CN103592956B - 一种太阳能光伏板采光自动监控装置 - Google Patents

一种太阳能光伏板采光自动监控装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是一种太阳能光伏板采光自动监控装置。利用太阳光照角度不同光伏板产生电流大小不同的原理对光伏板角度进行实时调整以达到自动追踪阳光，使太阳光垂直并完全照射光伏板，从而实现光伏板对太阳光能量的最大化吸收利用。基于此原理，当阴天或者光线较弱等恶劣天气时，即使太阳位置不明确，通过本装置也可以测得光伏板产生最大电流值的角度，实现光伏板最大采光效率的目的。本发明结构简单、制造成本低、控制方便、反应快速灵活。

Description

一种太阳能光伏板采光自动监控装置
技术领域
本发明涉及的是一种太阳能光伏板采光监控装置。
背景技术
当前社会能源紧缺问题日益严重，太阳能作为一种可利用新型绿色能源显得越来越重要。目前，随着太阳能在工农业生产和家庭生活中的广泛应用，如何才能充分获取太阳光的照射能量成为了太阳能实际使用中的重要问题。由于太阳光垂直照射光伏板的时候，光伏板才能充分吸收太阳能，达到最大使用效率值，而在太阳光线与光伏板形成较小角度照射时，光伏板吸收的太阳光能量就少。但是在实际使用中，由于地形、天气变化以及太阳能板采光率等条件限制，现有的太阳能装置，大部分是固定在一个角度，不能随着太阳照射角度的改变而转动或者只能通过人眼观察手动调整太阳能光伏板，从而无法充分获取太阳光的照射能量。目前的一些太阳光跟踪装置，虽然也能自动追踪阳光，但是结构过于复杂，制作成本较高，且不便于维护，申请号为201120283569.5的专利文件中公开的光伏板太阳能自动追光装置，结构简单，制造方便，但是其原理是通过遮光板遮挡光伏板上的光电传感器来控制光伏板角度变化，这样的设计本身却又不能充分使用整个光伏板，影响了光伏板发挥全部效率。而且在阴天或者光线较弱等天气恶劣的情况下，由于太阳位置不明确，导致多数光伏板自动追光装置不能完全工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、制造成本低、控制方便、反应快速灵活的太阳能光伏板采光自动监控装置。
本发明的目的是这样实现的：
包括光伏板角度调整部分和光伏板控制部分；
光伏板角度调整部分由俯仰角度调整机构和水平角度调整机构组成；
俯仰角度调整机构包括：俯仰电机1及编码器I2安装于机架12上部，支架I5和支架II13安装于机架12上部，转架I24和转架II18通过轴II26分别安装于支架I5和支架II13上部，支架I5的中间部位设置轴I3，转架I24和转架II18中间部位设置轴III19，俯仰电机1输出轴与轴I3相连，轴I3上安装的俯仰齿轮I27与安装在轴II26上的俯仰齿轮IV25啮合，轴III19上安装的俯仰齿轮V23轴II26上的俯仰齿轮IV25啮合；水平角度调整机构包括水平电机14及编码器II15安装于机架12上部，水平电机14输出轴向下与轴V11相连，水平齿轮II10固定安装于轴V11上，轴V11的另一端悬空，水平齿轮II10与水平齿轮I6啮合，水平齿轮I6安装于轴IV7上，轴IV7的上端安装于机架12上，轴IV7的下端固定安装于平台架12上；
光伏板控制部分主要包含的部件：光伏板22、直流电流测量仪21和控制芯片，光伏板22固定安装于转架I24和转架II18顶端，直流电流测量仪21固定安装于光伏板22下方的转架上，直流电流测量仪21实时检测光伏板22产生的电流大小并进行记录，同时编码器I2和编码器II15将角度信息进行反馈，通过控制芯片对最大电流信息及角度信息进行处理，并根据产生最大电流时所对应的角度对俯仰电机1水平电机14进行控制调整，使光伏板22始终处于效率最大值的位置。
轴I3上还安装有俯仰齿轮III30，轴II26上还安装有俯仰齿轮II29和俯仰齿轮VII17，俯仰齿轮III30与俯仰齿轮II29啮合，轴III19上还安装有俯仰齿轮VI20，俯仰齿轮VI20与俯仰齿轮VII17啮合。
