CN109936330A - 一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构及其调节方法 - Google Patents

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朱书林
王群
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Abstract

本发明公开了一种基于大数据平台太阳能电池板自动调节机构及其调节方法。所述太阳能电池板自动调节机构包括:太阳能电池板、液压系统、电控系统、立柱、套筒、角度传感器1、角度传感器2、铰链1和铰链2。当使用所述调节机构时,只需要测得当地经纬度,从大数据库中找到相应的三维数组对,通过调节机构即可调整太阳能电池板仰角θ1和太阳能电池板转角θ2,本发明能够使得太阳能电池板实时自动追踪太阳,使太阳能电池板达到与太阳光垂直的位置,使得太阳能的发电效率最大。

Description

一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构及其调节 方法
技术领域
本发明属于太阳能技术领域,特别是涉及一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构及其调节方法。
背景技术
随着全球人口迅速增长,社会经济不断发展,人类对能源的需求越来越高,在过去二十年中,全世界能源消耗量增加了40%,因此,寻找新的能源是人类面临的重要挑战。
目前,能源主要有三种,即化石能、核电及水电。化石能源是一种碳氢化合物或其衍生物。它由古代生物的化石沉积而来,是一次能源。天然化石能源包括煤炭、石油和天然气,但随着人类的不断开采,化石能源的枯竭是不可避免的。另一方面,在化石能源的使用过程中会新增大量温室气体CO2,同时可能产生一些有污染的烟气,威胁全球生态。核电利用原子核内部蕴藏的能量产生电能,轻原子核的融合和重原子核的分裂都能产生能量,分别称为核聚变能和核裂变能,简称核能。但一旦发生核事故,后果将不堪设想。前苏联切尔诺贝利核电站事故,使九百万人受到了不同程度的伤害,并且这一影响并未终止。所以,寻求新能源已成为促进经济社会可持续发展的必然选择。新能源包括风能、太阳能、生物质能、核能、地热能和海洋能等,新能源取之不尽、用之不竭,对其进行开发利用能为人类社会展现出新图景。随着国家新能源开发战略的逐步实施,以风电、太阳能等为代表的我国新能源产业发展进入新的历史阶段,而我国在推进太阳能发电产业的发展道路上早已迈出坚实步伐。
就目前而言,太阳能电池板一般都是固定的,无法自动调节角度,因此无法随着太阳移动而移动,不能保证太阳光垂直照射,造成太阳能利用率低。即使有些太阳能板能够随着太阳移动,但都是通过传感器来确定太阳位置,而传感器易损坏且成本较高,这样大大降低了此类机构的经济性。因此,由于不易损坏、能耗低等特点,非传感器太阳能自动调节装置不断得到发展和应用。
发明内容
本发明基于不同年份的同一时间、同一纬度,太阳的位置及太阳入射角相同这一特性,在同一纬度地区,测量一年内每一天的各个时间段太阳光的入射角,并将结果存储在数据库中,在以后每年这些数据可以反复利用。通过电控以及液压系统系统,实时自动追踪太阳,使太阳能电池板发电效率达到最高。
本发明的目的在于提供一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构及其调节方法。
一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构,包括太阳能电池板、液压系统、电控系统、立柱、套筒、角度传感器1、角度传感器2、铰链1和铰链2;所述液压系统包括转角双向控制缸、仰角控制缸、壳体、油箱、油泵、控制阀和四根油管;所述仰角控制缸包括仰角控制缸缸体和仰角控制缸活塞;所述转角双向控制缸包括转角双向控制缸体和转角双向控制缸活塞;所述转角双向控制缸活塞与立柱固定连接,转角双向控制缸体上设置有通油孔1和通油孔2;所述油管包括转角双向控制缸油管1、转角双向控制缸油管2、仰角控制缸进油管和仰角控制缸出油管;所述转角双向控制缸油管1和转角双向控制缸油管2分别与转角双向控制缸的左缸和右缸连接;所述仰角控制缸进油管和仰角控制缸出油管与仰角控制缸连接;所述太阳能电池板通过铰链1和铰链2分别与立柱和仰角控制缸活塞连接;所述角度传感器1设置在铰链1上,所述角度传感器2设置在铰链2上,所述角度传感器1和角度传感器2均与电控系统连接;所述油箱、油泵、控制阀和电控系统均设置在壳体中;所述控制阀包括二位四通电磁阀1、二位四通电磁阀2和8个单向阀。
