CN111245338A - 一种智能光伏发电系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏发电技术领域，公开了一种智能光伏发电系统及其控制方法，以实现对太阳光垂直照射太阳能光伏板所处的空间位置进行精确、高效、灵活的跟踪，并进一步提高光伏发电系统的光电转换效率。本发明的智能光伏发电系统，包括底座和设于底座上的蓄电箱，蓄电箱内设有若干个电池串联组成的蓄电池组，还包括太阳能光伏板、光照强度检测传感器、与太阳能光伏板连接的支架、与支架连接的环形轨道、内嵌于环形轨道上且与支架连接的行走机构、与行走机构连接的主控器、设于蓄电箱上的转动轴和设于转动轴上的转动台；转动台与蓄电箱通过转动轴连接，转动轴用于在主控器的驱动下进行旋转以带动转动台实现平面内的360°旋转；环形轨道设于转动台上且与转动台形成180°半圆弧。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种智能光伏发电系统及其控制方法。
背景技术
光伏发电是利用太阳能电池半导体的光生伏打效应将光能直接转换为电能的一种发电方式。光伏发电具有清洁安全，应用领域广阔，光照资源充足，经济性高，寿命长且免维护等诸多优点。但是，光伏发电的光电转换效率较低，因此，如何提升光电转换效率是光伏发电发展的关键，目前，常见的提高光电转换效率的方案有：改进太阳能板的转动结构，使太阳光直射太阳能板，提高光电转换效率。但在这种方案中大多数的转动结构设计仅仅具有360度的转动区间，这样无法实现对太阳光照路径的精确追踪，光电转换效率提升不大；此外，还可以将若干均匀分布的相同大小相同形状且独立的太阳能电池片安装在球型结构表面上实现太阳光自追踪进行发电，此种方式有两大弊端，例如其一，当球面型电池板进行自追踪发电时，总会存在背阴面无法受到光照和光伏电池片受光照不均匀等情况，光电转换效率的提升也不高；其二，这种方法只能实现二维平面范围内光照角度的跟踪；而其他的方案也大多都存在结构复杂，控制繁琐，成果偏高等不足的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种智能光伏发电系统及其控制方法，以实现对太阳光垂直照射太阳能光伏板所处的空间位置进行精确、高效、灵活的跟踪，并进一步提高光伏发电的光电转换效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种智能光伏发电系统，包括底座和设于所述底座上的蓄电箱，所述蓄电箱内设有若干个电池串联组成的蓄电池组，还包括太阳能光伏板、设于所述太阳能光伏板两端的光照强度检测传感器、与所述太阳能光伏板连接的支架、与所述支架连接的环形轨道、内嵌于所述环形轨道上且与所述支架连接的行走机构、与所述行走机构连接的主控器、设于所述蓄电箱上的转动轴和设于所述转动轴上的转动台；
所述转动台与所述蓄电箱通过所述转动轴连接，所述转动轴用于在所述主控器的驱动下进行旋转以带动所述转动台实现平面内的360°旋转；
所述环形轨道设于所述转动台上且与所述转动台形成180°半圆弧；
所述光照强度检测传感器用于检测环境中的光照强度值，并将所述光照强度值发送至所述主控器；
所述主控器用于根据所述光照强度生成转动指令，并将所述转动指令分别发送至所述转动轴和所述行走机构以调整所述太阳能光伏板。
优选地，还包括与所述太阳能光伏板连接的MPPT控制器，所述MPPT控制器用于实时获取所述太阳能光伏板的输出电压值和输出电流值，根据所述输出电压值和输出电流值控制所述太阳能光伏板处于最大功率输出状态。
优选地，还包括设于所述蓄电箱上的转动轴底座，所述转动轴底座用于固定所述转动轴。
优选地，所述行走机构包括三个齿轮和用于连接各齿轮的连接件，三个所述齿轮都与所述环形轨道啮合。
优选地，所述环形轨道由两条环形齿条组成，两条所述环形齿条的齿子设于环形轨道的内侧用于与所述齿轮啮合。
优选地，还包括用于连接所述环形轨道和所述转动台的连接部件，所述连接部件包括三根支撑柱。
