CN107070385A - 一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置及其追踪方法 - Google Patents

一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置及其追踪方法 Download PDF

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CN107070385A CN201710245034.0A CN201710245034A CN107070385A CN 107070385 A CN107070385 A CN 107070385A CN 201710245034 A CN201710245034 A CN 201710245034A CN 107070385 A CN107070385 A CN 107070385A
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周军鹏
韩刘帮
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Abstract

本发明公开了一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置及其追踪方法，包括安装板、电源连接线、第一舵机、转轴、第一齿轮、单片机芯片、第一L形板、第二L形板、第二齿轮、第二舵机、第三齿轮、连接板、光传感器、太阳能电池板、连接轴、支撑座、固定杆、第四齿轮、逆变器、支撑轴、蓄电池、轴承、下防尘罩、上防尘罩、侧板、检修门和铰链。本发明的有益效果是：本发明的第一L形板与安装板之间安装有下防尘罩，且下防尘罩侧壁通过螺钉固定侧板，且下防尘罩一侧通过铰链连接检修门；第一L形板外侧安装有上防尘罩，防止内部的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮以及舵机上面累积灰尘；制造成本低，使用方便，使用寿命久。

Description

一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置及其追踪方法
技术领域
本发明涉及一种光伏发电装置及其追踪方法，具体为一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置及其追踪方法，属于太阳能发电应用技术领域。
背景技术
随着科技的发展，光伏发电作为一个新的发电方式被广泛应用，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
而目前的光伏发电装置存在很多不足之处，传统的太阳能电池板发电装置固定在一个位置上进行发电，随着太阳光的移动，太阳能电池板不能实现自动追踪，而且使用的区域有限，并且制造成本高，使用寿命短。因此，针对上述问题提出一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置及其追踪方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置及其追踪方法，实现双自由度的转动，且制造成本低，使用方便。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，包括安装板、第一舵机、第二舵机、太阳能电池板、逆变器和蓄电池，所述安装板上安装有第一舵机、蓄电池，且所述第一舵机一侧安装有支撑轴；所述支撑轴底端与安装在所述安装板上的轴承连接，且所述支撑轴上固定有第四齿轮；所述第四齿轮与安装在所述第一舵机的转轴上的第一齿轮啮合；所述支撑轴顶端连接第一L形板，且所述第一L形板底端安装有单片机芯片，且所述单片机芯片位于所述第一齿轮顶端；所述第一L形板上通过螺钉固定有支撑座，且所述支撑座顶端转动连接有连接轴；所述连接轴通过连接板固定所述太阳能电池板，且所述连接轴端部焊接有第三齿轮；所述第三齿轮啮合连接第二齿轮，且所述第二齿轮安装在第二舵机的轴上；所述第二舵机安装在第二L形板上；所述太阳能电池板正面安装有矩形的光传感器，且所述光传感器与单片机芯片电性连接，且所述单片机芯片电性连接第一舵机和第二舵机；所述太阳能电池板通过逆变器连接蓄电池，且所述蓄电池与所述单片机芯片内部电性连接；所述蓄电池电性连接led显示屏，且所述led显示屏电性连接控制器；所述控制器电性连接WIFI模块，且所述WIFI模块通过信号连接手机app模块。
优选的，所述第一L形板与所述支撑轴之间通过固定杆固定连接，且所述第一L形板与所述第二L形板之间通过螺栓连接。
优选的，所述第一L形板与所述安装板之间安装有下防尘罩，且所述下防尘罩侧壁通过螺钉固定侧板，且所述下防尘罩一侧通过铰链连接检修门；所述第一L形板外侧安装有上防尘罩。
优选的，所述第一舵机和第二舵机均连接有电源连接线。
优选的，所述第三齿轮为半个齿轮。
优选的，所述连接板设有三个，且所述连接板与所述连接轴之间焊接。
优选的，所述第一L形板围绕支撑轴的轴心旋转角度为0°～360°。
