一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域,特别是涉及一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统。
背景技术
分布式光伏发电特指采用光伏组件,将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式,它倡导就近发电,就近并网,就近转换,就近使用的原则,不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量,同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。应用最为广泛的分布式光伏发电系统,是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。该类项目必须接入市电电网,与市电电网一起为附近的用户供电。
现有专利(申请号201811504229.3)公开了一种基于移动互联网的分布式光伏发电系统,包括光伏组件、光伏控制器、移动终端和远程控制器,光伏组件、光伏控制器、移动终端和远程控制器之间信号连接;光伏控制器包括ECU、光伏数据通信模块和对外通信模块,ECU、光伏数据通信模块和对外通信模块之间电连接;且光伏组件在一天的时间内随着太阳的出升和日落转动带动光伏板面朝太阳光最强的角度,本发明具有发电效率变高,省去了单独建立的基站,通信网络,成本低廉,适用范围广等优点。
上述专利中虽然实现了“光伏组件在一天的时间内随着太阳的出升和日落转动带动光伏板面朝太阳光最强的角度”的目的,但是每个光伏板均需要配置一个旋转电机和一个气缸,大大增加了光伏系统的建造成本,且随着旋转电机或气缸数量的增大,对控制系统的同步控制要求也更高,进一步增大了制造成本,不利于分布式光伏发电项目的推广应用。故此,我们提出一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统,在满足光伏太阳能板方位、俯仰角调整的前提下减少动力源的数量,降低建造成本。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统,的功能,并且结构简单。
本发明的技术方案是:
一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统,包括光伏组件、光伏控制器和市电电网,所述光伏组件和光伏控制器信号连接,所述光伏控制器与市电电网电连接,所述光伏组件包括屋顶,所述屋顶上端设置有若干个光伏发电机构,若干个所述光伏发电机构之间共同设置有传动机构,所述光伏发电机构包括底座,所述底座前端左部通过轴承活动穿插连接有第一驱动轴,所述第一驱动轴后端安装有第一同步轮,所述第一驱动轴前端安装有第一伞齿,所述底座前端右部通过轴承活动穿插连接有第二驱动轴,所述第二驱动轴后端安装有第二同步轮,所述第二驱动轴前端安装有第二伞齿,所述底座前端安装有第一连接杆,所述第一连接杆前端安装有第一安装块,所述第一安装块左端通过转轴活动连接有第一双面伞齿,所述第一双面伞齿外侧与第一伞齿啮合连接,所述第一安装块右端通过转轴活动连接有第二双面伞齿,所述第二双面伞齿外侧与第二伞齿啮合连接,所述第一双面伞齿右端通过轴承活动连接有第二连接杆,所述第二连接杆呈U形结构,所述第二连接杆另一端固定安装有第二安装块,所述第二安装块前端通过转轴活动连接有从动伞齿,所述从动伞齿与第一双面伞齿内侧面、第二双面伞齿内侧面均啮合连接,所述第二安装块前端固定安装有安装杆,所述安装杆呈U形结构,所述安装杆延伸至底座正上方,所述安装杆外表面固定安装有两组加固杆,两组所述加固杆以安装杆为中心呈左右对称分布,所述安装杆外表面上部和加固杆外表面上部共同安装有光伏太阳能板,所述光伏太阳能板外侧面安装有四个光敏电阻;