优选地，所述太阳能光伏板为单晶硅太阳能光伏板。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种应用于上述智能光伏发电系统的控制方法，包括以下步骤：
通过光照强度检测传感器检测环境中的光照强度值，并将所述光照强度值发送至主控器；
通过主控器根据所述光照强度生成转动指令，并将所述转动指令分别发送至所述转动轴和所述行走机构以调整所述太阳能光伏板。
优选地，所述转动指令包括用于控制转动轴的转动角度的第一转动指令，以及用于控制行走机构在环形轨道上移动的第二转动指令。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种智能光伏发电系统及其控制方法，通过光照强度检测传感器的监测数据实时调整太阳能光伏板的角度与位置，分别为调整转动轴的转动角度和调整行走机构在环形轨道上的位置，可以使得太阳能光伏板实现任意角度与任意方位对太阳光垂直照射太阳能光伏板所处的空间位置进行精确、高效、灵活的跟踪，使太阳光在日照时间段内都直射光伏板，进而提高光伏板的光电转换效率，并且光伏板行走结构的运动和转动轴的转动控制都十分便捷，位置锁定迅速且稳定，装置内部功耗小，成本低。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的智能光伏发电系统结构示意图；
图2是本发明优选实施例的行走机构的机构示意图。
附图标记：
1、底座；2、蓄电箱；3、太阳能光伏板；4、光照强度检测传感器；5、支架；6、环形轨道；7、行走机构；8、转动轴；9、转动台；10、转动轴底座；11、支撑柱；12、齿轮；13、连接件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
在实际应用中，将底座1设为梯形台安装底座1，该梯形台安装底座1可以利用螺栓通过分布于四角的安装孔固定在所需安装的位置，安装操作方便简捷。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种智能光伏发电系统，包括底座1和设于底座1上的蓄电箱2，蓄电箱2内设有若干个电池串联组成的蓄电池组，还包括太阳能光伏板3、设于太阳能光伏板3两端的光照强度检测传感器4、与太阳能光伏板3连接的支架5、与支架5连接的环形轨道6、内嵌于环形轨道6上且与支架5连接的行走机构7、与行走机构7连接的主控器、设于蓄电箱2上的转动轴8和设于转动轴8上的转动台9；
转动台9与蓄电箱2通过转动轴8连接，转动轴8用于在主控器的驱动下进行旋转以带动转动台9实现平面内的360°旋转；
环形轨道6设于转动台9上且与转动台9形成180°半圆弧；
光照强度检测传感器4用于检测环境中的光照强度值，并将光照强度值发送至主控器；
主控器用于根据光照强度生成转动指令，并将转动指令分别发送至转动轴8和行走机构7以调整太阳能光伏板3。
上述的智能光伏发电系统，通过光照强度检测传感器4的监测数据实时调整太阳能光伏板3的角度与位置，分别为调整转动轴8在转动角度和调整行走机构7在环形轨道6上的位置，可以使得太阳能光伏板3实现任意角度与任意方位对太阳光照进行实时精确、高效、灵活追踪，使太阳光在日照时间段内都直射光伏板，进而提高光伏板的光电转换效率，并且光伏板行走结构的运动和转动轴8的转动控制都十分便捷，位置锁定迅速且稳定，装置内部功耗小，成本低。
本实施例中，在蓄电箱2中设有若干免维护的铅酸蓄电池相互串联组成蓄电池组，为光伏发电系统的控制电路和转动结构提供稳定可靠的电源，其中，蓄电池的电量除首次人为充满外，都仅靠储存光伏板发出的电能。
作为可变换的实施方式，上述的智能光伏发电系统还包括温度传感器，该温度传感器设于太阳能光伏板3的两端，用于实时监控当前位置的温度值，并将该温度值发送至主控器，由主控器根据该温度值结合光照强度值综合得到太阳的运动轨迹，能更准确地追踪太阳直射点。进而通过调整转动轴8的转动和光伏板行走机构7的位置来改变光伏板的方位，使太阳光能够在日照时间范围内时刻直射太阳能光伏板3，提高光电转换效率。