一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置的追踪方法，包括如下步骤：
步骤A：开始进入初始化，单片机控制两个舵机旋转90°；
步骤B、步骤A完成之后，ADC读取光传感器的四路光敏二极管，判断四路电压值是否均小于5mHg；当四路光敏二极管均小于5mHg时，且舵机等待时间小于30min时舵机不运行；
步骤C、步骤B完成之后，当四路光敏二极管均大于或者等于5mHg时，判断南北光敏二极管比较正值或负值；
1)、当南北光敏二极管为负值时，第一舵机旋转-5°；
2)、当南北光敏二极管为正值时，第一舵机旋转+5°；
步骤D、步骤C完成之后，判断南北光敏二极管比较结果是否相等；当南北光敏二极管结果不相等时，继续判断南北光敏二极管比较正值或负值；
步骤E、当南北光敏二极管结果相等时，判断东西光敏二极管比较正值或负值；
1)、当东西光敏二极管为负值时，第二舵机旋转-5°；
2)、当东西光敏二极管为正值时，第二舵机旋转+5°；
步骤F、判断东西光敏二极管比较结果是否相等，当东西光敏二极管结果不相等时，判断南北光敏二极管比较正值或负值；
步骤G、当东西光敏二极管结果相等时，等待时间超过30min，判断四路电压值是否均小于5mHg；否则，结束。
本发明的有益效果是：
1、本发明的第一L形板与安装板之间安装有下防尘罩，且下防尘罩侧壁通过螺钉固定侧板，且下防尘罩一侧通过铰链连接检修门；第一L形板外侧安装有上防尘罩，防止内部的第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮以及舵机上面累积灰尘；
2、本发明的第一舵机带动齿轮之间的转动，从而带动太阳能电池板实现周向转动，实现不同位置的太阳能电池板能够准确的跟踪到太阳光，光传感器将接收到的光线信号传递给单片机，单片机通过控制第一舵机、第二舵机的转动，从而实现太阳能电池板的双自由度方向的转动；
3、本发明的制造成本低，将太阳能电池板转化的电能存储在蓄电池中，给其他的电器供电，使用方便，使用寿命久，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明内部结构示意图；
图2为本发明的整体结构示意图；
图3为本发明的整体结构左视图；
图4为本发明的连接轴与支撑座连接示意图；
图5为本发明的整体结构流程图。
图中：1、安装板，2、电源连接线，3、第一舵机，4、转轴，5、第一齿轮，6、单片机芯片，7、第一L形板，8、第二L形板，9、第二齿轮，10、第二舵机，11、第三齿轮，12、连接板，13、光传感器，14、太阳能电池板，15、连接轴，16、支撑座，17、固定杆，18、第四齿轮，19、逆变器，20、支撑轴，21、蓄电池，22、轴承，23、下防尘罩，24、上防尘罩，25、侧板，26、检修门，27、铰链，28、led显示屏，29、控制器，30、WIFI模块，31、手机app模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1-5所示，当显示装置为led显示屏时，一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，包括安装板1、第一舵机3、第二舵机10、太阳能电池板14、逆变器19和蓄电池21，所述安装板1上安装有第一舵机3、蓄电池21，且所述第一舵机3一侧安装有支撑轴20；所述支撑轴20底端与安装在所述安装板1上的轴承22连接，且所述支撑轴20上固定有第四齿轮18；所述第四齿轮18与安装在所述第一舵机3的转轴4上的第一齿轮5啮合；所述支撑轴20顶端连接第一L形板7，且所述第一L形板7底端安装有单片机芯片6，且所述单片机芯片6位于所述第一齿轮5顶端；所述第一L形板7上通过螺钉固定有支撑座16，且所述支撑座16顶端转动连接有连接轴15；所述连接轴15通过连接板12固定所述太阳能电池板14，且所述连接轴15端部焊接有第三齿轮11；所述第三齿轮11啮合连接第二齿轮9，且所述第二齿轮9安装在第二舵机10的轴上；所述第二舵机10安装在第二L形板8上；所述太阳能电池板14正面安装有矩形的光传感器13，且所述光传感器13与单片机芯片6电性连接，且所述单片机芯片6电性连接第一舵机3和第二舵机10；所述太阳能电池板14通过逆变器19连接蓄电池21，且所述蓄电池21与所述单片机芯片6内部电性连接；所述蓄电池21电性连接led显示屏28，且所述led显示屏28电性连接控制器29；所述控制器29电性连接WIFI模块30，且所述WIFI模块30通过信号连接手机app模块31。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第一L形板7与所述支撑轴20之间通过固定杆17固定连接，且所述第一L形板7与所述第二L形板8之间通过螺栓连接。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第一L形板7与所述安装板1之间安装有下防尘罩23，且所述下防尘罩23侧壁通过螺钉固定侧板25，且所述下防尘罩23一侧通过铰链27连接检修门26；所述第一L形板7外侧安装有上防尘罩24。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第一舵机3和第二舵机10均连接有电源连接线2。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第三齿轮11为半个齿轮。
