CN108039861B - 平板式自动追光太阳能光伏发电系统及其自动追光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自动追光太阳能利用技术领域,公开了一种平板式自动追光太阳能光伏发电系统及其自动追光方法。本发明包括设置在载体表面的箱体、箱体内部的太阳能模块单元与控制系统,箱体为平板式箱体,固定在载体的表面;相邻太阳能模块单元之间通过小齿轮啮合连接,小齿轮与第一步进电机的传动轴连接,第一步进电机的信号输入端与控制系统的信号输出端电连接;太阳能模块单元与控制系统电连接,太阳能模块单元包括发电系统、传感系统和调节系统,传感系统设置在发电系统表面、与控制系统电连接,发电系统和调节系统分别与控制系统电连接。本发明空间利用率高,可用于载体立面、平面上或斜面上,太阳能利用率高,应用范围广。

Description

平板式自动追光太阳能光伏发电系统及其自动追光方法
技术领域
本发明涉及自动追光太阳能利用技术领域,特别是涉及一种平板式自动追光太阳能光伏发电系统及其自动追光方法。
背景技术
随着科技的发展和人们工作生活需求的增大,能源消耗越来越大,煤、石油、天然气等传统不可再生化石能源在急剧减少,这些燃料的使用所排放的废弃物对环境也造成了不可逆转的影响,引发了一系列的环境问题,能源不足和环境负担已经对人类社会的发展产生了一定程度的制约。
绿色能源的发展和利用已经成为了科技发展的必然趋势,太阳能和风能都是正在开发和应用的可再生能源,而太阳能由于其应用不受限制,应用更加广泛,常见的有太阳能路灯、太阳能热水器、太阳能光伏发电、太阳能建筑等。
目前,太阳能的利用中存在的较大的问题就是太阳能的利用率,由于太阳的光照强度和光照方向随着时间和照射地点的不同是在不断变化的,如何及时、有效的提高太阳能的利用率,是目前科技研究的重点。
现有的太阳能光伏发电系统一般分为两种,一种是固定设置在支架或介质表面的太阳能发电系统,能量收集和转换设备结构简单,但是太阳能电池板固定,受太阳东升西落的影响,其发电效率在一日之内有明显的差异,太阳能利用率低;一种是带有太阳光追踪体系的太阳能光伏发电系统,现有的大多是立式支撑体系,通过立杆或框架结构,在顶部设置可随时使接触面与阳光直射方向垂直的太阳能集热板,太阳能利用率高,整个调节过程可实现全自动控制,但是这种立式支撑体系的结构,带有支撑结构的体积较大,需要有独立、较大的放置空间,空间利用率低,对设置环境要求较高,太阳能太阳能电池板与支撑结构的受力接触点为有限的1-4个,对支撑结构的受力要求较高,支撑杆或框架结构在一定程度上限制了太阳能电池板的面积,发电规模受限。
发明内容
本发明提供一种空间利用率高,可用于载体立面、平面上或斜面上,太阳能利用率高,应用范围广的平板式自动追光太阳能光伏发电系统。
解决的技术问题是:现有的固定式太阳能光伏发电系统太阳能利用率低;带追光体系的太阳能光伏发电系统多为立式支撑体系,体积较大,空间利用率低,对环境要求较高,支撑结构在一定程度上限制了利用系统的发电规模。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统,包括设置在载体表面的箱体,设置在箱体内部的圆形的太阳能模块单元、小齿轮和第一步进电机,以及控制子系统;所述太阳能模块单元转动连接在箱体上;所述小齿轮与太阳能模块单元相啮合、驱动太阳能模块单元相对箱体转动;所述第一步进电机的输出端与小齿轮连接、驱动小齿轮转动;所述控制子系统与第一步进电机信号连接、驱动控制第一步进电机。
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统,进一步的,所述太阳能模块单元包括圆形底盘,位于圆形底盘正面的、一组并列排布的平板形状的格栅条,位于圆形底盘背面的、与格栅条相互垂直的连杆,以及第二步进电机;
所述圆形底盘通过设在圆形底盘圆心上的底盘中轴转动连接在箱体上,圆形底盘的圆周上设有与小齿轮相啮合的齿轮齿,圆形底盘上还设有与格栅条相对应的矩形通孔;
所述格栅条的正面设有太阳能电池板,格栅条的侧边设有支腿,支腿由圆形底盘的正面穿过矩形通孔至圆形底盘的背面,并且支腿的中部通过转动轴铰接连接在圆形底盘的背面上;
所述连杆与支腿的末端铰接连接、进而将一组格栅条连接在一起;
所述第二步进电机的输出端与转动轴连接、进而驱动支腿以转动轴为轴心转动;所述控制子系统与第二步进电机信号连接、驱动控制第二步进电机。