进一步地,一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节方法包括以下步骤:
S1、将地球表面划分成以10°为间距的经纬度网格,在一个网格区域内,由于同一时间点太阳入射角差别不大,所以将每个经纬度网格编号,并测出每个经纬度网格中心点位置一年内每天每个时间段的太阳入射角。
S2、将入射角分解为太阳光与地平面夹角(即太阳能电池板仰角θ1)和太阳光与每个经纬度网格中心点所在子午面的夹角(即太阳能电池板转角θ2),将经纬度网格编号、日期和时间存入大数据平台的数据库,形成三维数组对,其中第一维度是经纬度网格编号;第二维度是日期;第三维度是时间;从数据库中的每一个三维数组对取出对应点存放的太阳入射角信息,即θ1和θ2
S3、仰角控制缸和转角双向控制缸共同作用,将太阳能电池板分别调节至对应的θ1和θ2,即可使太阳光垂直照射太阳能电池板,从而达到最大的发电效率。
进一步地,所述二位四通电磁阀1控制太阳能电池板仰角,所述二位四通电磁阀2控制太阳能电池板转角。
进一步地,本发明采用液压系统将太阳能电池板仰角和太阳能电池板转角调节到对应位置并固定,所述调节太阳能电池板仰角的具体步骤包括:
当需要减小太阳能电池板仰角时,二位四通电磁阀1右移;此时液压油从油泵经单向阀8,再经过进二位四通电磁阀1,进入仰角控制缸右缸,另外,液压油从仰角控制缸左缸,经过二位四通电磁阀1,再经过单向阀5回流到油箱中,电控系统根据太阳能电池板所需要目标仰角θ1和角度传感器2,使太阳能电池板仰角达到目标值θ1
当需要增加太阳能电池板仰角时,二位四通电磁阀1左移;此时液压油从油泵经单向阀7,再经过进二位四通电磁阀1,进入仰角控制缸左缸,另外,液压油从仰角控制缸右缸,经过二位四通电磁阀1,再经过单向阀6回流到油箱中,电控系统根据太阳能电池板所需要目标仰角θ1和角度传感器2,使太阳能电池板仰角达到目标值θ1
所述调节太阳能电池板转角的具体步骤包括:
当需要向一个方向转动时,二位四通电磁阀1下移;此时液压油从油泵经单向阀3,再经过进二位四通电磁阀2,进入转角控制缸右缸,另外,液压油从转角控制缸左缸,经过二位四通电磁阀2,再经过单向阀1回流到油箱中,电控系统根据太阳能电池板所需要目标转角θ2和角度传感器1,使太阳能能电池板转角达到目标值θ2
当需要向一个方向转动时,二位四通电磁阀1上移;此时液压油从油泵经单向阀4,再经过进二位四通电磁阀2,进入转角控制缸左缸,另外,液压油从转角控制缸右缸,经过二位四通电磁阀2,再经过单向阀2回流到油箱中,电控系统根据太阳能电池板所需要目标转角θ2和角度传感器1,使太阳能能电池板转角达到目标值θ2
进一步地,对于车载移动太阳能电池板,在每个时间段,正在行驶的汽车利用GPS定位系统得到所处位置以及该位置的经纬度,然后电控系统从数据库中提取此刻当前位置所在的经纬度网格编号,以确定太阳能电池板仰角θ2和转角θ1
本发明的有益效果在于:当使用所述调节机构时,只需要测得当地经纬度,从大数据库中找到相应的三维数组对,通过调节机构即可调整太阳能电池板仰角θ1和太阳能电池板转角θ2,从而使太阳能电池板达到与太阳光垂直的位置,使得太阳能的发电效率最大。
附图说明
图1为本发明的外形结构示意图。图中各标号:1-太阳能电池板,2-铰链1,3-角度传感器1,4-立柱,5-仰角控制缸出油管,6-壳体,7-仰角控制缸进油管,8-转角双向控制缸油管1,9-转角双向控制缸油管2,10-转角双向控制缸,11-转角双向控制缸活塞,12-仰角控制缸,13-仰角控制缸活塞,14-铰链2,15-角度传感器2。
图2为转角双向控制缸的示意图。图中各标号:16-转角双向控制缸左缸,17-转角双向控制缸右缸。
图3为经纬度网格的示意图。图中各标号:18-经度线,19-经纬度网格,20-维度线。
图4为太阳光入射角的分解示意图。图中各标号:21-θ2,22-子午面,23-θ1,24-地平面,25-太阳入射角,26-入射光线。
