CN113890477B - 一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统及方法 - Google Patents

一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统及方法，包括：用于获取光伏板的光照朝向的追光组件；用于根据光照朝向控制驱动装置、移动组件和滑动组件启停的控制系统；用于驱动光伏板水平移动的驱动装置；用于驱动光伏板前后移动的移动组件；用于驱动光伏板竖直方向移动的滑动组件，其中：所述驱动装置通过C型齿环安装在风电塔筒上；所述移动装置安装在驱动装置上；所述滑动组件安装在移动组件上；所述光伏板安装在移动组件上；本发明通过多组传动元件进行角度调整，进而实现了光伏板全方位地跟踪阳光，进一步提升了光伏发电的效率。

Description

一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统及 方法
技术领域
本发明涉及塔筒电力辅助设备技术领域，具体涉及一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统及方法。
背景技术
随着国家新能源和清洁能源发展战略的引导，全社会的环保意识正在强化。光伏发电、风力发电产业正以日新月异的速度发展。近几年来，光伏发电和风力发电的装机容量逐年在递增，但可利用的土地和占据优越地理位置的空间在逐年减少，因此为了更好地利用有限资源，将风力发电与光伏发电结合起来的技术开始发展，风力发电是基于高大的立柱式风电塔筒，具有平面占地不大，高空扩展空间大的特点，而光伏发电的太阳板的布置具有空间高度不大但平面占地面积大的特点。将两者相结合能够充分提高光伏发电效率，减少占地面积。
现阶段已有的安装在风电塔筒上的光伏发电组件，位置不可调整，无法根据不同时段、不同季节的太阳照射情况进行自动调整，以增加光伏发电效率。
发明内容
本发明的目的在于提出一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统，解决了现有技术中存在的上述不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统，包括：
用于获取光伏板的光照朝向的追光组件；
用于根据光照朝向控制驱动装置、移动组件和滑动组件启停的控制系统；
用于驱动光伏板水平移动的驱动装置；
用于驱动光伏板前后移动的移动组件；
用于驱动光伏板竖直方向移动的滑动组件，其中：
所述驱动装置通过C型齿环安装在风电塔筒上；所述移动装置安装在驱动装置上；所述滑动组件安装在移动组件上；所述光伏板安装在移动组件上。
优选地，追光组件包括光敏电阻矩阵，所述光敏电阻矩阵安装在光伏板正面的中心处；所述光敏电阻矩阵连接至控制系统。
优选地，驱动装置包括第一转轴、第一齿轮、限位板、C型架和第一电机，其中，所述C型架的开口端卡装在C型齿环上，所述第一转轴安装在C型架的内腔中，所述第一齿轮套装在第一转轴上，且与C型齿环外壁上的齿条啮合连接；所述第一电机安装在C型架上，且其输出轴与第一转轴驱动连接，所述限位板安装在C型架的开口端，且C型齿环置于限位板和第一齿轮之间形成的空腔内。
优选地，移动组件包括滑槽，所述滑槽的一端安装在驱动装置上；
所述滑槽的内腔中布置有两个并列布置的丝杠；
所述滑槽的外壁上还安装有两个第二电机，两个第二电机分别驱动连接有一个丝杠；
所述滑槽的内腔中还安装有移动板，所述移动板与两个丝杠转动连接；
所述滑动组件安装在移动板上。
优选地，所述滑动组件包括弧形架，所述弧形架安装在移动组件上；所述弧形架上沿其周向方向开设有弧形通槽，所述弧形通槽内安装有导向杆，所述导向杆的两端均安装有一个侧板；两个侧板的自由端通过第二转轴连接，所述第二转轴上套装有第二齿轮，所述第二齿轮与内嵌在弧形架外壁上的齿条啮合连接；
其中一个侧板上还安装有第四电机，所述第四电机的输出轴驱动连接第二转轴。
优选地，所述移动组件和滑动组件之间还设置有用于调整光伏板轴向角度的转动装置。
优选地，所述转动装置包括十字柱，所述十字柱水平端的一端转动安装在移动组件上；所述十字柱的竖直端与滑动组件连接；
所述十字柱与移动组件连接的一端驱动连接有第三电机，所述第三电机安装在电机板上，所述电机板滑动安装在移动装置上。
优选地，所述电机板与移动装置之间通过多个支撑杆固定连接。
一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节方法，基于所述的一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统，包括以下步骤：
获取光敏电阻矩阵的电阻值，确定最小阻值对应的光敏电阻的位置；根据确定的位置控制驱动装置、移动组件和滑动组件的启停。
优选地，根据确定的位置控制驱动装置、移动组件和滑动组件的启停，具体方法是：
当最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置处，则光伏板的位置不变；
当最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置的正上方、正下方、正左方或正右方时，则通过驱动装置调整光伏板的水平方向角度，直至最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置处；
