CN104615148A - 一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法 - Google Patents
一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104615148A CN104615148A CN201510031812.7A CN201510031812A CN104615148A CN 104615148 A CN104615148 A CN 104615148A CN 201510031812 A CN201510031812 A CN 201510031812A CN 104615148 A CN104615148 A CN 104615148A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solar panel
- solar
- sun
- angle
- street light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 33
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 16
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 13
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 9
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 241000112598 Pseudoblennius percoides Species 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 241000208818 Helianthus Species 0.000 description 3
- 235000003222 Helianthus annuus Nutrition 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 241001424688 Enceliopsis Species 0.000 description 2
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000013536 elastomeric material Substances 0.000 description 1
- 230000035784 germination Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
Abstract
一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，涉及太阳能电池板的控制，特别涉及太阳能路灯用的太阳能电池板的追日方法。太阳能路灯通过电力线连接，设置一个太阳能路灯作为局域网主站；太阳能路灯的太阳能电池板配套方位角和俯仰角调节的联动机构；主站设置GPS模块和存储器，存储器中存储当前地点的全年太阳初升、落日时间以及每天太阳初升时和其后每半小时的太阳方位角；根据安装位置的经纬度安装调整联动机构，主站比较当前时间与存储器中存储的时间，将太阳的方位角信息传送给终端站，路灯根据方位角信息调整太阳能电池板。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池板的控制，特别涉及太阳能路灯用的太阳能电池板的追日方法。
背景技术
太阳能路灯以太阳能作为主要能源，辅助风力发电作为补充，同时连接公共电网，将自身多余的电量送到电网，当自身发电量不足时从电网取电。这种路灯可用于城镇、广场、学校、公园、街道、草坪的照明。
对于太阳能电池板，阳光照射到电池板表面的入射角是光伏系统能效的一个决定因素。对于固定式太阳能电池板而言，一天中大部分时间，阳光都是倾斜地照在太阳能电池板上。只有当阳光垂直照射在电池板上时才会获得最大的能源产出。因此，理想的解决方案是将光伏电池板安装在能够精确跟随太阳运行轨迹而移动的追踪系统中。采用这种方式，太阳能电池板的发电量比固定式系统的发电量高出35%以上。
当太阳直射到太阳能电池板时，转换效率最高。有两个因素影响照射角度，一个是太阳的高度角，一个是太阳能电池板的方位角。对于地球上的某个地点，太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，专业上讲太阳高度角是指某地太阳光线与通过该地与地心相连的地表切线的夹角。太阳高度角简称高度角。
在生物界，向日葵已经实现了太阳的跟踪。向日葵从发芽到花盘盛开之前这一段时间是向日的，其叶子和花盘在白天追随太阳从东转向西，不过并非即时的跟随，植物学家测量过，其花盘的指向落后太阳大约12度，即48分钟。太阳下山后，向日葵的花盘又慢慢往回摆，在大约凌晨3点时，又朝向东方等待太阳升起。
太阳相对地球的运行规律：
春分日和秋分日，太阳从正东方升起，正午到达子午线，方向正南，然后从正西日投，日夜时段平分。
夏至日，太阳从东北方升起，正午到达子午线，方向正南，然后从西北日投，此日在一年中昼间时段最长，夜间时段最短，正午是太阳高度角最大。
东至日，太阳从东南方升起，正午到达子午线，方向正南，然后从西南日投，此日在一年中昼间时段最短，夜间时段最长，正午是太阳高度角最小。
北京在夏至日太阳初升时的方位角大致为东偏北31°，在冬至日太阳初升时的方位角大致为东偏南31°。
目前，太阳跟踪系统主要采取以下几种方式：
