CN117375512A - 一种采光角度可调的光伏发电装置及采光方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种采光角度可调的光伏发电装置及采光方法，涉及光伏发电技术领域，包括第一和第二支架，两支架之间转动安装有转轴，转轴外周壁套装有承重环架，承重环架上固定安装有光伏电池板，转轴一端固定连接有传动轴，传动轴的外周壁上套装有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮相啮合，主动齿轮的内圈与步进电机的输出轴相连，步进电机下方设置有控制器和蓄电池，控制器与步进电机电连接，蓄电池分别与光伏电池板和步进电机电连接。本发明通过在控制器内输入既定程序，能够使光伏电池板的受光面始终正向日光照射的入射光线，从而提高光能利用效率，降低发电效率的损失量；并且本装置整体结构简单，制造成本可控，可以大范围的普及。

Description

一种采光角度可调的光伏发电装置及采光方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体公开了一种采光角度可调的光伏发电装置及采光方法。

背景技术

随着新能源的快速发展，光伏发电作为主要的新兴能源，无论是集中式还是分布式光伏，光伏发电设备的装机容量都在迅速增长；由于部分地区对光伏的覆盖程度逐渐趋向饱和，提升光伏的发电效率已成为目前新能源发展中亟待解决的问题。当前光伏电池板主要通过支架固定在采光区域，光伏电池板将太阳能转化为电能，并将电能储存在蓄电池内。

授权公告号为：CN115864977B的发明专利公开了一种光伏发电防风可调固定支架，包括底座，底座具有固定基座，以及安装在底座底部的插杆，底座的顶部固定连接有固定环，固定环的内表面固定连接有综合控制器，综合控制器的底部与底座固定连接；还包括光伏板，光伏板具有光照传感器，以及安装在光伏板底部的安装架，安装架的底部固定连接有支撑柱，插杆的底端与底座固定连接。

公开的专利技术中的固定支架可以随时调节，转动盘在电机的带动下进行旋转，使得防护壳的安装能够对其旋转进行保护，避免了旋转时出现卡顿的情况，进而保证了光伏板接收光照的效率。上述专利为固定式光伏发电结构，该结构只能在部分时间段保持日照光线直射，如需调整日照光线的照射角度，需要作业人员随日光照射情况对光伏电池板的角度进行调整，因此光能利用效率较低，以至于光伏电池板发电效率波动较大，损失发电效率；目前市场上还有一种追踪式光伏发电结构，其主要采用光感原件，运用复杂的机械结构使电池板实时追踪日光直射从而提高发电效率，该结构往往投资大且接线复杂，同时电力需求也较大，只适用于光照非常充裕的地区，因此追踪式光伏发电结构并没有真正的普及。

发明内容

本发明针对目前光伏发电装置光能利用效率、发电效率损失大且制造成本较高的问题，提供了一种采光角度可调的光伏发电装置及采光方法。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供如下技术方案:

一种采光角度可调的光伏发电装置，包括第一支架和第二支架，第一支架和第二支架之间转动安装有转轴，转轴外周壁套装有承重环架，承重环架上固定安装有光伏电池板，转轴一端固定连接有传动轴，传动轴的外周壁上套装有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮相啮合，主动齿轮的内圈与步进电机的输出轴相连，步进电机下方设置有控制器和蓄电池，控制器与步进电机电连接，蓄电池分别与光伏电池板和步进电机电连接。光伏电池板可以将光能转化为电能，并将电能储存在蓄电池中；步进电机可以接收控制器的脉冲信号，以主动齿轮和从动齿轮为传动结构，在步进电机的驱动下，通过传动轴传动下，转轴进行旋转，从而使得光伏电池板按照控制器中的既定程序发生翻转，光伏电池板从而能够最大限度的面向日光直射。本发明通过在控制器内输入既定程序，能够使光伏电池板的受光面始终正向日光照射的入射光线，从而提高光能利用效率，降低发电效率的损失量；并且本装置整体结构简单，制造成本可控，可以大范围的普及。

