CN108153339A - 太阳能电池板自动追光系统 - Google Patents
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Abstract
太阳能电池板自动追光系统，包括测光系统及太阳能电池板驱动系统，测光系统通过光照强度的检测确定太阳的高度角及方位角，将信号传输给太阳能电池板驱动系统，太阳能电池板驱动系统根据信号转动太阳能电池板的朝向，使太阳光可以垂直照射在太阳能板上，使太阳能达到最大光电利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动追光系统，具体为一种太阳能电池板的自动追光系统。
背景技术
能源是人类社会得以生存发展的支柱，伴随经济规模的不断扩大,社会对能源的需求也在不断增加，传统能源的消耗急剧上升日趋枯竭，能源危机也因此成为当今世界面临的巨大挑战。因此，可再生性和环境友好性的可再生能源的开发利用已成为国际上大多数国家的战略选择。太阳能作为一种新兴的可再生能源，资源十分丰富，其取之不尽用之不竭的优势使得被越来越多的国家采用。可是当前的光伏发电成本较高，由于其方向和角度固定，无法追随太阳保证太阳光垂直照射，使得光电转换效率很低。为提高转换效率，设计了一种具有很好价值的太阳能电池板自动追光装置，其自动跟踪装置比固定装置利用率提高了35％，有效地降低了光伏发电的成本。
发明内容
本发明的主要解决的核心技术问题是提供一种太阳能电池板自动追光系统，此系统能够在一定范围内调整方位角和高度角，使太阳能电池板始终与太阳光照射方向垂直，达到最大的光电利用率，降低光伏发电成本。
为解决上述技术问题，本发明采取如下的技术方案：这种太阳能电池板的自动追光系统包括：测光系统及太阳能电池板驱动系统。测光系统通过光照强度的检测确定太阳的高度角及方位角，将信号传输给太阳能电池板驱动系统，太阳能电池板驱动系统根据信号转动太阳能电池板的朝向，使太阳光可以垂直照射在太阳能板上，使太阳能达到最大光电利用率。
测光系统包括独立测光模块、光照强度显示模块、时钟模块、控制模块、光照强度检测装置、驱动模块、无线传输模块、电源模块组成，其中：独立测光模块、光照强度显示模块、时钟模块、光照强度检测模块、驱动模块、无线传输模块、电源模块分别与控制模块相连，独立测光模块对早晚时间进行预先的光照强度检测，达到阈值时，整个系统开始正常工作，光照强度检测装置启动，首先是控制扇形壳2的水平方位角舵机9在方位角为0-180°范围内从东向西运转扫描，直至扇形壳2底槽的两个光敏传感器同时达到阈值，之后控制转筒1的竖直高度角舵机3在高度角0-90°范围内向上运转扫描，直至转筒1底槽的两个光敏传感器同时达到阈值，得出太阳的方位角及高度角，将信号传递给控制模块，控制模块通过无线传输模块将信号传递给太阳能电池板驱动系统，由太阳能电池板驱动系统控制太阳能电池板的转动。
控制模块做为核心处理器负责各个模块的控制与协调，数据、电压的发送采集与处理，采用单片机STC12C5A60S2，是增强的8051CPU，单时钟/机器周期速度比普通8051快8-12倍，具有较宽工作电压：5.5V-2.4V。其片内集成512字节的SRAM，有片内EEPROM功能，擦写次数10万次以上，8通道1O位高速ADC，速度可选30万次/秒，3路PWM还可当3路DA使用，共3通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA),也可用来在实现3个定时器或3个外部中断(支持上升沿/下降沿中断)或3路D/A，内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压，可彻底省掉外部复位电路，内部高精度R/C时钟。由于其PWM通道较多，可实现自动追光仪的二路舵机同时运转，提高系统运行速度，整体光照测量精度提高。
独立测光模块采用灵敏型光敏电阻传感器，对早晚时间进行预先的光照强度检测,只有当达到阈值时，整个系统才可以开始正常工作，反之则不工作。
时钟模块采用DS1302芯片，为系统提供时间数据支撑，同时也可控制独立测光模块每30分钟检测一次，减少不必要的能量损耗。