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统,进一步的,所述圆形底盘包括圆形面板和设在圆形面板背面上的圆环肋、加劲肋,所述圆环肋设在圆形面板的背面外边缘处,所述齿轮齿设在圆环肋上,所述加劲肋与格栅条相互垂直,所述支腿的中部通过转动轴铰接在加劲肋上。
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统,进一步的,所述太阳能电池板上设置有光敏电阻。
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统,进一步的,所述太阳能模块单元至少有一个,所述小齿轮设置在相邻的两个太阳能模块单元之间并且与太阳能模块单元相啮合。
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统,进一步的,所述箱体为平板式箱体,包括有底板、四边边框、以及玻璃面板。
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统,进一步的,所述玻璃面板为低碳超白绒面玻璃。
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统的自动追光方法,包括以下步骤:
步骤一、开启控制子系统,光线照射到光敏电阻上,光敏电阻将信号传递至控制子系统;
步骤二、控制子系统将接收到的信号进行处理、分析,并发送指令至第一步进电机和第二步进电机;
步骤三、第一步进电机工作,通过输出端带动小齿轮转动,小齿轮带动与之啮合连接的太阳能模块单元转动,调整太阳能电池板以适应太阳方位角方向上的偏移;
步骤四、同时第二步进电机工作,通过输出端带动支腿以转动轴为轴心转动,进而带动支腿两端的格栅条与连杆相向运动,连杆的移动带动与连杆连接的其他支腿同步移动,支腿绕各自的转动轴在一定幅度内转动,进而带动支腿另一端的格栅条同步翻转,调整格栅条以适应太阳高度角方向上的偏移;
步骤五、太阳能电池板储存的电能分别通过控制子系统控制传送至用电点。
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统与现有技术相比,具有如下有益效果:
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统为平板式结构,无论是立面、平面或倾斜面,都可以占用最小的空间,铺设在载体表面,大大提高了空间利用率,可以设置在手机背面、汽车顶面、房屋建筑的顶面、外墙立面等诸多位置,设计和应用更加灵活便捷;本发明的大小和形状可根据与所设置的载体表面形状或设计要求进行灵活变化,应用范围广泛。
本发明采用了双重的调节系统,分别调整发电系统在太阳高度角和方位角方向性上的偏转角度,并通过控制系统自动控制,实现了随时调整太阳能电池板的角度,时刻保持太阳光与太阳能电池板垂直,将太阳能的接收效率最大化。
本发明在太阳方位角方向上的调节系统利用齿轮的啮合实现传动,结构简单,调节精度高,使太阳能电池板在设置平面内180°旋转,调节范围无死角,确保了太阳能利用最大化;在太阳高度角方向上的调节系统利用连杆实现百叶窗式排布的格栅条同步翻转,格栅条的翻转角度最大可达90°高度角,可时刻保持太阳光与格栅条表面垂直,其传动装置与齿轮啮合的传动装置独立设置,大大降低了装置的故障率。
本发明的太阳能模块单元设置为圆形,可最大限度的利用平板结构内的空间,提高本系统的太阳能发电效率。本发明的平板式箱体表面设置有低碳超白绒面玻璃制成的面板,可有效降低光线在面板上的折射和散射,提高太阳能的接收率。
下面结合附图对本发明的平板式自动追光太阳能光伏发电系统作进一步说明。
附图说明
图1为本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统的结构示意图;
图2为本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统的分解图;
图3为相邻太阳能模块单元的连接细节结构示意图;
图4为太阳能模块单元的后视图;
图5为格栅条的结构示意图;
图6为格栅条的侧视图;
图7为格栅条的连接结构示意图。
附图标记:
1-箱体;11-四边边框;12-底板;13-玻璃面板;2-光敏电阻;3-小齿轮;4-第一步进电机;5-连杆;6-格栅条;61-太阳能电池板;62-支腿;7-圆形底盘;71-圆形面板;72-矩形通孔;73-圆环肋;74-加劲肋;75-底盘中轴;76-齿轮齿;8-转动轴;9-第二步进电机。