1、压差式太阳跟踪器：采光板南北放置，其倾角可按不同季节通过手动调节。在采光板周边设有一组空气管作为时角的跟踪传感器。当太阳偏移时，两根空气管受太阳的照射不同，管内产生压差。当压差达到一定的数值时，压差执行器就发出跟踪信号，用压力为0.1Mpa的自来水作为跟踪动力来带动采光板跟踪太阳。当采光板对准太阳时，管内压力平衡，压差执行器停止跟踪。其主要的优点是结构比较简单、制作费用低、跟踪器的跟踪灵敏度高。这种跟踪器在实际中应用范围很广，但是存在机构刚度低、工作空间受限制的缺点，而且一般只用于单轴跟踪。另外，不能完成自动对太阳往返于南北回归线之间的运动跟踪，只能每隔一段时间重新对准阳光。因此，跟踪精度特别低，尚需要人为干涉，无法达到自动跟踪太阳。
2、控放式太阳跟踪器：控放式自动跟踪装臵对太阳方位角进行单向跟踪，操作时，在集热装置西侧安放一偏重，作为太阳采光板向西转动的动力，采光板的转动的动能来源于偏重的势能，其优点是成本低廉，可以不用外接电源，使收集到的能源充分转化利用。但是该机构只能做成单轴跟踪器，不能适应野外恶劣的工作环境，特别是大风会对装置造成影响。
3、机械式跟踪器 ：这是一种被动式的跟踪装置，可以有单轴和双轴两种形式。这种跟踪装臵通过电机以恒定的速度带动太阳能采光板运动来实现对太阳的运行轨迹的跟踪。1997年美国研制出了单轴太阳跟踪器，能完成东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的热接收率提高了15％。其优点是结构简单、便于制造，并且该装置的控制系统也十分简单，但是该装臵跟踪精度不高，需要人为进行干涉，不能完全达到自动跟踪太阳的要求。
4、光电传感器跟踪装置：光电管的安装靠近遮光板。通过调整遮光板的位置，使遮光板对准太阳、硅光电池处于阴影区；当太阳西移时，遮光板的阴影偏移，光电管受到阳光直射输出一定值的微电流，作为偏差信号，经放大电路放大，由伺服机构调整角度，使追踪装置对准太阳完成跟踪。其优点是光电跟踪灵敏度高，结构设计较为简单，不需要人为干涉，可以完全自动跟踪太阳。但是该种机构易受天气的影响，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，则太阳光线往往不能照射到太阳能电池板上，导致跟踪装置无法对准太阳，甚至会引起执行机构的误动。
5、视日运动轨迹跟踪系统：视日运动轨迹系统根据跟踪系统的轴数可分为单轴和双轴两种。单轴跟踪一般采用3种方式：一是倾斜布置东西跟踪；二是焦线南北水平布置，东西跟踪；三是焦线东西水平布置，南北跟踪。这3种方式都是单轴转动的南北向或东西向跟踪。双轴跟踪可以分为两种方式：极轴式全追踪和高度角一方位角式全追踪。在太阳高度和赤纬角的变化上都能够跟踪太阳，从而获得最多的太阳能。全跟踪（即双轴跟踪）就是根据这样的要求而设计的。视日运行轨迹跟踪方法是通过计算机计算太阳运行轨迹，并自动跟踪其轨迹来实现对太阳的跟踪。在天文学上，太阳的观测位置是可以根据当地的地理位臵和时间来确定的，计算机就根据这一信息来确定太阳的观测位置。其优点是通过计算机运算使跟踪装置可以全天跟踪，而不需要人为地干预和帮助。另外，采用视日运行轨迹跟踪方法还需要完成日出时间和日落时间的计算。在日出前，跟踪装置按照一定的运行轨迹到达预定的位置等待日出；在日落后，跟踪装置又需要按原路线返回到日出前位置。
大型的太阳能发电机构基本上都采用第5种方式。但该方式结构复杂，需要多个驱动装置完成跟踪。
对于太阳能路灯来说，配套的设备不可能太复杂，如何在获得最大的太阳能转换效率和降低设备的复杂度之间取得平衡，是一个需要解决的技术问题。
目前，一定范围内的太阳能路灯通过有线或无线方式已经组成局域网，特别是通过连接路灯间的电力线联网，并且，为了实现集中控制，各局域网还可以连接到控制中心。
发明内容
为了在太阳能路灯上充分利用太阳能，考虑太阳能路灯本身的特点，提出了本发明。
本发明采用的技术方案是：一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，多个太阳能路灯各自配套太阳能电池板、电力线通信模块以及包括处理器的控制板，路灯间通过电力线连接，关键在于：在每个变压器工作范围内，至少设置一个太阳能路灯作为局域网主站，其他太阳能路灯作为终端站；每个太阳能路灯的太阳能电池板配套设置方位角和俯仰角调节的联动机构；作为局域网主站的太阳能路灯的控制板上设置GPS模块和存储器，存储器中存储当前地点的全年太阳初升、落日时间以及每天太阳初升时太阳的方位角；
太阳能电池板的太阳跟踪控制方法包括以下步骤：
A、根据太阳能路灯安装位置的经纬度安装调整联动机构，调整的原则是当太阳能电池板转到东、西向时，太阳能电池板与垂直方向的夹角设置为0°～5°，正午时太阳能电池板与垂直方向的夹角设置为该地春分时的太阳高度角±10°；
B、局域网主站通过GPS模块取得当前时间；
C、局域网主站将当前时间减去存储器中存储的当天太阳初升时间，然后再加上15分钟，当结果为30分钟的倍数时，通过网络向局域网中的终端站发送角度旋转命令，主站将太阳能电池板自东向西转7.5°；
D、如果取得的当前时间等于存储器中存储的当天太阳落日时间，通过网络向局域网中的终端站发送复位命令，复位命令中包含第二天太阳初升时太阳的方位角，主站将太阳能电池板转到第二天太阳初升时太阳的方位角位置；
F、网络终端站收到角度旋转命令时，将太阳能电池板自东向西转7.5°；
E、网络终端站收到复位命令时，将太阳能电池板转到第二天太阳初升时太阳的方位角位置。
一定区域范围内，具体到在太阳能路灯组成的局域网范围内，太阳的高度角和方位角大致是一样的，因此可以在此范围内统一调整太阳能电池板的角度。采用局域网主站或控制中心统一控制，可以简化其他作为终端站的太阳能路灯的功能。
根据安装地点的经纬度将该地的全年太阳初升、落日时间以及每天太阳初升时太阳的方位角存储，根据当前时间每半小时来调整一次方位角，调整角度为7.5°，节省存储空间，控制方法简单有效，电机工作时间短，节省电力。
将太阳能电池板的方位角和俯仰角的调整整合到一个方位角和俯仰角调节的联动机构，设备简单，可靠性高。
