数据、发送请求数据，本次循环结束，进入下次循环；如果没有查询请求，读取传感器数据并处理数据、保存数据、准备下次数据采集，本次循环结束，进入下次循环。

主控制器2启动后，开始读取MCU数据，判断是否适合工作，如果不适合跟踪，整个系统处于暂停状态，待光线和跟踪条件适合时，发出快速跟踪指令，输出不同的旋转角度值驱动位置调整装置使太阳能板对准太阳，增加太阳能辐射量，提高发电效率；如果遇到环境风速或降水、降雪等因素不适宜系统工作时，光伏追日系统会自动停止工作，并使整个光伏追日系统的受光面与地平面成平行状态或垂直状态，以避免系统遭到破坏；如果日落，系统会自动进入休眠状态，并自动回归到太阳升起的方位，第二天再自动进入新一轮的运转。

光伏组件4可以为单晶硅太阳能组件、多晶硅太阳能组件、多元化合物太阳能组件等可以实现将太阳能转化为电能的组件。

位置调整装置3可以为单轴跟踪系统、也可以为双轴跟踪系统。

通过上述设置，光伏追日系统在工作过程中使太阳能电池板对准太阳，显著增加了光伏组件接收的太阳能辐射量，提高了太阳能光伏组件的发电效率。

本发明实施例二也是光伏追日系统的实施例，为了适合纬度低于30度的地区太阳能发电的特点，考虑结构维护、发电量增加率以及成本问题，如图2所示，实施例2在实施例1的基础上优选了单轴跟踪系统，包括第一驱动器5、第一电机6、第一变速装置7、第一旋转轴8；第一驱动器5与主控制器2相连接，第一电机6与第一驱动器5相连接，第一变速装置7与第一电机6相连接，光伏组件3通过第一旋转轴8与第一变速装置7相连接。为了精确的悬停刹车和限位控制，单轴跟踪系统还包括第一制动器9，第一制动器9与第一驱动器5相连接，第一变速装置7与第一制动器9相连接。第一电机6为步进电机。

通过使用单轴跟踪系统，光伏追日系统便于做成联动结构，从而有很大的成本降低空间。可以排布多个组件，从而降低了动力结构以及控制系统的成本，增加20%-30%的发电量。

本发明实施例三还是光伏追日系统的实施例，为了适合纬度高于35度的地区太阳能发电的特点，考虑结构维护、发电量增加率以及成本问题，如图3所示，实施例3在实施例1的基础上优选了双轴跟踪系统，包括第二驱动器10、第二电机11、第二变速装置12、第二旋转轴13以及第三驱动器14、第三电机15、第三变速装置16、第三旋转轴17。第二驱动器10与主控制器2相连接，第二电机11与第二驱动器10相连接，第二变速装置12与第二电机11相连接，光伏组件3通过第二旋转轴13与第二变速装置12相连接。第三驱动器14与主控制器2相连接，第三电机15与第三驱动器14相连接，第三变速装置16与第三电机15相连接，光伏组件3通过第三旋转轴17与第三变速装置16相连接。为了精确的悬停刹车和限位控制，双轴跟踪系统还包括第二制动器18以及第三制动器19，第二制动器18与第二驱动器10相连接，第二变速装置12与第二制动器18相连接；第三制动器19与第三驱动器14相连接，第三变速装置16与第三制动器19相连接。第二电机以及第三电机均为步进电机。

双轴跟踪系统既可以为T型结构，也可以为V型结构，V型结构可以安装更多的电池组件。

通过使用双轴跟踪系统，具有两个独立的动力执行机构，可以对太阳能电池板方位角及高度角分别进行调整，提高太阳能电池板接收的辐射照射量，在其它部件相同的情况下可以提高35-45%的发电量，大幅度提高了太阳能发电的效率。

本发明实施例四提供了一种太阳能动力汽车，为了在移动工况下显著增加太阳能辐射量从而提高太阳能发电效率，包括汽车本体和设置于汽车本体上的本发明中的光伏追日系统。

通过使用这种设置有本发明中光伏追日系统的太阳能动力汽车，可以显著增加太阳能动力汽车的动力，从而实现更为强大的功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏追日系统，其特征在于，包括：日照传感器、主控制器、光伏组件和位置调整装置；

所述日照传感器为半球体形状，所述半球体形状的表面设置光敏器件阵列，内置微控制单元MCU；

所述MCU与所述主控制器相连接，所述主控制器通过所述位置调整装置与所述光伏组件相连接。

2.如权利要求1所述的光伏追日系统，其特征在于，所述光伏组件包括一组或多组太阳能电池片。

3.如权利要求1所述的光伏追日系统，其特征在于，所述位置调整装置为单轴跟踪系统或双轴跟踪系统。

4.如权利要求3所述的光伏追日系统，其特征在于，所述单轴跟踪系统包括第一驱动器、第一电机、第一变速装置、第一旋转轴；

所述第一驱动器与所述主控制器相连接，所述第一电机与所述第一驱动器相连接，所述第一变速装置与所述第一电机相连接，所述光伏组件通过所述第一旋转轴与所述第一变速装置相连接。

5.如权利要求4所述的光伏追日系统，其特征在于，所述单轴跟踪系统还包括第一制动器，所述第一制动器与所述第一驱动器相连接，所述第一变速装置与所述第一制动器相连接。

6.如权利要求4所述的光伏追日系统，其特征在于，所述第一电机为步进电机。

7.如权利要求3所述的光伏追日系统，其特征在于，所述双轴跟踪系统包括第二驱动器、第二电机、第二变速装置、第二旋转轴以及第三驱动器、第三电机、第三变速装置、第三旋转轴；

所述第二驱动器与所述主控制器相连接，所述第二电机与所述第二驱动器相连接，所述第二变速装置与所述第二电机相连接，所述光伏组件通过所述第二旋转轴与所述第二变速装置相连接；

所述第三驱动器与所述主控制器相连接，所述第三电机与所述第三驱动器相连接，所述第三变速装置与所述第三电机相连接，所述光伏组件通过所述第三旋转轴与所述第三变速装置相连接。

8.如权利要求6所述的光伏追日系统，其特征在于，所述双轴跟踪系统还包括第二制动器以及第三制动器，所述第二制动器与所述第二驱动器相连接，所述第二变速装置与所述第二制动器相连接；所述第三制动器与所述第三驱动器相连接，所述第三变速装置与所述第三制动器相连接。

9.如权利要求7所述的光伏追日系统，其特征在于，所述第二电机以及所述第三电机均为步进电机。

10.一种太阳能动力汽车，其特征在于，包括汽车本体和设置于汽车本体上的如权利要求1-9中任一项所述的光伏追日系统。

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