作为本实施例优选的实施方式，上述的智能光伏发电系统还包括与太阳能光伏板3连接的MPPT控制器，MPPT控制器用于实时获取太阳能光伏板3的输出电压值和输出电流值，根据输出电压值和输出电流值控制太阳能光伏板3处于最大功率输出状态。
具体地，在实际工作中，太阳能光伏板3与MPPT控制器相互连接，通过智能MPPT算法的作用，使光伏板以最大功率进行输出。具体地，由于太阳能光伏板3输出地功率呈上下波动的波形，本实施例中，通过MPPT控制器时刻让光伏板处于最大功率输出状态，可以提升光伏发电系统的效率，实现双重光电转换效率的提升，并且MPPT光伏控制器的引入，使得整套光伏发电系统的抗干扰能力得到提升，功率输出稳定性得到提升。
作为本实施例优选的实施方式，还包括设于蓄电箱2上的转动轴底座10，转动轴底座10起着支撑和固定转动轴8的位置的作用。转动轴底座10通过转动轴8与转动台9相互连接。作为另一个可行的实施方式，上述的智能光伏发电系统还包括电机驱动器，该电机驱动器用于接收来自主控器的指令，并将该指令发送至转动台9内包含的电机控制电路，此控制电路用于接收电机驱动器的指令，然后作用于转动轴8，使转动轴8实现360度的旋转。
作为本实施例优选的实施方式，如图2所示，行走机构7包括三个齿轮12和用于连接各齿轮12的连接件13，三个齿轮12都与环形轨道6啮合。具体地，该齿轮12为带电机的齿轮12，通过电机驱动该齿轮12从而控制行走机构7在环形轨道6上的位置，实现在空间Z轴上的180°的位置改变。且行走机构7与弧形轨道高度契合，启停迅速且平缓，不会存在过弯受阻和运行卡顿的情况。
作为本实施例优选的实施方式，环形轨道6由两条环形齿条组成，两条环形齿条的齿子设于环形轨道6的内侧用于与齿轮12啮合。进一步地，环形轨道6设于转动台9上，转动台9与蓄电箱2通过旋转轴连接，且转动台9和蓄电箱2之间除转动轴8之外其余部分不直接接触，从而使得转动台9随着转动轴8的转动可以实现平面内的360°的旋转。
作为本实施例优选的实施方式，上述的智能光伏发电系统还包括用于连接环形轨道6和转动台9的连接部件，连接部件包括三根支撑柱11。通过设有三根支撑柱11，可以更好的稳固转动台9和环形轨道6，需要说明的是，本发明并不对支撑柱11的具体根数做限定，作为可变换的实施方式，还可以适当的增加或者减少支撑柱11的根数。
作为本实施例优选的实施方式，太阳能光伏板3为单晶硅太阳能光伏板3。
本实施例中，电机驱动器通过无线蓝牙通信模块对各个所控制的电机实现无线控制。光伏板的行走结构的供电源是光伏板发出的电量和蓄电池共同提供，而MPPT控制器、电机驱动器、以及转动轴8的转动电机和控制电路均依靠蓄电池提供稳定的电源。
进一步地，以某次实际光伏发电过程为例说明智能光伏发电系统的运行流程，包括：首先以稳定安装智能光伏发电系统为前提，从太阳光照开始照射光伏板为起始时间点，通过光照强度检测传感器4和温度传感器同时工作，时刻监测太阳光的照射角度，并将所有数据通过无线蓝牙通信模块及时上传至电机驱动器，驱动器根据对传感器所检测数据分析与处理，向转动轴8和光伏板行走机构7发送转动指令，相对应的电机开始转动，具体为调整转动轴8的转动角度和调整行走机构7在环形轨道6上的位置，从而使光伏板在三维空间540度的角度范围内及时追踪太阳光照的角度，时刻保持太阳光垂直照射于光伏板，提升光电装换效率。
此外，光伏板与MPPT控制器相互连接，通过智能MPPT算法的作用，使光伏板以最大功率进行输出，更进一步提升光伏发电系统的效率，实现双重光电转换效率的提升，并且MPPT光伏控制器的引入，使得整套光伏发电系统的抗干扰能力得到提升，功率输出稳定性得到提升。当光伏控制板运动完一个完整的运行轨道后，在光照度的值低于预设的光照阈值时，光伏板通过行走结构和转动轴8动作回到起始时刻位置，为下一次太阳光照射时进行发电做好准备。
实施例2
本实施例提供一种应用于上述实施例1的智能光伏发电系统的控制方法，包括以下步骤：
通过光照强度检测传感器4检测环境中的光照强度值，并将光照强度值发送至主控器；
通过主控器根据光照强度生成转动指令，并将转动指令分别发送至转动轴8和行走机构7以调整太阳能光伏板3。