采用此发明，通过电力线组成的网络集中控制，可以简化每个太阳能路灯的控制功能；通过方位角和俯仰角调节的联动机构同时实现太阳能电池板的两个角度的控制，降低了设备的复杂度以及设备成本；通过根据安装地点安装调整联动机构，可以在简单设备及简化控制策略的基础上实现提高太阳能的转化效率，整体转化率可以达到最佳转换效率的90%以上。
附图说明
图1是单晶硅太阳能电池转换效率与倾角的对应关系；
图2是单晶硅太阳能电池转换效率与方位角的对应关系；
图3是本发明一个实施例正午时太阳能板的状态图；
图4是本发明一个实施例早、晚时太阳能板的状态图；
图5是本发明另一个实施例正午时太阳能板的状态图；
图6是本发明另一个实施例早、晚时太阳能板的状态图；
图7本发明涉及的网络示意图；
图8是本发明实施例的结构示意图；
图9是图8不同角度的的结构示意图；
图10是旋转驱动机构的结构示意图；
图11是滚珠组件的结构剖视示意图；
图12是水平位移机构的结构剖视示意图；
图13是本发明另一实施例的结构示意图；
图14是图13不同角度的结构示意图；
附图中：1是灯杆，2是灯具，3是太阳能电池板，3-1是旋转支架，3-2是旋转驱动机构，3-2-1是步进电机，3-2-2是减速器，3-2-3是齿轮，3-3是水平位移机构，3-3-1是水平导轨，3-3-2是滑块，3-4是角度调节限位机构，3-4-1是往复式异型限位导轨，3-4-2是竖直支撑杆，3-4-3是凸块，3-5是固定块，3-6是钢丝绳，3-7是弹性绳，4是滚珠，4-1是支撑架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，基于电力线连接的多个太阳能路灯来实现。太阳能路灯各自配套太阳能电池板、电力线通信模块以及包括处理器的控制板，在每个变压器工作范围内，至少设置一个太阳能路灯作为局域网主站，其他太阳能路灯作为终端站；每个太阳能路灯的太阳能电池板配套设置方位角和俯仰角调节的联动机构；作为局域网主站的太阳能路灯的控制板上设置GPS模块和存储器，存储器中存储当前地点的全年太阳初升、落日时间以及每天太阳初升时的太阳方位角。
另一个实施例是在一个局部区域设置控制中心，控制中心中包括计算机和无线公网通信模块，作为局域网主站的太阳能路灯的控制板上设置无线公网通信模块，控制中心和作为局域网主站的太阳能路灯之间通过无线公网通信模块进行通信，计算机中存储当前地点的全年太阳初升、落日时间以及每天太阳初升时和其后每半小时的太阳方位角，此实施例中，作为主站的太阳能路灯中不必存储上述信息。网络示意如图7。
太阳能电池板的太阳跟踪控制方法包括以下步骤：
A、根据太阳能路灯安装位置的经纬度安装调整联动机构，调整的原则是当太阳能电池板转到东、西向时，太阳能电池板与垂直方向的夹角设置为0°～5°，正午时太阳能电池板与垂直方向的夹角设置为该地春分时的太阳高度角±10°；
B、局域网主站通过GPS模块取得当前时间；
C、局域网主站将当前时间减去存储器中存储的当天太阳初升时间，然后再加上15分钟，当结果为30分钟的倍数时，通过网络向局域网中的终端站发送角度旋转命令，主站将太阳能电池板自东向西转7.5°；
D、如果取得的当前时间等于存储器中存储的当天太阳落日时间，通过网络向局域网中的终端站发送复位命令，复位命令中包含第二天太阳初升时太阳的方位角，主站将太阳能电池板转到第二天太阳初升时太阳的方位角位置；
F、网络终端站收到角度旋转命令时，将太阳能电池板自东向西转7.5°；
E、网络终端站收到复位命令时，将太阳能电池板转到第二天太阳初升时太阳的方位角位置。
当设置控制中心时，控制中心中的计算机通过GPS模块或网络授时系统得到当前时间，完成上述步骤C和D的比较，并将复位命令或角度旋转命令传送给局域网络中的主站，主站根据接收的命令完成太阳能电池板旋转并将信息转发给局域网络中的终端站。
在步骤A中，考虑以下因素：
我国处于北半球。太阳的高度角，北半球某点冬至日中午的太阳高度角An=90-(B1+B0)，夏至日中午的太阳高度角An=90-(B1-B0)，式中：B0、B1分别为回归线和待测点的纬度（注：回归线的纬度B0=23°26′）。冬至日太阳的高度角最小，夏至日太阳的高度角最大，因此在我国太阳高度角的最大差值为2*B0=46°52′。
《中国计量学院学报》2012年6月（第23卷第2期）中刊发的《光照入射角对太阳能电池输出功率的影响》中披露，单晶硅太阳能电池转换效率与倾角和方位角的对应关系如图1和图2所示。
仰角（太阳能电池板与地平线的夹角）与转换效率的关系：由于测试时间很短，可以忽略测试过程中的太阳高度角变化。在此时间内，太阳高度角为54°，当倾角约为36°时，单晶硅电池正对太阳，转换效率达到最大为15.69％。
方位角与转换效率的关系：方位角的测试在固定倾角为30°的条件下进行，由于测试时间很短，可忽略测试过程中太阳运动的影响。从图2中可以看出，方位角为0°时，单晶硅电池的转换效率达到最大，然后分别向左右两侧近似对称减小，且靠近0°时减小得少，远离0°时减小得多。由此可知，在倾角一定的前提下，正对太阳时电池输出功率最大，其它角度均小于此点，且减小多少与离0°的远近有关。
由图1可知，当方位角对准太阳时，要达到最高转化率的95%以上，太阳能电池板的仰角为16°-56°，也就是说与最佳角度（36°）最大可以相差±20°；要达到最高转化率的99%以上，太阳能电池板的仰角为24°-48°，也就是说与最佳角度（36°）最大可以相差±12°；
由图2可知，当仰角对准太阳时，要达到最高转化率的95%以上，太阳能电池板面与太阳直射方向的角为±30°，要达到最高转化率的99%以上，太阳能电池板面与太阳直射方向的角为±12°。
由上述可知，当太阳能电池板的时刻正对太阳直射方向时，太阳能的转化效率最高；当太阳能电池板与太阳直射方向有偏差，但偏差不大时，也可以保证最大转化效率的90%以上。这是该发明的理论基础。
图8-图12是本发明中联动装置的一个实施例。
