CN112769381B - 具有二维光伏定日机构的光伏发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有二维光伏定日机构的光伏发电装置，包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的底部设有转盘，所述转盘的顶面上固定有两个对称设置的电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的内杆处穿设有轴杆机构，所述太阳能电池板固定在两个所述轴杆机构之间，所述太阳能电池板的背面固定有换热箱。本发明具有二维光伏定日机构，提高了光电效率，同时对工作的电机起到良好的保护作用，使用寿命长，极大地提高了能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种具有二维光伏定日机构的光伏发电装置。
背景技术
目前通信设备用太阳能发电系统太阳能电池板均为固定安装，其倾角和方位角都是固定不再变动。由于地球的自转和绕太阳的公转，便产生了太阳每天时角和四季赤纬角的变化。则固定安装的太阳能电池板上太阳能光的入射角度是时刻变化的。在相同的太阳辐射强度下而因为太阳光的入射角不同，太阳能电池板单位面积上收集的能量大小是不同的。当太阳光线垂直投射到太阳能电池板上时(入射角θ＝0°)，太阳能电池板接收的太阳辐射能量最大；而当太阳能光线不是垂直投射到太阳能电池板上时(其入射角0＜θ′＜90°)，此时太阳能电池板接收的太阳辐射能只有垂直投射的cosθ′倍。当光线以85°角入射时，单位面积上的能量约只有垂直投射时的1/12。由此可见，太阳光投射角不同，收集能量的效率相差是很大，只有垂直投射时效率最高。
目前市场上的光伏定日装置从机械结构上大致可分为两种：一维式和二维式。一维式跟踪器俯仰角(即太阳高度角)固定，只跟踪太阳的纬度变化，通常每天由东向西进行追踪。如中国专利CN200710020572.6中公开了一种一维式光伏定日装置。该装置无需配置蓄电池及充放电控制器，无需控制和驱动电机用电子元器件。其光伏驱动器由两块分别沿转动轴背向安装的光伏组件构成，其输出串联后与一减速电机连接，驱动其带动转动轴、光伏电池板跟踪太阳运动轨迹。两块光伏组件输出额定电压为5-7V，额定电流为1-2A。当太阳对太阳电池阵的入射角度超过设定值时，光伏驱动器将驱动减速电机和转动轴转动，使太阳电池阵列对准太阳。该专利结构较为简单，但只能对太阳的纬度角进行跟踪，且由于没有电子器件控制，跟踪的准确性较低，对光伏电池板整体发电效率的提升并不显著。
二维式跟踪器不仅调整纬度，还对太阳高度角进行跟踪，能够更精确的对太阳定位，最大限度提高光伏电池板的发电量，其发电效率往往较一维式更高。如中国专利CN200510094900.8中公开了一种二维式光伏定日装置及跟踪方法。该装置具有铰链、支撑杆、立柱和高度调节杆，并具有高度角传感器和方位角传感器，单片机可控制高度角驱动电机和方位角驱动电机控制。其跟踪方法是根据经度、纬度和日期时间实时计算太阳方位角和高度角期望值，与高度角传感器和方位角传感器反馈值比较，得出控制信号，驱动高度角电机及方位角电机，利用闭环控制实现实时跟踪。
该装置能够比较准确的实现太阳的跟踪定位，但机械结构较为复杂，不仅如此，由于太阳光入射角度定位后，电机需要急停，这样太阳能电池板仍有运动趋势，急停之下容易引起电机磨损，因此其缺少制动系统，并且由于太阳光具有一定的热量，长时间光照后容易使得太阳光电池板升温，这样会降低光伏发电效率，且现有的光伏发电技术中也没有对太阳光的余热进行回收，浪费了太阳光的余热。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有二维光伏定日机构的光伏发电装置，以解决上述现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种具有二维光伏定日机构的光伏发电装置，包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的底部设有转盘，所述转盘的顶面上固定有两个对称设置的电动伸缩杆，所述电动伸缩杆的内杆处穿设有轴杆机构，所述太阳能电池板固定在两个所述轴杆机构之间，所述太阳能电池板的背面固定有换热箱。
