CN108528207A - 基于光伏光热的全太阳能驱动小车 - Google Patents
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Abstract
本发明设计了一种全太阳能驱动的小车模型，采用光伏、光热发电形式，能够实现对太阳光的实时手动或自动追踪；其中，太阳能电池板（4）直接将太阳能转换为电能后储存到蓄电池，聚光罩（5）将太阳光聚焦后加热斯特林机加热头（6），由斯特林机（7）带动发电机（8）实现热发电后储存到蓄电池；经度转盘部分（2）和纬度转动电机（9）实现系统对太阳光两个维度的追踪；该装置用比较简洁有效的结构和控制程序实现了对太阳光高效追踪利用，确保了很高的太阳能利用率，有很高的可操作性和太阳能利用原理演示效果，可作为玩具、教具、科普平台等，经过改进后还可以作为一种全太阳的能运输工具。
Description
技术领域
本发明专利涉及新能源综合利用领域，具体地，涉及微型太阳能光伏、光热发电以及新能源汽车。
背景技术
近两年来，许多国家投入大量资金研究新能源汽车，也有很多新能源汽车出现在市场上，但是，由于续航能力的不足，很多百姓还是比较倾向于传统的汽车。于是乎，解决新能源汽车的续航能力成为新能源汽车发展道路上必须要解决对的难题，所以，以太阳能作为新能源汽车的动力来源就开始进入了研究阶段。目前，出现的太阳能汽车都是在汽车外表面布置太阳能光伏电池板，但是，由于其布置的电池板是固定的，不能保证太阳光垂直入射，效率很低。于是，我们创新性的设计了本发明一种能够实时追踪太阳光的小车模型。
本发明将太阳能光伏发电和光热发电两种方式结合起来，设计、组装和实验了一种微型的基于光伏光热的全太阳能驱动小车；本发明可以展示太阳能光伏光热发电的基本原理，可以作为玩具、教具，在优化和放大后，也可以作为一种全太阳能驱动的运载工具，完全能够满足在对速度要求不高时的运载需求。
发明内容
本发明专利设计了一种基于光伏光热的全太阳能驱动小车，包括小车底座（1）、经度转盘部分（2）、上部支架部分（3）、太阳能电池板（4）、聚光罩（5）、斯特林机加热头（6）、斯特林机（7）、发电机（8）、纬度转动电机（9），其中斯特林机加热头（6）、斯特林机（7）、发电机（8）作为一个整体结构；
控制系统实现太阳光进行手动或自动的二维追踪，实时保证太阳能电池板（4）、聚光罩（5）垂直于太阳光，保证系统效率最大化。
经度转动电机（1-3）、纬度转动电机（9）由控制系统控制，在手动控制模式下，输入的控制信号为手动输入的信号；在自动控制模式下，输入的控制信号为光敏电阻所产生的电信号，两个维度各由两个光敏电阻组成，每一组中，根据两个光敏电阻所产生电信号大小的不同，从而控制电机转动的方向和速度。
小车底座的运动也是有自动和手动两种模式，在手动模式下，由遥控器控制小车的运行速度和方向，在自动寻迹模式下，小车根据给定的路线自动运行。
为考虑结构、成本和加工生产技术，太阳能电池板（4）直接将太阳能转变为电能后经变压稳压处理，存储到蓄电池；聚光罩（5）将太阳光聚焦后加热斯特林机加热头（6）由斯特林机（7）将热能转变为机械能后由发电机（8）将机械能转变为电能经变压稳压处理，存储到蓄电池。
太阳能电池板（4）为环形结构为考虑重量，其基底材料为塑料但不局限于塑料，聚光罩（5）为高反射镜面，为考虑重量，其基底材料为塑料但不局限于塑料，其聚焦的焦点为斯特林机加热头（6）。
本发明专利探索了将太阳能光伏发电和光热发电两种方式结合起来，设计、组装和实验了一种微型的基于光伏光热的全太阳能驱动小车；可以很好的展示太阳能光伏光热发电的基本原理，并可以作为一种科学教育的玩具、教具；在优化和放大后，可以作为一种全太阳能驱动的运载工具，完全能够满足在对速度要求不高时的运载需求。
附图说明
图1为小车整体立体图；