光照强度检测模块是以灵敏型光敏电阻传感器为核心，将其放置在一个炮塔结构模型中，包括转筒1、扇形壳2、轴承4和底盘5，在所述的扇形壳2和转筒1的底槽均放置两个灵敏型光敏电阻传感器，利用遮光原理检测出最佳光强角度，将光信号转变为电信号，进行光照强度的检测。当太阳光不直射时，装置内会产生阴影，这样会使光敏电阻传感器检测到的光照强度过低，进而驱动舵机进行角度转动，水平方位角舵机9和竖直高度角舵机3的分级处理运动后，逐步判断是否仍存在阴影遮光，减小角度差距，最终使太阳光可垂直照射。
驱动模块包括水平方位角舵机9和竖直高度角舵机3，舵机采用MG996舵机，可带动光照强度检测模块在二维相互垂直的角度里转动，水平方位角舵机控制0-180°，竖直高度角舵机控制0-90°，遵循太阳东升西落的规律对其进行精确跟踪。
无线传输模块采用2.4GHZ单片高速2Mbps无线收发芯片NRF24L01,发送舵机角度信息，它是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。
电源模块采用两个串联的18650锂电池，可充电式电源，为各模块提供7.4V电压。
太阳能电池板驱动系统包括控制模块、无线传输模块、驱动模块、电源模块组成，无线传输模块接收到测光系统传输的信息，传递给控制模块，驱动模块控制舵机调整太阳能电池板的角度，使太阳垂直照射在太阳能板上，达到最大光电利用率。
控制模块做为核心处理器负责各个模块的控制与协调，数据、电压的发送采集与处理，采用单片机STC15W201S,为无线传输的接收模块提供驱动，从此芯片的P3.2-P3.7引脚与舵机相连。I/O输出一定的PWM波，通过改变输出的脉冲宽度来调节舵机角度信号。
无线传输模块采用无线收发芯片NRF24L01,接收测光系统发送来的舵机角度信息；
驱动模块包括水平舵机15和竖直舵机14，舵机采用MG996舵机，根据测光系统发送的角度信息，转动太阳能电池板的朝向，使太阳光可以垂直照射在太阳能板上；
电源模块采用两个串联的18650锂电池，可充电式电源，为各模块提供7.4V电压。
附图说明
图1系统流程图
图2测光系统示意图
图3扇形壳示意图
图4太阳能电池板驱动系统示意图
其中：1、转筒，2、扇形壳，3、竖直高度角舵机，4、轴承，5、底盘，6、底座，7、控制模块，8、电源模块，9、水平方位角舵机，10、竖直方向光敏电阻，11、遮光板，12水平方向光敏电阻，13、太阳能电池板，14、竖直舵机，15、水平舵机，16、轴承，17、水平底盘。
具体实施方式
太阳能电池板自动追光系统包括：测光系统及太阳能电池板驱动系统。
测光模块对早晚时间进行预先的光照强度检测，达到阈值时，整个系统开始正常工作，光照强度检测装置启动，首先是控制扇形壳2的水平方位角舵机9在方位角为0-180°范围内从东向西运转扫描，直至扇形壳2底槽的两个光敏传感器同时达到阈值，之后控制转筒1的竖直高度角舵机3在高度角0-90°范围内向上运转扫描，直至转筒1底槽的两个光敏传感器同时达到阈值，得出太阳的方位角及高度角，将信号传递给控制模块，控制模块通过无线传输模块将信号传递给太阳能电池板驱动系统，由太阳能电池板驱动系统控制太阳能电池板的转动。
测光系统包括独立测光模块、光照强度显示模块、时钟模块、控制模块、光照强度检测装置、驱动模块、无线传输模块、电源模块组成，其中：独立测光模块、光照强度显示模块、时钟模块、光照强度检测模块、驱动模块、无线传输模块、电源模块分别与控制模块相连，独立测光模块对早晚时间进行预先的光照强度检测，达到阈值时，整个系统开始正常工作，光照强度检测装置启动，首先是控制扇形壳2的水平方位角舵机9在方位角为0-180°范围内从东向西运转扫描，直至扇形壳2底槽的两个光敏传感器同时达到阈值，之后控制转筒1的竖直高度角舵机3在高度角0-90°范围内向上运转扫描，直至转筒1底槽的两个光敏传感器同时达到阈值，得出太阳的方位角及高度角，将信号传递给控制模块，控制模块通过无线传输模块将信号传递给太阳能电池板驱动系统，由太阳能电池板驱动系统控制太阳能电池板的转动。控制模块做为核心处理器负责各个模块的控制与协调，数据、电压的发送采集与处理，采用单片机STC12C5A60S2，是增强的8051CPU，单时钟/机器周期速度比普通8051快8-12倍，具有较宽工作电压：5.5V-2.4V。