CN105610385B - 一种自动调节受光角度的光伏发电装置 - Google Patents

一种自动调节受光角度的光伏发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明为一种自动调节受光角度的光伏发电装置，该装置包括太阳能电池板模块、太阳能电池板旋转机构、蓄电模块和太阳光检测模块；所述太阳能电池板模块通过竖支撑杆与太阳能电池板旋转机构相连，所述太阳能电池板旋转机构通过两个半圆形拼接成的底座垂直固定在地面上；所述太阳光检测模块也垂直固定在地面上，同时与电池板旋转机构和太阳能电池板模块通过连接线相连；所述蓄电模块固定在太阳能电池板旋转机构的底座下边，分别与太阳能电池板模块、太阳能旋转机构和太阳光检测模块相连。

Description

一种自动调节受光角度的光伏发电装置
技术领域：
本发明属于太阳能光伏发电技术领域，具体地说是涉及一种自动调节受光角度的光伏发电装置。
背景技术：
随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，为应对全球化石燃料加速枯竭的能源危机和日益高涨的能源需求，太阳能作为理想的可再生能源受到了许多国家的重视，我国在太阳能光伏发电领域出现了日新月异的变化,光伏企业犹如雨后春笋般地呈现。但是，现有的固定式太阳能发电装置因其不能保证在任意时刻太阳光都能垂直照射到太阳能电池板上而导致发电效率很低；现有的具有自动调节受光角度功能的装置虽然提高了发电效率，但由于该装置的太阳光检测部分基本为暴漏在外边，是通过各个部分都能感受到太阳光，然后根据光照强弱来进行太阳光垂直入射角的判定，但对于感光元件来说，同时接受太阳光的照射，距离近的部分的照射强度很接近，控制部分的分析判断也会很困难，对于太阳光的强弱判断很可能会不准确，出现一定的误差，导致不能十分准确的检测到太阳光的入射角度，误差相对来说比较大。而且现有的这些装置对风沙、尘土、雾霾等恶劣天气的适应性不强，使其不能很好地利用太阳能来满足现代社会的发展要求。因此，发明出一种可精确的自动调节受光角度、并且对环境适应能力十分强的太阳能发电系统成为一个迫在眉睫的任务。
发明内容：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种自动调节受光角度的光伏发电装置，该发电装置通过太阳光检测模块的双外壳和球形光敏电阻结构、太阳能电池板的清理刷、电机a、运行轨道器件结合起来的定期清理功能以及太阳能电池板旋转机构的整体机械连接等设计，利用球形光敏电阻检测太阳光的入射方向，通过控制机构来控制电机，实现太阳能电池板的各个角度的调节，使太阳光总是垂直照射到太阳能电池板上，同时，太阳能电池板清理刷的使用，都大大提高了发电的效率和机械精度，克服了传统装置对太阳光入射角检测不准、机械运行滞后以及对环境适应性较差的缺点。
本发明的技术方案为：
一种自动调节受光角度的光伏发电装置，该装置包括太阳能电池板模块、太阳能电池板旋转机构、蓄电模块和太阳光检测模块；
所述太阳能电池板模块通过竖支撑杆与太阳能电池板旋转机构相连，所述太阳能电池板旋转机构通过两个半圆形拼接成的底座垂直固定在地面上；所述太阳光检测模块也垂直固定在地面上，同时与太阳能电池板旋转机构和太阳能电池板模块通过连接线相连；所述蓄电模块固定在太阳能电池板旋转机构的底座下边，分别与太阳能电池板模块、太阳能旋转机构和太阳光检测模块相连；
所述的太阳能电池板模块包括太阳能电池板、运行轨道、电机a和清理刷；所述太阳能电池板为长方形，在其长边的两侧外沿固定安装有运行轨道，所述清理刷横跨在两个运行轨道上，所述电机a固定在清理刷上；
