CN201207625Y - 一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置 - Google Patents

一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置 Download PDF

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Abstract

一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置,属控制技术领域,用于提高发电效率。其技术方案是:它由太阳能电池板、水平旋转机构、仰角调整装置和控制电路组成,所述水平旋转机构由底座、水平旋转架和水平旋转架驱动装置组成,所述水平旋转架驱动装置由水平电机、齿轮和立轴构成,所述水平电机固定于水平旋转架上,并经齿轮、立轴与底座构成传动关系;所述仰角调整装置由蜗轮、蜗杆、仰角电机和减速器构成,仰角电机经减速器、蜗杆、蜗轮与太阳能电池板构成传动关系。本实用新型能自动跟踪太阳的方位,使太阳能电池板能时刻保持与太阳光线垂直,有效保证了光伏发电装置的发电能力。

Description

一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种光伏发电装置,属控制技术领域。 背景技术
随着全球化学能源的日益枯竭,光伏发电越来越受到人们的重视。光伏发电装置利 用太阳能电池板接受太阳光照射,将光能转换为电能供负载使用。研究表明,太阳能电 池板的发电能力与它所接收的光强成正比,当太阳光强度和太阳能电池板的面积一定时, 太阳能电池板与入射阳光垂直时发电能力最强。但现有光伏发电装置的太阳能电池板一 般是朝向某一特定方向固定安装的,由于太阳的方位不断变化,电池板在发电过程中大 部分时间都不能与阳光垂直,有时甚至还会出现较大偏离,这大大影响了光伏发电装置 的发电能力,限制了发电装置的输出功率。 发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种太阳能电池板能够时刻与太阳 光线保持垂直的、具有太阳跟踪功能的光伏发电装置。 本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的:
一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置,由太阳能电池板2、水平旋转机构、仰角调
整装置和控制电路组成,所述水平旋转机构由底座5、水平旋转架7和水平旋转架驱动装 置组成,所述水平旋转架驱动装置由水平电机Ml、齿轮组11和立轴10构成,所述立轴 10下端固定于底座5上,上端通过轴承与水平旋转架7旋转连接,所述齿轮组ll套装于 立轴10上并与之固定连接,所述水平电机M1固定于水平旋转架上,并经齿轮组ll、立轴 10与底座5构成传动关系;所述仰角调整装置由蜗轮3、蜗杆4、仰角电机M2和减速器6 构成,所述蜗轮3与太阳能电池板2固定连接,并经轴14固定于水平旋转架7上,所述 仰角电机M2固定于水平旋转架7上,并经减速器6、蜗杆4、蜗轮3与太阳能电池板2构 成传动关系。上述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置,所述控制电路由方位偏差检测电路、单片机 Ul和两个结构相同的电机驱动电路组成;所述方位偏差检测电路由电池板方向传感器1和 四个结构相同的减法器组成,第一减法器JF1的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向 传感器l所输出的西、东信号,第二减法器JF2的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方 向传感器l所输出的东、西信号,第三减法器JF3的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板 方向传感器l所输出的北、南信号,第四减法器JF4的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池 板方向传感器1所输出的南、北信号;四个减法器的输出端分别接单片机Ul的P6. 0〜P6. 3 端;各电机驱动电路均由两个驱动光耦和给它们供电的开关电压调节器U2组成,单片机 Ul的P2. 1端接第一电机驱动电路QD-1中开关电压调节器的^/(9/^端,P2. 2端输出的 控制信号接第一电机驱动电路QD-1的第一驱动光耦U3的3脚,并经反向器U5接第一电 机驱动电路QD-1的第二驱动光耦U4的3展卩,第一电机驱动电路QD-1的两个驱动光耦的 输出端分别接水平电机M1的两端;单片机U1的P2.3端接第二电机驱动电路QD-2中开关 电压调节器的^/tFF端,P2.4端输出的控制信号接第二电机驱动电路QD-2的第一驱动 光耦的3展卩,并经反向器接第二电机驱动电路QD-2的第二驱动光耦的3脚,第二电机驱 动电路QD-2的两个驱动光耦的输出端分别接仰角电机M2的两端。
上述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置,增设东限位开关Ke、西限位开关Kw、南限 位开关Ks和北限位开关Kn,它们均安装于水平旋转架7上,触发东限位开关Ke和西限位 开关Kw的限位板安装于底座5上,触发南限位开关Ks和北限位开关Kn的限位板安装于 蜗轮3上,四个限位开关的输出信号分别接单片机Ul的Pl. 0〜Pl. 3端。