所述光伏组件还包括电缆、汇流箱、逆变器和双相电表,所述电缆与光伏太阳能板电连接,所述汇流箱与电缆电连接,所述逆变器与汇流箱电连接,所述双相电表与逆变器电连接,双相电表与市电电网相连。
上述技术方案的工作原理如下:
通过光伏组件用以吸收太阳能并转换为电能,再将电能依次通过电缆、汇流箱、逆变器、双相电表最终并入市电电网,其中电能用以家用以及为传动机构提供电能,多余的电能并入市电电网。
每个光伏太阳能板通过设置四个光敏电阻用以检测太阳光的照射角度,再通过光伏控制器用以控制第一驱动电机组和第二驱动电机组的转速和方向,进而实现光伏太阳能板的方位和俯仰角调整。
随着太阳光的照射,光敏电阻的阻值发生变化,通过与光伏太阳能板平行设置的光敏电阻用以检测水平方向上的太阳光照射角度,当与光伏太阳能板平行设置的光敏电阻阻值发生变化时,光伏控制器中的电路发生变化,通过运算放大器比较同一个传动装置下的所有与光伏太阳能板平行设置的光敏电阻两端的电压,并将所有左侧的光敏电阻的电压取平均值,同时也将所有右侧的光敏电阻电压取平均值,若左侧光敏电阻电压平均值较大,且两侧平均值相比超过一个阈值,则光伏控制器自动启动第一驱动电机组和第二驱动电机组,且第一驱动电机组和第二驱动电机组的输出端均正向转动且转速相同,第一驱动电机组通过第一同步带带动第一驱动轴正向转动,第二驱动电机组通过第二同步带带动第二驱动轴正向转动,第一驱动轴带动第一双面伞齿向上转动,第二驱动轴带动第二双面伞齿向下转动,第一双面伞齿和第二双面伞齿共同带动从动伞齿朝左转动,从动伞齿带动安装杆向左转动,安装杆带动光伏太阳能板向左转动,直至电路中左右两侧光敏电阻处阻值相同;若右侧的光敏电阻电压的平均值较大,且两侧平均值相比超过一个阈值,则光伏控制器控制第一驱动电机组和第二驱动电机组输出端均正向转动且转速相同,即可实现光伏太阳能板向右侧转动。
通过与光伏太阳能板垂直设置的两个光敏电阻用以检测竖直方向上的太阳光照射角度,通过运算放大器比较同一个传动装置下的所有与光伏太阳能板垂直设置的光敏电阻两端的电压,并将上侧光敏电阻电压和下侧光敏电阻电压取平均值,若光伏控制器中上侧的光敏电阻电压的平均值较大,且两侧平均值相比超过一个阈值,则光伏控制器自动启动第一驱动电机组和第二驱动电机组,且第一驱动电机组和第二驱动电机组输出端相对转动且转速相同,第一驱动电机组带动第一驱动轴正向转动,第一驱动轴带动第一双面伞齿向上转动,第二驱动电机组带动第二驱动轴反向转动,第二驱动轴带动第二双面伞齿向上转动,由于第一双面伞齿和第二双面伞齿之间速度相同且方向相同,所以从动伞齿随着第一双面伞齿或第二双面伞齿共同向上转动,从动伞齿带动安装杆向上转动,安装杆带动光伏太阳能板向上转动,直至两个光敏电阻处的电压值相同;若下侧的光敏电阻的电压平均值较大,且两侧平均值相比超过一个阈值,则光伏控制器自动启动第一驱动电机组和第二驱动电机组,且第一驱动电机组和第二驱动电机组输出端相背转动且转速相同,即可实现光伏太阳能板向下转动。
在进一步的技术方案中,所述传动机构包括第一驱动电机组和第二驱动电机组,所述第一驱动电机组下端和第二驱动电机组下端均与屋顶上端固定连接,所述第一驱动电机组输出端与右侧的第一同步轮后端固定连接,所述第二驱动电机组输出端与右侧的第二同步轮后端固定连接。
通过控制第一驱动电机组和第二驱动电机组的输出方向用以实现光伏太阳能板方位与俯仰角的调整,即第一驱动电机组和第二驱动电机组的输出方向相同则调整光伏太阳能板的方位,第一驱动电机组和第二驱动电机组的输出方向相反则调整光伏太阳能板的俯仰角。
在进一步的技术方案中,若干个所述第一同步轮之间共同套接有第一同步带,若干个所述第二同步轮之间共同套接有第二同步带。
光伏发电机构的数量由屋顶的面积决定,传动机构与光伏发电机构的数量相匹配。
在进一步的技术方案中,所述第一驱动轴和第二驱动轴以第一连接杆为中心呈左右对称分布,所述第一同步轮位于第二同步轮后侧,所述第一伞齿和第二伞齿结构相同,所述第一双面伞齿和第二双面伞齿结构相同。