所述的太阳能电池板旋转机构包括横杆、轴承a、升降杆、电机b、水平台、竖支撑杆、筋、电机c、轴承b、底座、齿轮；所述两个轴承a分别固定在太阳能电池板短边的中点处，横杆穿过两个轴承a并与其固定连接；所述升降杆中间靠上部分为正常的金属连接杆，其顶部与太阳能电池板的长边中点相连，升降杆的下部为带齿轮的金属杆，所述的齿轮与电机b所带的齿轮相咬合，最下边则穿过水平台的通孔，升降杆的正常金属杆部分和带齿轮部分通过一个滚轴连接器相连；所述水平台的中心固定在竖支撑杆上，电机b安装在水平台上；水平台下边通过四个筋与竖支撑杆相连；所述竖支撑杆上端与横杆固定相连；其下端与轴承b固定相连，并且，轴承b的上端面安装有电机c，电机c所带齿轮与竖支撑杆下端所带齿轮相咬合；轴承b固定在两个半圆形拼接成的底座上，底座垂直固定在地面上；
所述的太阳光检测模块包括外壳、内壳、外壳孔、内壳孔、球形光敏电阻、连接线、控制机构、线缆；所述球形光敏电阻为一圆球形状，在其外边分别套装有外壳和内壳，其中球形光敏电阻的球心、外壳的壳心、内壳的壳心均处于同一点，球形光敏电阻的直径为80-110mm，内壳直径为150-180mm，外壳直径为200-280mm，外壳孔的直径为28-32mm，内壳孔的直径为15-22mm；外壳孔在外壳表面上均匀分布，内壳表面内壳孔的数量与分布同外壳孔，且同一组外壳孔、内壳孔与球形光敏电阻的中心为同一直线；所述球形光敏电阻通过连接线与控制机构相连，控制机构则通过线缆分别与太阳能电池板模块和太阳能电池板旋转机构相连；
所述的控制机构可以是单片机或者DSP。
所述的太阳能电池板清理刷、电机a与运行轨道的具体连接为：所述两个运行轨道的下轨道槽为齿轮形状，与固定在清理刷上的电机a所带的齿轮相咬合。
所述的太阳光检测模块中外壳孔的均匀分布具体为：在外壳的顶点分布第一个孔，外壳的最底部分布第二个孔，第一孔和第二孔在外壳表面两侧的最短弧线上，每侧均相同间隔分布相同数量的孔，数量为4-10个；两侧最短弧线上每组相同水平高度的两个孔形成的水平截面，与外壳表面交汇形成的圆上，都均匀间隔分布相同数量的孔，数量为8-16个。
所述的蓄电模块为蓄电电池。
所述球形光敏电阻是由数量等同于外壳孔数的光敏电阻组成，这些光敏电阻构成一个球体，每个光敏电阻对应一个壳孔，且每一光敏电阻都通过各自的连接线与控制机构相连。
本发明的实质性特点为：
本发明通过1、太阳能电池板旋转机构，水平方向和竖直方向的旋转机构器件连接；2、太阳光检测装置，双外壳以及球形光敏电阻的使用，使得入射角的测量没有盲区且精度高；3、太阳能电池板的清理刷、电机a、运行轨道器件结合起来的定期清理功能等设计，很好的避免了接近部分感光强弱差不多的问题，理想状态是同一时间只会有垂直照射的部分的光敏电阻才会有光的照射，即使其他部分有光的照射，也是十分微弱的，既没有盲区，精度又得到了提高。
本发明的有益效果是：
(1)本发明中太阳能电池板旋转机构的机械结构简单，设计合理，水平方向的旋转设计很好地避开了沉重的装置底座，竖直方向的旋转通过电机与轴承的结合使用，大大降低了阻力，尤其是两个升降杆的使用，使得太阳能电池板的旋转变得更加灵活精确；水平方向和竖直方向的结合旋转，使得太阳能电池板能够在任意时间都能使太阳光垂直照射到其上，由于只有当太阳光垂直照射到太阳能电池板上时，才能使太阳光的利用效率最高，所以本发明对发电效率的提升起到了十分重要的作用。
(2)本发明太阳光检测装置采用一种新型的机械结构，球形光敏电阻对光反应十分灵敏，内壳、外壳双层壳的结合使用，有效的防止了太阳光从不同的壳孔入射到光敏电阻的同一块区域上，同时，内外壳上的壳孔有序、紧密排列，能使光敏电阻接收到来自各个方向的太阳光，使太阳光入射角度的测量没有盲区，测量更加的精确，能保证太阳光在任意时刻都能垂直照射到太阳能电池板上，最终实现了太阳能发电的最大效率。
