CN111585508A - 一种低成本太阳能发电跟踪系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低成本太阳能发电跟踪系统与方法，一种低成本太阳能发电跟踪系统，包括太阳能发电板、储能装置、微处理器、光控开关、第一光电检测单元、旋转动力机构，所述光控开关用于判断当前为白天或夜晚；所述第一光电检测单元设置于太阳能发电板非发电表面，检测太阳能发电板表面能接收到的光照强度；所述微处理器根据第一光电检测单元发送的光照强度，控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。本发明通过光控开关实现日间工作，夜间停机，通过第一光电检测元件实现太阳能发电板最佳采光检测，并结合微处理器定时进行角度调整，在实现太阳能发电板采光角度调整的同时，简化系统结构，降低系统成本。

Description

一种低成本太阳能发电跟踪系统与方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及一种低成本太阳能发电跟踪系统与方法。

背景技术

当前太阳能发电板已广泛用于工农业各领域，例如太阳能路灯、太阳能发电厂、太阳能驱鸟器等，但大多数太阳能发电板采用固定角度进行发电，造成系统发电效率低，上午和下午的太阳能利用率低于正午的利用率。部分太阳能发电板采用了追日系统进行角度调整，其结构采用电机、减速器、机械结构、传感器以及控制系统，传感器设置在太阳能电池表面上，与其同步运动。当光线方向一旦发生细微改变，则传感器检测信号失去平衡，系统输出信号产生偏差，当偏差达到一定幅度时，传感器输出相应信号，执行机构开始进行纠偏，当光电传感器重新达到平衡，此时停止电机转动。如此不断调整，时刻沿着太阳的运行轨迹追逐太阳，构成一个闭环控制系统，实现自动跟踪。但其系统结构复杂，成本高，难以大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种低成本太阳能发电跟踪系统与方法。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种低成本太阳能发电跟踪系统，包括太阳能发电板、储能装置，其特征在于：还包括微处理器、光控开关、第一光电检测单元、旋转动力机构，其中：

所述光控开关用于识别日光情况，判断当前为白天或夜晚，当光控开关检测到环境光强高于阈值时，则判断为白天，则开启系统，微处理器、第一光电检测单元、旋转动力机构开始工作；当光控开关检测到环境光强低于阈值时，判断为夜晚，则关闭系统，除光控开关工作外，微控制器、第一光电检测单元、旋转动力机构停止工作；

所述第一光电检测单元设置于太阳能发电板非发电表面，用于检测太阳能发电板表面能接收到的光照强度，并将检测到的光照强度发送至微处理器；

所述微处理器根据第一光电检测单元发送的光照强度，控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

更进一步地，为了更好的实现本发明，还包括遮光板，所述遮光板为两个，垂直固定设置在太阳能发电板的非发电表面，且位于第一光电检测单元两侧，两个所述遮光板均平行于经度方向。

作为另一种可实施方式，还包括遮光板，所述遮光板为圆柱体或方形柱体，垂直固定设置在太阳能发电板的非发电表面，且位于第一光电检测单元外侧。

更进一步地，为了更好的实现本发明，还包括第二光电检测单元，设置在太阳能发电板的非发电表面，且设置在所述遮光板的外侧，用于检测遮光板未遮挡太阳光时实际的太阳光照强度。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述微处理器还设置有计时单元，用于设定所述微处理器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动的时间周期T。

更进一步地，为了更好的实现本发明，旋转动力机构包括电机、减速器以及太阳能发电板支架，所述电机受微处理器控制，电机通过减速器带动太阳能发电板支架转动，从而带动太阳能发电板转动；所述减速器为具有自锁功能的减速器。

一种低成本太阳能发电跟踪方法，包括以下步骤：

光控开关识别日光情况，并控制对微处理器进行供电或断电，进而控制太阳光跟踪系统工作或停止工作；微处理器结合第一光电检测单元发送的光照强度信号和计时单元设定的时间周期T控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

更进一步地，为了更好的实现本发明，当光控开关检测到环境光强高于阈值时，控制储能装置为微处理器供电，进而控制太阳能发电跟踪系统工作；

微处理器上电工作后，微处理器控制旋转动力机构带动太阳能发电板旋转至初始位置，此时太阳光可以直射至太阳能发电板，且太阳光也可直射至第一光电检测模块；

设置在太阳能发电板非发电表面的第一光电检测模块检测太阳光照强度，当遮光板遮挡住照射在第一光电检测模块上的太阳光时，微控制器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，直到太阳光能照射到所述第一光电检测模块上，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述微控制器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动的方向包括沿纬度线转动和沿经度线转动。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述微处理器结合第一光电检测单元发送的光照强度信号和计时单元设定的时间周期T控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上的步骤，包括：

当微处理器接收到第一光电检测单元发送的光照强度信号不在预设的范围内，并且距离上一次旋转动力机构转动已达到时间周期T，则微处理器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动角度α，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过光控开关实现日间工作，夜间停机，通过第一光电检测元件与遮光板实现太阳能发电板最佳采光检测，并结合微处理器定时进行角度调整，在实现太阳能发电板采光角度调整的同时，简化系统结构，降低系统成本。同时采用微处理器定时实现调整次数的控制，避免因为外界云彩等遮挡造成频繁角度调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明太阳能发电板和第一光电检测模块相对位置示意图；