采用对称结构设计,当第一伞齿和第二伞齿旋转方向相同时,第一双面伞齿和第二双面伞齿的旋转方向相反;当第一双面伞齿和第二双面伞齿之间旋转方向相同时,从动伞齿无法发生转动,且随着第一双面伞齿或第二双面伞齿旋转方向转动;当第一双面伞齿和第二双面伞齿之间旋转方向相反时,第一双面伞齿和第二双面伞齿之间存在差速,使得从动伞齿转动。
在进一步的技术方案中,所述双相电表与第一驱动电机组、第二驱动电机组电连接,所述汇流箱、逆变器、双相电表均与光伏控制器信号连接。
光伏太阳能板、汇流箱、逆变器、双相电表组成了最简单的光伏发电系统。
在进一步的技术方案中,所述光伏控制器设置有运算放大器、三极管、继电器和若干电阻,所述运算放大器、三极管、继电器、若干电阻和每块光伏太阳能板四个光敏电阻之间电连接。
通过设置运算放大器用以比较光敏电阻处的电压变化,其中,与光伏太阳能板平行设置的光敏电阻用以检测水平方向的太阳光,与光伏太阳能板垂直设置的光敏电阻用以检测竖直方向的太阳光。
在进一步的技术方案中,所述光敏电阻型号、参数均一致。
减少由于光敏电阻元器件的自身差异对的电路的影响,提高电路的精准度。
在进一步的技术方案中,所述屋顶上端设置有防护罩,所述传动机构位于防护罩内部。
通过设置防护罩用以保护传动机构,延长传动机构的使用寿命。
本发明的有益效果是:
1、通过光伏控制器控制第一驱动电机组和第二驱动电机组的输出端旋转方向,即第一驱动电机组和第二驱动电机组的输出方向相同则调整光伏太阳能板的方位,第一驱动电机组和第二驱动电机组的输出方向相反则调整光伏太阳能板的俯仰角,使得太阳能板能追随着太阳光转动,提高太阳能利用率,进而提高发电量;
2、通过设置一个传动机构驱动多个光伏发电机构运转,减少了制造成本以及编程控制难度,利于分布式光伏发电系统的推广应用;
3、通过设置防护罩用以保护传动机构,延长传动机构的使用寿命,进而提高本系统的使用寿命。
附图说明
图1为本发明一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统的模块图;
图2为本发明一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统的光伏组件的结构示意图;
图3为本发明一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统的光伏组件的结构示意图;
图4为本发明一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统的光伏组件的结构示意图;
图5为本发明一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统的光伏组件的部分结构示意图;
图6为本发明一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统的光伏组件的部分结构示意图;
图7为本发明一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统的光伏组件的部分结构示意图;
图8为本发明一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统的传动机构的整体结构示意图。
附图标记说明:
1、屋顶;2、光伏发电机构;3、传动机构;4、电缆;5、汇流箱;6、逆变器;7、双相电表;8、防护罩;11、底座;12、第一驱动轴;13、第一同步轮;14、第二驱动轴;15、第二同步轮;16、第一伞齿;17、第二伞齿;18、第一双面伞齿;19、第二双面伞齿;20、第一连接杆;21、第一安装块;22、第二连接杆;23、第二安装块;24、从动伞齿;25、安装杆;26、加固杆;27、光伏太阳能板;28、光敏电阻;31、第一驱动电机组;32、第一同步带;33、第二驱动电机组;34、第二同步带。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。