(3)本发明太阳能电池板模块包括清理刷、电机a、运行轨道，太阳能电池板，当处于风沙、雾霾、尘土等恶劣情况下时，太阳能电池板表面会被覆盖一层障碍物，影响太阳能的吸收，通过清理刷的定时清理作用，能及时清除掉附着在太阳能电池板表面的障碍物，而无清理功能的装置，当太阳能电池板上附着一定的障碍物时，必定会减弱对太阳光的吸收，所以，相比那些无清理功能的装置，本发明的太阳能吸收效率明显得到进一步的提高。
附图说明：
图1：本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的整体模块连接图；
图2：本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的太阳能电池板模块的结构连接图；
图3：本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的太阳能电池板清理刷、电机与运行轨道的细节连接图；
图4：本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的太阳能电池板旋转机构的结构连接图；
图5：本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的太阳光检测模块的剖面连接图。
图中，1、太阳能电池板模块；2、太阳能电池板旋转机构；3、蓄电模块；4、太阳光检测模块；1-1、太阳能电池板；1-2、运行轨道；1-3、电机a；1-4、清理刷；2-1、横杆；2-2、轴承a；2-3、升降杆；2-4、电机b；2-5、水平台；2-6、竖支撑杆；2-7、筋；2-8、电机c；2-9、轴承b；2-10、底座；2-11、齿轮；4-1、外壳；4-2、内壳；4-3、外壳孔；4-4、内壳孔；4-5、光敏电阻；4-6、连接线；4-7、控制机构；4-8、线缆。
具体实施方式：
以下结合实施例及其附图对本发明做进一步详述：
图1所示的实施例表明，本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置，该装置包括太阳能电池板模块1、太阳能电池板旋转机构2、蓄电模块3和太阳光检测模块4；
所述太阳能电池板模块1通过竖支撑杆2-6与太阳能电池板旋转机构2相连，所述太阳能电池板旋转机构2通过两个半圆形拼接成的底座2-10垂直固定在地面上，增加了整个装置的稳定性；所述太阳光检测模块4也垂直固定在地面上，同时与太阳能电池板旋转机构2和太阳能电池板模块1通过连接线4-6相连；所述蓄电模块3放置在太阳能电池板旋转机构2的底座2-10下边并与太阳能电池板模块1相连，同时将储存的一部分电能输送给太阳能旋转机构2和太阳光检测模块4，进行实时的供电。
图2所示的实施例表明，本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的太阳能电池板模块1包括太阳能电池板1-1，运行轨道1-2，电机a1-3和清理刷1-4；所述太阳能电池板1-1为长方形，在其长边的两侧外沿固定安装有运行轨道1-2，所述清理刷1-4横跨在两个运行轨道1-2上，所述电机a1-3固定在清理刷1-4上，在电机a1-3的驱动下，清理刷1-4能够依靠嵌入在运行轨道1-2上的两个小轮，沿着运行轨道1-2来回运动，拂过太阳能电池板1-1的表面，进行太阳能电池板1-1的风沙、灰尘等的清理；
此实施例的工作原理是：本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置安装在户外，不可避免的受到一些恶劣环境的影响，如风沙、灰尘、雾霾等等，将太阳能电池板1-1的表面覆盖，影响其对太阳能的吸收效率，本发明的控制机构4-7与太阳能电池板模块1相连，通过控制机构4-7内部的定时计数编程，来控制两个电机a1-3的定时转动，实现太阳能电池板1-1的清扫工作，从而大大提高了太阳能的利用效率。
