CN205068944U - 太阳能跟踪实训设备 - Google Patents

Abstract

一种太阳能跟踪实训设备，包括：底座；支撑架，安装在底座上，用于支撑太阳能电池板；安装框架，设置在底座的一侧；安装框架上设置有太阳辐射灯安装位，用于安装太阳辐射灯；驱动机构，用于驱动太阳能电池板和/或太阳辐射灯执行相应的运行；传感器检测光辐射照度和驱动机构的运行位置；控制器采集和处理各传感器的电信号，输出控制驱动机构运行，实现太阳能电池板跟踪太阳辐射灯的移动，从而为提高太阳能电池板吸收光辐射效率带来了便利条件。该装置用于相关教学实验与训练。

Description

太阳能跟踪实训设备

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电实训教学领域，具体涉及一种太阳能跟踪实训设备。

背景技术

太阳能在新能源中占居着重要的地位，光伏发电是太阳能应用的一种重要方式，光伏发电技术在近年也得到了突飞猛进的发展和应用。光伏发电涉及电气工程、自动化科学、材料学、机械科学等多个学科，光伏发电技术是一门综合技术，包含了电气控制技术、计算机控制技术、电力电子技术、运动控制技术、低压电器技术、机电一体化技术、软件技术与控制网络技术等。这些技术在普通大学、高职高专、培训机构等的新能源光伏发电、电气、自动化、机电一体化等相关专业的教学中都要涉及到，都需要设置不同程度的试验或训练的实践教学环节进行学习和掌握，需要相应的实验与训练装置实现相关的教学任务。

新能源光伏发电应用技术，从软件到硬件、从设备到系统、从手动控制到自动控制、从现场控制到远程监控，所涉及的设备越来越多、所涉及的技术也越来越广泛。目前普通大学、高职高专、社会的培训机构的相关的教学，要设置不同程度的专业实践课，除了原理性验证外，更需要综合性的、结合实际生产和工程项目的实训装置。

光伏发电系统主要由太阳能电池板、控制器、逆变器、配电等几大部分组成，其中太阳能电池板吸收太阳光辐射的效率是决定光伏发电的关键因素，效率低则成本高，因此提高太阳能电池板接受光辐射效率的技术和措施，如何提高太阳能电池板吸收太阳光辐射的效率是光伏发电应用技术中亟待解决的问题。

此外，现有技术中，光伏发电的太阳能电池板通常固定设置在某一位置，光伏发电实训装置在国内成熟的用于教学、训练和实验的装置也不多，尤其是综合性的、结合实际生产和工程项目的实训装置不多。对电池板这一个重要的部分，开展的实训项目多是光伏发电原理内容；小部分采用定时方式，根据24小时中日照时间定时控制。很少涉及电气控制、联锁控制、运动控制、计算机监控等技术和相关综合实训内容，更不能成为一个独立的对象。

发明内容

为解决太阳能电池板吸收太阳光辐射的效率低的问题，实现提高吸收光辐射效率的可能性，本申请提供一种太阳能跟踪实训设备。

根据第一方面，一种实施例中提供一种太阳能跟踪实训设备，包括：

支撑架，用于支撑太阳能电池板；底座，用于放置支撑架；安装框架，设置在底座的一侧；安装框架上设置有太阳辐射灯安装位，用于安装太阳辐射灯，以使太阳辐射灯位于太阳能电池板的上方；传感器；驱动机构，用于驱动太阳能电池板和/或太阳能辐射灯执行相应的运动。

优选地，驱动机构包括：跟踪机构，跟踪机构设置在支撑架和底座之间，以驱动设置在支撑架上的太阳能电池板跟踪运动。

进一步，跟踪机构包括：旋转机构，设置在支撑架和底座之间，用于在收到旋转控制信号时驱动支撑架绕支撑架的纵轴旋转。

优选地，跟踪机构包括：上下翻转机构，上下翻转机构设置在支撑架上，用于在收到翻转控制信号时驱动太阳能电池板上下翻转。

进一步，驱动机构还包括：太阳模拟机构，太阳辐射灯安装位通过太阳模拟机构安装在安装框架上。

进一步，太阳模拟机构为垂直/水平运行机构，太阳辐射灯安装位通过垂直/水平运行机构安装在安装框架上，垂直/水平运行机构用于在收到控制信号时驱动太阳辐射灯相对于安装框架垂直/水平移动。

