CN111377052A - 一种光伏供电的飞行器及其光伏电池组件功率调节方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光伏供电的飞行器，包括飞行器主体，还包括设置在飞行器主体上的光伏电池组件和调节机构，光伏电池组件固定在调节机构的输出端，调节机构用以驱动光伏电池组件改变光伏电池组件在飞行器主体上的安装角度而影响光伏电池组件的发电效率。该光伏电池组件功率调节方法包括飞行控制器检测光伏控制器的输出功率；检测到输出功率降低超出预设值时，获取实时飞行姿态数据和实时光线角度数据；飞行控制器控制调节机构改变光伏电池组件的安装角度。本申请涉及航空领域，提供了一种光伏供电的飞行器及其光伏电池组件功率调节方法，可克服无人机飞行姿态变化引起的光伏电池组件功率不稳的问题，能够延长供电时间，提升飞行器续航能力。

Description

一种光伏供电的飞行器及其光伏电池组件功率调节方法

技术领域

本申请涉及航空领域，尤指光伏供电的飞行器及其光伏电池组件功率调节方法。

背景技术

近些年，各种飞行器如雨后春笋般涌现，而中小型的无人机因其体积小、造价低、使用方便、对使用环境要求低等优点，得以在很多领域都得到了应用。但是，不管是电动还是油动的中小型无人机都存在续航时间短的不足。

同时，太阳能作为一种清洁的可再生能源，其可作为小型移动装置的能源。而且，由于固定翼无人机具有翼展面积大的特点，因此，市场上有些无人机将光伏电池安装在无人机两翼上为其供电，而光伏电池在飞行器上的安装角度固定，该方案可明显延长无人机的续航时间。

但是，无人机在空中飞行时，其飞行姿态时刻在变化，而太阳辐射的入射角对光伏电池的发电功率影响较大，例如，当太阳辐射光线与光伏电池的夹角改变了5度时，其光伏电池的发电功率也会改变5％左右。

发明内容

本申请解决的技术问题是提供一种光伏供电的飞行器及其光伏电池组件功率调节方法，可克服无人机飞行姿态变化引起的光伏电池组件功率不稳的问题，能够延长供电时间，提升飞行器续航能力。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种光伏供电的飞行器，包括飞行器主体，还包括设置在所述飞行器主体上的光伏电池组件和调节机构，所述光伏电池组件固定在所述调节机构的输出端，所述调节机构用以驱动所述光伏电池组件改变所述光伏电池组件在所述飞行器主体上的安装角度而影响所述光伏电池组件的发电效率。

一种可能的设计，还包括飞行控制器，所述飞行控制器与所述调节机构电连接，用以根据飞行姿态来控制所述调节机构动作。

一种可能的设计，所述光伏电池组件包括光伏电池板和光伏控制器，所述光伏电池板固定在所述调节机构上并与所述光伏控制器电连接，所述光伏控制器与所述飞行控制器电连接，所述飞行控制器还用以在检测到所述光伏控制器的输出功率变化超出预设值时控制所述调节机构动作。

一种可能的设计，所述飞行器主体包括机翼，所述机翼包括骨架，所述调节机构固定在所述骨架上，所述光伏电池组件通过所述调节机构设置在所述骨架上。

一种可能的设计，所述调节机构包括升降舵机，所述升降舵机的输出端通过连接件与所述光伏电池板连接，所述连接件支撑所述光伏电池板，所述升降舵机用以通过升降运动改变所述光伏电池板的安装角度。

一种可能的设计，所述骨架的上端面呈弧形，所述光伏电池板的截面与所述弧形相匹配。

一种可能的设计，四个或四个以上所述升降舵机分别通过四个或四个以上所述连接件连接到所述光伏电池板的边角处。

一种可能的设计，所述机翼还包括透明的蒙皮，所述光伏电池组件固定在所述骨架上，所述光伏电池组件和所述骨架设置在所述蒙皮内。

一种可能的设计，所述光伏电池板为砷化镓薄膜太阳能电池。

本申请还提供了上述光伏供电的飞行器的光伏电池组件功率调节方法，包括：所述飞行控制器检测所述光伏控制器的输出功率；

所述飞行控制器检测到所述光伏控制器的输出功率降低超出预设值时，所述飞行控制器获取实时飞行姿态数据和实时太阳辐射光线角度数据；

所述飞行控制器根据实时太阳辐射光线角度数据和飞行姿态数据，控制所述调节机构改变所述光伏电池组件的安装角度。

与现有技术相比，本发明的飞行器可通过调节机构改变光伏电池组件的安装角度，即调整了光伏电池组件与太阳辐射光线的夹角，而保证光伏电池组件的输出功率稳定，能够延长供电时间，提升飞行器续航能力。