图3所示的实施例是本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的太阳能电池板清理刷1-4、电机a1-3与运行轨道1-2的细节连接图；其中，所述两个运行轨道1-2的下轨道槽为齿轮形状，与固定在清理刷1-4上的电机a所带的齿轮相咬合来进行清理刷1-4的一步一步的驱动清理工作。
图4所示的实施例表明，本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的太阳能电池板旋转机构2包括横杆2-1、轴承a2-2、升降杆2-3、电机b2-4、水平台2-5、竖支撑杆2-6、筋2-7、电机c2-8、轴承b2-9、底座2-10、齿轮2-11；所述两个轴承a2-2分别固定在太阳能电池板1-1短边的中点处，横杆2-1穿过两个轴承a2-2并与其固定连接，轴承a2-2的作用即减少当太阳能电池板1-1上下运动改变倾斜角度时的摩擦阻力；所述升降杆2-3中间靠上部分为正常的金属连接杆，其顶部与太阳能电池板1-1的长边中点相连(即安装在太阳能电池板上)，升降杆2-3的下部为带齿轮的金属杆，所述的齿轮与电机b2-4所带的齿轮相咬合，最下边则穿过水平台2-5的通孔，值得注意的是，升降杆2-3的正常金属杆部分和带齿轮部分通过一个滚轴连接器相连，使得两部分能够实现左右的摆动，保证两升降杆2-3始终保持在水平台2-5的通孔之间的距离；通过电机b2-4带动升降杆2-3的上下运动(两个电机同时带动两个升降杆上下运动，只是两个升降杆的方向不同，一个向上一个向下)，从而拉动太阳能电池板1-1长边的上下运动，最终实现太阳能电池板1-1在竖直方向的倾斜角度的变化；所述水平台2-5的中心固定在竖支撑杆2-6上，电机b2-4安装在水平台2-5上；为保证水平台2-5的稳固，在其下边通过四个筋2-7与竖支撑杆2-6进一步相连；所述竖支撑杆2-6上端通过如图所示的形状与横杆2-1固定相连，起到支撑太阳能电池板模块1的作用；其下端与相对来说比较大的轴承b2-9固定相连，并且，轴承b2-9的上端面安装有电机c2-8，电机c2-8所带齿轮与竖支撑杆2-6下端所带齿轮2-11相咬合，通过电机c2-8来驱动竖支撑杆2-6的转动，从而实现太阳能电池板模块1在水平面上的方向角度变化。太阳能电池板1-1的水平旋转和竖直旋转相结合，最终实现其在各个方向的角度变化。轴承b2-9固定在两个半圆形拼接成的底座2-10上，底座2-10上垂直固定在地面上。
图5所示的实施例表明，本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的太阳光检测模块包括外壳4-1、内壳4-2、外壳孔4-3、内壳孔4-4、球形光敏电阻4-5、连接线4-6、控制机构4-7、线缆4-8；所述光敏电阻4-5为一圆球形状，它对光照反应十分灵敏，微弱的光照强度变化就能引起电阻值的急速变化，在其外边相隔一定距离分别套装有外壳4-1和内壳4-2，其中球形光敏电阻的球心、外壳的壳心、内壳的壳心均处于同一点，球形光敏电阻的直径为80-110mm，内壳直径为150-180mm，外壳直径为200-280mm，外壳孔的直径为28-32mm，内壳孔的直径为15-22mm。外壳孔在外壳表面上均匀分布，所述的均匀分布的方式为：在外壳的顶点分布第一个孔，外壳的最底部分布第二个孔(第一孔与第二孔相对球心直线对称)，第一孔和第二孔在外壳表面两侧的最短弧线上(两侧弧线在同一竖直截面上)，每侧球面弧线上均相同间隔分布分布相同数量的孔，数量为4-10个；两侧最短弧线上每组相同水平高度的两个孔形成的水平截面，与外壳表面交汇形成的圆上，都均匀间隔分布相同数量的孔，数量为8-16个；内壳表面内壳孔的数量与分布同外壳孔，且同一组外壳孔、内壳孔与球形光敏电阻的中心为同一直线。