结构包括铰接在灯杆1上的旋转支架3-1，设置在旋转支架3-1上的太阳能电池板3，旋转支架3-1借助于旋转驱动机构3-2形成水平向转动驱动结构，太阳能电池板3借助于水平位移机构3-3与角调节限位机构3-4组成的复合限位形成联动式垂直向转动调节结构。灯具2设置在联动装置下方。
参看附图10，驱动机构3-2结构包括设置在旋转支架3-1上的步进电机3-2-1、与步进电机3-2-1输出轴连接的减速器3-2-2、以及与减速器3-2-2连接、固定在灯杆1的齿轮3-2-3，步进电机3-2-1连接路灯的控制器，控制器因为是公知技术，这里在图中没有表示。在控制器的控制下，步进电机3-2-1驱动减速器3-2-2、沿固定在灯杆1的齿轮3-2-3旋转，进而使设置在旋转支架3-1上的太阳能电池板3旋转，运动方向为自东向西旋转，即沿白天的太阳运动轨迹运动。
参看附图12，水平位移机构3-3结构包括设置在旋转支架3-1上的水平导轨3-3-1、与水平导轨3-3-1配合的滑块3-3-2，太阳能电池板3下端铰接在滑块3-3-2上具有竖直向摆动自由度。水平导轨3-3-1设置在旋转支架3-1上的外侧。
所述角度调节限位机构3-4结构包括借助支架设置在灯杆1上并位于旋转支架3-1下方的往复式异型限位导轨3-4-1、借助滚珠组件与往复式异型限位导轨3-4-1配合的竖直支撑杆3-4-2，竖直支撑杆3-4-2上端铰接在太阳能电池板3上具有竖直向摆动自由度。太阳能电池板3在旋转运动中，借助往复式异型限位导轨3-4-1和竖直支撑杆3-4-2组合的角度调节限位机构3-4，可以调整太阳能电池板3的竖直方向的翻转角度。而水平位移机构3-3的设置可以使太阳能电池板3的竖直向翻转运动更顺畅。
参看附图9和11，往复式异型限位导轨3-4-1的轨迹线在竖直向圆弧面内呈凹型、导轨槽内上端对称设有限位滚珠组件的凸块3-4-3；滚珠组件结构包括滚珠4、用于限位滚珠4的支撑架4-1，支撑架4-1上端连接竖直支撑杆3-4-2。滚珠4的设置，使竖直支撑杆3-4-2在往复式异型限位导轨3-4-1内的滑动的摩擦系数进一步减小；而凸块3-4-3的设置，有助于防止竖直支撑杆3-4-2脱离往复式异型限位导轨3-4-1的导轨槽，而引起太阳能电池板3-2定位角度的变化。
旋转支架3-1在旋转驱动机构3-2的驱动下做自东向西旋转运动过程中，借助竖直支撑杆3-4-2在往复式异型限位导轨3-4-1内滑动配合，并结合往复式异型限位导轨3-4-1在竖直向圆弧面内形状呈凹型的特性，使太阳能电池板3与竖直方向的夹角按呈从小到大、再从大到小的趋势翻转运动，进而使太阳能电池板3始终处于合适的受照角度、即太阳能电池板3-2的光电转化效率最大。异型限位导轨3-4-1在水平面上的投影为圆弧形，圆弧的大小为圆的3/4，在垂直面上的投影为圆弧，异型限位导轨3-4-1中间位置为最低点。安装时，灯杆1与异型限位导轨3-4-1的中间位置的连线指向正南。这样可以保证太阳能电池板3在异型限位导轨3-4-1两端时仰角最小，在异型限位导轨3-4-1中间时面向正南，仰角最大。异型限位导轨3-4-1在水平面上的投影为圆弧形，圆弧为270°，可以满足国内绝大部分地区使用。
基于该实施例的安装调整如下：
由于各地的纬度不同，同一时间太阳的高度角也不同。太阳能电池板3的仰角变化在本实施例中是靠竖直支撑杆3-4-2在往复式异型限位导轨3-4-1内移动来实现的，因此，不同位置需要不同形状的往复式异型限位导轨3-4-1。安装调整的过程实际上是确定往复式异型限位导轨3-4-1形状的过程。
如图3和图4所示，太阳能电池板3从竖直支撑杆3-4-2的安装位置到底端的长度为l，当太阳能电池板3转到往复式异型限位导轨3-4-1边缘时，太阳能电池板3面向东方或西方，太阳能电池板3与垂直方向的夹角设置为α=2°，竖直支撑杆3-4-2的安装位置到旋转支架3-1的高度为h2；正午时，太阳能电池板3转到往复式异型限位导轨3-4-1中心位置，太阳能电池板3与垂直方向的夹角设置为β=该地春分正午时的太阳高度角，竖直支撑杆3-4-2的安装位置到旋转支架3-1的高度为h1，往复式异型限位导轨3-4-1两端与中心位置的高度差为h2-h1，既l*cosα-l*cosβ。
北半球某点春分正午的太阳高度角An=90-B1， B1为待测点的纬度。
如北京的市界地理坐标为北纬39°26′至41°03′，在这里取40°。确定了竖直支撑杆3-4-2的安装位置到底端的长度为l，就可以确定往复式异型限位导轨3-4-1两端与中心位置的高度差。
往复式异型限位导轨3-4-1在水平面上和垂直面上的的投影都为圆弧形，水平面上投影弧圆的半径为竖直支撑杆3-4-2的在太阳能电池板3安装位置到灯杆1中心的距离，根据上述参数，可以确定往复式异型限位导轨3-4-1的形状。往复式异型限位导轨3-4-1安装在线杆1上，位置在旋转支架3-1下面，根据竖直支撑杆3-4-2的长度可以确定往复式异型限位导轨3-4-1的安装位置。
图10、图13、14是本发明中联动装置的另一个实施例。
结构包括铰接在灯杆1上的旋转支架3-1、设置在旋转支架3-1上的太阳能电池板3，旋转支架3-1借助于旋转驱动机构3-2形成水平向转动驱动结构，太阳能电池板3借助于设置在灯杆1上的固定块3-5和钢丝绳3-6形成联动式垂直向转动调节结构。
参看附图10，驱动机构3-2结构包括设置在旋转支架3-1上的步进电机3-2-1、与步进电机3-2-1输出轴连接的减速器3-2-2、以及与减速器3-2-2连接、固定在灯杆1的齿轮3-2-3，步进电机3-2-1连接路灯的控制器，控制器因为是公知技术，这里在图中没有表示。在控制器的控制下，步进电机3-2-1驱动减速器3-2-2、沿固定在灯杆1的齿轮3-2-3做旋转，进而使设置在旋转支架3-1上的太阳能电池板3旋转，运动方向为自东向西旋转、即沿白天的太阳运动轨迹运动。