进一步地，本发明的飞行控制器可检测光伏电池组件的功率变化而控制调节机构动作，无需人工控制，实现自动调节，更加便捷。

进一步地，本发明的骨架的上端面与光伏电池板的截面相匹配，节省空间，同时还可增加光伏电池板的作用面积。

进一步地，本发明的调节方法降低了光伏控制器的功率追踪区间，提高效率，减小了系统发热及能源浪费。

进一步地，本发明的光伏电池组件设置在透明的蒙皮内，使得光伏电池组件免受外界环境影响，避免外界环境损坏光伏电池组件或影响其效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为实施例一的飞行器第一示意图；

图2为实施例一的飞行器第二示意图；

图3为实施例一的飞行器第三示意图；

图4为实施例一的光伏电池组件功率调节方法步骤流程图；

图5为实施例二的飞行器示意图；

图6为实施例三的飞行器电连接示意图；

图7为实施例三的光伏电池组件功率调节方法步骤流程图。

附图标记：1-光伏电池组件、2-飞行器主体、3-调节机构、4-光伏电池板、5-升降舵机、6-连接件、7-骨架肋板、8-光伏控制器、9-飞行控制器。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

针对相关飞行器的缺陷，本公开实施例提供了一种飞行器，此飞行器可调节光伏电池组件的角度，稳定光伏电池组件的功率，改善了飞行器的续航能力。

下面结合实施例阐述本公开的飞行器及其光伏电池组件功率调节方法。

实施例一

请参阅图1至图4的本发明的飞行器的实施例一。如图1至图3所示，该飞行器包括飞行器主体2，以及设置在飞行器主体2上的光伏电池组件1和调节机构3，光伏电池组件1固定在调节机构3的输出端(即调节机构3动力输出一端)，调节机构3可驱动光伏电池组件1改变光伏电池组件1在飞行器主体2上的安装角度(即光伏电池组件1与飞行器主体2所在平面之间的夹角)，而改变了光伏电池组件1与太阳辐射光线的夹角，进而影响到光伏电池组件1的发电效率。由此，该飞行器可通过调节光伏电池组件1的安装角度，达到稳定光伏电池组件输出功率的目的，获得更加充足的电能，明显提升了飞行器的续航能力。

具体地，上述光伏电池组件1设置在该飞行器主体2的机翼上，该机翼由骨架和包裹在骨架上的蒙皮构成，而骨架又包括多个平行设置的骨架肋板7，如图1至图3所示，该光伏电池组件1通过调节机构3与骨架肋板7固定，且光伏电池组件1设置在蒙皮外。其中，光伏电池组件1包括用于发电的光伏电池板4，该光伏电池板4为砷化镓薄膜太阳能电池，其占用空间小，具有一定的柔性，并且在外力作用下可使光伏电池板4在一定范围内产生形变。至于调节机构3，其设置在光伏电池板4下侧，可支撑该光伏电池板4，其具体包括四个或四个以上升降舵机5，而升降舵机5的输出端又通过四个或四个以上连接件6与上述光伏电池板4的下端面固定，由此，升降舵机5可升降光伏电池板4的一端而改变其安装角度。两个上述升降舵机5分别固定在一骨架肋板7长度方向的两端，而一块光伏电池板4设置在两根固定有升降舵机5的骨架肋板7支架上，形成四个上述升降舵机5分别设置在靠近光伏电池板4的四个角的位置，由此，升降舵机5可升降光伏电池板4的四个角，使其倾斜设置。例如，初始状态下，该光伏电池板4如图1所示呈水平状态，其安装角度为0，而当位于两个骨架肋板7的长度方向同一端的两个升降舵机5升起连接件6时，其另一端的两个升降舵机5则会相对下降该连接件6，使得该光伏电池板4如图3所示倾斜设置，可见改变了其安装角度。而在改变安装角度过程中，光伏电池板4会存在一定的形变，但是不会影响其工作。另外，只要位于两个骨架肋板7的长度方向同一端的两个升降舵机5同步升降，而另外一端两个升降舵机5静止，或相对反方向动作，或相对同步运动幅度小于位于两个骨架肋板7的长度方向同一端的两个升降舵机5，即可实现改变其安装角度。