进一步，支撑架上安装有太阳能电池板；传感器还包括：照度传感器和限位传感器。照度传感器设置在太阳能电池板上，用于检测光辐射照度信号；限位传感器设置在跟踪机构的旋转机构和上下翻转机构及太阳跟踪机构的垂直/水平运行机构上，用于检测各机构的运行或移动位置。

进一步，照度传感器设置在太阳能电池板的几何中心。

进一步，还包括：控制器，用于采集所述传感器输出的电信号，和/或向驱动机构输出用于表征驱动驱动机构执行相应驱动的控制信号。

进一步，还包括：接线端子，用于与计算机数据交互；和/或，三相断路器和/或漏电保护装置。

依据上述实施例的太阳能跟踪实训设备，由于在实训设备中驱动机构用于驱动太阳能电池板和/或太阳能辐射灯执行相应的运动，传感器检测光辐射和机构位置的电信号，以便于控制器采集、处理这些信号后，输出电信号给驱动机构，驱动机构可以根据接收到的电信号执行相应的驱动动作，从而实现了太阳能电池板跟踪移动，从而为提高吸收光辐射效率带来了便利条件。

作为优选的方案，驱动机构还包括：太阳模拟机构，从而使得太阳辐射灯能够模拟太阳的运动。

附图说明

图1为本申请实施例的一种太阳能跟踪实训设备立体结构示意图；

图2为本申请实施例的一种太阳能跟踪实训设备后视结构示意图；

图3为本申请实施例的一种太阳能跟踪实训设备侧视结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本申请文件的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参考图1、图2和图3，为本实施例公开的一种太阳能跟踪实训设备，该太阳能跟踪实训设备包括：支撑架1、底座2、安装框架3、驱动机构、照度传感器A1、限位传感器(图中未示出标记)，其中：

支撑架1用于支撑太阳能电池板A0。

底座2用于放置支撑架1。在具体实施例中，支撑架1和底座2可以是可拆卸连接。在具体实施例中，底座2可以由60x30mm铝合金型材、30x30mm两种铝合金型材构成，需要说明的是，本实施例中，铝合金型材的具体数值并不限制，仅作为示例以便于本领域技术人员理解技术方案(下同)。

底座2底部安装4个轮子，便于移动使用。

安装框架3设置在底座2的一侧，安装框架3上设置有太阳辐射灯A2安装位，用于安装太阳辐射灯，以使太阳辐射灯位于太阳能电池板的上方。同样地，安装框架3也可以由60x30mm铝合金型材、30x30mm两种铝合金型材构成。在优选的实施例中，安装框架3的高度可按照安装框架3顶部离地高度计，例如2000mm。

上述装置的宽度、深度可按照底座计算，例如可以分别为1200mm、1300mm。

在具体实施例中，限位传感器安装在跟踪机构的旋转机构的和上下翻转机构的开始位与结束位处，和安装在太阳跟踪机构的垂直/水平运行机构上的上下限位处或左右限位处，每处安装1或2个传感器，每处安装的传感器个数及类型可以根据实际需要确定。

驱动机构用于驱动太阳能电池板和/或太阳能辐射灯执行相应的运动。在具体实施例中，驱动机构包括：跟踪机构，跟踪机构设置在支撑架1和底座2之间，以驱动设置在支撑架1上的太阳能电池板A0跟踪运动。控制器用于采集传感器输出的电信号，和/或向驱动机构输出用于表征驱动机构执行相应驱动的控制信号。需要说明的是，本实施例中，控制器可以是外置控制器，也可以是与本实施例公开的太阳能跟踪实训设备配套设计。

在一种实施例中，跟踪机构包括：旋转机构41，旋转机构41设置在支撑架1和底座2之间，用于在收到控制器提供的旋转控制信号时驱动支撑架1绕支撑架1的纵轴旋转，所称纵轴为支撑架1上与底座2水平面垂直的轴，优选地，该纵轴为支撑架1的中心轴。在本实施例中，旋转机构41的旋转范围为10°～350°。在具体实施例中，旋转机构41可以包括第一动力源411，第一动力源411可以采用电机提供，电机可以优选为步进电机。当然，在具体实施例中，旋转机构41还可以包括与第一动力源411机械连接的齿轮传动与减速机构，以实现将第一动力源411提供的动力传动至支撑架1。在具体实施例中，底座2上可以安装钢板，钢板在太阳能电池板A0中心线所在位置下方，即齿轮的下方，以便于置放第一动力源411。