优选的，所述轴杆机构包括轴杆，所述轴杆穿设在所述电动伸缩杆的内杆上，所述轴杆垂直于所述电动伸缩杆，所述轴杆的一端与所述太阳能电池板固接，任意一个所述轴杆远离所述太阳能电池板的一端固定有蜗轮，另一个所述轴杆远离所述太阳能电池板的一端固定有配重；
所述蜗轮啮合连接有蜗杆，所述蜗杆固定有第一电机的输出轴；
所述转盘的底部设有底座，所述底座的顶面上轴接有转轴的一端，所述转轴的另一端与所述转盘轴接，所述转轴上套接有第一齿轮，所述第一齿轮啮合连接有第二齿轮，所述第二齿轮固定有第二电机的输出轴。
优选的，所述电动伸缩杆的内杆上开设有穿孔，所述穿孔内套接有垫套，所述轴杆穿设在所述垫套内，所述垫套的顶端开设有通孔，所述电动伸缩杆的内杆的顶面上由上而下开设有贯穿孔，所述贯穿孔与所述通孔连通；
所述轴杆的侧面上周向开设有若干个第一限位槽，所述第一限位槽的底面上开设有第二限位槽，所述第二限位槽的底面上开设有放置槽，所述放置槽内设有压块，所述压块的底面上固定有第一弹簧，所述第一弹簧固定有承重块，所述承重块远离所述第一弹簧的端面上嵌设有若干个位移传感器，所述第一限位槽与所述通孔位于同一平面上，所述第一限位槽与所述通孔的尺寸相适配。
优选的，所述电动伸缩杆的内杆的顶面上架设有气缸，所述气缸的活塞端伸入所述贯穿孔并滑动连接有第一限位块，所述第一限位块的底面上开设有开口，所述气缸的活塞端固定有第二弹簧，所述第二弹簧固定有第二限位块，所述第二限位块位于所述第一限位块的内侧，所述第二限位块与所述开口相适配，所述第一限位块与所述第一限位槽可拆卸连接，所述第二限位块与所述第二限位槽可拆卸连接，所述第一限位块的外侧固定有若干弹性凸起。
优选的，所述换热箱靠近所述太阳能电池板的端面上嵌设有第一导热板，所述第一导热板与所述太阳能电池板的背面接触连接，所述换热箱内设有冷却水管，所述冷却水管与所述第一导热板接触连接，所述冷却水管的一端伸出所述换热箱并连通有水泵，所述冷却水管的另一端连通有热能发电机构。
优选的，所述热能发电机构包括隔热壳，所述隔热壳内固定有第二导热板，所述第二导热板将所述隔热壳分隔为储水部和发电部，所述冷却水管与所述储水部连通，所述第二导热板靠近所述储水部的端面上开设有若干个第一导热孔，所述第一导热孔的底面上开设有第二导热孔，所述第二导热孔与所述发电部连通，所述第二导热孔内嵌设有若干层防水透气膜。
优选的，所述发电部内设有涡轮，所述涡轮的顶端固定有固定轴，所述固定轴贯穿所述隔热壳的顶壁并连接有发电机，所述发电机固定在所述隔热壳的顶壁上，所述隔热壳靠近所述发电部的侧壁上开设有入风口，所述发电机与所述位移传感器电性连接。
优选的，所述太阳能电池板电性连接有第一电源电路，所述第一电源电路电性连接有控制单元，所述控制单元分别电性连接有第一驱动电路和第二驱动电路，所述第二驱动电路电性连接有第二电源电路。
优选的，所述第二电源电路与所述发电机电性连接，所述第二驱动电路与所述位移传感器电性连接。
优选的，所述第一电机、第二电机和气缸分别与所述第一驱动电路电性连接。
本发明公开了以下技术效果：通过第二电机带动第二齿轮转动，使得第一齿轮带动转轴转动，进而转盘转动，实现圆周方向调整太阳能电池板的朝向，通过电动伸缩杆可以调节太阳能电池板的高度，由第一电机带动蜗轮蜗杆工作，可使得轴杆带动太阳能电池板翻转，进而能够调整太阳能电池板的翻转角度，实现二维运动，当太阳能电池板调整至与太阳光入射角度相适配时，第一电机、第二电机停止工作，在第一电机急停的瞬间，气缸的活塞端朝向贯穿孔插入，将第一限位块顶至第一限位槽内，气缸的活塞端继续向下移动，第一限位块在被第一限位槽顶紧的作用下沿气缸活塞端向上滑动，使得第二限位块由开口处脱出顶在第二限位槽内，对轴杆起到制动作用，能够极大地降低电机损坏的概率，进而对第一电机起到保护作用，同时第二限位块挤压压块，压块受力挤压第二弹簧，此时第一弹簧也被受力挤压，能够起到缓冲保护的作用，在挤压过程中承重板受力，通过位移传感器感应，便于记录受力数据进行实验测试，进而能够得到整个起到制动作用的各