另外，该飞行器还包括飞行控制器和地面控制器，而飞行控制器与调节机构3电连接，而地面控制器与飞行控制器无线连接，实现地面控制器控制飞行器动作。一年内各个时段的太阳辐射光线的照射角度为行业内已知数据，在各个领域都在作为参考数据使用。该飞行器的功率调节方法如图4所示，当飞行器飞行过程中，其飞行姿态发生变化，步骤S1，该飞行控制器会将飞行姿态数据(例如飞行器的飞行方向、仰角等数据)传输至地面控制器，而地面上的操作人员会在分析飞行姿态数据和行业内的太阳辐射光线的照射角度数据，确定要调整的角度；随后进行步骤S2，地面控制器向上述飞行控制器发出控制信号；随即步骤S3，飞行控制器根据控制信号控制调节机构动作；最后，步骤S4，调节机构驱动光伏电池板改变安装角度，适应当时飞行姿态下的光照角度，达到稳定光伏电池板4的输出功率的目的。

实施例二

请参阅图5的本发明的飞行器的实施例二。本实施例相对于实施例一的主要区别在于：光伏电池板的截面呈弧形。

具体地，如图5所示，骨架肋板7的上端面呈弧形，而光伏电池板4的截面则与骨架肋板7的上端面的弧形相匹配，构成截面呈弧形的光伏电池板4。

由此，本实施例相对于实施例一，光伏电池板4占用空间更少，同时还可增加光伏电池板4的作用面积。

实施例三

请参阅图6和图7的本发明的飞行器的实施例三。本实施例相对于实施例二的主要区别在于：飞行控制器自动调节光伏电池组件的安装角度。

具体地，如图6和图7所示，该光伏电池组件包括光伏电池板4和光伏控制器8，其中，光伏电池板4和光伏控制器8电连接，光伏控制器8可将光伏电池板4的电能以最大的效率转化成负载的能源供给，其能够实时侦测光伏电池板4的发电电压，并追踪最高电压电流值，使得以最大功率输出对蓄电池充电。另外，光伏控制器8与飞行控制器9电连接，使得飞行控制器9可检测光伏控制器8的功率变化而得到光伏电池组件的输出功率变化，从而自动调节光伏电池组件的安装角度。

该飞行器在飞行姿态变化后可自动改变光伏电池组件的安装角度，实现稳定输出功率的自动调节，其具体的调节方法包括：

步骤S1：飞行控制器9实时检测光伏控制器8的输出功率数值。

步骤S2：飞行控制器9检测到光伏控制器8的输出功率降低超出预设值时，该飞行控制器9会获取实时飞行姿态数据和实时太阳辐射光线角度数据。其中，实时飞行姿态数据为飞行器的飞行方向、仰角等数据，而实时太阳辐射光线角度数据为此时段的太阳辐射光线的照射角度，其照射角度的数据为行业内已知数据，在各个领域都在作为参考数据使用。

步骤S3：飞行控制器9根据实时太阳辐射光线角度数据和飞行姿态数据，控制调节机构3动作。

步骤S4：调节机构3驱动光伏电池组件改变安装角度。

由此，改变安装角度后，光伏电池组件的输出功率上升而恢复到下降前的输出功率，从而，飞行器无需人工控制，即可通过飞行控制器9自动调节，更加便捷。另外，其调节过程可降低光伏控制器8的功率追踪区间，提高效率，减小系统发热及能源浪费。

实施例四

本发明的飞行器的实施例四。本实施例相对于实施例三的主要区别在于：光伏电池组件设置在蒙皮内。

具体地，机翼上设置透明的蒙皮，而骨架设置在蒙皮内，且光伏电池组件固定在骨架上并也设置在蒙皮内，且光伏电池组件与蒙皮间隔设置。太阳光可穿透蒙皮照射到光伏电池组件上，不会影响到光伏电池组件工作。