其片内集成512字节的SRAM，有片内EEPROM功能，擦写次数10万次以上，8通道1O位高速ADC，速度可选30万次/秒，3路PWM还可当3路DA使用，共3通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA),也可用来在实现3个定时器或3个外部中断(支持上升沿/下降沿中断)或3路D/A，内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压，可彻底省掉外部复位电路，内部高精度R/C时钟。由于其PWM通道较多，可实现自动追光仪的二路舵机同时运转，提高系统运行速度，整体光照测量精度提高。独立测光模块采用灵敏型光敏电阻传感器，对早晚时间进行预先的光照强度检测,只有当达到阈值时，整个系统才可以开始正常工作，反之则不工作。时钟模块采用DS1302芯片，为系统提供时间数据支撑，同时也可控制独立测光模块每30分钟检测一次，减少不必要的能量损耗。光照强度检测模块是以灵敏型光敏电阻传感器为核心，将其放置在一个炮塔结构模型中，包括转筒1、扇形壳2、轴承4和底盘5，在所述的扇形壳2和转筒1的底槽均放置两个灵敏型光敏电阻传感器，利用遮光原理检测出最佳光强角度，将光信号转变为电信号，进行光照强度的检测。当太阳光不直射时，装置内会产生阴影，这样会使光敏电阻传感器检测到的光照强度过低，进而驱动舵机进行角度转动，水平方位角舵机9和竖直高度角舵机3的分级处理运动后，逐步判断是否仍存在阴影遮光，减小角度差距，最终使太阳光可垂直照射。驱动模块包括水平方位角舵机9和竖直高度角舵机3，舵机采用MG996舵机，可带动光照强度检测模块在二维相互垂直的角度里转动，水平方位角舵机控制0-180°，竖直高度角舵机控制0-90°，遵循太阳东升西落的规律对其进行精确跟踪。无线传输模块采用2.4GHZ单片高速2Mbps无线收发芯片NRF24L01,发送舵机角度信息，它是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片。电源模块采用两个串联的18650锂电池，可充电式电源，为各模块提供7.4V电压。
太阳能电池板由双轴支撑，底座为一水平底盘17，水平舵机15和竖直舵机14通过轴承带动太阳能板水平、竖直方向转动，使太阳光可以垂直照射在太阳能板上。
太阳能电池板驱动系统包括控制模块、无线传输模块、驱动模块、电源模块组成，无线传输模块接收到测光系统传输的信息，传递给控制模块，驱动模块控制舵机调整太阳能电池板的角度，使太阳垂直照射在太阳能板上，达到最大光电利用率。控制模块做为核心处理器负责各个模块的控制与协调，数据、电压的发送采集与处理，采用单片机STC15W201S,为无线传输的接收模块提供驱动，从此芯片的P3.2-P3.7引脚与舵机相连。I/O输出一定的PWM波，通过改变输出的脉冲宽度来调节舵机角度信号。无线传输模块采用无线收发芯片NRF24L01,接收测光系统发送来的舵机角度信息；驱动模块包括水平舵机15和竖直舵机14，舵机采用MG996舵机，根据测光系统发送的角度信息，转动太阳能电池板的朝向，使太阳光可以垂直照射在太阳能板上；电源模块采用两个串联的18650锂电池，可充电式电源，为各模块提供7.4V电压。
将太阳能电池板自动追光系统，通过螺栓安装在特高压输电线路铁塔地线支架顶部，为地线支架顶部的航标指示灯提供电力供应。这样做可以更好的为航标指示灯提供清洁能源，避免了频繁更换航标指示灯电源的问题，相对减少了电力线路运检人员上塔作业的次数，保障了人员安全。
Claims (4)
1.太阳能电池板自动追光系统，其特征在于：包括测光系统及太阳能电池板驱动系统，测光系统通过光照强度的检测确定太阳的高度角及方位角，将信号传输给太阳能电池板驱动系统，太阳能电池板驱动系统根据信号转动太阳能电池板的朝向，使太阳光可以垂直照射在太阳能板上，使太阳能达到最大光电利用率。
2.如权利要求1所述的测光系统，其特征在于：包括独立测光模块、光照强度显示模块、时钟模块、控制模块、光照强度检测装置、驱动模块、无线传输模块、电源模块组成，其中：
独立测光模块、光照强度显示模块、时钟模块、光照强度检测模块、驱动模块、无线传输模块、电源模块分别与控制模块相连，独立测光模块对早晚时间进行预先的光照强度检测，达到阈值时，整个系统开始正常工作，光照强度检测装置启动，首先是控制扇形壳2的水平方位角舵机9在方位角为0-180°范围内从东向西运转扫描，直至扇形壳2底槽的两个光敏传感器同时达到阈值，之后控制转筒1的竖直高度角舵机3在高度角0-90°范围内向上运转扫描，直至转筒1底槽的两个光敏传感器同时达到阈值，得出太阳的方位角及高度角，将信号传递给控制模块，控制模块通过无线传输模块将信号传递给太阳能电池板驱动系统，由太阳能电池板驱动系统控制太阳能电池板的转动；