结构的极限，根据需要选择适应强度的材料制备上述起到制动作用的各结构，提高了本装置的安全性能，太阳光的余热附着在太阳能电池板上，由太阳能电池板背面的第一导热板吸热，由冷却水管进行热交换，送出热水至隔热壳的储水部中，储水部中的热水通过第二导热板传递热量，使得热空气经过防水透气膜至发电部，热空气的温度大于发电部入风口的温度，进而形成空气对流，带动涡轮旋转，使得固定轴旋转带动发电机发电，此处电量较小，直接引入位移传感器中，对位移传感器进行供电，本发明具有二维光伏定日机构，提高了光电效率，同时对工作的电机起到良好的保护作用，使用寿命长，极大地提高了能源利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具有二维光伏定日机构的光伏发电装置的主视图；
图2为本发明太阳能电池板的后视图；
图3为图1中A的局部放大图；
图4为图1中B的局部放大图；
图5为图2中C的局部放大图；
图6为图1中D的局部放大图；
图7为本发明控制单元结构框图；
其中，1为太阳能电池板，2为转盘，3为电动伸缩杆，4为换热箱，5为轴杆，6为蜗轮，7为配重，8为蜗杆，9为第一电机，10为底座，11为转轴，12为第一齿轮，13为第二齿轮，14为第二电机，15为垫套，16为贯穿孔，17为第一限位槽，18为第二限位槽，19为放置槽，20为压块，21为第一弹簧，22为承重块，23为位移传感器，24为气缸，25为第一限位块，26为第二弹簧，27为第二限位块，28为弹性凸起，29为第一导热板，30为冷却水管，31为水泵，32为隔热壳，33为第二导热板，34为第一导热孔，35为第二导热孔，36为防水透气膜，37为涡轮，38为固定轴，39为发电机，40为入风口，41为限位台，42为导套，43为连接杆，44为固定台，45为架体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-7，本发明提供一种具有二维光伏定日机构的光伏发电装置，包括太阳能电池板1，所述太阳能电池板1的底部设有转盘2，所述转盘2的顶面上固定有两个对称设置的电动伸缩杆3，电动伸缩杆3的内杆底端套接有限位台41，当内杆缩短到最短距离时，限位台41搭接在电动伸缩杆3外筒的顶面上，通过电动伸缩杆3可以调节太阳能电池板1的高度，所述电动伸缩杆3的内杆处穿设有轴杆机构，所述太阳能电池板1固定在两个所述轴杆机构之间，所述太阳能电池板1的背面固定有换热箱4。
进一步优化方案，所述轴杆机构包括轴杆5，所述轴杆5穿设在所述电动伸缩杆3的内杆上，所述轴杆5垂直于所述电动伸缩杆3，所述轴杆5的一端与所述太阳能电池板1固接，任意一个所述轴杆5远离所述太阳能电池板1的一端固定有蜗轮6，另一个所述轴杆5远离所述太阳能电池板1的一端固定有配重7，配重7对没有蜗轮6蜗杆8一端的轴杆5进行加重，使得其转动过程中保持平衡；
所述蜗轮6啮合连接有蜗杆8，所述蜗杆8固定有第一电机9的输出轴，电动伸缩杆3外筒的一侧固定有固定台44，固定台44位于第一电机9的底面用于支撑；由第一电机9带动蜗轮6蜗杆8工作，可使得轴杆5带动太阳能电池板1翻转，进而能够调整太阳能电池板1的翻转角度，蜗杆8上套有导套42，导套42连接有连接杆43，连接杆43与电动伸缩杆3的内杆固定，对蜗杆8起到限位作用，防止其侧翻。
所述转盘2的底部设有底座10，所述底座10的顶面上轴接有转轴11的一端，所述转轴11的另一端与所述转盘2轴接，所述转轴11上套接有第一齿轮12，所述第一齿轮12啮合连接有第二齿轮13，所述第二齿轮13固定有第二电机14的输出轴，第二电机14带动第二齿轮13转动，使得第一齿轮12带动转轴11转动，进而转盘2转动，实现圆周方向调整太阳能电池板1的朝向。
进一步优化方案，所述电动伸缩杆3的内杆上开设有穿孔，所述穿孔内套接有垫套15，垫套15能够降低轴杆5的磨损，所述轴杆5穿设在所述垫套15内，所述垫套15的顶端开设有通孔，所述电动伸缩杆3的内杆的顶面上由上而下开设有贯穿孔16，所述贯穿孔16与所述通孔连通；