图2为本发明遮光板和太阳能发电板相对位置示意图；

图3为本发明发电板转动机构带动遮光板转动的方向示意图。

主要元件符号说明

太阳能发光板-1，第一光电检测单元-2，遮光板-3。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，一种低成本太阳能发电跟踪系统，包括太阳能发电板，还包括微处理器、光控开关、第一光电检测单元、旋转动力机构、储能装置，其中：

所述光控开关用于识别日光情况，判断当前为白天或夜晚。当光控开关检测到日光强度高于阈值时，则判断为白天，此时开启系统，储能装置为微处理器供电，微处理器、第一光电检测单元、旋转动力机构开始工作，太阳能发电板为负载供电，以及为储能装置充电；当检测到日光强度低于阈值时，则判断为夜晚，此时关闭系统，除光控开关工作外，微控制器、第一光电检测单元、旋转动力机构停止工作，储能装置为负载供电。微处理器用于控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，光控开关用于实时识别日光情况。

如图1所示所述第一光电检测模块2设置于太阳能发电板1的非发电表面 (表面是指接收太阳光并转换为电能的一面)，最好设置在太阳能发电板1的边 缘处，用于检测太阳能发电板1表面能接收到的光照强度，并将检测到的光照 强度发送至微处理器，可以在太阳能发电板与第一光电检测模块之间设置绝缘 层以及隔热层，避免太阳能发电板接收太阳光照时温度太高烧损第一光电检测 模块。

开启太阳能发电板为储能装置充电时，微处理器、第一光电检测单元、旋转动力机构开始工作，微处理器控制旋转动力机构带动太阳能发电板回到清晨的初始位置，即能够使太阳能发电板接收到太阳刚升起时光照直射的位置。

在所述太阳能发电板的非发电表面垂直固定设置了两个相互平行的遮光板3，两个所述遮光板位于第一光电检测单元的两侧，且遮光板平行于经度方向。此处大致将太阳相对于地球的运动轨迹看似与纬度线平行。若太阳能发电板始终设置为与地面成一定角度，那么当不在正午时，太阳光照不能直射在太阳能发电板上，这样则会造成太阳能源利用不充分。因此本方案设置两个遮光板与太阳能发电板垂直，当遮光板挡住照射在第一光电检测模块上太阳光时，微控制器则控制旋转动力机构带动太阳能发电板进行转动，直到太阳光能照射到第一光电检测模块上，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上，起到了太阳能发电板跟踪太阳光照的作用，充分吸收太阳光照。

作为另一种可实施方式，由于地球实际围绕太阳公转时，太阳光照并不是完全与纬度平行，可以将上述使用的两个遮光板替换为圆柱体或形柱体的遮光板，固定设置在太阳能发电板的非发电表面，且位于第一光电检测单元外侧。所述旋转动力机构可以同时沿经度方向和纬度方向转动，进一步使得太阳能发电板更精准的跟踪太阳垂直光照，从而吸收更多的太阳光照，将更多的太阳能转换为电能。

所述微处理器还设置有计时单元，用于设定所述微处理器控制控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动的时间周期T。当微处理器接收到第一光电检测单元发送的光照强度信号不在预设的范围内，并且距离上一次旋转动力机构转动已达到时间周期T，则微处理器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动角度α，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

需要说明的是，可以根据实际情况在同一天内设定不同的时间周期T，比如由于正午太阳光照强度达到一天的最大，那么可以将上午开始工作时到11点设定时间周期T1，11点到14点设定时间周期T2，14点到工作结束时的设定时间周期T3。

为了更加完善本方案，所述电源供电模块还包括第二光电检测模块，所述第二光电检测模块设置在太阳能发电板的非发电表面，且设置在所述遮光板的外侧，用于检测遮光板未遮挡太阳光时实际的太阳光照强度。比如某个白天是阴天时，光控开关检测的环境光强也高于阈值，因此还是使太阳能发电追踪系统工作，但是此时即使旋转动力机构带动太阳能发电板转动至太阳光照本该垂直射入太阳能发电板的位置，第一光电检测模块检测的太阳光照强度可能会很低，导致难以分辨是否将太阳能发电板转动到最佳的受光位置。因此在太阳能发电板的外部设置第二光电检测模块用于检测白天正常的光照强度，只要第一光电检测模块和第二光电检测模块检测的光照强度差值不过大，或者在预设的范围内，那么说明太阳能发电板所转动到的位置可行，避免由于第一光电检测模块难以分辨是否接受到最大光照而导致微处理器无依据的控制旋转动力机构。