图5为本发明的液压系统的原理示意图。图中各标号:27-二位四通电磁阀2,28-单向阀1,29-单向阀2,30-单向阀3,31-单向阀4,32-油泵,33-油箱,34-单向阀5,35-单向阀6,36-单向阀7,37-单向阀8,38-二位四通电磁阀1,39-仰角控制缸右缸,40-仰角控制缸左缸。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1:如图1所示,电控系统事先根据本发明所述机构所处位置(例如:N55°&E115°)的经纬度网格编号(例如NE10),将本发明所述机构所处位置的经纬度网格编号对应数据存储在大数据平台中,然后读取对应的日期(例如:2017年12月2日)和时间(例如:下午3点)下的θ1和θ2
当使太阳能电池板仰角减小达到目标θ1时,电控系统控制二位四通电磁阀1(图示标号38)向右移动,液压油由油箱(图示标号33)经过油泵(图示标号32)通过单向阀7(图示标号36)和二位四通电磁阀1(图示标号38),最终进入仰角控制缸右缸(图示标号39);同时,液压油从仰角控制缸左缸(图示标号40)通过二位四通电磁阀1(图示标号38)和单向阀5(图示标号34),最终回流到油泵(图示标号32)中。在仰角控制缸左缸(图示标号40)液压油压力下使仰角控制缸活塞(图示标号13)向下移,从而使太阳能电池板仰角减小最终达到目标值θ1
当要使太阳能电池板从俯视角度逆时针旋转达到目标值θ2时,电控系统控制二位四通电磁阀2(图示标号27)向上移动,液压油由油箱(图示标号33)经过油泵(图示标号32)通过单向阀2(图示标号29)和二位四通电磁阀2(图示标号27),最终进入转角双向控制缸右缸(图示标号16);同时,液压油从转角双向控制缸左缸(图示标号17)通过二位四通电磁阀2(图示标号27)和单向阀1(图示标号28),最终回流到油泵(图示标号32)中。在转角双向控制缸右缸(图示标号16)液压油压力下使转角双向控制缸活塞(图示标号11)向下移,从而使太阳能电池板转角减小最终达到目标值θ2
实施例2:如图1所示,电控系统事先根据本发明所述机构所处位置(例如:N55°&E115°)的经纬度网格编号(例如NE10),将本发明所述机构所处位置的经纬度网格编号对应数据存储在大数据平台中,然后读取对应的日期(例如:2017年12月2日)和时间(例如:下午3点)下的θ1和θ2
当要使太阳能电池板仰角增加达到目标θ1时,电控系统控制二位四通电磁阀1(图示标号38)向左移动,液压油由油箱(图示标号33)经过油泵(图示标号32)通过单向阀8(图示标号37)和二位四通电磁阀1(图示标号38),最终进入仰角控制缸左缸(图示标号40);同时,液压油从仰角控制缸右缸(图示标号39)通过二位四通电磁阀1(图示标号38)和单向阀6(图示标号35),最终回流到油泵(图示标号32)中。在仰角控制缸右缸(图示标号39)液压油压力下使仰角控制缸活塞(图示标号13)向上移,从而使太阳能电池板仰角增加最终达到目标值θ1
当使太阳能电池板从俯视角度逆时针旋转达到目标值θ2时,电控系统控制二位四通电磁阀2(图示标号27)向下移动,液压油由油箱(图示标号33)经过油泵(图示标号32)通过单向阀3(图示标号30)和二位四通电磁阀2(图示标号27),最终进入转角双向控制缸左缸(图示标号17);同时,液压油从转角双向控制缸右缸(图示标号16)通过二位四通电磁阀2(图示标号27)和单向阀2(图示标号29),最终回流到油泵(图示标号32)中。在转角双向控制缸左缸(图示标号17)液压油压力下使转角双向控制缸活塞(图示标号11)向下移,从而使太阳能电池板转角减小最终达到目标值θ2