实施例:
如图1-图8所示,一种基于建筑屋顶的分布式光伏发电系统,包括光伏组件、光伏控制器和市电电网,光伏组件和光伏控制器信号连接,光伏控制器与市电电网电连接,光伏组件包括屋顶1,屋顶1上端设置有若干个光伏发电机构2,若干个光伏发电机构2之间共同设置有传动机构3,光伏发电机构2包括底座11,底座11前端左部通过轴承活动穿插连接有第一驱动轴12,第一驱动轴12后端安装有第一同步轮13,第一驱动轴12前端安装有第一伞齿16,底座11前端右部通过轴承活动穿插连接有第二驱动轴14,第二驱动轴14后端安装有第二同步轮15,第二驱动轴14前端安装有第二伞齿17,底座11前端安装有第一连接杆20,第一连接杆20前端安装有第一安装块21,第一安装块21左端通过转轴活动连接有第一双面伞齿18,第一双面伞齿18外侧与第一伞齿16啮合连接,第一安装块21右端通过转轴活动连接有第二双面伞齿19,第二双面伞齿19外侧与第二伞齿17啮合连接,第一双面伞齿18右端通过轴承活动连接有第二连接杆22,第二连接杆22呈U形结构,第二连接杆22另一端固定安装有第二安装块23,第二安装块23前端通过转轴活动连接有从动伞齿24,从动伞齿24与第一双面伞齿18内侧面、第二双面伞齿19内侧面均啮合连接,第二安装块23前端固定安装有安装杆25,安装杆25呈U形结构,安装杆25延伸至底座11正上方,安装杆25外表面固定安装有两组加固杆26,两组加固杆26以安装杆25为中心呈左右对称分布,安装杆25外表面上部和加固杆26外表面上部共同安装有光伏太阳能板27,光伏太阳能板27外侧面安装有四个光敏电阻28;
光伏组件还包括电缆4、汇流箱5、逆变器6和双相电表7,电缆4与光伏太阳能板27电连接,汇流箱5与电缆4电连接,逆变器6与汇流箱5电连接,双相电表7与逆变器6电连接,双相电表7与市电电网相连。
上述技术方案的工作原理如下:
通过光伏组件用以吸收太阳能并转换为电能,再将电能依次通过电缆4、汇流箱5、逆变器6、双相电表7最终并入市电电网,其中电能用以家用以及为传动机构3提供电能,多余的电能并入市电电网。
每个光伏太阳能板27通过设置四个光敏电阻28用以检测太阳光的照射角度,再通过光伏控制器用以控制第一驱动电机组31和第二驱动电机组33的转速和方向,进而实现光伏太阳能板27的方位和俯仰角调整。
随着太阳光的照射,光敏电阻28的阻值发生变化,通过与光伏太阳能板27平行设置的光敏电阻28用以检测水平方向上的太阳光照射角度,当与光伏太阳能板27平行设置的光敏电阻28阻值发生变化时,光伏控制器中的电路发生变化,通过运算放大器比较同一个传动装置下的所有与光伏太阳能板27平行设置的光敏电阻28两端的电压,并将所有左侧的光敏电阻28的电压取平均值,同时也将所有右侧的光敏电阻28电压取平均值,若左侧光敏电阻28电压平均值较大,且两侧平均值相比超过一个阈值,则光伏控制器自动启动第一驱动电机组31和第二驱动电机组33,且第一驱动电机组31和第二驱动电机组33的输出端均正向转动且转速相同,第一驱动电机组31通过第一同步带32带动第一驱动轴12正向转动,第二驱动电机组33通过第二同步带34带动第二驱动轴14正向转动,第一驱动轴12带动第一双面伞齿18向上转动,第二驱动轴14带动第二双面伞齿19向下转动,第一双面伞齿18和第二双面伞齿19共同带动从动伞齿24朝左转动,从动伞齿24带动安装杆25向左转动,安装杆25带动光伏太阳能板27向左转动,直至电路中两个光敏电阻28处阻值相同;若右侧的光敏电阻28电压的平均值较大,且两侧平均值相比超过一个阈值,则光伏控制器控制第一驱动电机组31和第二驱动电机组33输出端均正向转动且转速相同,即可实现光伏太阳能板27向右侧转动。
