CN107733345B - 一种跟踪式太阳能板的控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种跟踪式太阳能板的控制系统，包括固定架、光伏组件、入射光检测器、转动机构、控制器、清洗装置；能够通过转动固定架，从而调节本太阳能板接收太阳能的角度，从而使太阳能板能够更加有效的接收太阳能，实现太阳能对的高效利用，此外，还通过多种不同的太阳能电池片的不同效果，实现对不同光照强度的太阳能的有效利用，从而提高太阳能的利用率和转化率，为生活带来了便利，提高太阳能晶片的使用寿命将横向转动电机与纵向转动电机分开调节并分阶段调节，减少误动作，进而减轻PLC的控制压力，能够实现精确控制，能够阳光的转动而自动调节，进而实现精确控制，提高太阳能板的稳定性。
Description
本案为分案申请
母案的名称为：一种跟踪式太阳能板
母案的申请号为： 2015108198848
母案的申请日为：2015年11月24日。
技术领域
本发明涉及一种跟踪式太阳能板的控制系统。
背景技术
太阳能板组件是一种暴露在阳光下便会集热，将光能转换为直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。 太阳能板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。天台及建筑物表面均会使用太阳能板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
由于相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，如果太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。世界上通用的太阳跟踪控制系统都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，也就是靠计算太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备复杂，非专业人士不能够随便操作。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种跟踪式太阳能板，能够通过转动固定架，从而调节本太阳能板接收太阳能的角度，从而使太阳能板能够更加有效的接收太阳能，实现太阳能对的高效利用，此外，还通过多种不同的太阳能电池片的不同效果，实现对不同光照强度的太阳能的有效利用，从而提高太阳能的利用率和转化率，为生活带来了便利，另一方便，本结构的温度控制器能够对太阳能板进行温度控制和调节，从而实现太阳能电池片在最合适范围内的温度转化，进一步提高转化率，本装置还能够对太阳能晶片进行清洗，避免透明度不高而引起的转化率下降的情况，而且清洗工作也不会影响太阳能的转化工作，两者相互独立，此外，在夜间可以将太阳能晶片转动至固定架内部，使陶瓷板朝外，可以有效的保护太阳能晶片，提高太阳能晶片的使用寿命将横向转动电机与纵向转动电机分开调节并分阶段调节，减少误动作，进而减轻PLC的控制压力，能够实现精确控制，能够阳光的转动而自动调节，进而实现精确控制，提高太阳能板的稳定性。
本发明采用的技术方案如下：
本发明公开了一种跟踪式太阳能板，包括固定架、光伏组件、入射光检测器、转动机构、控制器、清洗装置；
固定架包括一个矩形的框架；
光伏组件包括若干并列设置的棱柱结构的光伏架，在各光伏架上的侧边上设有若干电池片，光伏架同侧的电池片相互电连接；在光伏架的不同侧边上分别装有晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片、及石墨烯太阳能电池片；在各光伏架的两端部设有切换轴；光伏架通过切换轴可转动的连接到固定架上；该石墨烯太阳能电池片是以石墨烯作为透光电极；
入射光检测器固定在固定架的侧边，入射光检测器包括竖直的感光孔，深孔的深度与孔径的比值不小于5；在感光孔的底部及侧壁上设有感光元件，感光原件与控制器电连接；