作为本发明的一种技术优化方案，所述连接板12设有三个，且所述连接板12与所述连接轴15之间焊接。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第一L形板7围绕支撑轴20的轴心线旋转角度为0°～360°
实施例二：
请参阅图1-5所示，当显示装置为led灯时，一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，包括安装板1、第一舵机3、第二舵机10、太阳能电池板14、逆变器19和蓄电池21，所述安装板1上安装有第一舵机3、蓄电池21，且所述第一舵机3一侧安装有支撑轴20；所述支撑轴20底端与安装在所述安装板1上的轴承22连接，且所述支撑轴20上固定有第四齿轮18；所述第四齿轮18与安装在所述第一舵机3的转轴4上的第一齿轮5啮合；所述支撑轴20顶端连接第一L形板7，且所述第一L形板7底端安装有单片机芯片6，且所述单片机芯片6位于所述第一齿轮5顶端；所述第一L形板7上通过螺钉固定有支撑座16，且所述支撑座16顶端转动连接有连接轴15；所述连接轴15通过连接板12固定所述太阳能电池板14，且所述连接轴15端部焊接有第三齿轮11；所述第三齿轮11啮合连接第二齿轮9，且所述第二齿轮9安装在第二舵机10的轴上；所述第二舵机10安装在第二L形板8上；所述太阳能电池板14正面安装有矩形的光传感器13，且所述光传感器13与单片机芯片6电性连接，且所述单片机芯片6电性连接第一舵机3和第二舵机10；所述太阳能电池板14通过逆变器19连接蓄电池21，且所述蓄电池21与所述单片机芯片6内部电性连接；所述蓄电池21电性连接led灯。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第一L形板7与所述支撑轴20之间通过固定杆17固定连接，且所述第一L形板7与所述第二L形板8之间通过螺栓连接。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第一L形板7与所述安装板1之间安装有下防尘罩23，且所述下防尘罩23侧壁通过螺钉固定侧板25，且所述下防尘罩23一侧通过铰链27连接检修门26；所述第一L形板7外侧安装有上防尘罩24。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第一舵机3和第二舵机10均连接有电源连接线2。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第三齿轮11为半个齿轮。
作为本发明的一种技术优化方案，所述连接板12设有三个，且所述连接板12与所述连接轴15之间焊接。
作为本发明的一种技术优化方案，所述第一L形板7围绕支撑轴20的轴心线旋转角度为0°～360°。
一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置的追踪方法，包括如下步骤：
步骤A：开始进入初始化，单片机控制两个舵机旋转90°；
步骤B、步骤A完成之后，ADC读取光传感器13的四路光敏二极管，判断四路电压值是否均小于5mHg；当四路光敏二极管均小于5mHg时，且舵机等待时间小于30min时舵机不运行；
步骤C、步骤B完成之后，当四路光敏二极管均大于或者等于5mHg时，判断南北光敏二极管比较正值或负值；
1)、当南北光敏二极管为负值时，第一舵机3旋转-5°；
2)、当南北光敏二极管为正值时，第一舵机3旋转+5°；
步骤D、步骤C完成之后，判断南北光敏二极管比较结果是否相等；当南北光敏二极管结果不相等时，继续判断南北光敏二极管比较正值或负值；
步骤E、当南北光敏二极管结果相等时，判断东西光敏二极管比较正值或负值；
1)、当东西光敏二极管为负值时，第二舵机(10)旋转-5°；
2)、当东西光敏二极管为正值时，第二舵机(10)旋转+5°；
步骤F、判断东西光敏二极管比较结果是否相等，当东西光敏二极管结果不相等时，判断南北光敏二极管比较正值或负值；
步骤G、当东西光敏二极管结果相等时，等待时间超过30min，判断四路电压值是否均小于5mHg；否则，结束。