所述轴杆5的侧面上周向开设有若干个第一限位槽17，所述第一限位槽17的底面上开设有第二限位槽18，所述第二限位槽18的底面上开设有放置槽19，所述放置槽19内设有压块20，所述压块20的底面上固定有第一弹簧21，所述第一弹簧21固定有承重块22，所述承重块22远离所述第一弹簧21的端面上嵌设有若干个位移传感器23，所述第一限位槽17与所述通孔位于同一平面上，所述第一限位槽17与所述通孔的尺寸相适配。所述电动伸缩杆3的内杆的顶面上架设有气缸24，通过架体45对气缸24进行架设，所述气缸24的活塞端伸入所述贯穿孔16并滑动连接有第一限位块25，所述第一限位块25的底面上开设有开口，所述气缸24的活塞端固定有第二弹簧26，所述第二弹簧26固定有第二限位块27，所述第二限位块27位于所述第一限位块25的内侧，所述第二限位块27与所述开口相适配，所述第一限位块25与所述第一限位槽17可拆卸连接，所述第二限位块27与所述第二限位槽18可拆卸连接，所述第一限位块25的外侧固定有若干弹性凸起28，第一限位块25挤压至第一限位槽17内时，弹性凸起28能够起到防滑作用。
进一步优化方案，所述换热箱4靠近所述太阳能电池板1的端面上嵌设有第一导热板29，所述第一导热板29与所述太阳能电池板1的背面接触连接，所述换热箱4内设有冷却水管30，所述冷却水管30与所述第一导热板29接触连接，所述冷却水管30的一端伸出所述换热箱4并连通有水泵31，所述冷却水管30的另一端连通有热能发电机构。所述热能发电机构包括隔热壳32，所述隔热壳32内固定有第二导热板33，所述第二导热板33将所述隔热壳32分隔为储水部和发电部，所述冷却水管30与所述储水部连通，所述第二导热板33靠近所述储水部的端面上开设有若干个第一导热孔34，所述第一导热孔34的底面上开设有第二导热孔35，所述第二导热孔35与所述发电部连通，所述第二导热孔35内嵌设有若干层防水透气膜36。所述发电部内设有涡轮37，所述涡轮37的顶端固定有固定轴38，所述固定轴38贯穿所述隔热壳32的顶壁并连接有发电机39，所述发电机39固定在所述隔热壳32的顶壁上，所述隔热壳32靠近所述发电部的侧壁上开设有入风口40，所述发电机39与所述位移传感器23电性连接。阳光的余热附着在太阳能电池板1上，由太阳能电池板1背面的第一导热板29吸热，由冷却水管30进行热交换，送出热水至隔热壳32的储水部中，储水部中的热水通过第二导热板33传递热量，使得热空气经过防水透气膜36至发电部，热空气的温度大于发电部入风口40的温度，进而形成空气对流，带动涡轮37旋转，使得固定轴38旋转带动发电机39发电，此处电量较小，直接引入位移传感器中，对位移传感器进行供电。
进一步优化方案，所述太阳能电池板1电性连接有第一电源电路，所述第一电源电路电性连接有控制单元，所述控制单元分别电性连接有第一驱动电路和第二驱动电路，所述第二驱动电路电性连接有第二电源电路。所述第二电源电路与所述发电机39电性连接，所述第二驱动电路与所述位移传感器23电性连接。所述第一电机9、第二电机14和气缸24分别与所述第一驱动电路电性连接。太阳能电池板1上装有光敏电阻，通过光敏电阻将接收到的光照信号传递给检测电路，检测电路传送至控制单元处理光照信号，得到入射角度后，驱动第一驱动电路带动第一电机9和第二电机14工作，使得太阳能电池板1进行二维运动调整，需要制动时，第一驱动电路带动气缸24进行制动工作，由太阳光余热进行发电后，通过发电机39对第二驱动电路供电，带动位移传感器23工作。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种具有二维光伏定日机构的光伏发电装置，包括太阳能电池板(1)，其特征在于：所述太阳能电池板(1)的底部设有转盘(2)，所述转盘(2)的顶面上固定有两个对称设置的电动伸缩杆(3)，所述电动伸缩杆(3)的内杆处穿设有轴杆机构，所述太阳能电池板(1)固定在两个所述轴杆机构之间，所述太阳能电池板(1)的背面固定有换热箱(4)；
所述轴杆机构包括轴杆(5)，所述轴杆(5)穿设在所述电动伸缩杆(3)的内杆上，所述轴杆(5)垂直于所述电动伸缩杆(3)，所述轴杆(5)的一端与所述太阳能电池板(1)固接，任意一个所述轴杆(5)远离所述太阳能电池板(1)的一端固定有蜗轮(6)，另一个所述轴杆(5)远离所述太阳能电池板(1)的一端固定有配重(7)；