优选的，第一支架和第二支架的顶部均开设有通槽，第一支架和第二支架的通槽内分别固定安装有第一旋转轴承和第二旋转轴承，第一旋转轴承和第二旋转轴承分别套装在转轴的两端，转轴套装第二旋转轴承的一端设置有端面延长部，端面延长部与转轴一体成型，端面延长部通过联轴器与传动轴固定连接在一起。转轴的外周壁均与第一旋转轴承和第二旋转轴承的内圈相连，第一旋转轴承和第二旋转轴承的外圈均固定安装在第一支架和第二支架的通槽内，通槽中安装的第一旋转轴承和第二旋转轴承可以有效提升转轴转动时的流畅度；联轴器将端面延长部与传动轴连接在一起，通过使用联轴器，可以保证转轴和传动轴连接的稳定性，并且联轴器能够承受较大的载荷，能够起到过载保护的作用，有利于整体装工作时的稳定性。

优选的，传动轴与转轴相连的另一端套装有第三旋转轴承，第三旋转轴承固定安装在第三支架的通槽内，第三支架、第二支架和第一支架竖直排列在同一条直线上，第三支架和第二支架的外部共同套装有一个保护外壳，保护外壳内部为容置腔。传动轴的端部套装第三旋转轴承可以使传动轴两端受力均衡，避免发生轴体扭断等意外事故；通过在第三支架和第二支架之间的容置腔外部设置保护外壳，可以保护容置腔内的设备免受外界环境影响，提升整体装置的安全性能，并且可能够有效利用空间，降低整体装置的占用面积。

优选的，从动齿轮、主动齿轮、步进电机、控制器和蓄电池均布置在容置腔中；步进电机固定安装在与第二支架的侧面上；控制器固定安装在容置腔中间的隔板上，隔板的两端分别与第三支架和第二支架固定连接；蓄电池均固定安装在第三支架和第二支架相对的侧面上。隔板能够将控制器稳固安装在容置腔中，并且隔板可以将容置腔一分为二，上方放置控制器，下方放置蓄电池，合理的将控制设备与储能设备隔离开来，可有效的保证重要设备的安全性，有利于整体装置长时间运转工作。

优选的，承重环架至少设置有两个，且每个承重环架在转轴上等距离分布，每个承重环架包括一个环部和两个支撑部，每个支撑部均固定安装在环部的外周壁上，环部的内周壁与转轴的外周壁固定连接。承重环架主要起到承重的作用，承重环架的环部可以牢牢的套装在转轴的外周壁上，承重环架的支撑部与光伏电池板采光面的背面紧固连接在一起，由于光伏电池板的尺寸及质量较大，通过设置多个承重环架，可以将承重环架与光伏电池板紧固连接在一起；一方面能够提升承重环架的传动能力，使光伏电池板可以跟随转轴的旋转进行翻转，另一方面也能够提升转轴与光伏电池板连接结构的稳定性，以防发生脱落等意外情况。

优选的，保护外壳表面设置有多个通风孔。通风孔分布式排列在隔板上方的保护外壳表面；由于步进电机需要时刻接收控制器发出的脉冲信号，故步进电机的正常运转对整体装置尤为重要，通过设置通风孔，可有利于步进电机的散热，保证整体装置的正常运转，也可以提升步进电机的运行寿命。

优选的，第二支架的侧面开设有通线孔，蓄电池的外接线缆能够通过通线孔与光伏电池板相连。由于蓄电池与光伏电池板之间连接的线缆是主要的输电线路，通过在第二支架上开设通线孔，可以使蓄电池与光伏电池板之间连接的线缆单独穿线，避免与其他设备的内部线路有接触，可有效保证线路运转的安全度，防止发生漏电等意外事故。

另一方面，本发明还提供一种采光角度可调的光伏发电装置的采光方法，包括以下步骤:

S1：勘测光伏发电装置安装地点的日间太阳移动轨迹，根据轨迹计算出日间时段日光照射光伏电池板的入射角度，将各个时段的入射角度编译为曲线变化图，使用可编程单片机对曲线变化图进行程序编程，将程序存储至控制器中；

S2：日间开始时，控制器控制步进电机启停，步进电机输出轴上安装的主动齿轮带动从动齿轮转动，使传动轴带动转轴转动；

S3：转轴带动光伏电池板翻转，使光伏电池板的受光面与日光照射的入射光线形成90°夹角；

S4：夜间开始后，光伏电池板在步进电机的驱动下恢复至初始位置。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

1、本发明通过在控制器内输入既定程序，步进电机接收控制器的脉冲信号，以主动齿轮和从动齿轮为传动结构，在步进电机的驱动下，通过传动轴传动下，转轴进行旋转，从而使得光伏电池板控制器中的既定程序发生翻转，光伏电池板从而能够最大限度的面向日光直射，使光伏电池板的受光面始终正向日光照射的入射光线，从而提高光能利用效率，降低发电效率的损失量；