上述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置,所述电池板方向传感器l由锥形烧瓶状外壳 15以及其内部的东光敏电阻Re、南光敏电阻Rs、西光敏电阻Rw和北光敏电阻Rn构成, 所述外壳15的底面与太阳能电池板2平行,所述四个光敏电阻均布于外壳15的底部四周, 每个光敏电阻均与一个电阻串联连接后接于电源上,每个光敏电阻输出的方向信号接相应 减法器的输入端。
本实用新型利用水平旋转机构调节太阳能电池板的水平方位,利用仰角调整装置调 节太阳能电池板与水平面的夹角,使太阳能电池板自动跟随太阳旋转,与太阳光线时刻 保持垂直,最大限度地提高了光伏发电装置的发电能力。方位偏差检测电路用于检测太 阳能电池板偏离与太阳光线垂直位置的方向和程度,电机驱动电路可根据单片机的控制
信号控制水平电机和仰角电机间歇性地正向或反向运转,四个限位开关用于设置太阳能 电池板旋转的极限位置,并可提供整个系统的复位信号。总而言之,本实用新型通过上 述结构特点有效保证了其发电效率高的性能。 附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。 图1是本实用新型的结构示意图; 图2是A-A剖视图;
图3是电池板方向传感器的结构示意图; 图4是控制电路的电原理图。
图中各标号为:1、电池板方向传感器;2、太阳能电池板;3、蜗轮;4、蜗杆;5、 底座;6、减速器;7、水平旋转架;8、北限位开关限位板;9、东限位开关限位板;10、 立轴;11、齿轮;12、西限位开关限位板;13、南限位开关限位板;14、中轴;15、锥
形烧瓶状外壳;F、运算放大器;Ul、单片机;QD-1、 QD-2、电机驱动电路;JF-1〜JF-4、 减法器;R1〜R12、电阻;Re、东光敏电阻;Rs、南光敏电阻;Rw、西光敏电阻;Rn、 北光敏电阻;Ke、东限位开关;Kw、西限位开关;Ks、南限位开关;Kn、北限位开关; U2、开关电压调节器;U3、 U4、驱动光耦,U5、反向器;Ml、水平电机;M2、仰角电机。
具体实施方式
参看图1,本实用新型中的底座5固定于地面上,水平旋转架7可绕安装于底座5
上的立轴IO旋转,带动安装于其上的仰角调整装置和太阳能电池板随之旋转。水平电机
Ml固定于水平旋转架上,并经齿轮组ll、立轴10与底座5构成传动关系,使水平旋转
架7绕立轴10旋转。齿轮组11的直径较大,水平电机M1的输出齿轮直径较小,起到减
速和增扭作用。蜗轮3通过水平安装的中轴14与水平旋转架7连接,它绕中轴14旋转
时可带动与其固定连接的太阳能电池板2绕中轴14旋转,改变太阳能电池板2的仰角。
仰角的调整由仰角电机M2通过减速器6、蜗杆4驱动蜗轮3旋转实现。电池板方向传感
器1的锥形烧瓶状外壳15的底面必须与太阳能电池板2平行,其在太阳能电池板上的安
装位置可视具体情况而定。南限位开关Ks和北限位开关Kn均安装于水平旋转架7上,
触发南限位开关Ks和北限位开关Kn的限位板安装于蜗轮3上,当太阳光与水平面的夹
角变小时,图1中的太阳能电池板将逆时针旋转,南限位开关限位板13与南限位开关
Ks的距离变小,当南限位开关限位板13触及南限位开关Ks时,南限位开关Ks向单片 机发出信号,停止继续向该方向旋转。北限位开关Kn的工作原理与此相同。
参看图2,东限位开关Ke和西限位开关Kw均安装于水平旋转架7上,触发它们的 限位板9和限位板12安装于底座5上,当太阳向西移动时,图2中的水平旋转架7顺时 针跟踪旋转,西限位开关Kw与西限位开关限位板12的距离变小。当西限位开关限位板 12触及西限位开关Kw时,西限位开关Kw向单片机发出信号,停止继续向该方向旋转, 此时太阳处于西方,单片机等待一定的时间后,向电机驱动电路发出复位信号,控制电 池板向东旋转;当电池板旋转到向东方向时,东限位开关Ke触及西限位开关限位板12, 单片机检测到东限位开关Ke所发出的信号后,使电池板停止旋转。具体实施时,限位开 关和限位板的位置可以互换。
参看图3,锥形烧瓶状外壳15由不透明材料制成,太阳光线只能由瓶口射入瓶内, 东光敏电阻Re、南光敏电阻Rs、西光敏电阻Rw和北光敏电阻Rn均布于外壳15的底部 四周,当太阳光线垂直于外壳15的底射入时,四个光敏电阻所接受的阳光强度基本相同, 否则,四个光敏电阻所接受的阳光强度将有差异,这种差异导致各光敏电阻的阻值不同, 所输出的信号也不同,单片机以此为依据,可判断太阳能电池板偏离与太阳光线垂直位 置的方向和程度。
参看图4,电阻R3〜R6同运算放大器F—起构成减法器,其输出电压为Vo=Vi+ - Vi-, 图4中,减法器JF-l和JF-2输出的电压大小相等,而符号相反,单片机根据哪个减法 器输出正电压以及电压值的大小,可判断东光敏电阻Re、和西光敏电阻Rw两端的电压 的差值,从而获知哪个光敏电阻电阻所接受的阳光强度更大,当两光敏电阻两端的电压 差达到一定值时,驱动水平电机M1旋转,使两光敏电阻两端的电压差为零。当两光敏电 阻两端的电压差很小时,单片机的P2. l端输出高电平,开关电压调节器U2停止给驱动 光耦U3、 U4供电,水平电机M1停止运转。由于光敏电阻的特性是当接收光照时阻值减 小,因而当A 二时,水平电机M1不转,当7时,水平电机M1旋转,控制太
阳能电池板向西旋转。仰角调整的工作原理与此相同。图4中,四个限位开关是常开的, 当某限位开关触及相应的限位板时,该限位开关输出高电平信号,否则输出低电平信号, 电阻R9〜R12为下拉电阻。