转动机构固定在固定架上，该转动机构包括横向转动器、纵向转动器、及翻转器；横向转动器包括横向转动电机、横向变速齿轮，该横向转动电机与横向变速齿轮相连，横向变速齿轮连接到固定架横向的侧边上用于控制固定架的横向转动，该横向变速齿轮的齿轮比为80-120；纵向转动器包括纵向转动电机、纵向变速齿轮，该纵向转动电机与纵向变速齿轮相连，纵向变速齿轮连接到固定架纵向的侧边上用于控制固定架的纵向转动，该纵向变速齿轮的齿轮比为120-150；翻转器包括锁定机构、齿轮机构、及翻转电机，翻转电机与齿轮机构相连，齿轮机构与切换轴连接，该锁定机构设置在固定架上用于锁定齿轮机构，该翻转器用于控制光伏组件翻转及锁定；
清洗装置，该清洗装置设置在光伏架下部，包括清洗电机、清洗刷、清洗喷雾装置，在固定架上设置有放置清洗刷的滑轨，清洗刷由清洗电机控制并沿滑轨滑动使清洗刷对光伏架的下侧面擦洗，清洗喷雾装置固定在固定架上，该清洗喷雾装置用于向清洗刷喷出清洗喷雾；
控制器包括PLC控制器及供电电路；
所述翻转器控制光伏组件翻转的角度范围为0-350度，翻转器的齿轮机构的齿轮比为50-60。
更进一步，所述固定架横向转动的范围为0-45度。
更进一步，所述固定架纵向转动的范围为0-40度。
更进一步，，所述光伏架的内部设有温度控制器。
更进一步，所述光伏架为四棱柱状，其侧面分别为装有晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片、石墨烯太阳能电池片、及陶瓷板。
更进一步，所述感光孔的深度10cm、孔径为1cm，设于感光孔内的感光原件为光敏电阻，在感光孔的入光口的位置设有玻璃片。
由于上述结构，能够通过转动固定架，从而调节本太阳能板接收太阳能的角度，从而使太阳能板能够更加有效的接收太阳能，实现太阳能对的高效利用，此外，还通过多种不同的太阳能电池片的不同效果，实现对不同光照强度的太阳能的有效利用，从而提高太阳能的利用率和转化率，为生活带来了便利，另一方便，本结构的温度控制器能够对太阳能板进行温度控制和调节，从而实现太阳能电池片在最合适范围内的温度转化，进一步提高转化率，本装置还能够对太阳能晶片进行清洗，避免透明度不高而引起的转化率下降的情况，而且清洗工作也不会影响太阳能的转化工作，两者相互独立，此外，在夜间可以将太阳能晶片转动至固定架内部，使陶瓷板朝外，可以有效的保护太阳能晶片，提高太阳能晶片的使用寿命。
更进一步，该跟踪式太阳能板的控制系统包括：
（1）、控制单元，包括PLC控制器及供电电路，PLC用于控制供电电路供电；
（2）、光伏单元，包括光伏组件，光伏组件包括若干并列设置的四棱柱结构的光伏架，光伏架的侧面分别为晶体硅侧、薄膜侧、及石墨烯侧、陶瓷侧；晶体硅侧表面设置有若干串联的晶体硅太阳电池片，薄膜侧设置有若干串联的薄膜太阳能电池片，石墨烯侧表面设置有若干串联的石墨烯太阳能电池片；该石墨烯太阳能电池片是以石墨烯作为透光电极；
（3）、转动单元，包括固定在固定架上的转动机构；转动机构包括横向转动器、纵向转动器、及翻转器；横向转动器包括横向转动电机和横向变速齿轮，横向转动电机通过齿轮比为80-120的该横向变速齿轮控制固定架在横向0-45度的范围内转动；纵向转动器包括纵向转动电机、纵向变速齿轮，纵向转动电机通过齿轮比为120-150的纵向变速齿轮控制固定架在纵向0-40度范围内转动；翻转器包括锁定机构、齿轮机构、及翻转电机，翻转电机通过齿轮机构控制光伏组件转动，从而改变光伏组件朝上的侧面，锁定机构用于锁定光伏组件以便于光伏组件定位或定向；
（4）、光检测单元，包括固定在固定架上的入射光检测器，入射光检测器包括竖直的感光孔，深孔的深度与孔径的比值不小于5；感光孔的底部设有一个光敏电阻，在感光孔中部的侧壁上均匀分布有四个光敏电阻，在感光孔上部的侧壁上均匀分布有四个光敏电阻；光敏电阻均与PLC控制器相连；
（5）、温度控制单元，包括温度控制器，该温度控制器设置在光伏架内，用于控制光伏组件的温度调节；
（6）、清洗单元，包括清洗装置，该清洗装置设置包括清洗电机、清洗刷、清洗喷雾装置，在固定架上设置有放置清洗刷的滑轨，清洗电机控制清洗刷沿滑轨滑动并使清洗刷擦洗光伏架的下侧面，该清洗喷雾装置用于向清洗刷喷出清洗喷雾；控制单元分别与光伏单元、转动单元、光检测单元、温度控制单元、清洗单元相连，并控制各单元相互配合。