2、本发明结构简单、制造成本低，可以根据不同地区的日照情况，输入既定的运行程序，方便快捷，且发电效率稳定、可重复使用，可以大范围的普及推广。

3、本发明通过在第三支架和第二支架之间的容置腔外部设置保护外壳，可以保护容置腔内的设备免受外界环境影响，提升整体装置的安全性能，并且可能够有效利用空间，降低整体装置的占用面积，因此具有较高的实用性。

此外，本发明设计原理可靠，可在多种地形下实现快速安装，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述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为本发明具体实施方式的整体装置正面结构示意图。

图2为本发明具体实施方式的整体装置背面结构示意图。

图3为本发明具体实施方式的容置腔内部结构示意图。

图4为本发明具体实施方式的转轴结构安装示意图。

图5为本发明具体实施方式的光伏电池板倾斜角度结构示意图。

图中：1.第一支架，2.第二支架，3.转轴，4.承重环架，401.环部，402.支撑部，5.光伏电池板，6.传动轴，7.从动齿轮，8.主动齿轮，9.步进电机，10.控制器，11.蓄电池，12.第一旋转轴承，13.第二旋转轴承，14.端面延长部，15.联轴器，16.第三旋转轴承，17.第三支架，18.保护外壳，19.容置腔，20.隔板，21.通风孔，22.通线孔。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。

请参阅附图1-5，本具体实施方式提供了一种采光角度可调的光伏发电装置，包括第一支架1和第二支架2，第一支架1和第二支架2之间转动安装有转轴3，第一支架1和第二支架2分别对称设置在转轴3的两端；转轴3外周壁套装有承重环架4，承重环架上4固定安装有光伏电池板5，光伏电池板5能够跟随转轴3转动，从而调整翻转角度；转轴3一端固定连接有传动轴6，传动轴6的外周壁上套装有从动齿轮7，从动齿轮7与主动齿轮8相啮合，主动齿轮8的内圈与步进电机9的输出轴外壁相连，步进电机9下方设置有控制器10和蓄电池11，控制器10内设置有可编程的单片机，可以将程序编入单片机中，从而形成整体装置的控制程序；控制器10与步进电机9电连接，蓄电池11分别与光伏电池板5和步进电机9电连接。光伏电池板5可以将光能转化为电能，并将电能储存在蓄电池11中；步进电机9可以接收控制器10的脉冲信号，以主动齿轮8和从动齿轮7为传动结构，在步进电机9的驱动下，通过传动轴6传动下，转轴3进行旋转，从而使得光伏电池板5按照控制器10中的既定程序发生翻转，光伏电池板5从而能够最大限度的面向日光直射。本发明通过在控制器10内输入既定程序，能够使光伏电池板5的受光面始终正向日光照射的入射光线，从而提高光能利用效率，降低发电效率的损失量；并且本装置整体结构简单，制造成本可控，可以大范围的普及。

第一支架1和第二支架2的顶部均开设有通槽，第一支架1和第二支架2的通槽内分别固定安装有第一旋转轴承12和第二旋转轴承13，上述通槽与第一旋转轴承12和第二旋转轴承13的形状相适配；第一旋转轴承12和第二旋转轴承13分别套装在转轴3的两端，转轴3套装第二旋转轴承13的一端设置有端面延长部14，端面延长部14与转轴3一体成型，端面延长部14通过联轴器15与传动轴6固定连接在一起。转轴3的外周壁均与第一旋转轴承12和第二旋转轴承13的内圈相连，第一旋转轴承12和第二旋转轴承13的外圈均固定安装在第一支架1和第二支架2的通槽内，通槽中安装的第一旋转轴承12和第二旋转轴承13可以有效提升转轴3转动时的流畅度；联轴器15将端面延长部14与传动轴3连接在一起，通过使用联轴器15，可以保证转轴3和传动轴6连接的稳定性，并且联轴器15能够承受较大的载荷，能够起到过载保护的作用，有利于整体装工作时的稳定性。