具体实施方式
如图1-图7所示,本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统包括包括设置在载体表面的箱体1,设置在箱体1内部的圆形的太阳能模块单元、小齿轮3和第一步进电机4,以及控制子系统;太阳能模块单元转动连接在箱体1上;小齿轮3与太阳能模块单元相啮合、驱动太阳能模块单元相对箱体1转动;第一步进电机4的输出端与小齿轮3连接、驱动小齿轮3转动;控制子系统与第一步进电机4信号连接、驱动控制第一步进电机4。
太阳能模块单元的大小、数量和排布方式可根据具体的应用情况和设计要求灵活调整,至少为一个,即可实现整个系统的正常运行。本实施例中的太阳能模块单元为两个,小齿轮3设置在相邻的两个太阳能模块单元之间并且与太阳能模块单元相啮合。
箱体1为平板式箱体,固定在载体的表面,载体可大可小,可以设置在手机背面、汽车顶面、房屋建筑的顶面、外墙立面等诸多位置,表面可以竖直、水平或倾斜,应用范围广泛;箱体1的形状可根据与所设置的载体表面形状或设计要求进行灵活变化;本实施例中箱体1为长方形的平板式箱体,包括有底板12、四边边框11、以及玻璃面板13,其中玻璃面板13为低碳超白绒面玻璃;本实施例中四边边框11为铝合金边框,四边边框11上开设有穿线孔,供连接线路布设使用。
太阳能模块单元包括圆形底盘7,位于圆形底盘7正面的、一组并列排布的平板形状的格栅条6,位于圆形底盘7背面的、与格栅条6相互垂直的连杆5,以及第二步进电机9。
圆形底盘7通过设在圆形底盘7圆心上的底盘中轴75转动连接在箱体1上,圆形底盘7的圆周上设有与小齿轮3相啮合的齿轮齿76,圆形底盘7上还设有与格栅条6相对应的矩形通孔72;圆形底盘7包括圆形面板71和设在圆形面板71背面上的加劲肋74,加劲肋74与格栅条6相互垂直,支腿62的中部通过转动轴8铰接在加劲肋74上。
相似的,圆形底盘7还可以包括设在圆形面板71背面上的圆环肋73、圆环肋73设在圆形面板71的背面外边缘处,齿轮齿76设在圆环肋73上。
格栅条6的正面设有太阳能电池板61,格栅条6的侧边设有支腿62,每根格栅条6上设置至少一对支腿62;支腿62由圆形底盘7的正面穿过矩形通孔72至圆形底盘7的背面,并且支腿62的中部通过转动轴8铰接连接在圆形底盘7的背面上;连杆5与支腿62的末端铰接连接、进而将一组格栅条6连接在一起;第二步进电机9的输出端与一组格栅条6中的其中一个格栅条6上的转动轴8连接、进而驱动支腿62以转动轴8为轴心转动,控制子系统与第二步进电机9信号连接、驱动控制第二步进电机9。
其中控制子系统包括有:
光敏电阻2,光敏电阻2设置在格栅条6的正面,并且与总控制器信号连接;
总控制器,总控制器接收光敏电阻2传来的信号并处理该信号,然后根据处理的结果给步进电机控制器发送控制指令;
步进电机控制器,步进电机控制器接收总控制器发来的控制指令,并根据该控制指令控制连接第一步进电机4和第二步进电机9;
交流负载,交流负载通过逆变器与总控制器电连接,太阳能电池板61中存储的电能在总控制器的控制下,可以通过逆变器从直流电转换为交流电,用于交流负载;
蓄电池,蓄电池与总控制器电连接,既可以作为电源为总控制器供电,又可以将太阳能电池板61中存储的电能通过总控制器输送至蓄电池中;
定时控制器,定时控制器与总控制器电连接,总控制器接受定时控制器发来的控制指令,在设定的时间开始或停止工作,并在指定的时间给总控制器发送控制指令,使其控制第一步进电机4和第二步进电机9对系统进行复位;
手动控制装置,手动控制装置与总控制器连接,可手动控制整个系统的工作情况,适合在室内进行操作。
本发明平板式自动追光太阳能光伏发电系统的自动追光方法,包括以下步骤:
步骤一、开启总控制器,光线照射到光敏电阻2上,光敏电阻2将信号传递至总控制器;
步骤二、总控制器将接收到的信号进行处理、分析,并发送指令至步进电机控制器,步进电机控制器分别发送指令至第一步进电机4和第二步进电机9;
步骤三、第一步进电机4工作,通过输出端带动小齿轮3转动,小齿轮3带动与之啮合连接的太阳能模块单元转动,调整太阳能电池板61以适应太阳方位角方向上的偏移;
步骤四、同时第二步进电机9工作,通过输出端带动支腿62以转动轴8为轴心转动,进而带动支腿62两端的格栅条6与连杆5相向运动,连杆5的移动带动与连杆5连接的其他支腿62同步移动,支腿62绕各自的转动轴8在一定幅度内转动,进而带动支腿62另一端的格栅条6同步翻转,调整格栅条6以适应太阳高度角方向上的偏移;