由于上述系统，能够统一控制整个太阳能板，在太阳能板的上方的固定架的朝向能够有PLC控制器控制，使太阳能板能够始终朝向阳光照射方向，进而提高太阳能转化效率，此外，光检测单元能够精确的感应到光照的强度和照射的方向，从而配合其他各个单元实现太阳能板的精确控制，各个方向的转动器包括横向转动器和纵向转动器，分别调节，从而实现太阳能板的周向调整，进而提高转化率。光伏架上的不同电池晶片通过PLC控制器的控制，不仅能够实现太阳能板的高效转化，还能够根据不同的光照强度选择合适的太阳能晶片，从而实现太阳能晶片的适当使用，提高转化率。
更进一步，所述控制系统的转动调节方法：
（1）、控制单元检测并计算得到光线与光伏组件所在面的法线的夹角在纵向上不小于20度或在横向上不小于25度，控制单元控制终向转动电机以200-250r/min的转速转动，纵向转动电机以220-280r/min的转速转动；
（2）、当光线与光伏组件所在面的法线的夹角在纵向上的夹角为8-20度或在纵向上的夹角为8-20度，控制单元控制纵向转动电机以80-100r/min的转速转动，横向转动电机以90-110r/min的转速转动；
（3）、当光线与光伏组件所在面的法线的夹角在纵向上的夹角为小于8度或在纵向上的夹角小于8度，控制单元控制纵向转动电机或横向转动电机以30-35r/min的转动速度转动，进而调节光线与光伏组件所在面的法线的夹角，使该夹角小于8度；
（4）、当夜间无法检测到光线时，或光强度小于设定值时，控制单元控制光伏组件所在面平行于水平面。
由于上述方法，将横向转动电机与纵向转动电机分开调节并分阶段调节，减少误动作，进而减轻PLC的控制压力，能够实现精确控制，能够阳光的转动而自动调节，进而实现精确控制，提高太阳能板的稳定性。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本装置结构简单，使用方便，易于推广，能够有效提高太阳能板的使用寿命和太阳能转化率。
2、本装置有PLC控制器统一控制，以便于实现优化配比，从而有效的保证设别的安全性和耐久度。
3、本结构的温度控制器能够对太阳能板进行温度控制和调节，从而实现太阳能电池片在最合适范围内的温度转化，进一步提高转化率，本装置还能够对太阳能晶片进行清洗，避免透明度不高而引起的转化率下降的情况，而且清洗工作也不会影响太阳能的转化工作，两者相互独立，此外，在夜间可以将太阳能晶片转动至固定架内部，使陶瓷板朝外，可以有效的保护太阳能晶片，提高太阳能晶片的使用寿命。
附图说明
图1是本发明中跟踪式太阳能板主视图；
图中标记：1-固定架，2-翻转器，3-光伏架，4-纵向转向电机，5-入射光检测器，6-横向转动电机。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施例1：
如图1所示，本发明的跟踪式太阳能板，包括固定架1、光伏组件、入射光检测器5、转动机构、控制器、清洗装置；
固定架1包括一个矩形的框架；
光伏组件包括若干并列设置的棱柱结构的光伏架3，在各光伏架3上的侧边上设有若干电池片，光伏架3同侧的电池片相互电连接；在光伏架3的不同侧边上分别装有晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片、及石墨烯太阳能电池片；在各光伏架3的两端部设有切换轴；光伏架3通过切换轴可转动的连接到固定架1上；该石墨烯太阳能电池片是以石墨烯作为透光电极；
入射光检测器5固定在固定架1的侧边，入射光检测器5包括竖直的感光孔，深孔的深度与孔径的比值不小于5；在感光孔的底部及侧壁上设有感光元件，感光原件与控制器电连接；
转动机构固定在固定架1上，该转动机构包括横向转动器、纵向转动器、及翻转器2；横向转动器包括横向转动电机6、横向变速齿轮，该横向转动电机6与横向变速齿轮相连，横向变速齿轮连接到固定架1横向的侧边上用于控制固定架1的横向转动，该横向变速齿轮的齿轮比为80-120；纵向转动器包括纵向转向电机4、纵向变速齿轮，该纵向转向电机4与纵向变速齿轮相连，纵向变速齿轮连接到固定架1纵向的侧边上用于控制固定架1的纵向转动，该纵向变速齿轮的齿轮比为120-150；翻转器2包括锁定机构、齿轮机构、及翻转电机，翻转电机与齿轮机构相连，齿轮机构与切换轴连接，该锁定机构设置在固定架1上用于锁定齿轮机构，该翻转器2用于控制光伏组件翻转及锁定；