为了解决光伏板无法充分获取太阳光照射能量和无法在太阳位置不明确的情况下使用的问题，本发明提供了一种结构简单、制造成本低、控制方便、反应快速灵活的太阳光自动追踪装置。利用太阳光照角度不同光伏板产生电流大小不同的原理对光伏板角度进行实时调整以达到自动追踪阳光，使太阳光垂直并完全照射光伏板，从而实现光伏板对太阳光能量的最大化吸收利用。基于此原理，当阴天或者光线较弱等恶劣天气时，即使太阳位置不明确，通过本装置也可以测得光伏板产生最大电流值的角度，实现光伏板最大采光效率的目的。
本发明具有如下优点：
1.本发明结构简单，控制方便，反应快速灵活，并可以使用光伏板全部采光部分，保证了光伏板的使用效率。
2.本发明不仅可以实现自动追光，还可以在太阳位置不明确的天气情况下实现对光伏板最大采光值的位置进行精确测量，极大地降低了天气对光伏板使用效率的影响，提高了光伏板的使用效率。
3.本发明不仅可以直接作为一台太阳能光伏板的自动追光监控装置，还可以作为数台太阳能光伏板的角度调整中心，通过自动追光监控中心装置测量太阳直射角度，通过现场总线控制其余数台被控太阳能光伏板跟随变换角度，实现多台太阳能光伏板自动追光的目的。
附图说明
图1：传动关系全剖示意图。
图2：三维建模示意图。
图3a-图3d：光伏板获取最大采光值时动作过程示意图。
图4a-图4e：太阳出现后追光动作过程示意图。
图5a-图5e：太阳位置发生变化时追光动作过程示意图。
图6a-图6e：全天追光动作过程示意图。
图7a-图7e：作为监控装置场景示意图。
图8：太阳位置不明确时角度调整动作过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述。
本发明主要包括：光伏板角度调整机构部分、光伏板控制部分。
光伏板角度调整机构部分主要包含的部件：俯仰电机1、编码器2、15、俯仰齿轮17、20、23、25、27、29和30、转架18和24、支架5和13、轴3、7、11、19和26、轴承4、9、16和28、水平电机14、水平齿轮6和10、机架12、平台架8。
结合图1和图2，对光伏板角度调整机构部分的结构进行详细说明。光伏板角度调整机构部分由俯仰角度调整部分和水平角度调整部分两部分组成。首先，对俯仰角度调整部分结构进行说明。俯仰电机1、编码器I2固定安装于机架12上部，俯仰电机1输出轴与轴I3相连，俯仰齿轮I27与俯仰齿轮III30固定安装于轴I3上，轴I3通过轴承I4安装于一侧支架I5的中间部位；俯仰齿轮I30、俯仰齿轮III27分别与俯仰齿轮II29、俯仰齿轮IV25啮合，俯仰齿轮II29、俯仰齿轮IV25、俯仰齿轮VII17、转架I24和转架II18共同固定安装于轴II26上，轴II26通过轴承II28和轴承III16分别安装于支架I5和支架II13上部；俯仰齿轮IV25、俯仰齿轮VII17分别与俯仰齿轮V23、俯仰齿轮VI20啮合，俯仰齿轮V23和俯仰齿轮VI20固定安装于轴III19上，轴III19固定安装于转架I24和转架II18中间部位；光伏板22固定安装于转架I24和转架II18顶端。通过上述固连关系，俯仰电机1工作，驱动各俯仰齿轮转动，从而实现对光伏板22的仰角进行调整。其次，对水平角度调整部分结构进行说明。水平电机14、编码器II15固定安装于机架12上部，水平电机14输出轴向下与轴V11相连，水平齿轮II10固定安装于轴V11上，轴V11的另一端悬空，水平齿轮II10与水平齿轮I6啮合，水平齿轮I6安装于轴IV7上，轴IV7的上端通过轴承IV9安装于机架12上，轴IV7的下端固定安装于平台架12上。通过上述固连关系，水平电机14工作，驱动各水平齿轮转动，从而实现对光伏板22的水平角度进行调整。
光伏板控制部分主要包含的部件：光伏板22、直流电流测量仪21和控制芯片。直流电流测量仪固定安装于光伏板22下方的转架上，用于实时检测光伏板22产生的电流大小并进行记录。当光伏板22角度发生变化时，直流电流测量仪21对光伏板22产生的电流进行实时测量，并对产生的最大电流进行记录，同时编码器I2和编码器II15将此时的角度信息进行反馈，通过控制芯片对最大电流信息及角度信息进行处理，并根据产生最大电流时所对应的角度对俯仰电机1水平电机14进行控制调整，使光伏板22始终处于效率最大值的位置，即阳光直射光伏板22时的角度。