当最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的四角时，通过驱动装置、转动装置和滑动组件调整光伏板水平方向的角度、轴向的角度以及竖直方向的角度，直至最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置处。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统及方法，通过光敏电阻矩阵判断整个光伏板朝向太阳光线的角度，通过多组传动元件进行角度调整，进而实现了光伏板全方位地跟踪阳光，进一步提升了光伏发电的效率。
附图说明
图1是整体结构图；
图2是驱动装置局部结构图；
图3是移动组件局部结构图；
图4是滑动组件局部结构图；
图5是另一角度结构图。
图中：1、光伏板；2、弧形架；3、十字柱；4、移动板；5、滑槽；6、第一齿轮；7、安装板；8、C型齿环；9、限位板；10、单片机；11、C型架；12、C型齿条；13、第二电机；14、第一电机；15、电机板；16、第三电机；17、支撑杆；18、丝杠；19、侧板；20、第四电机；21、第二齿轮；22、光敏电阻。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1-5所示，本发明提供的一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统，包括：
C型齿环8；两组固定架，设置在C型齿环8的两端，并与风电塔筒筒壁固定，具体如图1所示，每组固定架均包括：连接杆，一端与C型齿环8的一端固定连接；安装板7，与连接杆的另一端固定连接。通过连接杆增加C型齿环8与钢塔筒之间的距离，便于整个装置的移动。
还包括，C型架11，架设在C型齿环8上；驱动装置，设置在C型架11上，并驱动C型架11绕C型齿环8移动，用于调节光伏板1某一角度，具体的，如图2所示，驱动装置包括：第一转轴，其两端分别与C型架11的顶部和底部转动连接；第一齿轮6，固定设置在第一转轴上，并与C型齿环8啮合；限位板9，上下两端分别与C型架11顶部和底部的末端固定连接，使C型齿环8限位于第一齿轮6和限位板9之间；第一电机14，固定设置在C型架11的底部，其输出轴与第一转轴传动连接。通过第一电机14驱动齿轮齿条的自行走结构，能够进行角度的微调。
进一步，为了避免与原设备产生干涉问题，尤其是风力发电机以及其叶片，该装置还设置了移动组件，架设在C型架11的侧面，驱动一个移动板4前后移动；具体的，如图3所示，移动组件包括两组对称设置的丝杠结构；每组丝杠结构均包括：滑槽5，一端与C型架的一侧固定连接；丝杠18，穿过移动板4的一端，并与移动板4螺纹配合；其两端分别与滑槽5的两端转动连接；第二电机13，固定设置在滑槽5的一端外侧，其输出轴与丝杠18传动连接。光伏组件通过两组丝杠实现前后移动，能够灵活调整，增加了光伏发电的灵活度。
为了增加主轴旋转方向的调节，还包括：十字柱3，转动设置在移动板4的外端面上；转动装置，设置在移动板4内端面上，并驱动十字柱3转动，具体的，如图3所示，转动装置包括：若干个支撑杆17，一端分别与移动板4的外端面固定连接；电机板15，与若干个支撑杆17的另一端固定连接；第三电机16，固定设置在电机板15朝向移动板4的一端面，其输出轴与十字柱3的一端转动连接。
为增加另一角度转动方向的调节，还包括：弧形架2，其内侧与十字柱3端部固定连接；滑动组件，滑动设置在弧形架2的外弧面；光伏板1，其背部与滑动组件固定连接；具体的，弧形架2中间开设有弧形的通槽；滑动组件包括：导向杆，滑动设置在通槽内；两个侧板19，分别与导向杆的两端固定连接，并与弧形架2的两侧抵接；C型齿条12，内嵌于弧形架2的外侧；第二转轴，两端分别与两个侧板19固定连接；第二齿轮21，固定设置在第二转轴上，并与C型齿条12啮合；第四电机20，固定设置在一个侧板19的外侧，其输出轴与第二转轴传动连接。通过齿轮齿条的结构自行调整。
光敏电阻矩阵，设置在光伏板1的正面；根据光敏电阻矩阵中每个光敏电阻22的阻值来调整光伏板1的状态。
进一步的，光敏电阻矩阵包括九个光敏电阻，九个光敏电阻呈矩阵结构布置在光伏板1的中心处。
还包括光伏组件；光伏组件包括：单片机10，设置在C型架11顶部，与每个光敏电阻22连接。
本实施例中，通过单片机采集光敏电阻电路中的电流值，判断光敏电阻矩阵中各个光敏电阻22的阻值，判断光照朝向的情况，并通过驱动驱动装置、转动装置和滑动组件进行三个方向的角度调节，能够全方位地进行调节，使得中心光敏电阻22的阻值最小，即光伏板1正向朝向光照方向。具体的：
准备阶段，将光伏板1进行伸展，并调整前后位置，避免钢塔筒的其他部件以及发电机叶片等产生干涉：驱动两个第二电机13转动，通过电机丝杠的传动原理带动移动板4前后移动，进而带动光伏板1前后移动。通过驱动驱动装置，将光伏板1转动至板面朝向东边，根据纬度和季节情况初步调整光伏板1的板面角度，后续再根据光照情况进行进一步地调整。
首先，每间隔一定的时间进行追光操作。在进行追光操作时，主控器接收并光敏电阻矩阵的电阻值，确定阻值最小的光敏电阻22，判断其在矩阵中的位置：
当最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置处，整个装置不对光伏板1进行位置和角度上的调整；