由于所述外壳4-1和内壳4-2的外表面均匀密集的分布有适当大小的外壳孔4-3、内壳孔4-4，且每一组外壳孔4-3、内壳孔4-4、球形光敏电阻4-5的球心均在同一条直线上，使得任意方向的太阳光都能通过两个内外壳孔射入到光敏电阻4-5上，选用两个壳的原因即为两点确定一条直线，防止阳光从不同的壳孔入射到光敏电阻4-5的球面同一块区域上，从而导致太阳光入射角度测量的失误。本实施例中的太阳光检测装置具体为：其中球形光敏电阻的球心、外壳的壳心、内壳的壳心均处于同一点，且外壳直径为200mm，内壳直径为160mm，球形光敏电阻的直径为100mm，外壳孔的直径为30mm，内壳孔的直径为20mm。外壳孔在外壳表面上均匀分布，所述的均匀分布的方式为：在外壳的顶点分布第一个孔，外壳的最底部分布第二个孔(第一个孔与第二个孔相对球心直线对称)，第一孔和第二孔在外壳表面两侧的最短弧线上(两侧弧线在同一竖直截面上)，每侧球面弧线上均相同间隔分布6个孔(即相邻两个孔与球心的夹角为25.7度)，最终连同第一个孔和第二个孔，两个孔形成的竖直截面在整个外壳圆周上共有14个孔；同时，两侧弧线上每组相同水平高度的两个孔形成的水平截面，与外壳表面交汇形成的圆上，都每隔30度均匀间隔分布一个孔，则水平方向上共计12个壳孔，这样，外壳上就均匀布满了壳孔，壳孔总数为74个。内壳表面内壳孔的数量与分布同外壳孔。且同一组外壳孔、内壳孔与球形光敏电阻的中心为同一直线。所述球形光敏电阻4-5是由数量等同于外壳孔数的光敏电阻组成，这些光敏电阻构成一个球体，每个光敏电阻在球体表面对应一个壳孔，且每一光敏电阻都通过各自的连接线4-6将信号送入控制机构4-7中，控制机构4-7则通过线缆4-8与太阳能电池板模块1和太阳能电池板旋转机构2相连，通过控制电机a1-3、电机b2-4、电机c2-8的旋转，实现太阳光的自动追踪和障碍物的清理工作；所述的控制机构可以是单片机或者DSP，它们接受到这些信号后，通过内部的编程处理(所述的编程处理为公知技术)，分析信号的强弱，从而选出垂直入射的角度。本发明具体为DSP。
本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置的工作原理是：当阳光从某一入射角度照射到太阳光检测模块4的外壳4-1上时，只有当光线经外壳孔4-3、内壳孔4-4垂直射入时，球形光敏电阻4-5的某一区域才能接收到太阳光，然后光敏电阻4-5经连接线4-6将信号传送给控制机构4-7，控制机构4-7通过对接收到的信号进行分析之后，将对太阳能电池板旋转机构2发出指令，控制电机c2-8转动，使得太阳能电池板1-1能在水平面上进行角度的调整，控制电机b2-4的转动，能使得太阳能电池板1-1在竖直面上进行角度的调整，电机b2-4和电机c2-8的结合使用，最终调整好太阳能电池板1-1的角度使得太阳光能垂直照射到其上，从而实现了太阳光的自动追踪；除此之外，为尽可能减少风沙、灰尘、雾霾等对太阳能电池板1-1的影响，在控制机构4-7中进行设定定时计时的程序来进行对电机a的控制，从而带动清理刷1-4来对太阳能电池板1-1进行定时的清理，清理的时间间隔可以根据当地的具体环境特点来设定；
所述的蓄电模块3为市售蓄电电池，用来存储装置太阳能电池板1-1产生的电能，同时为装置提供一小部分电能。
本发明一种自动调节受光角度的光伏发电装置，所用的元器件和零部件均是本技术领域的技术人员所熟知的，可以通过购买得到，所有元器件之间的连接方式和零部件的安装方式等也是本技术领域的技术人员所熟知的。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本申请权利要求保护的范围。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (5)