本发明提供一种自动调节太阳能电池板的装置,迎合现在市场需求,便捷的解决太阳能电池板太阳能利用率低的难题。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构及其调节方法,其特征在于,所述太阳能电池板自动调节机构包括:太阳能电池板、液压系统、电控系统、立柱、套筒、角度传感器1、角度传感器2、铰链1和铰链2;所述液压系统包括转角双向控制缸、仰角控制缸、壳体、油箱、油泵、控制阀和四根油管;所述仰角控制缸包括仰角控制缸缸体和仰角控制缸活塞;所述转角双向控制缸包括转角双向控制缸体和转角双向控制缸活塞;所述转角双向控制缸活塞与立柱固定连接,转角双向控制缸体上设置有通油孔1和通油孔2;所述油管包括转角双向控制缸油管1、转角双向控制缸油管2、仰角控制缸进油管和仰角控制缸出油管;所述转角双向控制缸油管1和转角双向控制缸油管2分别与转角双向控制缸的左缸和右缸连接;所述仰角控制缸进油管和仰角控制缸出油管与仰角控制缸连接;所述太阳能电池板通过铰链1和铰链2分别与立柱和仰角控制缸活塞连接;所述角度传感器1设置在铰链1上,所述角度传感器2设置在铰链2上,所述角度传感器1和角度传感器2均与电控系统连接;所述油箱、油泵、控制阀和电控系统均设置在壳体中;所述控制阀包括二位四通电磁阀1、二位四通电磁阀2和8个单向阀。
2.如权利要求1所述的一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构及其调节方法,其特征在于,所述太阳能电池板自动调节方法包括以下步骤:
S1、将地球表面划分成以10°为间距的经纬度网格,在一个网格区域内,由于同一时间点太阳入射角差别不大,所以将每个经纬度网格编号,并测出每个经纬度网格中心点位置一年内每天每个时间段的太阳入射角;
S2、将入射角分解为太阳光与地平面夹角(即太阳能电池板仰角θ1)和太阳光与每个经纬度网格中心点所在子午面的夹角(即太阳能电池板转角θ2),将经纬度网格编号、日期和时间存入大数据平台的数据库,形成三维数组对,其中第一维度是经纬度网格编号;第二维度是日期;第三维度是时间;从数据库中的每一个三维数组对取出对应点存放的太阳入射角信息,即θ1和θ;
S3、仰角控制缸和转角双向控制缸共同作用,将太阳能电池板分别调节至对应的θ1和θ2,即可使太阳光垂直照射太阳能电池板,从而达到最大的发电效率。
3.如权利要求1所述的一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构及其调节方法,其特征在于,所述二位四通电磁阀1控制太阳能电池板仰角,所述二位四通电磁阀2控制太阳能电池板转角。
4.如权利要求1所述的一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构及其调节方法,其特征在于,采用液压系统将太阳能电池板仰角和太阳能电池板转角调节到对应位置并固定,所述调节太阳能电池板仰角的具体步骤包括:当需要减小太阳能电池板仰角时,二位四通电磁阀1右移;此时液压油从油泵经单向阀8,再经过进二位四通电磁阀1,进入仰角控制缸右缸,另外,液压油从仰角控制缸左缸,经过二位四通电磁阀1,再经过单向阀5回流到油箱中,电控系统根据太阳能电池板所需要目标仰角θ1和角度传感器2,使太阳能电池板仰角达到目标值θ1;当需要增加太阳能电池板仰角时,二位四通电磁阀1左移;此时液压油从油泵经单向阀7,再经过进二位四通电磁阀1,进入仰角控制缸左缸,另外,液压油从仰角控制缸右缸,经过二位四通电磁阀1,再经过单向阀6回流到油箱中,电控系统根据太阳能电池板所需要目标仰角θ1和角度传感器2,使太阳能电池板仰角达到目标值θ1
所述调节太阳能电池板转角的具体步骤包括:当需要向一个方向转动时,二位四通电磁阀1下移;此时液压油从油泵经单向阀3,再经过进二位四通电磁阀2,进入转角控制缸右缸,另外,液压油从转角控制缸左缸,经过二位四通电磁阀2,再经过单向阀1回流到油箱中,电控系统根据太阳能电池板所需要目标转角θ2和角度传感器1,使太阳能能电池板转角达到目标值θ2;当需要向一个方向转动时,二位四通电磁阀1上移;此时液压油从油泵经单向阀4,再经过进二位四通电磁阀2,进入转角控制缸左缸,另外,液压油从转角控制缸右缸,经过二位四通电磁阀2,再经过单向阀2回流到油箱中,电控系统根据太阳能电池板所需要目标转角θ2和角度传感器1,使太阳能能电池板转角达到目标值θ2
5.如权利要求1所述的一种基于大数据平台的太阳能电池板自动调节机构及其调节方法,其特征在于,包括:对于车载移动太阳能电池板,在每个时间段,正在行驶的汽车利用GPS定位系统得到所处位置以及该位置的经纬度,然后电控系统从数据库中提取此刻当前位置所在的经纬度网格编号,以确定太阳能电池板仰角θ2和转角θ1
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