当最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置的正上方、正下方、正左方或正右方时，驱动驱动装置调整水平方向的角度(左右)，或驱动滑动组件调整竖直方向的角度(上下)，直至中央光敏电阻22为矩阵中阻值最小的光敏电阻22；
当最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的四角时，驱动驱动装置的同时驱动转动装置和滑动组件，调整光伏板1水平方向的角度、轴向的角度以及竖直方向的角度，直至中央光敏电阻22为矩阵中阻值最小的光敏电阻22。
以上最终实现了实时跟踪阳光，有效提高光伏发电的效率。
当然，沿钢塔筒高度方向可设置本发明提出的多组光伏发电组件，完全利用风力发电的工作空间。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统，其特征在于，包括：
用于获取光伏板(1)的光照朝向的追光组件；
用于根据光照朝向控制驱动装置、移动组件和滑动组件启停的控制系统；
用于驱动光伏板(1)水平移动的驱动装置；
用于驱动光伏板(1)前后移动的移动组件；
用于驱动光伏板(1)竖直方向移动的滑动组件，其中：
所述驱动装置通过C型齿环(8)安装在风电塔筒上；所述移动装置安装在驱动装置上；所述滑动组件安装在移动组件上；所述光伏板(1)安装在移动组件上；
驱动装置包括第一转轴、第一齿轮(6)、限位板(9)、C型架(11)和第一电机(14)，其中，所述C型架(11)的开口端卡装在C型齿环(8)上，所述第一转轴安装在C型架(11)的内腔中，所述第一齿轮(6)套装在第一转轴上，且与C型齿环(8)外壁上的齿条啮合连接；所述第一电机(14)安装在C型架(11)上，且其输出轴与第一转轴驱动连接，所述限位板(9)安装在C型架(11)的开口端，且C型齿环(8)置于限位板(9)和第一齿轮(6)之间形成的空腔内；
移动组件包括滑槽(5)，所述滑槽(5)的一端安装在驱动装置上；
所述滑槽(5)的内腔中布置有两个并列布置的丝杠(18)；
所述滑槽(5)的外壁上还安装有两个第二电机(13)，两个第二电机(13)分别驱动连接有一个丝杠(18)；
所述滑槽(5)的内腔中还安装有移动板(4)，所述移动板(4)与两个丝杠(18)转动连接；
所述滑动组件安装在移动板(4)上；
所述滑动组件包括弧形架(2)，所述弧形架(2)安装在移动组件上；所述弧形架(2)上沿其周向方向开设有弧形通槽，所述弧形通槽内安装有导向杆，所述导向杆的两端均安装有一个侧板(19)；两个侧板(19)的自由端通过第二转轴连接，所述第二转轴上套装有第二齿轮(21)，所述第二齿轮(21)与内嵌在弧形架(2)外壁上的齿条啮合连接；
其中一个侧板(19)上还安装有第四电机(20)，所述第四电机(20)的输出轴驱动连接第二转轴；
所述移动组件和滑动组件之间还设置有用于调整光伏板轴向角度的转动装置；
所述转动装置包括十字柱(3)，所述十字柱(3)水平端的一端转动安装在移动组件上；所述十字柱(3)的竖直端与滑动组件连接；
所述十字柱(3)与移动组件连接的一端驱动连接有第三电机(16)，所述第三电机(16)安装在电机板(15)上，所述电机板(15)滑动安装在移动装置上。
2.根据权利要求1所述的一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统，其特征在于，追光组件包括光敏电阻矩阵，所述光敏电阻矩阵安装在光伏板(1)正面的中心处；所述光敏电阻矩阵连接至控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统，其特征在于，所述电机板(15)与移动装置之间通过多个支撑杆(17)固定连接。
4.一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节方法，其特征在于，基于权利要求1-3中任一项所述的一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节系统，包括以下步骤：
获取光敏电阻矩阵的电阻值，确定最小阻值对应的光敏电阻的位置；根据确定的位置控制驱动装置、移动组件和滑动组件的启停。
5.根据权利要求4所述的一种风电塔筒上的光伏发电组件跟踪阳光的角度调节方法，其特征在于，根据确定的位置控制驱动装置、移动组件和滑动组件的启停，具体方法是：
当最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置处，则光伏板(1)的位置不变；
当最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置的正上方、正下方、正左方或正右方时，则通过驱动装置调整光伏板(1)的水平方向角度，直至最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置处；
当最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的四角时，通过驱动装置、转动装置和滑动组件调整光伏板(1)水平方向的角度、轴向的角度以及竖直方向的角度，直至最小阻值对应的光敏电阻的位置为光敏电阻矩阵的中心位置处。
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