1.一种自动调节受光角度的光伏发电装置，其特征为该装置包括太阳能电池板模块、太阳能电池板旋转机构、蓄电模块和太阳光检测模块；
所述太阳能电池板模块通过竖支撑杆与太阳能电池板旋转机构相连，所述太阳能电池板旋转机构通过两个半圆形拼接成的底座垂直固定在地面上；所述太阳光检测模块也垂直固定在地面上，同时与太阳能电池板旋转机构和太阳能电池板模块通过连接线相连；所述蓄电模块固定在太阳能电池板旋转机构的底座下边，分别与太阳能电池板模块、太阳能旋转机构和太阳光检测模块相连；
所述的太阳能电池板模块包括太阳能电池板、运行轨道、电机a和清理刷；所述太阳能电池板为长方形，在其长边的两侧外沿固定安装有运行轨道，所述清理刷横跨在两个运行轨道上，所述电机a固定在清理刷上；
所述的太阳能电池板旋转机构包括横杆、轴承a、升降杆、电机b、水平台、竖支撑杆、筋、电机c、轴承b、底座、齿轮；所述两个轴承a分别固定在太阳能电池板短边的中点处，横杆穿过两个轴承a并与其固定连接；所述升降杆中间靠上部分为正常的金属连接杆，其顶部与太阳能电池板的长边中点相连，升降杆的下部为带齿轮的金属杆，所述的齿轮与电机b所带的齿轮相咬合，最下边则穿过水平台的通孔，升降杆的正常金属杆部分和带齿轮部分通过一个滚轴连接器相连；所述水平台的中心固定在竖支撑杆上，电机b安装在水平台上；水平台下边通过四个筋与竖支撑杆相连；所述竖支撑杆上端与横杆固定相连；其下端与轴承b固定相连，并且，轴承b的上端面安装有电机c，电机c所带齿轮与竖支撑杆下端所带齿轮相咬合；轴承b固定在两个半圆形拼接成的底座上，底座垂直固定在地面上；
所述的太阳光检测模块包括外壳、内壳、外壳孔、内壳孔、球形光敏电阻、连接线、控制机构、线缆；所述球形光敏电阻为一圆球形状，在其外边分别套装有外壳和内壳，其中球形光敏电阻的球心、外壳的壳心、内壳的壳心均处于同一点，球形光敏电阻的直径为80-110mm，内壳直径为150-180mm，外壳直径为200-280mm，外壳孔的直径为28-32mm，内壳孔的直径为15-22mm；外壳孔在外壳表面上均匀分布，内壳表面内壳孔的数量与分布同外壳孔，且同一组外壳孔、内壳孔与球形光敏电阻的中心为同一直线；所述球形光敏电阻通过连接线与控制机构相连，控制机构则通过线缆分别与太阳能电池板模块和太阳能电池板旋转机构相连；
所述的控制机构为单片机或者DSP。
2.如权利要求1所述的自动调节受光角度的光伏发电装置，其特征为所述的太阳能电池板清理刷、电机a与运行轨道的具体连接为：所述两个运行轨道的下轨道槽为齿轮形状，与固定在清理刷上的电机a所带的齿轮相咬合。
3.如权利要求1所述的自动调节受光角度的光伏发电装置，其特征为所述的太阳光检测模块中外壳孔的均匀分布具体为：在外壳的顶点分布第一个孔，外壳的最底部分布第二个孔，第一孔和第二孔在外壳表面两侧的最短弧线上，每侧均相同间隔分布相同数量的孔，数量为4-10个；两侧最短弧线上每组相同水平高度的两个孔形成的水平截面，与外壳表面交汇形成的圆上，都均匀间隔分布相同数量的孔，数量为8-16个。
4.如权利要求1所述的自动调节受光角度的光伏发电装置，其特征为所述的蓄电模块为蓄电电池。
5.如权利要求1所述的自动调节受光角度的光伏发电装置，其特征为所述球形光敏电阻是由数量等同于外壳孔数的光敏电阻组成，这些光敏电阻构成一个球体，每个光敏电阻对应一个壳孔，且每一光敏电阻都通过各自的连接线与控制机构相连。
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