CN111158403A - 一种光伏组件追日发电方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏组件追日发电方法和装置，其主要结构包括：光伏组件、二维平台、姿态传感器、太阳角度计算软件和控制系统；光伏组件安装在二维平台上并固定成一个整体在电机控制下一起运动；控制系统根据所在位置的GPS数据和时间，测算出太阳方位角，并通过姿态传感器实时获得光伏组件的方向，控制二维平台使光伏组件跟随太阳，达到采集最多光能的目的；本发明结构紧凑、体积小，可以方便安装到灯杆上，自动化程度高，适用于不同的场景，耗电少，成本低廉，可以最大限度的采集阳光。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏组件追日发电方法和装置，属于太阳能发电照明领域，主要用于道路、广场、园区、公园等户外环境照明。
背景技术
当前用在太阳能路灯中的光伏组件在安装和调整好方位后一般就固定不变了。由于一年四季、从早到晚太阳照射角度随时都在变化中，因此位置固定不变的光伏组件不能充分利用太阳能；如果光伏组件跟随太阳不断调整方位，使之收到的光辐射能量最大，则光伏组件的发电量就会最大化。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种光伏组件追日发电方法和装置，让光伏组件跟随太阳移动，最大程度地收集太阳光，从而达到发电最多的目的。
本发明的目的是这样实现的：
一种光伏组件追日发电装置，包含光伏组件、二维平台、姿态传感器、安装座和控制系统；所述光伏组件安装于二维平台的顶面上，作为一个整体随二维平台一起运动；所述二维平台的下方设置有安装座；所述二维平台与安装座之间设置有多个旋转驱动机构，所述旋转驱动机构的一端与二维平台的底面相连接，另一端与安装座的顶面相连接；多个旋转驱动机构分为两组，一组为驱动机构用于从早到晚跟随太阳旋转，另一组为二维旋转机构用于随季节变化跟随太阳旋转；所述二维平台的底面设置有姿态传感器，所述姿态传感器用于感知或测量光伏组件的方位角和俯仰角。
本发明一种光伏组件追日发电装置，所述旋转驱动机构包含万向节、电机和伸缩机构；所述伸缩机构的顶部设置有万向节，伸缩机构的底部设置有万向节，所述伸缩机构上设置有电机。
本发明一种光伏组件追日发电装置，所述姿态传感器主要由陀螺仪和加速度传感器组成。
本发明一种光伏组件追日发电装置，所述控制系统包含控制器和太阳方位角度计算软件，所述控制器安装于安装座上；上述旋转驱动机构和姿态传感器通过通信线缆与控制器相连接。
本发明一种光伏组件追日发电装置，上述太阳方位角计算软件所需的GPS数据和时间既可以通过本地安装GPS模块和时钟获得，也可以通过联网模块从云端获得。
本发明一种光伏组件追日发电装置，所述控制系统为闭环控制，为间断性的、睡眠唤醒交替进行的控制方式，运动节拍由程序依据发电量的变化按照设定的原则智能地进行。
本发明一种光伏组件追日发电方法，所述方法基于上述光伏组件追日发电装置来实现，具体方法步骤为：
步骤1、控制系统通过太阳方位角度计算软件计算出当前时间的太阳高度角和方位角，即目标高度角和目标方位角；
步骤2、控制系统通过姿态传感器获取光伏组件的方位角和俯仰角；
步骤3、控制系统将通过姿态传感器获取的方位角和俯仰角与通过太阳方位角度计算软件计算得到太阳高度角和方位角进行数据对比分析，将分析后的数据传输至旋转驱动机构；
步骤4、旋转驱动机构驱动二维平台调整光伏组件的方位角，此时，若光伏组件的方位角与目标方位角一致，则进入下一步；若控制系统检测到光伏组件未能达到目标方位角或与目标方位角不一致时，则返回至步骤2重新获取光伏组件的方位角并进行步骤3和步骤4的操作，直至光伏组件的方位角与目标方位角一致；
步骤5、旋转驱动机构驱动二维平台调整光伏组件的俯仰角，此时，若光伏组件的俯仰角与目标高度角一致，则进入下一步；若控制系统检测到光伏组件未能达到目标高度角或与目标高度角不一致时，则返回至步骤2重新获取光伏组件的俯仰角并进行步骤3和步骤5的操作，直至光伏组件的俯仰角与目标高度角一致；
步骤6、当光伏组件的方位角和俯仰角与目标方位角和目标高度角均一致时，系统进入休眠状态，等待下一次唤醒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、系统结构紧凑、体积小，可以方便安装到灯杆上；