清洗装置，该清洗装置设置在光伏架3下部，包括清洗电机、清洗刷、清洗喷雾装置，在固定架1上设置有放置清洗刷的滑轨，清洗刷由清洗电机控制并沿滑轨滑动使清洗刷对光伏架3的下侧面擦洗，清洗喷雾装置固定在固定架1上，该清洗喷雾装置用于向清洗刷喷出清洗喷雾；
控制器包括PLC控制器及供电电路。
光伏架3为四棱柱状，其侧面分别为装有晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片、石墨烯太阳能电池片、及陶瓷板。
感光孔的深度10cm、孔径为1cm，设于感光孔内的感光原件为光敏电阻，在感光孔的入光口的位置设有玻璃片。
翻转器2控制光伏组件翻转的角度范围为0-350度。
固定架1横向转动的范围为0-45度。
固定架1纵向转动的范围为0-40度。
光伏架3的内部设有温度控制器。
翻转器的齿轮机构的齿轮比为50-60。
由于上述结构，能够通过转动固定架1，从而调节本太阳能板接收太阳能的角度，从而使太阳能板能够更加有效的接收太阳能，实现太阳能对的高效利用，此外，还通过多种不同的太阳能电池片的不同效果，实现对不同光照强度的太阳能的有效利用，从而提高太阳能的利用率和转化率，为生活带来了便利，另一方便，本结构的温度控制器能够对太阳能板进行温度控制和调节，从而实现太阳能电池片在最合适范围内的温度转化，进一步提高转化率，本装置还能够对太阳能晶片进行清洗，避免透明度不高而引起的转化率下降的情况，而且清洗工作也不会影响太阳能的转化工作，两者相互独立，此外，在夜间可以将太阳能晶片转动至固定架1内部，使陶瓷板朝外，可以有效的保护太阳能晶片，提高太阳能晶片的使用寿命。
具体实施例2：
根据具体实施例1的跟踪式太阳能板，其控制系统包括：
（1）、控制单元，包括PLC控制器及供电电路，PLC用于控制供电电路供电；
（2）、光伏单元，包括光伏组件，光伏组件包括若干并列设置的四棱柱结构的光伏架3，光伏架3的侧面分别为晶体硅侧、薄膜侧、及石墨烯侧、陶瓷侧；晶体硅侧表面设置有若干串联的晶体硅太阳电池片，薄膜侧设置有若干串联的薄膜太阳能电池片，石墨烯侧表面设置有若干串联的石墨烯太阳能电池片；该石墨烯太阳能电池片是以石墨烯作为透光电极；
（3）、转动单元，包括固定在固定架1上的转动机构；转动机构包括横向转动器、纵向转动器、及翻转器2；横向转动器包括横向转动电机6和横向变速齿轮，横向转动电机6通过齿轮比为80-120的该横向变速齿轮控制固定架1在横向0-45度的范围内转动；纵向转动器包括纵向转向电机4、纵向变速齿轮，纵向转向电机4通过齿轮比为120-150的纵向变速齿轮控制固定架1在纵向0-40度范围内转动；翻转器2包括锁定机构、齿轮机构、及翻转电机，翻转电机通过齿轮机构控制光伏组件转动，从而改变光伏组件朝上的侧面，锁定机构用于锁定光伏组件以便于光伏组件定位或定向；
（4）、光检测单元，包括固定在固定架1上的入射光检测器5，入射光检测器5包括竖直的感光孔，深孔的深度与孔径的比值不小于5；感光孔的底部设有一个光敏电阻，在感光孔中部的侧壁上均匀分布有四个光敏电阻，在感光孔上部的侧壁上均匀分布有四个光敏电阻；光敏电阻均与PLC控制器相连；
（5）、温度控制单元，包括温度控制器，该温度控制器设置在光伏架3内，用于控制光伏组件的温度调节；
（6）、清洗单元，包括清洗装置，该清洗装置设置包括清洗电机、清洗刷、清洗喷雾装置，在固定架1上设置有放置清洗刷的滑轨，清洗电机控制清洗刷沿滑轨滑动并使清洗刷擦洗光伏架3的下侧面，该清洗喷雾装置用于向清洗刷喷出清洗喷雾；控制单元分别与光伏单元、转动单元、光检测单元、温度控制单元、清洗单元相连，并控制各单元相互配合。
由于上述系统，能够统一控制整个太阳能板，在太阳能板的上方的固定架1的朝向能够有PLC控制器控制，使太阳能板能够始终朝向阳光照射方向，进而提高太阳能转化效率，此外，光检测单元能够精确的感应到光照的强度和照射的方向，从而配合其他各个单元实现太阳能板的精确控制，各个方向的转动器包括横向转动器和纵向转动器，分别调节，从而实现太阳能板的周向调整，进而提高转化率。光伏架3上的不同电池晶片通过PLC控制器的控制，不仅能够实现太阳能板的高效转化，还能够根据不同的光照强度选择合适的太阳能晶片，从而实现太阳能晶片的适当使用，提高转化率。
具体实施例3：