钢丝绳3-6一端固定在太阳能电池板下端、另一端与设置在灯杆1上且位于旋转支架3-1下方的固定块3-5连接。在太阳能电池板3自东向西旋转运动过程中，固定块3-5加上钢丝绳3-6的综合长度相对于太阳能电池板3的长度发生变化，使太阳能电池板3产生竖直方向的翻转动作。
太阳能电池板3中下部铰接在旋转支架3-1外边缘、上端设有弹性绳3-7与固定块3-5连接。弹性绳3-7可以为橡胶材料或弹簧；在太阳能电池板3做竖直方向的翻转动作的过程中，弹性绳3-7用于太阳能电池板3竖直方向的翻转复位；如果不使用弹性绳3-7，太阳能电池板3本身的重量也可以将其复位。
旋转支架3-1在旋转驱动机构3-2的驱动下做自东向西旋转运动过程中，借助固定在固定块3-5上的钢丝绳3-6，太阳能电池板3与竖直方向的夹角按呈从小到大、再从大到小的趋势翻转运动，进而使太阳能电池板3始终处于合适的受照角度、即太阳能电池板3的光电转化效率最大。
基于该实施例的安装调整如下：
太阳能电池板3的仰角变化在本实施例中是靠钢丝绳3-6拉动太阳能电池板3，因固定块3-5加上钢丝绳3-6的综合长度的变化来实现。安装调整的过程实际上是确定固定块3-5和钢丝绳3-6长度的过程。
为简化实现，设定在正午时，固定块3-5和钢丝绳3-6处于一条直线上，直线指向正南，既在正午时，太阳能电池板3的底部与固定块3-5处于同一高度。
如图5和图6所示，太阳能电池板3与旋转支架3-1的铰接位置距灯杆1中心为w，太阳能电池板3与旋转支架3-1的铰接位置距太阳能电池板3底部长度为d。正午时，太阳能电池板转到固定块与钢丝绳处于水平的位置，太阳能电池板3与垂直方向的夹角设置为β=该地春分正午时的太阳高度角，l1=w+d*sinβ，h3= d*cosβ，l1是固定块3-5加上钢丝绳3-6的长度；当太阳能电池板3转到固定块3-5与钢丝绳3-6垂直位置时，太阳能电池板3朝向为正东偏南或正西偏南，此时设太阳能电池板3与垂直方向的夹角设置为α=5°，l2=w+d*sinα，h4=d*cosα。
钢丝绳3-6的长度len= ((h4-h3)2 + l22)1/2，固定块3-5的长度=l1-len。综合所有算式，钢丝绳3-6的长度len=((d*cosα- d*cosβ)2 + （w+d*sinα）2)1/2，固定块3-5的长度= w+d*sinβ-len。
固定块3-5是固定的，因此随着旋转支架3-1的转动，固定块3-5和钢丝绳3-6的综合长度会产生变化。由于在计算过程中，设定在正午时，固定块3-5和钢丝绳3-6处于一条直线上，此时固定块3-5和钢丝绳3-6的综合长度最大，太阳能电池板3与垂直方向的夹角最大，太阳能电池板3从固定块3-5与钢丝绳3-6垂直位置转到正午位置过程中，固定块3-5和钢丝绳3-6的综合长度由小变大，太阳能电池板3与垂直方向的夹角也随之由小到大变化。
上述两个实施例的调整过程中，角度α可依据安装地点太阳初升时的方位角和高度角以及安装地点的高度进行选择。
地球相对于太阳自转每24小时为360°，每半小时转7.5°。
太阳初升前将太阳能电池板3对准太阳初升时太阳的方位角位置，太阳升起后15分钟开始，每半小时太阳能电池板3转7.5°，半小时地球也自转7.5°，两者同步，这样可以保证太阳能电池板面与太阳直射方向的方位角不大于3.75°；太阳能电池板的仰角，由于轨道或钢丝绳的限制，随着方位角的变化也进行变化。夏至和冬至日，太阳的高度角相差最大，差值为46°52′。如果设置联动装置时采用该地春分（或秋分）正午时的太阳高度角，则在夏至和冬至时，太阳能电池板的仰角与最佳仰角的差为23°26′。
设置联动装置时采用该地春分（或秋分）正午时的太阳高度角±10°，可以在具体实施过程中，根据当地特点，选择在冬天或夏天使用时，太阳能电池板更准确地对准太阳，增加转化效率。在南方使用时，可采用更低的仰角，避免温度过高引起太阳能电池板的损坏。另外，由于因地理位置不同，异型限位导轨3-4-1形状不一样，为了便于实施，可以制作几个型号的异型限位导轨3-4-1，满足各地的安装需要。
采用集中控制时，控制中心可以获取当天的天气预报。当全天没有日照时，没有必要移动太阳能电池板，计算机不向作为局域网主站的太阳能路灯发送命令，太阳能电池板不运动，节省电力。
Claims (8)
1.一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，多个太阳能路灯各自配套太阳能电池板、电力线通信模块以及包括处理器的控制板，路灯间通过电力线连接，其特征在于：在每个变压器工作范围内，至少设置一个太阳能路灯作为局域网主站，其他太阳能路灯作为局域网终端站；
每个太阳能路灯的太阳能电池板配套设置方位角和俯仰角调节的联动机构；
作为局域网主站的太阳能路灯的控制板上设置GPS模块和存储器，存储器中存储当前地点的全年太阳初升、落日时间以及每天太阳初升时太阳的方位角；
太阳能电池板的太阳跟踪控制方法包括以下步骤：
A、根据太阳能路灯安装位置的经纬度安装调整联动机构，调整的原则是当太阳能电池板转到东、西向时，太阳能电池板与垂直方向的夹角设置为0°～5°，正午时太阳能电池板与垂直方向的夹角设置为该地春分时的太阳高度角±10°；
B、局域网主站通过GPS模块取得当前时间；
C、局域网主站将当前时间减去存储器中存储的当天太阳初升时间，然后再加上15分钟，当结果为30分钟的倍数时，通过网络向局域网中的终端站发送角度旋转命令，主站将太阳能电池板自东向西转7.5°；
D、如果取得的当前时间等于存储器中存储的当天太阳落日时间，通过网络向局域网中的终端站发送复位命令，复位命令中包含第二天太阳初升时太阳的方位角，主站将太阳能电池板转到第二天太阳初升时太阳的方位角位置；
F、网络终端站收到角度旋转命令时，将太阳能电池板自东向西转7.5°；