Claims (4)

1、一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置,其特征是,它由太阳能电池板(2)、水平旋转机构、仰角调整装置和控制电路组成,所述水平旋转机构由底座(5)、水平旋转架(7)和水平旋转架驱动装置组成,所述水平旋转架驱动装置由水平电机(M1)、齿轮(11)和立轴(10)构成,所述立轴(10)下端固定于底座(5)上,上端通过轴承与水平旋转架(7)旋转连接,所述齿轮(11)套装于立轴(10)上并与之固定连接,所述水平电机(M1)固定于水平旋转架上,并经齿轮组(11)、立轴(10)与底座(5)构成传动关系;所述仰角调整装置由蜗轮(3)、蜗杆(4)、仰角电机(M2)和减速器(6)构成,所述蜗轮(3)与太阳能电池板(2)固定连接,并经轴(14)固定于水平旋转架(7)上,所述仰角电机(M2)固定于水平旋转架(7)上,并经减速器(6)、蜗杆(4)、蜗轮(3)与太阳能电池板(2)构成传动关系。
2、 根据权利要求1所述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置,其特征是,所述控制电 路由方位偏差检测电路、单片机'(U1)和两个结构相同的电机驱动电路组成,所述方位偏 差检测电路由电池板方向传感器(1)和四个结构相同的减法器组成,第一减法器(JF1) 的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向传感器(1)所输出的西、东信号,第二减法 器(JF2)的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向传感器(1)所输出的东、西信号, 第三减法器(JF3)的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向传感器(1)所输出的北、 南信号,第四减法器(JF4)的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向传感器(1)所输 出的南、北信号;四个减法器的输出端分别接单片机(m)的P6.0〜P6.3端;各电机驱 动电路均由两个驱动光耦和给它们供电的开关电压调节器(U2)组成,单片机(Ul)的P2. 1 端接第一电机驱动电路QD-1中开关电压调节器的^/tFF端,P2.2端输出的控制信号接 第一电机驱动电路QD-1的第一驱动光耦U3的3脚,并经反向器U5接第一电机驱动电路 QD-1的第二驱动光耦U4的3脚,第一电机驱动电路(QD-1)的两个驱动光耦的输出端分 别接水平电机(Ml)的两端;单片机(Ul)的P2.3端接第二电机驱动电路(QD-2)中开 关电压调节器的^/6FF端,P2.4端输出的控制信号接第二电机驱动电路(QD-2)的第一 驱动光耦的3脚,并经反向器接第二电机驱动电路(QD-2)的第二驱动光耦的3脚,第二 电机驱动电路(QD-2)的两个驱动光耦的输出端分别接仰角电机(M2)的两端。
3、 根据权利要求1或2所述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置,其特征是,增设东 限位开关(Ke)、西限位开关(Kw)、南限位开关(Ks)和北限位开关(Kn),它们均安装 于水平旋转架(7)上,触发东限位开关(Ke)和西限位开关(Kw)的限位板安装于底座(5)上,触发南限位开关(Ks)和北限位开关(Kn)的限位板安装于蜗轮(3)上,四个限位开关的输出信号分别接单片机(Ul)的P1.0〜P1.3端。
4、 根据权利要求3所述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置,其特征是,所述电池板 方向传感器(l)由锥形烧瓶状外壳(15)以及其内部的东光敏电阻(Re)、南光敏电阻(Rs)、 西光敏电阻(Rw)和北光敏电阻(Rn)构成,所述外壳(15)的底面与太阳能电池板(2) 平行,所述四个光敏电阻均布于外壳(15)的底部四周,每个光敏电阻均与一个电阻串联 连接后接于电源上,每个光敏电阻输出的方向信号接相应减法器的输入端。
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