本发明在使用时，首先，将安装板1安装在需要的地方，然后将蓄电池21上的接线口连接到需要使用电的地方，太阳光照射到太阳能电池板14上，光传感器13接收太阳光，将光能转化为电能，通过逆变器19转化为电能存储在蓄电池21中，当太阳光偏离时，光传感器13接收到信号，将信号传送至单片机芯片6上，单片机芯片6通过控制第一舵机3的转轴4转动，带动第一齿轮5的转动，第一齿轮5带动第四齿轮18的转动，带动支撑轴20的转动，支撑轴20的转动带动太阳能电池板14的转动；当需要进行上下转动时，第二舵机10带动第二齿轮9的转动，第二齿轮9的转动带动第三齿轮11的转动，第三齿轮11的转动带动连接轴15的转动，从而实现太阳能电池板14的上下调节。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，包括安装板(1)、第一舵机(3)、第二舵机(10)、太阳能电池板(14)、逆变器(19)和蓄电池(21)，其特征在于：所述安装板(1)上安装有第一舵机(3)、蓄电池(21)，且所述第一舵机(3)一侧安装有支撑轴(20)；所述支撑轴(20)底端与安装在所述安装板(1)上的轴承(22)连接，且所述支撑轴(20)上固定有第四齿轮(18)；所述第四齿轮(18)与安装在所述第一舵机(3)的转轴(4)上的第一齿轮(5)啮合；所述支撑轴(20)顶端连接第一L形板(7)，且所述第一L形板(7)底端安装有单片机芯片(6)，且所述单片机芯片(6)位于所述第一齿轮(5)顶端；所述第一L形板(7)上通过螺钉固定有支撑座(16)，且所述支撑座(16)顶端转动连接有连接轴(15)；所述连接轴(15)通过连接板(12)固定所述太阳能电池板(14)，且所述连接轴(15)端部焊接有第三齿轮(11)；所述第三齿轮(11)啮合连接第二齿轮(9)，且所述第二齿轮(9)安装在第二舵机(10)的轴上；所述第二舵机(10)安装在第二L形板(8)上；所述太阳能电池板(14)正面安装有矩形的光传感器(13)，且所述光传感器(13)与单片机芯片(6)电性连接，且所述单片机芯片(6)电性连接第一舵机(3)和第二舵机(10)；所述太阳能电池板(14)通过逆变器(19)连接蓄电池(21)，且所述蓄电池(21)与所述单片机芯片(6)内部电性连接；所述蓄电池(21)电性连接led显示屏(28)，且所述led显示屏(28)电性连接控制器(29)；所述控制器(29)电性连接WIFI模块(30)，且所述WIFI模块(30)通过信号连接手机app模块(31)。
2.根据权利要求1所述的一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，其特征在于：所述第一L形板(7)与所述支撑轴(20)之间通过固定杆(17)固定连接，且所述第一L形板(7)与所述第二L形板(8)之间通过螺栓连接。
3.根据权利要求1所述的一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，其特征在于：所述第一L形板(7)与所述安装板(1)之间安装有下防尘罩(23)，且所述下防尘罩(23)侧壁通过螺钉固定侧板(25)，且所述下防尘罩(23)一侧通过铰链(27)连接检修门(26)；所述第一L形板(7)外侧安装有上防尘罩(24)。
4.根据权利要求1所述的一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，其特征在于：所述第一舵机(3)和第二舵机(10)均连接有电源连接线(2)。
5.根据权利要求1所述的一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，其特征在于：所述第三齿轮(11)为半个齿轮。
6.根据权利要求1所述的一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，其特征在于：所述连接板(12)设有三个，且所述连接板(12)与所述连接轴(15)之间焊接。
7.根据权利要求1所述的一种自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置，其特征在于：所述第一L形板(7)围绕支撑轴(20)的轴心线旋转角度为0°-360°。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的自动追踪太阳光的双自由度光伏发电装置的追踪方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A：开始进入初始化，单片机控制两个舵机旋转90°；
步骤B、步骤A完成之后，ADC读取光传感器(13)的四路光敏二极管，判断四路电压值是否均小于5mHg；当四路光敏二极管均小于5mHg时，且舵机等待时间小于30min时舵机不运行；
步骤C、步骤B完成之后，当四路光敏二极管均大于或者等于5mHg时，判断南北光敏二极管比较正值或负值；
1)、当南北光敏二极管为负值时，第一舵机(3)旋转-5°；
2)、当南北光敏二极管为正值时，第一舵机(3)旋转+5°；
步骤D、步骤C完成之后，判断南北光敏二极管比较结果是否相等；当南北光敏二极管结果不相等时，继续判断南北光敏二极管比较正值或负值；
步骤E、当南北光敏二极管结果相等时，判断东西光敏二极管比较正值或负值；
1)、当东西光敏二极管为负值时，第二舵机(10)旋转-5°；
2)、当东西光敏二极管为正值时，第二舵机(10)旋转+5°；
步骤F、判断东西光敏二极管比较结果是否相等，当东西光敏二极管结果不相等时，判断南北光敏二极管比较正值或负值；
步骤G、当东西光敏二极管结果相等时，等待时间超过30min，判断四路电压值是否均小于5mHg；否则，结束。
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