2、可以最大限度地采集太阳光；
3、耗电少；
4、成本低廉。
附图说明
图1为本发明一种光伏组件追日发电装置的整体结构示意图。
图2为本发明一种光伏组件追日发电装置的二维平台结构示意图。
图3为本发明一种光伏组件追日发电装置的旋转驱动机构的正视图。
图4为本发明一种光伏组件追日发电装置的旋转驱动机构的侧视图。
图5为本发明一种光伏组件追日发电装置的运行流程图。
图6为本发明一种光伏组件追日发电装置的太阳角度计算软件计算太阳方位角的流程图。
其中：
光伏组件1、二维平台2、旋转驱动机构3、控制器4、姿态传感器5、安装座6；
万向节3.1、电机3.2、伸缩机构3.3。
具体实施方式
参见图1～6，本发明涉及的一种光伏组件追日发电装置，包含光伏组件1、二维平台2、姿态传感器5、安装座6和控制系统；所述光伏组件1安装于二维平台2的顶面上，作为一个整体随二维平台一起运动；所述二维平台的下方设置有安装座6；所述二维平台2与安装座6之间设置有多个旋转驱动机构3，所述旋转驱动机构3的一端与二维平台2的底面相连接，另一端与安装座6的顶面相连接；多个旋转驱动机构3分为两组，一组为驱动机构用于从早到晚跟随太阳旋转，另一组为二维旋转机构用于随季节变化跟随太阳旋转；所述二维平台2的底面设置有姿态传感器5，所述姿态传感器5用于感知或测量光伏组件的方位角和俯仰角；
进一步的，所述旋转驱动机构3包含万向节3.1、电机3.2和伸缩机构3.3；所述伸缩机构3.3的伸缩杆顶部设置有万向节3.1，伸缩机构3.3的底部设置有万向节3.1，所述伸缩机构3.3上设置有电机3.2；具体的讲，所述旋转驱动机构3的两端分别通过万向节3.1与二维平台2和安装座6相连接，电机3,2驱动伸缩机构3.3调整光伏组件1的俯仰角，电机3.2驱动万向节3.1调整光伏组件1的方位角；
进一步的，所述姿态传感器5主要由陀螺仪和加速度传感器组成；
进一步的，所述控制系统包含控制器4和太阳方位角度计算软件，所述控制器4安装于安装座6上；上述旋转驱动机构3和姿态传感器5通过通信线与控制器4相连接；太阳方位角计算软件实时计算出太阳相对于光伏组件1所在位置的方位角，然后控制系统依据此方位角数据和姿态传感器5给出的光伏组件1的姿态数据控制二维平台2旋转升降使光伏组件1转到最佳方位角；
优选的，上述太阳方位角计算软件所需的GPS数据和时间既可以通过本地安装GPS模块和时钟获得，也可以通过联网模块从云端获得；
优选的，所述控制系统为闭环控制，为间断性的、睡眠唤醒交替进行的控制方式，运动节拍由程序依据发电量的变化按照设定的原则智能地进行；具体的讲，当太阳位置发生变化时，系统唤醒后首先比较当前发电强度的变化；如果未变，则重新转入睡眠状态，如果发电量变小，则提取GPS和时间数据计算太阳方位角，再采集姿态传感器5的数据，控制系统控制电机3.2驱动二维平台2，使之方位一致，然后重新转入睡眠状态，等待下一次唤醒；
本发明一种光伏组件追日发电方法，基于上述光伏组件追日发电装置来实现，具体方法步骤为：
步骤1、控制系统通过太阳方位角度计算软件计算出当前时间的太阳高度角和方位角，即目标高度角和目标方位角；
步骤2、控制系统通过姿态传感器5获取光伏组件1的方位角和俯仰角；
步骤3、控制系统将通过姿态传感器5获取的方位角和俯仰角与通过太阳方位角度计算软件计算得到太阳高度角和方位角进行数据对比分析，将分析后的数据传输至旋转驱动机构3；
步骤4、旋转驱动机构3驱动二维平台2调整光伏组件1的方位角，此时，若光伏组件1的方位角与目标方位角一致，则进入下一步；若控制系统检测到光伏组件1未能达到目标方位角或与目标方位角不一致时，则返回至步骤2重新获取光伏组件1的方位角并进行步骤3和步骤4的操作，直至光伏组件1的方位角与目标方位角一致；
步骤5、旋转驱动机构3驱动二维平台2调整光伏组件1的俯仰角，此时，若光伏组件1的俯仰角与目标高度角一致，则进入下一步；若控制系统检测到光伏组件1未能达到目标高度角或与目标高度角不一致时，则返回至步骤2重新获取光伏组件1的俯仰角并进行步骤3和步骤5的操作，直至光伏组件1的俯仰角与目标高度角一致；
步骤6、当光伏组件1的方位角和俯仰角与目标方位角和目标高度角均一致时，系统进入休眠状态，等待下一次唤醒。