通过与光伏太阳能板27垂直设置的光敏电阻28用以检测竖直方向上的太阳光照射角度,通过运算放大器比较同一个传动装置下的所有与光伏太阳能板27垂直设置的光敏电阻28两端的电压,并将上侧光敏电阻28电压和下侧光敏电阻28电压取平均值,若光伏控制器中上侧的光敏电阻28电压的平均值较大,且两侧平均值相比超过一个阈值,则光伏控制器自动启动第一驱动电机组31和第二驱动电机组33,且第一驱动电机组31和第二驱动电机组33输出端相对转动且转速相同,第一驱动电机组31带动第一驱动轴12正向转动,第一驱动轴12带动第一双面伞齿18向上转动,第二驱动电机组33带动第二驱动轴14反向转动,第二驱动轴14带动第二双面伞齿19向上转动,由于第一双面伞齿18和第二双面伞齿19之间速度相同且方向相同,所以从动伞齿24随着第一双面伞齿18或第二双面伞齿19共同向上转动,从动伞齿24带动安装杆25向上转动,安装杆25带动光伏太阳能板27向上转动,直至两个光敏电阻28处的电压值相同;若下侧的光敏电阻28电压的平均值值较大,则光伏控制器自动启动第一驱动电机组31和第二驱动电机组33,且第一驱动电机组31和第二驱动电机组33输出端相背转动且转速相同,即可实现光伏太阳能板27向下转动。
在另外一个实施例中,传动机构3包括第一驱动电机组31和第二驱动电机组33,第一驱动电机组31下端和第二驱动电机组33下端均与屋顶1上端固定连接,第一驱动电机组31输出端与右侧的第一同步轮13后端固定连接,第二驱动电机组33输出端与右侧的第二同步轮15后端固定连接;若干个第一同步轮13之间共同套接有第一同步带32,若干个第二同步轮15之间共同套接有第二同步带34。通过控制第一驱动电机组31和第二驱动电机组33的输出方向用以实现光伏太阳能板27方位与俯仰角的调整,即第一驱动电机组31和第二驱动电机组33的输出方向相同则调整光伏太阳能板27的方位,第一驱动电机组31和第二驱动电机组33的输出方向相反则调整光伏太阳能板27的俯仰角。光伏发电机构2的数量由屋顶的面积决定,传动机构3与光伏发电机构2的数量相匹配。
在另外一个实施例中,第一驱动轴12和第二驱动轴14以第一连接杆20为中心呈左右对称分布,第一同步轮13位于第二同步轮15后侧,第一伞齿16和第二伞齿17结构相同,第一双面伞齿18和第二双面伞齿19结构相同。采用对称结构设计,当第一伞齿16和第二伞齿17旋转方向相同时,第一双面伞齿18和第二双面伞齿19的旋转方向相反;当第一双面伞齿18和第二双面伞齿19之间旋转方向相同时,从动伞齿24无法发生转动,且随着第一双面伞齿18或第二双面伞齿19旋转方向转动;当第一双面伞齿18和第二双面伞齿19之间旋转方向相反时,第一双面伞齿18和第二双面伞齿19之间存在差速,使得从动伞齿24转动。
在另外一个实施例中,双相电表7与第一驱动电机组31、第二驱动电机组33电连接,汇流箱5、逆变器6、双相电表7均与光伏控制器信号连接;光伏控制器设置有运算放大器、三极管、继电器和若干电阻,运算放大器、三极管、继电器、若干电阻和一块光伏太阳能板27的四个光敏电阻28之间电连接。光伏太阳能板27、汇流箱5、逆变器6、双相电表7组成了最简单的光伏发电系统。通过设置运算放大器用以比较光敏电阻28处的电压变化,其中,与光伏太阳能板27平行设置的光敏电阻28用以检测水平方向的太阳光,与光伏太阳能板27垂直设置的光敏电阻28用以检测竖直方向的太阳光。
在另外一个实施例中,每块光伏太阳能板27的四个光敏电阻28型号、参数均一致。减少由于光敏电阻28元器件的自身差异对的电路的影响,提高电路的精准度。
在另外一个实施例中,屋顶1上端设置有防护罩8,传动机构3位于防护罩8内部。通过设置防护罩8用以保护传动机构3,延长传动机构3的使用寿命。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。