传动轴6与转轴3相连的另一端套装有第三旋转轴承16，第三旋转轴承16固定安装在第三支架17的通槽内，第三旋转轴承16的外圈与第三支架17的通槽内壁固定连接，第三旋转轴承16的内圈与传动轴6外周壁固定连接；第三支架17、第二支架2和第一支架1竖直排列在同一条直线上，第三支架17和第二支架2的外部共同套装有一个保护外壳18，保护外壳18上端为曲面结构，两侧为平直面结构，底部平稳放置在地面上；保护外壳18内部为容置腔19。传动轴6的端部套装第三旋转轴承16可以使传动轴6两端受力均衡，避免发生轴体扭断等意外事故；通过在第三支架17和第二支架2之间的容置腔外部设置保护外壳，可以保护容置腔19内的设备免受外界环境影响，提升整体装置的安全性能，并且可能够有效利用空间，降低整体装置的占用面积。

从动齿轮7、主动齿轮8、步进电机9、控制器10和蓄电池11均布置在容置腔19中；步进电机9固定安装在与第二支架2的侧面上，步进电机9未安装输出轴的一端与第二支架2的侧面固定连接；控制器10可以通过紧固螺栓固定安装在容置腔19中间的隔板20上，隔板20的两端分别与第三支架17和第二支架2固定连接；蓄电池11均固定安装在第三支架17和第二支架2相对的侧面上。隔板20能够将控制器10稳固安装在容置腔19中，并且隔板20可以将容置腔19一分为二，上方放置控制器10，下方放置蓄电池11，合理的将控制设备与储能设备隔离开来，可有效的保证重要设备的安全性，有利于整体装置长时间运转工作。

承重环架4至少设置有两个，且每个承重环架4在转轴3上等距离分布，每个承重环架4包括一个环部401和两个支撑部402，每个支撑部402均固定安装在环部401的外周壁上，环部401的内周壁与转轴3的外周壁固定连接。承重环架4主要起到承重的作用，承重环架4的环部401可以牢牢的套装在转轴3的外周壁上，承重环架4的支撑部402与光伏电池板5采光面的背面紧固连接在一起，由于光伏电池板5的尺寸及质量较大，通过设置多个承重环架4，可以将承重环架4与光伏电池板5紧固连接在一起；一方面能够提升承重环架4的传动能力，使光伏电池板5可以跟随转轴3的旋转进行翻转，另一方面也能够提升转轴3与光伏电池板5连接结构的稳定性，以防发生脱落等意外情况。

保护外壳18表面设置有多个通风孔21。通风孔21表面可以安装隔绝灰尘的除尘网，除尘网可以保证保护外壳18内部不受灰尘影响。通风孔21分布式排列在隔板20上方的保护外壳18表面；由于步进电机9需要时刻接收控制器10发出的脉冲信号，故步进电机9的正常运转对整体装置尤为重要，通过设置通风孔21，可有利于步进电机9的散热，保证整体装置的正常运转，也可以提升步进电机9的运行寿命。

第二支架2的侧面开设有通线孔22，蓄电池11的外接线缆能够通过通线孔22与光伏电池板5相连。由于蓄电池11与光伏电池板5之间连接的线缆是主要的输电线路，通过在第二支架2上开设通线孔22，可以使蓄电池11与光伏电池板5之间连接的线缆单独穿线，避免与其他设备的内部线路有接触，可有效保证线路运转的安全度，防止发生漏电等意外事故。

上文中对于一种采光角度可调的光伏发电装置的实施例进行了详细描述，基于上述实施例描述的采光角度可调的光伏发电装置，本发明实施例还提供了一种采光角度可调的光伏发电装置的采光方法，包括以下步骤:

S1：勘测光伏发电装置安装地点的日间太阳移动轨迹，根据轨迹计算出日间时段日光照射光伏电池板5的入射角度，将各个时段的入射角度编译为曲线变化图，使用可编程单片机对曲线变化图进行程序编程，将程序存储至控制器10中；