需要说明的是，建立光伏阵列的数学模型确定太阳轨迹通过现有步骤计算即可，此处，不多做赘述。
具体地，转动指令包括用于控制转动轴8的转动角度的第一转动指令，以及用于控制行走机构7在环形轨道6上移动的第二转动指令。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种智能光伏发电系统，包括底座和设于所述底座上的蓄电箱，所述蓄电箱内设有若干个电池串联组成的蓄电池组，其特征在于，还包括太阳能光伏板、设于所述太阳能光伏板两端的光照强度检测传感器、与所述太阳能光伏板连接的支架、与所述支架连接的环形轨道、内嵌于所述环形轨道上且与所述支架连接的行走机构、与所述行走机构连接的主控器、设于所述蓄电箱上的转动轴和设于所述转动轴上的转动台；
所述转动台与所述蓄电箱通过所述转动轴连接，所述转动轴用于在所述主控器的驱动下进行旋转以带动所述转动台实现平面内的360°旋转；
所述环形轨道设于所述转动台上且与所述转动台形成180°半圆弧；
所述光照强度检测传感器用于检测环境中的光照强度值，并将所述光照强度值发送至所述主控器；
所述主控器用于根据所述光照强度生成转动指令，并将所述转动指令分别发送至所述转动轴和所述行走机构以调整所述太阳能光伏板。
2.根据权利要求1所述的智能光伏发电系统，其特征在于，还包括与所述太阳能光伏板连接的MPPT控制器，所述MPPT控制器用于实时获取所述太阳能光伏板的输出电压值和输出电流值，根据所述输出电压值和输出电流值控制所述太阳能光伏板处于最大功率输出状态。
3.根据权利要求1所述的智能光伏发电系统，其特征在于，还包括设于所述蓄电箱上的转动轴底座，所述转动轴底座用于固定所述转动轴。
4.根据权利要求1所述的智能光伏发电系统，其特征在于，所述行走机构包括三个齿轮和用于连接各齿轮的连接件，三个所述齿轮都与所述环形轨道啮合。
5.根据权利要求4所述的智能光伏发电系统，其特征在于，所述环形轨道由两条环形齿条组成，两条所述环形齿条的齿子设于环形轨道的内侧用于与所述齿轮啮合。
6.根据权利要求1所述的智能光伏发电系统，其特征在于，还包括用于连接所述环形轨道和所述转动台的连接部件，所述连接部件包括三根支撑柱。
7.根据权利要求1所述的智能光伏发电系统，其特征在于，所述太阳能光伏板为单晶硅太阳能光伏板。
8.一种应用于上述权利要求1-7任一所述的智能光伏发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过光照强度检测传感器检测环境中的光照强度值，并将所述光照强度值发送至主控器；
通过主控器根据所述光照强度生成转动指令，并将所述转动指令分别发送至所述转动轴和所述行走机构以调整所述太阳能光伏板。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述转动指令包括用于控制转动轴的转动角度的第一转动指令，以及用于控制行走机构在环形轨道上移动的第二转动指令。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 410000 Bachelor's Street, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province, 755 Bachelor's Road Applicant after: CUHK testing (Hunan) Co.,Ltd. Address before: 410000 Bachelor's Street, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province, 755 Bachelor's Road Applicant before: HUNAN ZHONGDA TESTING Co.,Ltd. |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200605 |