图2为小车上部细节图；
图3为小车中部细节图；
图4为小车底部细节图；
小车底座（1）；
驱动电机（1-1）、车轮（1-2）、经度转动电机（1-3）、连接螺母（1-4）、上下车体（1-5）。
经度转盘部分（2）；
联轴器（2-1）、轴承（2-2）、小转盘（2-3）、大转盘（2-4）。
上部支架部分（3）；
太阳能电池板（4）；
聚光罩（5）；
斯特林机加热头（6）；
斯特林机（7）；
发电机（8）；
纬度转动电机（9）；
减速机构（9-1）、电机（9-2）。
斯特林机夹持件（10）。
具体实施方式
从整体结构上来看，模型包括小车底座（1）、经度转盘部分（2）、上部支架部分（3）、太阳能电池板（4）、聚光罩（5）、斯特林机加热头（6）、斯特林机（7）、发电机（8）、纬度转动电机（9），其中斯特林机加热头（6）、斯特林机（7）、发电机（8）作为一个整体结构；
小车底座（1）作为整个模型的搭载平台，驱动电机（1-1）和车轮（1-2）各有4个，且每一个车轮由一个驱动电机驱动运行，驱动电机由螺栓连接固定在车体（1-5）上；经度转动电机（1-3）也由螺栓连接固定在车体（1-5）上，其轴与联轴器（2-1）内部连接固定；联轴器（2-1）外部与轴承（2-2）的轴承内圈固定，轴承（2-2）的轴承内圈与小转盘（2-3）固定，小转盘（2-3）、大转盘（2-4）、支架部分（3）的底部通过螺栓固定；轴承（2-2）的轴承外圈由固定支架与小车底座（1）的车体固定；既通过以上结构，经度转动电机（1-3）就可带动支架部分（3）直至斯特林机夹持件（10）、斯特林机（7）、太阳能电池板（4）、聚光罩（5）等同步的作经度方向的转动；在转动过程中，小车底座以外的重量都通过轴承（2-2）传递到车体（1-5）上，经度转动电机（1-3）不承受重量或仅仅承受小部分重量；
斯特林机夹持件（10）一端通过轴承与上部支架部分（3）连接，另一端通过轴或联轴器与纬度转动电机（9）的轴连接，由纬度转动电机（9）驱动斯特林机夹持件（10）做纬度方向的转动，此时，斯特林机（7）、太阳能电池板（4）、聚光罩（5）也随纬度转动电机（9）做同步的纬度方向转动；
太阳能电池板（4）直接将太阳能转变为电能后经变压稳压处理，存储到蓄电池；聚光罩（5）将太阳光聚焦后加热斯特林机加热头（6）由斯特林机（7）将热能转变为机械能后由发电机（8）将机械能转变为电能经变压稳压处理，存储到蓄电池。
对于控制系统的自动和手动两种模式：太阳光追踪部分，经度转动电机（1-3）、纬度转动电机（9）在手动控制模式下，输入的控制信号为手动输入的信号；在自动控制模式下，输入的控制信号为光敏电阻所产生的电信号，两个维度各由两个光敏电阻组成，每一组中，根据两个光敏电阻所产生电信号大小的不同，通过程序计算和单片机控制经度转动电机（1-3）、纬度转动电机（9）的输入电压大小和正负，从而控制电机转动的方向和速度。
对于小车运动部分，在手动模式下，由遥控器控制小车的运行速度和方向，在自动寻迹模式下，小车根据给定的路线自动运行。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明专利的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明专利的较佳实施例，但本发明专利不以图片所示的效果限定实施范围，凡是依照本发明专利的构想、原理所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本本发明专利的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于光伏、光热的全太阳能驱动模型，其特征在于，包括小车底座（1）、经度转盘部分（2）、上部支架部分（3）、太阳能电池板（4）、聚光罩（5）、斯特林机加热头（6）、斯特林机（7）、发电机（8）、纬度转动电机（9），其中斯特林机加热头（6）、斯特林机（7）、发电机（8）作为一个整体结构；