S2：控制器10控制步进电机9启停，步进电机9输出轴上安装的主动齿轮8带动从动齿轮7转动，使传动轴6带动转轴3转动；

S3：转轴3带动光伏电池板5翻转，使光伏电池板5的受光面与日光照射的入射光线形成90°夹角；

S4：夜间开始后，光伏电池板5在步进电机9的驱动下恢复至初始位置。

本发明的工作原理为：勘察当地各个季度日间的日光照射角度，根据该角度计算出光伏电池板5和日光保证直射的倾斜角度a；根据太阳移动轨迹，得到倾斜角度a的变化曲线，计算出不同时段光伏电池板5被日光直射的角度；控制器10内的单片机进行编程，单片机随时可以发出脉冲信号使步进电机9转动，从而带动光伏电池板5转动特定角度，保持对太阳直射，从而提高发电效率。进入夜间时段后，控制器10控制步进电机9驱动转轴3转动至初始位置。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种采光角度可调的光伏发电装置，包括第一支架(1)和第二支架(2)，其特征在于，第一支架(1)和第二支架(2)之间转动安装有转轴(3)，转轴(3)外周壁套装有承重环架(4)，承重环架上(4)固定安装有光伏电池板(5)，转轴(3)一端固定连接有传动轴(6)，传动轴(6)的外周壁上套装有从动齿轮(7)，从动齿轮(7)与主动齿轮(8)相啮合，主动齿轮(8)的内圈与步进电机(9)的输出轴相连，步进电机(9)下方设置有控制器(10)和蓄电池(11)，控制器(10)与步进电机(9)电连接，蓄电池(11)分别与光伏电池板(5)和步进电机(9)电连接。

2.根据权利要求1所述的一种采光角度可调的光伏发电装置，其特征在于，第一支架(1)和第二支架(2)的顶部均开设有通槽，第一支架(1)和第二支架(2)的通槽内分别固定安装有第一旋转轴承(12)和第二旋转轴承(13)，第一旋转轴承(12)和第二旋转轴承(13)分别套装在转轴(3)的两端，转轴(3)套装第二旋转轴承(13)的一端设置有端面延长部(14)，端面延长部(14)与转轴(3)一体成型，端面延长部(14)通过联轴器(15)与传动轴(6)固定连接在一起。

3.根据权利要求2所述的一种采光角度可调的光伏发电装置，其特征在于，传动轴(6)与转轴(3)相连的另一端套装有第三旋转轴承(16)，第三旋转轴承(16)固定安装在第三支架(17)的通槽内，第三支架(17)、第二支架(2)和第一支架(1)竖直排列在同一条直线上，第三支架(17)和第二支架(2)的外部共同套装有一个保护外壳(18)，保护外壳(18)内部为容置腔(19)。

4.根据权利要求1所述的一种采光角度可调的光伏发电装置，其特征在于，从动齿轮(7)、主动齿轮(8)、步进电机(9)、控制器(10)和蓄电池(11)均布置在容置腔(19)中；步进电机(9)固定安装在与第二支架(2)的侧面上；控制器(10)固定安装在容置腔(19)中间的隔板(20)上，隔板(20)的两端分别与第三支架(17)和第二支架(2)固定连接；蓄电池(11)均固定安装在第三支架(17)和第二支架(2)相对的侧面上。

5.根据权利要求1所述的一种采光角度可调的光伏发电装置，其特征在于，承重环架(4)至少设置有两个，且每个承重环架(4)在转轴(3)上等距离分布，每个承重环架(4)包括一个环部(401)和两个支撑部(402)，每个支撑部(402)均固定安装在环部(401)的外周壁上，环部(401)的内周壁与转轴(3)的外周壁固定连接。

6.根据权利要求3所述的一种采光角度可调的光伏发电装置，其特征在于，保护外壳(18)表面设置有多个通风孔(21)。

7.根据权利要求1所述的一种采光角度可调的光伏发电装置，其特征在于，第二支架(2)的侧面开设有通线孔(22)，蓄电池(11)的外接线缆能够通过通线孔(22)与光伏电池板(5)相连。

8.一种采光角度可调的光伏发电装置的采光方法，其特征在于，采用根据权利1-7中任意权利要求所述的采光角度可调的光伏发电装置，具体步骤如下：

S1：勘测光伏发电装置安装地点的日间太阳移动轨迹，根据轨迹计算出日间时段日光照射光伏电池板(5)的入射角度，将各个时段的入射角度编译为曲线变化图，使用可编程单片机对曲线变化图进行程序编程，将程序存储至控制器(10)中；

S2：控制器(10)控制步进电机(9)启停，步进电机(9)输出轴上安装的主动齿轮(8)带动从动齿轮(7)转动，使传动轴(6)带动转轴(3)转动；

S3：转轴(3)带动光伏电池板(5)翻转，使光伏电池板(5)的受光面与日光照射的入射光线形成90°夹角；

S4：夜间开始后，光伏电池板(5)在步进电机(9)的驱动下恢复至初始位置。