控制模块做为核心处理器负责各个模块的控制与协调，数据、电压的发送采集与处理，采用单片机STC12C5A60S2；
独立测光模块采用灵敏型光敏电阻传感器，对阴天、早晚时间进行预先的光照强度检测；
时钟模块采用DS1302芯片，为系统提供时间数据支撑，同时也可控制独立测光模块每30分钟检测一次，减少不必要的能量损耗；
光照强度检测模块是以灵敏型光敏电阻传感器为核心，将其放置在一个炮塔结构模型中，包括转筒1、扇形壳2、轴承4和底盘5，在所述的扇形壳2和转筒1的底槽均放置两个灵敏型光敏电阻传感器，利用遮光原理检测出最佳光强角度，将光信号转变为电信号，进行光照强度的检测；
驱动模块包括水平方位角舵机9和竖直高度角舵机3，舵机采用MG996舵机，可带动光照强度检测模块在二维相互垂直的角度里转动，水平舵机控制0-180°，竖直舵机控制0-90°，遵循太阳东升西落的规律对其进行精确跟踪；
无线传输模块采用2.4GHZ单片高速2Mbps无线收发芯片NRF24L01,发送舵机角度信息；
电源模块采用两个串联的18650锂电池，可充电式电源，为各模块提供7.4V电压。
3.如权利要求1所述的太阳能电池板驱动系统，其特征在于：包括控制模块、无线传输模块、驱动模块、电源模块组成，其中:
无线传输模块接收到测光系统传输的信息，传递给控制模块，驱动模块控制舵机调整太阳能电池板的角度，使太阳垂直照射在太阳能板上，达到最大光电利用率；
控制模块做为核心处理器负责各个模块的控制与协调，数据、电压的发送采集与处理，采用单片机STC15W201S；
无线传输模块采用无线收发芯片NRF24L01,接收测光系统发送来的舵机角度信息；
驱动模块包括水平舵机15和竖直舵机14，舵机采用MG996舵机，根据测光系统发送的角度信息，转动太阳能电池板的朝向，使太阳光可以垂直照射在太阳能板上；
电源模块采用两个串联的18650锂电池，可充电式电源，为各模块提供7.4V电压。
4.如权利要求1所述的太阳能电池板自动追光系统，其特征在于：设置为可安装在特高压输电线路铁塔地线支架顶部，为航标指示灯提供电力供应。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN109039257A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-12-18 | 宁波工程学院 | 基于Arduino的太阳能追日系统及控制驱动方法 |
| CN114237307A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-25 | 苏州宝嘉新能源科技有限公司 | 光伏追踪与清扫机器人集成控制系统 |
| CN114489155A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-05-13 | 安徽大学 | 一种新型太阳能路灯追光装置 |
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN109039257A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-12-18 | 宁波工程学院 | 基于Arduino的太阳能追日系统及控制驱动方法 |
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| CN114489155A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-05-13 | 安徽大学 | 一种新型太阳能路灯追光装置 |
| CN114489155B (zh) * | 2022-01-07 | 2024-01-30 | 安徽大学 | 一种新型太阳能路灯追光装置 |
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