E、网络终端站收到复位命令时，将太阳能电池板转到第二天太阳初升时太阳的方位角位置。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，其特征在于：在一个局部区域设置控制中心，控制中心中包括计算机和无线公网通信模块，作为局域网主站的太阳能路灯的控制板上设置无线公网通信模块，控制中心和作为局域网主站的太阳能路灯之间通过无线公网通信模块进行通信，计算机通过GPS模块或网络授时系统得到当前时间，完成上述步骤C和D的比较，并将复位命令或角度旋转命令传送给局域网络中的主站，主站根据接收的命令完成太阳能电池板旋转并将信息转发给局域网络中的终端站。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，其特征在于：太阳能路灯的太阳能电池板配套设置方位角和俯仰角调节的联动机构包括铰接在灯杆（1）上的旋转支架（3-1），设置在旋转支架（3-1）上的太阳能电池板（3），所述旋转支架（3-1）借助于旋转驱动机构（3-2）形成水平向转动驱动结构，太阳能电池板（3）借助于水平位移机构（3-3）与角调节限位机构（3-4）组成的复合限位形成联动式调节结构；
所述旋转驱动机构（3-2）结构包括设置在旋转支架（3-1）上的步进电机（3-2-1），与步进电机（3-2-1）输出轴连接的减速器（3-2-2）以及与减速器（3-2-2）连接、固定在灯杆（1）的齿轮（3-2-3），步进电机（3-2-1）连接路灯的处理器；
所述水平位移机构（3-3）结构包括设置在旋转支架（3-1）上的水平导轨（3-3-1）、与水平导轨（3-3-1）配合的滑块（3-3-2），太阳能电池板（3）下端铰接在滑块（3-3-2）上具有竖直向摆动自由度；
所述角度调节限位机构（3-4）结构包括借助支架设置在灯杆（1）上并位于旋转支架（3-1）下方的往复式异型限位导轨（3-4-1）、借助滚珠组件与往复式异型限位导轨（3-4-1）配合的竖直支撑杆（3-4-2），竖直支撑杆（3-4-2）上端铰接在太阳能电池板（3）上具有竖直向摆动自由度，异型限位导轨（3-4-1）在水平面上的投影为圆弧形，圆弧的大小为圆的3/4，在垂直面上的投影为圆弧，异型限位导轨（3-4-1）中间位置为最低点；
所述往复式异型限位导轨（3-4-1）的轨迹线在竖直向圆弧面内呈凹型、导轨槽内上端对称设有限位滚珠组件的凸块（3-4-3）；
所述滚珠组件包括滚珠（4）、用于限位滚珠（4）的支撑架（4-1），支撑架（4-1）上端连接竖直支撑杆（3-4-2）；
所述灯杆（1）与异型限位导轨（3-4-1）中间位置的连线指向正南。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，其特征在于：太阳能路灯的太阳能电池板配套设置方位角和俯仰角调节的联动机构包括铰接在灯杆（1）上的旋转支架（3-1），设置在旋转支架（3-1）上的太阳能电池板（3），所述旋转支架（3-1）借助于旋转驱动机构（3-2）形成水平向转动驱动结构，太阳能电池板（3）借助于设置在灯杆（1）上的钢丝绳（3-6）形成联动式调节结构；
所述旋转驱动机构（3-2）结构包括设置在旋转支架（3-1）上的步进电机（3-2-1）、与步进电机（3-2-1）输出轴连接的减速器（3-2-2）、以及与减速器（3-2-2）连接、固定在灯杆（1）的齿轮（3-2-3），步进电机（3-2-1）连接路灯的处理器；
所述钢丝绳（3-6）一端固定在太阳能电池板下端、另一端与设置在灯杆（1）上且位于旋转支架（3-1）下方的固定块（3-5）连接；
所述太阳能电池板（3）中下部铰接在旋转支架（3-1）外边缘；
所述固定块（3-5）和钢丝绳（3-6）呈一条直线时，直线指向正南。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，其特征在于：所述太阳能电池板（3）的上端设有弹性绳（3-7）与固定块（3-5）连接。
6.根据权利要求3所述的一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，其特征在于：步骤A中，当太阳能电池板（3）转到往复式异型限位导轨（3-4-1）边缘时，太阳能电池板（3）与垂直方向的夹角设置为α=0°～5°；太阳能电池板（3）转到往复式异型限位导轨（3-4-1）中心位置时，太阳能电池板（3）与垂直方向的夹角设置为β=该地春分正午时的太阳高度角±10°，太阳能电池板（3）上从竖直支撑杆（3-4-2）的安装位置到底端的长度为l，往复式异型限位导轨（3-4-1）两端与中心位置的高度差设置为l*cosα-l*cosβ。
7.根据权利要求4或5所述的一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，其特征在于：步骤A中，当太阳能电池板（3）转到固定块（3-5）与钢丝绳（3-6）垂直位置时，太阳能电池板（3）与垂直方向的夹角设置为α=0°～5°；太阳能电池板（3）转到固定块（3-5）与钢丝绳（3-6）处于一条直线时，太阳能电池板（3）与垂直方向的夹角设置为β=该地春分正午时的太阳高度角±10°，太阳能电池板（3）与旋转支架（3-1）的铰接位置距灯杆（1）中心为w，太阳能电池板（3）与旋转支架（3-1）的铰接位置距太阳能电池板（3）底部长度为d，钢丝绳（3-6）的长度len=((d*cosα- d*cosβ)2 + （w+d*sinα）2)1/2，固定块（3-5）的长度= w+d*sinβ-len。
8.根据权利要求2所述的一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法，其特征在于：控制中心获取当天的天气预报，当全天没有日照时，计算机停止向主站发送命令。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510031812.7A CN104615148B (zh) | 2015-01-22 | 2015-01-22 | 一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510031812.7A CN104615148B (zh) | 2015-01-22 | 2015-01-22 | 一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104615148A true CN104615148A (zh) | 2015-05-13 |
