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

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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M1、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。
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U1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U1的P2.1端接第一电机驱动电路QD-1中开关电压调节器的ON/OFF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ON/OFF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。
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U1的P1.0～P1.3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1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；U1、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；M1、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10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，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一起构成减法器，其输出电压为Vo＝Vi+-Vi-，图4中，减法器JF-1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P2.1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RE＝RW时，水平电机M1不转，当RE<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(U1)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(U1)的P2.1端接第一电机驱动电路QD-1中开关电压调节器的ON/OFF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(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ON/OFF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(U1)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(1)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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