根据具体实施例2的跟踪式太阳能板的控制系统，其转动调节方法：
（1）、控制单元检测并计算得到光线与光伏组件所在面的法线的夹角在纵向上不小于20度或在横向上不小于25度，控制单元控制终向转动电机以200-250r/min的转速转动，纵向转向电机4以220-280r/min的转速转动；
（2）、当光线与光伏组件所在面的法线的夹角在纵向上的夹角为8-20度或在纵向上的夹角为8-20度，控制单元控制纵向转向电机4以80-100r/min的转速转动，横向转动电机6以90-110r/min的转速转动；
（3）、当光线与光伏组件所在面的法线的夹角在纵向上的夹角为小于8度或在纵向上的夹角小于8度，控制单元控制纵向转向电机4或横向转动电机6以30-35r/min的转动速度转动，进而调节光线与光伏组件所在面的法线的夹角，使该夹角小于8度；
（4）、当夜间无法检测到光线时，或光强度小于设定值时，控制单元控制光伏组件所在面平行于水平面。
由于上述方法，将横向转动电机6与纵向转向电机4分开调节并分阶段调节，减少误动作，进而减轻PLC的控制压力，能够实现精确控制，能够阳光的转动而自动调节，进而实现精确控制，提高太阳能板的稳定性。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种跟踪式太阳能板的控制系统，其特征在于，它包括：
（1）、控制单元，包括PLC控制器及供电电路，PLC用于控制供电电路供电；
（2）、光伏单元，包括光伏组件，光伏组件包括若干并列设置的四棱柱结构的光伏架，光伏架的侧面分别为晶体硅侧、薄膜侧、及石墨烯侧、陶瓷侧；晶体硅侧表面设置有若干串联的晶体硅太阳电池片，薄膜侧设置有若干串联的薄膜太阳能电池片，石墨烯侧表面设置有若干串联的石墨烯太阳能电池片；该石墨烯太阳能电池片是以石墨烯作为透光电极；
（3）、转动单元，包括固定在固定架上的转动机构；转动机构包括横向转动器、纵向转动器、及翻转器；横向转动器包括横向转动电机和横向变速齿轮，横向转动电机通过齿轮比为120的该横向变速齿轮控制固定架在横向0-45度的范围内转动；纵向转动器包括纵向转动电机、纵向变速齿轮，纵向转动电机通过齿轮比为150的纵向变速齿轮控制固定架在纵向0-40度范围内转动；翻转器包括锁定机构、齿轮机构、及翻转电机，翻转电机通过齿轮机构控制光伏组件转动，从而改变光伏组件朝上的侧面，锁定机构用于锁定光伏组件以便于光伏组件定位或定向；
（4）、光检测单元，包括固定在固定架上的入射光检测器，入射光检测器包括竖直的感光孔，深孔的深度与孔径的比值不小于5；感光孔的底部设有一个光敏电阻，在感光孔中部的侧壁上均匀分布有四个光敏电阻，在感光孔上部的侧壁上均匀分布有四个光敏电阻；光敏电阻均与PLC控制器相连；
（5）、温度控制单元，包括温度控制器，该温度控制器设置在光伏架内，用于控制光伏组件的温度调节；
（6）、清洗单元，包括清洗装置，该清洗装置设置包括清洗电机、清洗刷、清洗喷雾装置，在固定架上设置有放置清洗刷的滑轨，清洗电机控制清洗刷沿滑轨滑动并使清洗刷擦洗光伏架的下侧面，该清洗喷雾装置用于向清洗刷喷出清洗喷雾；控制单元分别与光伏单元、转动单元、光检测单元、温度控制单元、清洗单元相连，并控制各单元相互配合。
2.根据权利要求1所述的跟踪式太阳能板的控制系统，其特征在于，所述跟踪式太阳能板的控制系统的转动调节方法如下：
（1）、控制单元检测并计算得到光线与光伏组件所在面的法线的夹角在纵向上不小于20度或在横向上不小于25度，控制单元控制纵向转动电机以200-250r/min的转速转动，横向转动电机以220-280r/min的转速转动；
（2）、当光线与光伏组件所在面的法线的夹角在纵向上的夹角为8-20度或在横向上的夹角为8-20度，控制单元控制纵向转动电机以80-100r/min的转速转动，横向转动电机以90-110r/min的转速转动；
（3）、当光线与光伏组件所在面的法线的夹角在纵向上的夹角为小于8度或在横向上的夹角小于8度，控制单元控制纵向转动电机或横向转动电机以30-35r/min的转动速度转动；
（4）、当夜间无法检测到光线时，或光强度小于设定值时，控制单元控制光伏组件所在面平行于水平面。
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