在另一种实施例中，跟踪机构包括：上下翻转机构42，上下翻转机构42设置在支撑架1上，用于在收到控制器提供的翻转控制信号时驱动太阳能电池板A0上下翻转。在具体实施例中，翻转范围15°～150°，在优选的实施例中，上下翻转机构42设置在支撑架1上太阳能电池板A0中心线所在位置，以使得太阳能电池板A0可以对称地上下翻转。上下翻转机构42可以包括第二动力源422，第二动力源422可以采用电机提供，电机可以优选为步进电机。第二动力源422可以设置在支撑架1的左侧内(或外)或支撑架的右侧内(或外)。当然，在具体实施例中，上下翻转机构42还可以包括与第二动力源422机械连接的传动与减速机构(例如皮带)，以实现将第二动力源422提供的动力传动至太阳能电池板A0。

在优选的实施例中，驱动机构包括：太阳模拟机构，太阳模拟机构设置在安装框架3上，以驱动设置在安装框架3上的太阳能太阳辐射灯A2运动，以模拟太阳的辐射状态。在优选的实施例中，太阳模拟机构为垂直/水平运行机构，太阳辐射灯A2安装位通过垂直/水平运行机构安装在安装框架3上，垂直/水平运行机构用于在收到控制器提供的控制信号时驱动太阳辐射灯相对于安装框架3垂直/水平移动。

具体地，安装框架3顶部设置有水平运行导轨31，太阳模拟机构包括：水平运行机构60，其一端机械连接至水平运行导轨31上，第一直流电机62安装在水平运行机构60的该端，水平运行机构60在第一直流电机62驱动下沿水平运行导轨31水平来回运动，在具体实施例中，水平运行导轨31的长度为0～1100mm，以使水平移动的行程为0～1100mm；太阳模拟机构包括垂直运行机构63，垂直运行机构63的上端设置在水平运行机构60上，垂直运行机构63在第二直流电机驱动下沿水平运行机构60垂直来回运动，垂直运行机构63的下端为太阳辐射灯安装位，在水平运行机构60的另一端安装有第二直流电机64，在第二直流电机64的驱动下，太阳辐射灯安装位沿水平运行机构60上下端垂直移动，本实施例中，垂直移动的行程为0～1100mm。

在具体实施例中，支撑架1上安装有太阳能电池板A0，太阳能电池板A0的尺寸例如可以900*900mm，在太阳能电池板A0还设置有照度传感器A1，照度传感器A1用于检测光辐射照度信号。在优选的实施例中，照度传感器A1设置在太阳能电池板A0的几何中心。

限位传感器安装在跟踪机构的旋转机构的和上下翻转机构的开始位与结束位处，和安装在太阳跟踪机构的垂直/水平运行机构上的上下限位处或左右限位处，每处安装1或2个传感器，每处安装的传感器个数及类型可以根据实际需要确定。

需要说明的是，在本实施例中，上述各传感器及驱动机构的动力源(例如电机)均应与控制器信号连接，若选择外置控制器，上述各传感器及驱动机构的动力源(例如电机)均应与接线端子信号连接。

需要说明的是，上述实施例中，并未完全公开传感器的类型，本领域技术人员可以根据需要适当地设置和选用传感器，例如限位开关、光电开关、红外等位置传感器。

在优选的实施例中，还可以包括：接线端子，用于与计算机或外置控制器数据交互。当然，还可以包括：三相断路器、漏电保护装置、直流开关电源和线槽等中的任意一种或多种。在本实施例中，控制器可以安装在一个固定在底座一侧的900*500mm的一块开孔钢板上。在本实施例中，由于配置有控制器，因此，可以作为独立的控制对象，为其它控制系统提供平台的功能。

在优选的实施例中，控制器可以进一步选择PLC控制系统(或单片机系统)等硬件。在本实施例中，由于选择PLC控制系统，适合进行PLC控制、电气控制、运动控制、综合自动化技能提高性的实训。