步骤五、太阳能电池板61储存的电能分别通过总控制器控制传送至交流负载或蓄电池。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.平板式自动追光太阳能光伏发电系统,其特征在于:包括设置在载体表面的箱体(1),设置在箱体(1)内部的圆形的太阳能模块单元、小齿轮(3)和第一步进电机(4),以及控制子系统;所述太阳能模块单元转动连接在箱体(1)上;所述小齿轮(3)与太阳能模块单元相啮合、驱动太阳能模块单元相对箱体(1)转动;所述第一步进电机(4)的输出端与小齿轮(3)连接、驱动小齿轮(3)转动;所述控制子系统与第一步进电机(4)信号连接、驱动控制第一步进电机(4);所述箱体(1)为平板式箱体,包括有底板(12)、四边边框(11)、以及玻璃面板(13);
所述太阳能模块单元包括圆形底盘(7),位于圆形底盘(7)正面的、一组并列排布的平板形状的格栅条(6),位于圆形底盘(7)背面的、与格栅条(6)相互垂直的连杆(5),以及第二步进电机(9);
所述圆形底盘(7)通过设在圆形底盘(7)圆心上的底盘中轴(75)转动连接在箱体(1)上,圆形底盘(7)的圆周上设有与小齿轮(3)相啮合的齿轮齿(76),圆形底盘(7)上还设有与格栅条(6)相对应的矩形通孔(72);
所述格栅条(6)的正面设有太阳能电池板(61),格栅条(6)的侧边设有支腿(62),支腿(62)由圆形底盘(7)的正面穿过矩形通孔(72)至圆形底盘(7)的背面,并且支腿(62)的中部通过转动轴(8)铰接连接在圆形底盘(7)的背面上;
所述连杆(5)与支腿(62)的末端铰接连接、进而将一组格栅条(6)连接在一起;
所述第二步进电机(9)的输出端与转动轴(8)连接、进而驱动支腿(62)以转动轴(8)为轴心转动;所述控制子系统与第二步进电机(9)信号连接、驱动控制第二步进电机(9)。
2.根据权利要求1所述的平板式自动追光太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述圆形底盘(7)包括圆形面板(71)和设在圆形面板(71)背面上的圆环肋(73)、加劲肋(74),所述圆环肋(73)设在圆形面板(71)的背面外边缘处,所述齿轮齿(76)设在圆环肋(73)上,所述加劲肋(74)与格栅条(6)相互垂直,所述支腿(62)的中部通过转动轴(8)铰接在加劲肋(74)上。
3.根据权利要求1所述的平板式自动追光太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述太阳能电池板(61)上设置有光敏电阻(2)。
4.根据权利要求1所述的平板式自动追光太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述太阳能模块单元至少有两个,所述小齿轮(3)设置在相邻的两个太阳能模块单元之间并且与太阳能模块单元相啮合。
5.根据权利要求1所述的平板式自动追光太阳能光伏发电系统,其特征在于:所述玻璃面板(13)为低碳超白绒面玻璃。
6.权利要求4所述的平板式自动追光太阳能光伏发电系统的自动追光方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、开启控制子系统,光线照射到光敏电阻(2)上,光敏电阻(2)将信号传递至控制子系统;
步骤二、控制子系统将接收到的信号进行处理、分析,并发送指令至第一步进电机(4)和第二步进电机(9);
步骤三、第一步进电机(4)工作,通过输出端带动小齿轮(3)转动,小齿轮(3)带动与之啮合连接的太阳能模块单元转动,调整太阳能电池板(61)以适应太阳方位角方向上的偏移;
步骤四、同时第二步进电机(9)工作,通过输出端带动支腿(62)以转动轴(8)为轴心转动,进而带动支腿(62)两端的格栅条(6)与连杆(5)相向运动,连杆(5)的移动带动与连杆(5)连接的其他支腿(62)同步移动,支腿(62)绕各自的转动轴(8)在一定幅度内转动,进而带动支腿(62)另一端的格栅条(6)同步翻转,调整格栅条(6)以适应太阳高度角方向上的偏移;
步骤五、太阳能电池板(61)储存的电能分别通过控制子系统控制传送至用电点。
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