另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种光伏组件追日发电装置，其特征在于：包含光伏组件(1)、二维平台(2)、姿态传感器(5)、安装座(6)和控制系统；所述光伏组件(1)安装于二维平台(2)的顶面上，作为一个整体随二维平台一起运动；所述二维平台的下方设置有安装座(6)；所述二维平台(2)与安装座(6)之间设置有多个旋转驱动机构(3)，所述旋转驱动机构(3)的一端与二维平台(2)的底面相连接，另一端与安装座(6)的顶面相连接；多个旋转驱动机构(3)分为两组，一组为驱动机构用于从早到晚跟随太阳旋转，另一组为二维旋转机构用于随季节变化跟随太阳旋转；所述二维平台(2)的底面设置有姿态传感器(5)，所述姿态传感器(5)用于感知或测量光伏组件的方位角和俯仰角。
2.根据权利要求1所述的光伏组件追日发电装置，其特征在于：所述旋转驱动机构(3)包含万向节(3.1)、电机(3.2)和伸缩机构(3.3)；所述伸缩机构(3.3)的顶部设置有万向节(3.1)，伸缩机构(3.3)的底部设置有万向节(3.1)，所述伸缩机构(3.3)上设置有电机(3.2)。
3.根据权利要求1所述的光伏组件追日发电装置，其特征在于：所述姿态传感器(5)主要由陀螺仪和加速度传感器组成。
4.根据权利要求1所述的光伏组件追日发电装置，其特征在于：所述控制系统包含控制器(4)和太阳方位角度计算软件，所述控制器(4)安装于安装座(6)上；上述旋转驱动机构(3)和姿态传感器(5)通过通信线缆与控制器(4)相连接。
5.根据权利要求4所述的光伏组件追日发电装置，其特征在于：上述太阳方位角计算软件所需的GPS数据和时间既可以通过本地安装GPS模块和时钟获得，也可以通过联网模块从云端获得。
6.根据权利要求4所述的光伏组件追日发电装置，其特征在于：所述控制系统为闭环控制，为间断性的、睡眠唤醒交替进行的控制方式，运动节拍由程序依据发电量的变化按照设定的原则智能地进行。
7.一种光伏组件追日发电方法，其特征在于：所述方法基于上述光伏组件追日发电装置来实现，具体方法步骤为：
步骤1、控制系统通过太阳方位角度计算软件计算出当前时间的太阳高度角和方位角，即目标高度角和目标方位角；
步骤2、控制系统通过姿态传感器(5)获取光伏组件(1)的方位角和俯仰角；
步骤3、控制系统将通过姿态传感器(5)获取的方位角和俯仰角与通过太阳方位角度计算软件计算得到太阳高度角和方位角进行数据对比分析，将分析后的数据传输至旋转驱动机构(3)；
步骤4、旋转驱动机构(3)驱动二维平台(2)调整光伏组件(1)的方位角，此时，若光伏组件(1)的方位角与目标方位角一致，则进入下一步；若控制系统检测到光伏组件(1)未能达到目标方位角或与目标方位角不一致时，则返回至步骤2重新获取光伏组件(1)的方位角并进行步骤3和步骤4的操作，直至光伏组件(1)的方位角与目标方位角一致；
步骤5、旋转驱动机构(3)驱动二维平台(2)调整光伏组件(1)的俯仰角，此时，若光伏组件(1)的俯仰角与目标高度角一致，则进入下一步；若控制系统检测到光伏组件(1)未能达到目标高度角或与目标高度角不一致时，则返回至步骤2重新获取光伏组件(1)的俯仰角并进行步骤3和步骤5的操作，直至光伏组件(1)的俯仰角与目标高度角一致；
步骤6、当光伏组件(1)的方位角和俯仰角与目标方位角和目标高度角均一致时，系统进入休眠状态，等待下一次唤醒。
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| CN201911392112.5A CN111158403A (zh) | 2019-12-30 | 2019-12-30 | 一种光伏组件追日发电方法和装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111490730A (zh) * | 2020-06-04 | 2020-08-04 | 阳光电源股份有限公司 | 一种光伏跟踪支架启停控制方法和光伏跟踪系统 |
| CN112180993A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-01-05 | 上海电子信息职业技术学院 | 一种太阳能自动追踪装置 |
-
2019
- 2019-12-30 CN CN201911392112.5A patent/CN111158403A/zh not_active Withdrawn
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