所述蜗轮(6)啮合连接有蜗杆(8)，所述蜗杆(8)固定有第一电机(9)的输出轴；
所述转盘(2)的底部设有底座(10)，所述底座(10)的顶面上轴接有转轴(11)的一端，所述转轴(11)的另一端与所述转盘(2)轴接，所述转轴(11)上套接有第一齿轮(12)，所述第一齿轮(12)啮合连接有第二齿轮(13)，所述第二齿轮(13)固定有第二电机(14)的输出轴；
所述轴杆(5)的侧面上周向开设有若干个第一限位槽(17)，所述第一限位槽(17)的底面上开设有第二限位槽(18)，所述第二限位槽(18)的底面上开设有放置槽(19)，所述放置槽(19)内设有压块(20)，所述压块(20)的底面上固定有第一弹簧(21)，所述第一弹簧(21)固定有承重块(22)，所述承重块(22)远离所述第一弹簧(21)的端面上嵌设有若干个位移传感器(23)；
所述电动伸缩杆(3)的内杆的顶面上架设有气缸(24)，所述气缸(24)的活塞端滑动连接有第一限位块(25)，所述第一限位块(25)的底面上开设有开口，所述气缸(24)的活塞端固定有第二弹簧(26)，所述第二弹簧(26)固定有第二限位块(27)，所述第二限位块(27)位于所述第一限位块(25)的内侧，所述第二限位块(27)与所述开口相适配，所述第一限位块(25)与所述第一限位槽(17)可拆卸连接，所述第二限位块(27)与所述第二限位槽(18)可拆卸连接；
所述太阳能电池板(1)的背面接触连接有第一导热板(29)，所述换热箱(4)内设有冷却水管(30)，所述冷却水管(30)与所述第一导热板(29)接触连接，所述冷却水管(30)的一端伸出所述换热箱(4)并连通有水泵(31)，所述冷却水管(30)的另一端连通有热能发电机构；
所述热能发电机构包括隔热壳(32)，所述隔热壳(32)内固定有第二导热板(33)，所述第二导热板(33)将所述隔热壳(32)分隔为储水部和发电部，所述冷却水管(30)与所述储水部连通，所述第二导热板(33)靠近所述储水部的端面上开设有若干个第一导热孔(34)，所述第一导热孔(34)的底面上开设有第二导热孔(35)，所述第二导热孔(35)与所述发电部连通，所述第二导热孔(35)内嵌设有若干层防水透气膜(36)；
所述发电部内设有涡轮(37)，所述涡轮(37)的顶端固定有固定轴(38)，所述固定轴(38)贯穿所述隔热壳(32)的顶壁并连接有发电机(39)，所述发电机(39)固定在所述隔热壳(32)的顶壁上，所述隔热壳(32)靠近所述发电部的侧壁上开设有入风口(40)，所述发电机(39)与所述位移传感器(23)电性连接；
所述太阳能电池板(1)电性连接有第一电源电路，所述第一电源电路电性连接有控制单元，所述控制单元分别电性连接有第一驱动电路和第二驱动电路，所述第二驱动电路电性连接有第二电源电路；
所述第二电源电路与所述发电机(39)电性连接，所述第二驱动电路与所述位移传感器(23)电性连接。
2.根据权利要求1所述的具有二维光伏定日机构的光伏发电装置，其特征在于：所述电动伸缩杆(3)的内杆上开设有穿孔，所述穿孔内套接有垫套(15)，所述轴杆(5)穿设在所述垫套(15)内，所述垫套(15)的顶端开设有通孔，所述电动伸缩杆(3)的内杆的顶面上由上而下开设有贯穿孔(16)，所述贯穿孔(16)与所述通孔连通，所述第一限位槽(17)与所述通孔位于同一平面上，所述第一限位槽(17)与所述通孔的尺寸相适配。
3.根据权利要求2所述的具有二维光伏定日机构的光伏发电装置，其特征在于：所述气缸(24)的活塞端伸入所述贯穿孔(16)并滑动连接有所述第一限位块(25)，所述第一限位块(25)的外侧固定有若干弹性凸起(28)。
4.根据权利要求1所述的具有二维光伏定日机构的光伏发电装置，其特征在于：所述换热箱(4)靠近所述太阳能电池板(1)的端面上嵌设有所述第一导热板(29)。
5.根据权利要求1所述的具有二维光伏定日机构的光伏发电装置，其特征在于：所述第一电机(9)、第二电机(14)和气缸(24)分别与所述第一驱动电路电性连接。
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