由此，本实施例相对于实施例一，蒙皮为光伏电池组件提供保护，使得光伏电池组件免受外界环境影响，避免外界环境损坏光伏电池组件或影响其效率。

实施例五

本发明的飞行器的两侧的骨架肋板与上方的光伏电池组件可形成开口朝下的留空空间，可充分利用此留空空间。如，可架设若干储油管道在两个并排设置的骨架肋板的镂空结构之间，以便遇到阴天光伏电池组件不能满足飞行器续航时，可直接作为飞行器的动力来源。此外，基于上述储油管道的架设，再结合两侧的骨架肋板、上方的光伏电池组件，可形成一个容置空间，可设置适当大小的容纳箱在上述容置空间内，以便装载必备品。

对于上述实施例一至实施例五，蒙皮的材料可以采用高强的铝合金、镁合金、钛合金、不锈钢或复合材料，以提高蒙皮的密封性，进一步起到保护光伏电池组件的作用。

结合上述实施例一至实施例五，本发明的飞行器可通过调节机构3改变光伏电池组件1的安装角度，即调整了光伏电池组件1与太阳辐射光线的夹角，进而保证光伏电池组件1的输出功率稳定，能够延长供电时间，提升飞行器续航能力。本发明的飞行控制器9可检测光伏电池组件1的功率变化而控制调节机构3动作，无需人工控制，实现自动调节，更加便捷。本发明的飞行器的骨架的上端面与光伏电池板4的截面相匹配，节省空间，同时还可增加光伏电池板4的作用面积。本发明的调节方法降低了光伏控制器8的功率追踪区间，提高效率，减小了系统发热及能源浪费。本发明的光伏电池组件1设置在透明的蒙皮内，使得光伏电池组件1免受外界环境影响，避免外界环境损坏光伏电池组件1或影响其效率。

在本申请的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏供电的飞行器，包括飞行器主体，其特征在于，还包括设置在所述飞行器主体上的光伏电池组件和调节机构，所述光伏电池组件固定在所述调节机构的输出端，所述调节机构用以驱动所述光伏电池组件改变所述光伏电池组件在所述飞行器主体上的安装角度而影响所述光伏电池组件的发电效率。

2.根据权利要求1所述的光伏供电的飞行器，其特征在于，还包括飞行控制器，所述飞行控制器与所述调节机构电连接，用以根据飞行姿态来控制所述调节机构动作。

3.根据权利要求2所述的光伏供电的飞行器，其特征在于，所述光伏电池组件包括光伏电池板和光伏控制器，所述光伏电池板固定在所述调节机构上并与所述光伏控制器电连接，所述光伏控制器与所述飞行控制器电连接，所述飞行控制器还用以在检测到所述光伏控制器的输出功率变化超出预设值时控制所述调节机构动作。

4.根据权利要求3所述的光伏供电的飞行器，其特征在于，所述飞行器主体包括机翼，所述机翼包括骨架，所述调节机构固定在所述骨架上，所述光伏电池组件通过所述调节机构设置在所述骨架上。

5.根据权利要求4所述的光伏供电的飞行器，其特征在于，所述调节机构包括升降舵机，所述升降舵机的输出端通过连接件与所述光伏电池板连接，所述连接件支撑所述光伏电池板，所述升降舵机用以通过升降运动改变所述光伏电池板的安装角度。

6.根据权利要求4所述的光伏供电的飞行器，其特征在于，所述骨架的上端面呈弧形，所述光伏电池板的截面与所述弧形相匹配。

7.根据权利要求5所述的光伏供电的飞行器，其特征在于，四个或四个以上所述升降舵机分别通过四个或四个以上所述连接件连接到所述光伏电池板的边角处。

8.根据权利要求4所述的光伏供电的飞行器，其特征在于，所述机翼还包括透明的蒙皮，所述光伏电池组件固定在所述骨架上，所述光伏电池组件和所述骨架设置在所述蒙皮内。

9.根据权利要求3-8任一所述的光伏供电的飞行器，其特征在于，所述光伏电池板为砷化镓薄膜太阳能电池。

10.一种如权利要求3-9任一所述的光伏供电的飞行器的光伏电池组件功率调节方法，包括：所述飞行控制器检测所述光伏控制器的输出功率；

所述飞行控制器检测到所述光伏控制器的输出功率降低超出预设值时，所述飞行控制器获取实时飞行姿态数据和实时太阳辐射光线角度数据；

所述飞行控制器根据实时太阳辐射光线角度数据和飞行姿态数据，控制所述调节机构改变所述光伏电池组件的安装角度。

Images