下面结合图3，图4，图5，图6，图7，图8说明本发明的具体实施过程。
结合图3，对光伏板22获取最大采光值时角度位置的动作过程进行详细说明。首先，控制芯片对俯仰电机1发出指令，俯仰电机1驱动光伏板22前后平缓转动一圈，直流电流测量仪21测得在此过程中的最大电流值，编码器I2将所对应的角度位置信息记录并发送给控制芯片，控制芯片再对俯仰电机1发出指令，俯仰电机1工作将光伏板22仰角调整至产生最大电流值时的角度位置，从而完成对光伏板22仰角进行调整。再次，控制芯片对水平电机14发出指令，水平电机14驱动光伏板22水平转动一圈，直流电流测量仪21测得在此过程中的最大电流值，编码器II15将所对应的角度位置信息记录并发送给控制芯片，控制芯片再对水平电机14发出指令，水平电机14工作将光伏板22水平角度调整至产生最大电流值时的角度位置，从而完成对光伏板22水平角度进行调整。最后，由于光伏板22水平角度发生变化，因此要对光伏板22仰角进行二次修正。控制芯片再次对俯仰电机1发出指令，俯仰电机1驱动光伏板22小角度前后转动，对光伏板22仰角进行调整，直流电流测量仪21再次测得在此过程中的最大电流值，编码器I2将所对应的角度位置信息记录并发送给控制芯片，控制芯片再对俯仰电机1发出指令，俯仰电机1工作将光伏板22仰角调整至产生最大电流值时的角度位置。最终在对光伏板22仰角和水平角度进行调整之后，光伏板22停留的位置即为可以获取太阳光最大能量值的位置。
结合图4，当太阳31出现后对光伏板22角度调整的动作过程进行详细说明。首先，当太阳出现后，太阳31照射光伏板22，光伏板22吸收太阳能产生电流，直流电流测量仪21检测到电流，并将信息发送到控制芯片。其次，控制芯片对俯仰电机1发出指令，俯仰电机1驱动光伏板22前后转动，将光伏板22仰角调整至产生最大电流值时的角度位置。再次，控制芯片对水平电机14发出指令，水平电机14驱动光伏板22水平转动，将光伏板22水平角度调整至产生最大电流值时的角度位置。最后，再对光伏板22仰角进行二次修正。控制芯片对俯仰电机1发出指令，俯仰电机1驱动光伏板22前后小角度转动，将光伏板22仰角调整至产生最大电流值时的角度位置。最终在对光伏板22仰角和水平角度调整之后，光伏板22停留的位置即为可以获取太阳光最大能量值的位置，即太阳光直射光伏板22的角度位置。
结合图5，当太阳31位置发生变化时对光伏板22追光的动作过程进行详细说明。首先，当太阳31位置发生变化时，直流电流测量仪21检测到电流减弱，并将信息发送到控制芯片。其次，控制芯片对俯仰电机1发出指令，通过俯仰电机1对光伏板22仰角进行调整，测得此过程最大电流值并记录此时角度信息，控制芯片再驱动俯仰电机1工作将光伏板22仰角调整至电流最大值处；然后控制芯片再对水平电机14发出指令，通过水平电机14对光伏板22水平角度进行调整，测得此过程最大电流值并记录此时角度信息，控制芯片再驱动水平电机14工作将光伏板22水平角度调整至电流最大值处。最后，再通过俯仰电机1对光伏板22仰角进行二次修正。最终，在对光伏板22仰角和水平角度调整之后，光伏板22停留的位置即为可以获取太阳光最大能量值的位置，即太阳光直射光伏板22的角度位置。
结合图6，在一天当中太阳31位置发生变化时对光伏板22进行追光的总体动作过程进行详细说明。当太阳31出现后，直流电流测量仪21检测到电流，控制芯片通过控制俯仰电机1和水平电机14对光伏板22仰角和水平角度进行调整，使光伏板22处于太阳光直射的角度。当太阳31位置缓慢变化时，直流电流测量仪21检测到电流变化，控制芯片发出指令，装置重复上述动作过程，使光伏板22始终处于太阳31直射的角度，直到太阳31消失。当没有太阳光照射直到直流电流测量仪21检测不到电流后，控制芯片按照光伏板22初始状态位置发出指令，俯仰电机1和水平电机14对光伏板22角度进行调整，使光伏板22恢复至初始状态位置，即光伏板22转向第二天太阳升起的方向。