基于上述系统，本发明还提出一种低成本太阳能发电跟踪方法，包括以下步骤：

步骤S1：光控开关识别日光情况，并控制对微处理器进行供电或断电，进而控制太阳光跟踪系统工作或停止工作。

当光控开关检测到环境光强高于阈值时，控制储能装置为微处理器供电，进而控制太阳能发电跟踪系统工作；

微处理器上电工作后，微处理器控制旋转动力机构带动太阳能发电板旋转至初始位置，此时太阳光可以直射至太阳能发电板，且太阳光也可直射至第一光电检测模块。设置在太阳能发电板非发电表面的第一光电检测模块检测太阳光照强度，当遮光板遮挡住照射在第一光电检测模块上的太阳光时，微控制器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，直到太阳光能照射到所述第一光电检测模块上，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

当光控开关检测到环境光强低于阈值时，控制储能装置断开为微处理器的供电，进而太阳能发电跟踪系统停止工作。

所述微控制器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动的方向包括沿纬度线转动和沿经度线转动。当遮光板为两块垂直设置在太阳能发电板的非发电表面时，旋转动力机构带动太阳能发电板沿纬度线转动，当遮光板为圆柱体或方体设置在第一光电检测模块周围时，旋转动力机构还需要带动太阳能发电板沿经度线转动。比如季节变化时，旋转动力机构则需要带动太阳能发电板沿经度线转动。

步骤S2：微处理器结合第一光电检测单元发送的光照强度信号和计时单元设定的时间周期T控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

当微处理器接收到第一光电检测单元发送的光照强度信号不在预设的范围内，并且距离上一次旋转动力机构转动已达到时间周期T，则微处理器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动角度α，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种低成本太阳能发电跟踪系统，包括太阳能发电板、储能装置，其特征在于：还包括微处理器、光控开关、第一光电检测单元、旋转动力机构，其中：

所述光控开关用于识别日光情况，判断当前为白天或夜晚，当光控开关检测到环境光强高于阈值时，则判断为白天，则开启系统，微处理器、第一光电检测单元、旋转动力机构开始工作；当光控开关检测到环境光强低于阈值时，判断为夜晚，则关闭系统，除光控开关工作外，微控制器、第一光电检测单元、旋转动力机构停止工作；

所述第一光电检测单元设置于太阳能发电板非发电表面，用于检测太阳能发电板表面能接收到的光照强度，并将检测到的光照强度发送至微处理器；

所述微处理器根据第一光电检测单元发送的光照强度，控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

2.根据权利要求1所述的一种低成本太阳能发电跟踪系统，其特征在于：还包括遮光板，所述遮光板为两个，垂直固定设置在太阳能发电板的非发电表面，且位于第一光电检测单元两侧，两个所述遮光板均平行于经度方向。

3.根据权利要求1所述的一种低成本太阳能发电跟踪系统，其特征在于：还包括遮光板，所述遮光板为圆柱体或方形柱体，垂直固定设置在太阳能发电板的非发电表面，且位于第一光电检测单元外侧。

4.根据权利要求2或3所述的一种低成本太阳能发电跟踪系统，其特征在于：还包括第二光电检测单元，设置在太阳能发电板的非发电表面，且设置在所述遮光板的外侧，用于检测遮光板未遮挡太阳光时实际的太阳光照强度。

5.根据权利要求4所述的一种低成本太阳能发电跟踪系统，其特征在于：所述微处理器还设置有计时单元，用于设定所述微处理器控制控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动的时间周期T。

6.根据权利要求5所述的一种低成本太阳能发电跟踪系统，其特征在于：旋转动力机构包括电机、减速器以及太阳能发电板支架，所述电机受微处理器控制，电机通过减速器带动太阳能发电板支架转动，从而带动太阳能发电板转动；

所述减速器为具有自锁功能的减速器。

7.一种低成本太阳能发电跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：

光控开关识别日光情况，并控制对微处理器进行供电或断电，进而控制太阳光跟踪系统工作或停止工作；

微处理器结合第一光电检测单元发送的光照强度信号和计时单元设定的时间周期T控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

8.根据权利要求7所述的一种低成本太阳能发电跟踪方法，其特征在于：

当光控开关检测到环境光强高于阈值时，控制储能装置为微处理器供电，进而控制太阳能发电跟踪系统工作；

微处理器上电工作后，微处理器控制旋转动力机构带动太阳能发电板旋转至初始位置，此时太阳光可以直射至太阳能发电板，且太阳光也可直射至第一光电检测模块；

设置在太阳能发电板非发电表面的第一光电检测模块检测太阳光照强度，当遮光板遮挡住照射在第一光电检测模块上的太阳光时，微控制器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，直到太阳光能照射到所述第一光电检测模块上，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

9.根据权利要求8所述的一种低成本太阳能发电跟踪方法，其特征在于：所述微控制器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动的方向包括沿纬度线转动和沿经度线转动。

10.根据权利要求9所述的一种低成本太阳能发电跟踪方法，其特征在于：所述微处理器结合第一光电检测单元发送的光照强度信号和计时单元设定的时间周期T控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上的步骤，包括：

当微处理器接收到第一光电检测单元发送的光照强度信号不在预设的范围内，并且距离上一次旋转动力机构转动已达到时间周期T，则微处理器控制旋转动力机构带动太阳能发电板转动角度α，使得太阳光能够直射在太阳能发电板上。

Images