本实施例公开的太阳能跟踪实训设备，作为控制对象，能提供作为电气控制、运动控制、综合应用等内容，可以进行：

1)提供作为光伏发电太阳模拟与跟踪的原理验证类基本教学实验。

2)作为控制对象，可以根据需要为控制器提供标准输入/输出信号，有4～20mA模拟量信号、开关量信号、高速脉冲信号等电信号。

3)基于太阳能跟踪实训设备，可以进行电机的单台、多台启/停控制、正反转、联锁控制等电气控制项目。

4)基于跟踪机构，可以进行单轴或双轴的步进电机控制的定位、方向、移位等项目。

5)基于PLC系统，可以进行PLC控制系统的定时控制、实时控制、时序控制、联锁控制等项目，进行单轴或双轴的步进电机控制的定位、方向、移位等PLC运动控制项目；也可作为单片机或其它控制器的控制对象，进行相关控制项目。

6)基于照度传感器的模拟量信号，可以进行开环控制系统和闭环控制系统的相关控制项目。

7)基于太阳能跟踪实训设备，可以进行自动控制系统的设计与技术综合应用项目。

8)进行硬件与软件的认识、硬件配置、硬件接线与安装、软件与硬件调试、运行等实训项目。

太阳能跟踪实训设备的各机构、传感器、控制器等可以采取裸装在实训设备的操作面上，使学生面对的实训设备与实际生产和工程项目中的设备完全相同，更适于学生的自主实践学习。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种太阳能跟踪实训设备，包括：

支撑架，用于支撑太阳能电池板；

底座，用于放置所述支撑架；

安装框架，设置在所述底座的一侧；所述安装框架上设置有太阳辐射灯安装位，用于安装太阳辐射灯，以使太阳辐射灯位于所述太阳能电池板的上方；

传感器；

其特征在于，还包括：

驱动机构，用于驱动太阳能电池板和/或太阳能辐射灯执行相应的运动。

2.如权利要求1所述的太阳能跟踪实训设备，其特征在于，所述驱动机构包括：跟踪机构，所述跟踪机构设置在所述支撑架和所述底座之间，以驱动设置在所述支撑架上的太阳能电池板跟踪运动。

3.如权利要求2所述的太阳能跟踪实训设备，其特征在于，所述跟踪机构包括：旋转机构，设置在所述支撑架和所述底座之间，用于在其收到旋转控制信号时驱动支撑架绕所述支撑架的纵轴旋转。

4.如权利要求2所述的太阳能跟踪实训设备，其特征在于，所述跟踪机构包括：上下翻转机构，所述上下翻转机构设置在所述支撑架上，用于在其收到翻转控制信号时驱动太阳能电池板上下翻转。

5.如权利要求1所述的太阳能跟踪实训设备，其特征在于，驱动机构还包括：

太阳模拟机构，所述太阳辐射灯安装位通过所述太阳模拟机构安装在所述安装框架上。

6.如权利要求5所述的太阳能跟踪实训设备，其特征在于，所述太阳模拟机构为垂直/水平运行机构，所述太阳辐射灯安装位通过垂直/水平运行机构安装在所述安装框架上，所述垂直/水平运行机构用于在收到模拟控制信号时驱动所述太阳辐射灯相对于所述安装框架垂直/水平移动。

7.如权利要求2-4任意一项所述的太阳能跟踪实训设备，其特征在于，所述支撑架上安装有太阳能电池板；

所述传感器还包括：照度传感器，所述照度传感器设置在所述太阳能电池板上，用于检测光辐射的照度信号；

所述传感器还包括：限位传感器，所述限位传感器设置在所述跟踪机构的旋转机构和上下翻转机构及太阳跟踪机构的垂直/水平运行机构上，用于检测各机构的运行或移动位置。

8.如权利要求7所述的太阳能跟踪实训设备，其特征在于，所述照度传感器设置在所述太阳能电池板的几何中心。

9.如权利要求1-6任意一项所述的太阳能跟踪实训设备，其特征在于，还包括：

控制器，用于采集所述传感器输出的电信号，和/或向驱动机构输出用于表征驱动驱动机构执行相应驱动的控制信号。

10.如权利要求1-6任意一项所述的太阳能跟踪实训设备，其特征在于，还包括：接线端子，用于与计算机数据交互；和/或三相断路器和/或漏电保护装置。