结合图7，在阴天或者光线较弱等太阳位置不明确的情况下对光伏板22进行角度调整的动作过程进行详细说明。首先，直流电流测量仪21检测到电流变化，并将信息发送到控制芯片。其次，控制芯片对俯仰电机1发出角度调整指令，驱动俯仰电机1对光伏板22仰角进行调整，将光伏板停留在直流电流测量仪21测得在此过程中最大电流值时的角度位置；然后控制芯片再对水平电机14发出指令，通过水平电机14对光伏板22水平角度进行调整，将光伏板停留在直流电流测量仪21测得在此过程中最大电流值时的角度位置。最后，再通过俯仰电机1对光伏板22仰角进行二次修正。最终在对光伏板22仰角和水平角度调整之后，光伏板22停留的角度位置即为可以获取太阳光最大能量值的角度位置。
结合图8，对装置作为一种太阳能光伏板监控装置的具体实施方式进行详细说明。本发明不仅可以直接作为太阳能光伏板的自动调整装置使用，还可以作为多台太阳能光伏板的监控装置使用。使用本装置作为自动追光角度的控制中心，分别与多台被控太阳能光伏板相连，本装置控制芯片与其余多台太阳能光伏板控制芯片相连，其余多台太阳能光伏板则不用安装直流电流测量仪，只需安装本装置的角度调整部分和控制芯片即可，这样可以节约制造成本。当太阳31位置放生变化后，本装置首先调整角度位置使太阳光直射光伏板22，并将具体的角度信息分别发送至其余多台被控太阳能光伏板，被控太阳能光伏板的控制芯片按照接收到的角度信息再对各自的光伏板角度进行调整，从而达到对多台太阳能光伏板角度进行调整，实现多台太阳能光伏板自动追踪太阳光的目的。

Claims (2)

1.一种太阳能光伏板采光自动监控装置，包括光伏板角度调整部分和光伏板控制部分；其特征是：
光伏板角度调整部分由俯仰角度调整机构和水平角度调整机构组成；
俯仰角度调整机构包括：俯仰电机(1)及编码器I(2)安装于机架(12)上部，支架I(5)和支架II(13)安装于机架(12)上部，转架I(24)和转架II(18)通过轴II(26)分别安装于支架I(5)和支架II(13)上部，支架I(5)的中间部位设置轴I(3)，转架I(24)和转架II(18)中间部位设置轴III(19)，俯仰电机(1)输出轴与轴I(3)相连，轴I(3)上安装的俯仰齿轮I(27)与安装在轴II(26)上的俯仰齿轮IV(25)啮合，轴III(19)上安装的俯仰齿轮V(23)与轴II(26)上的俯仰齿轮IV(25)啮合；水平角度调整机构包括水平电机(14)及编码器II(15)安装于机架(12)上部，水平电机(14)输出轴向下与轴V(11)相连，水平齿轮II(10)固定安装于轴V(11)上，轴V(11)的另一端悬空，水平齿轮II(10)与水平齿轮I(6)啮合，水平齿轮I(6)安装于轴IV(7)上，轴IV(7)的上端安装于机架(12)上，轴IV(7)的下端固定安装于平台架（8）上；
光伏板控制部分主要包含的部件：光伏板(22)、直流电流测量仪(21)和控制芯片，光伏板(22)固定安装于转架I(24)和转架II(18)顶端，直流电流测量仪(21)固定安装于光伏板(22)下方的转架上，直流电流测量仪(21)实时检测光伏板(22)产生的电流大小并进行记录，同时编码器I(2)和编码器II(15)将角度信息进行反馈，通过控制芯片对最大电流信息及角度信息进行处理，并根据产生最大电流时所对应的角度对俯仰电机(1)、水平电机(14)进行控制调整，使光伏板(22)始终处于效率最大值的位置。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏板采光自动监控装置，其特征是：轴I(3)上还安装有俯仰齿轮III(30)，轴II(26)上还安装有俯仰齿轮II(29)和俯仰齿轮VII(17)，俯仰齿轮III(30)与俯仰齿轮II(29)啮合，轴III(19)上还安装有俯仰齿轮VI(20)，俯仰齿轮VI(20)与俯仰齿轮VII(17)啮合。
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