| CN104615148B CN104615148B (zh) | 2017-05-03 |
Family
ID=53149646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510031812.7A Active CN104615148B (zh) | 2015-01-22 | 2015-01-22 | 一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104615148B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107166311A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-15 | 北京新立机械有限责任公司 | 一种太阳能路灯及控制方法 |
| CN107329496A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-11-07 | 厦门冠宇科技股份有限公司 | 一种学习型时控跟踪装置及其跟踪方法 |
| CN109302782A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-02-01 | 南京小脚印网络科技有限公司 | 基于智慧路灯的信息处理方法及装置 |
| CN110320937A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-10-11 | 沈阳信元瑞科技有限公司 | 一种双维追日太阳能装置 |
| CN117276169A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-22 | 广州丰久新能源科技有限公司 | 一种太阳能电池板生产加工翻板设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070159836A1 (en) * | 2006-01-06 | 2007-07-12 | Bin-Juine Huang | Solar photo-voltaic panel and light structure |
| CN200961814Y (zh) * | 2006-04-03 | 2007-10-17 | 齐腾 | 对日跟踪的光电互补太阳能路灯 |
| CN202487603U (zh) * | 2012-02-11 | 2012-10-10 | 安徽枞晨回转支承有限公司 | 光伏斜轴回转跟踪装置 |
| KR20130007093A (ko) * | 2011-06-29 | 2013-01-18 | 이진용 | 태양 및 풍력 에너지를 이용한 전천후 발전장치 |
| CN103455047A (zh) * | 2013-08-28 | 2013-12-18 | 成都谱视科技有限公司 | 太阳跟踪装置及跟踪方法 |
-
2015
- 2015-01-22 CN CN201510031812.7A patent/CN104615148B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070159836A1 (en) * | 2006-01-06 | 2007-07-12 | Bin-Juine Huang | Solar photo-voltaic panel and light structure |
| CN200961814Y (zh) * | 2006-04-03 | 2007-10-17 | 齐腾 | 对日跟踪的光电互补太阳能路灯 |
| KR20130007093A (ko) * | 2011-06-29 | 2013-01-18 | 이진용 | 태양 및 풍력 에너지를 이용한 전천후 발전장치 |
| CN202487603U (zh) * | 2012-02-11 | 2012-10-10 | 安徽枞晨回转支承有限公司 | 光伏斜轴回转跟踪装置 |
| CN103455047A (zh) * | 2013-08-28 | 2013-12-18 | 成都谱视科技有限公司 | 太阳跟踪装置及跟踪方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107166311A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-15 | 北京新立机械有限责任公司 | 一种太阳能路灯及控制方法 |
| CN107329496A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-11-07 | 厦门冠宇科技股份有限公司 | 一种学习型时控跟踪装置及其跟踪方法 |
| CN107329496B (zh) * | 2017-08-10 | 2023-10-13 | 厦门冠宇科技股份有限公司 | 一种学习型时控跟踪装置及其跟踪方法 |
| CN109302782A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-02-01 | 南京小脚印网络科技有限公司 | 基于智慧路灯的信息处理方法及装置 |
| CN109302782B (zh) * | 2018-09-05 | 2023-09-08 | 南京小脚印网络科技有限公司 | 基于智慧路灯的信息处理方法及装置 |