其中，小车底座包括驱动电机（1-1）、车轮（1-2）、经度转动电机（1-3）、连接螺母（1-4）、上下车体（1-5），经度转动电机（1-3）由电机和减速机构组成；其中，驱动电机（1-1）由蓄电池供电，驱动车轮（1-2）转动，使整个模型运动；经度转动电机（1-3）由太阳光自动追踪系统控制，使模型除小车底座（1）外可以进行经度圆周方向的运动，作为太阳光追踪的一个维度。
2.根据权利1要求的一种基于光伏、光热的全太阳能驱动模型，其特征在于，经度转盘部分（2）由联轴器（2-1）、轴承（2-2）、小转盘（2-3）、大转盘（2-4）构成；联轴器（2-1）内部与经度转动电机（1-3）的轴连接，外部与轴承（2-2）的轴承内圈固定，轴承（2-2）的轴承内圈与小转盘（2-3）固定，小转盘（2-3）、大转盘（2-4）、支架部分（3）的底部通过螺栓固定；轴承（2-2）的轴承外圈与小车底座（1）的车体固定。
3.根据权利1要求的一种基于光伏、光热的全太阳能驱动模型，其特征在于，斯特林机（7）由斯特林机夹持件（10）固定，斯特林机夹持件（10）一端通过轴承与上部支架部分（3）连接，另一端通过轴或联轴器与纬度转动电机（9）连接，由纬度转动电机（9）驱动斯特林机夹持件（10）做纬度方向的转动，作为太阳光追踪的另一个维度；其中纬度转动电机（9）也由电机（9-2）和减速机构（9-1）组成。
4.根据权利1要求的一种基于光伏、光热的全太阳能驱动模型，其特征在于，太阳能电池板（4）为环形结构，具体但不局限于：
晶体硅电池板：多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池；
非晶硅电池板：薄膜太阳能电池、有机太阳能电池；
化学染料电池板：染料敏化太阳能电池；
太阳能电池板（4）将太阳能直接转换为电能后存储在蓄电池，斯特林机（7）将太阳能转换为机械能后传递给发电机（8），发电机（8）将机械能转换为电能后储存在蓄电池。
5.根据权利1要求的一种基于光伏、光热的全太阳能驱动模型，其特征在于，聚光罩（5）为环形聚光结构，为考虑重量，其基底材料为塑料但不局限于塑料，聚光罩（5）的焦点在于斯特林机加热头（6）头部的位置，聚光罩（5）将太阳光聚焦后加热斯特林机加热头（6）；聚光罩（5）与太阳能电池板（4）固定，聚光罩（5）通过支架与斯特林机（7）固定。
6.根据权利1要求的一种基于光伏、光热的全太阳能驱动模型，其特征在于，太阳能电池板（4）、聚光罩（5）、斯特林机加热头（6）、斯特林机（7）、发电机（8）、斯特林机夹持件（10）作为一个整体由纬度转动电机（9）驱动作纬度方向转动；
经度转盘部分（2）、上部支架部分（3）、太阳能电池板（4）、聚光罩（5）、斯特林机加热头（6）、斯特林机（7）、发电机（8）、斯特林机夹持件（10）作为一个整体由经度转动电机（1-3）驱动作经度方向的圆周转动。
7.根据权利1要求的一种基于光伏、光热的全太阳能驱动模型，其特征在于，纬度转动电机（9）、经度转动电机（1-3）由同一个控制系统控制，且控制方式为手动和自动两种方式；纬度转动电机（9）、经度转动电机（1-3）的电机种类可以选择为直流电机和步进电机，但不局限于直流电机和步进电机两种；小车底座的运动也是有自动和手动两种模式，在手动模式下，由遥控器控制小车的运行速度和方向，在自动寻进模式下，小车根据给定的路线自动运行。
8.根据权利1要求的一种基于光伏、光热的全太阳能驱动模型，其特征在于，.以上所述的连接方式为方便拆卸一般为螺栓连接，但不仅仅局限于螺栓连接，可包括胶粘、铆接等方式。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180914 |