| CN110320937A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-10-11 | 沈阳信元瑞科技有限公司 | 一种双维追日太阳能装置 |
| CN117276169A (zh) * | 2023-11-16 | 2023-12-22 | 广州丰久新能源科技有限公司 | 一种太阳能电池板生产加工翻板设备 |
| CN117276169B (zh) * | 2023-11-16 | 2024-04-05 | 广州丰久新能源科技有限公司 | 一种太阳能电池板生产加工翻板设备 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104615148B (zh) | 2017-05-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9151820B2 (en) | Laterally-adjusted automatic solar tracking device | |
| CN104615148B (zh) | 一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法 | |
| CN101764166A (zh) | 太阳能光伏跟踪天文控制系统 | |
| KR101802642B1 (ko) | 태양광 발전장치를 구비한 이동식 주택 | |
| CN102566587A (zh) | 一种光伏组跟踪装置 | |
| CN201717805U (zh) | 太阳能三维自动跟踪装置 | |
| CN101893895A (zh) | 能跟踪太阳的太阳能装置设计 | |
| GB2503964A (en) | Solar Panel System Having Automated Positioning | |
| CN110986387A (zh) | 一种基于视觉的旋转追光式太阳能板装置 | |
| CN110289805A (zh) | 用于光伏发电系统主动跟踪支架的智能控制系统及智能控制方法 | |
| CN201515325U (zh) | 真太阳时钟控跟踪聚光输出光伏装置 | |
| CN105656422B (zh) | 一种gzg-ht光伏自动跟踪系统 | |
| CN105204530B (zh) | 一种利用太阳能获取能量的系统 | |
| CN201956932U (zh) | 一种光伏组跟踪装置 | |
| CN111158403A (zh) | 一种光伏组件追日发电方法和装置 | |
| CN101576320B (zh) | 太阳能发电万向集光器 | |
| CN102749932B (zh) | 用于太阳能路灯的追日控制系统及方法 | |
| CN205950748U (zh) | 太阳能跟踪互联三轴机器人 | |
| CN205407658U (zh) | 一种新型光伏发电装置 | |
| CN201622470U (zh) | 一种节能环保型太阳光跟踪装置 | |
| CN213237993U (zh) | 一种太阳能光热系统中基于定向反射镜的集成旋转装置 | |
| CN204086994U (zh) | 斜单轴太阳能追日光伏发电系统 | |
| CN203414825U (zh) | 阳光轴跟踪器 | |
| CN103439982A (zh) | 阳光轴跟踪器 | |
| CN2697527Y (zh) | 自动跟踪太阳装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191218 Address after: 233000 Anhui city of Bengbu province Wuhe County Economic Development Zone South of 4-7 Road intersection Patentee after: BENGBU KUNPENG FOOD & BEVERAGE Co.,Ltd. Address before: 055250 southeast corner of intersection of Luban road and No. three road, County Industrial Development Zone, Julu County, Xingtai, Hebei Patentee before: JULU SHENTONG LAMPS CO.,LTD. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240409 Address after: Building 4, Science and Technology Innovation Industrial Park, No. 111 Wangjiayuan Road, Yueyang Economic and Technological Development Zone, Yueyang City, Hunan Province, 414000 (self declared) Patentee after: Hunan Ouwat New Energy Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 233000 Intersection of No. 4-7 Road in Wuhe County Chengnan Economic Development Zone, Bengbu City, Anhui Province Patentee before: BENGBU KUNPENG FOOD & BEVERAGE Co.,Ltd. Country or region before: China |