CN205485636U - 太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置，其特征在于：包括聚光装置、跟日装置、自动跟踪发电控制箱；光伏支架上设置有光敏传感器；在减速箱体上方设置自动跟踪发电控制箱；自动跟踪发电控制箱内部包括信号转换电路、主控单片机、DC/DC转换电路、外部电机驱动芯片、内部电机驱动芯片、RS485通信模块。本实用新型保证了装置的高效发电效率，同时装置结构节凑、发光效率高、维修方便、造价低廉。本实用新型通过检测光源位置，驱动步进电机，能够自动跟踪太阳光的运动，保证太阳能装置的能量转换部分所在的平面始终与太阳光保持垂直，使太阳能装置能够最大限度的利用太阳能。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能应用领域，具体来讲是一种太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置。
背景技术
随着时代的前进，人类社会和经济的发展速度日益增加，但是与此同时人类社会的负担和责任也随之增加。能源是国民经济和社会发展的基础，社会经济发展得越快，人类对能源的需求就越大，利用能源时可能对环境造成较大程度的破坏。当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等矿物燃料为主要能源，然而长期以来，世界能源主要依靠的石油和煤炭等矿物燃料，都是一次性不可再生资源，储量有限，而且燃烧时产生大量的二氧化碳，造成地球气温升高，生态环境恶化。
随着矿物燃料的日渐枯竭和全球环境的不断恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究和开发工作。虽然如今煤炭、石油、天然气等矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水能、生物能等可持续能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。据统计，20世纪90年代，全球煤炭和石油的发电量每年增长l%，而太阳能发电每年增长达20%，风力发电的年增长率更是高达26%。预计在未来5至10年内，可持续能源将能够与矿物燃料相抗衡，从而结束矿物燃料一统天下的局面。
由此可见，太阳能的利用已经深入人们的生活，为人们生活水平的提高有着实质性的帮助；也正是如此，太阳能相关装置倍受青睐。
实用新型内容
本实用新型的目的在于在此提供一种太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置，轻松实现东西方向、南北方向的跟踪，整体结构简单，易于实现；本实用新型保证了装置的高效发电效率，同时装置结构节凑、发光效率高、维修方便、造价低廉；本实用新型通过检测光源位置，驱动步进电机，能够自动跟踪太阳光的运动，保证太阳能装置的能量转换部分所在的平面始终与太阳光保持垂直，使太阳能装置能够最大限度的利用太阳能。系统主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻，通过信号转换电路将信号送给单片机，由单片机分析，控制驱动步进电机正反转。
本实用新型是这样实现的，构造一种太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置，其特征在于：包括聚光装置、跟日装置、自动跟踪发电控制箱；
所述跟日装置包括支座、支柱、光伏支架、销轴、减速箱体、下主轴、丝杆、横支架、外部电机、减速器、铰链、齿轮A、齿轮B、连接轴、内主轴、蜗轮A、蜗杆A、内部电机；
所述聚光装置包括多个太阳能电池板，整体安装在光伏支架上；
在所述减速箱体内安装有由内部电机、齿轮A、齿轮B、蜗轮A、蜗杆A构成的传动机构；所述齿轮固定在连接轴上，连接轴安装在减速箱体上，蜗轮A固定在内主轴的上端，内主轴安装在减速箱体中，下主轴的下端通过轴承活动安装在支座上，所述支柱的下端固定在减速箱体上，支柱的上端通过销轴与光伏支架连接；
所述支柱上设置一个横支架，横支架端部铰接一个减速器，减速器中设有蜗杆B与外部电机相连，蜗杆B与设在减速器中的蜗轮B啮合，蜗轮B中心设有螺孔与丝杆连接配合，丝杆的一端通过铰链与光伏支架连接；
光伏支架上设置有光敏传感器；在减速箱体上方设置自动跟踪发电控制箱；
自动跟踪发电控制箱内部包括信号转换电路、主控单片机、DC/DC转换电路、外部电机驱动芯片、内部电机驱动芯片、RS485通信模块；光敏传感器与信号转换电路连接，信号转换电路与主控单片机连接，主控单片机同时与外部电机驱动芯片、内部电机驱动芯片连接，DC/DC转换电路与主控单片机连接。
根据本实用新型所述太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置，其特征在于：太阳能电池板具有7组，呈高度不等地排列于光伏支架上。
本实用新型的优点在于：本实用新型通过改进提供一种太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置；轻松实现东西方向、南北全方位各个方向的跟踪；本装置整体结构简单，易于实现。本实用新型保证了装置的高效发电效率，同时装置结构节凑、发光效率高、维修方便、造价低廉。本实用新型通过检测光源位置，驱动步进电机，能够自动跟踪太阳光的运动，保证太阳能装置的能量转换部分所在的平面始终与太阳光保持垂直，使太阳能装置能够最大限度的利用太阳能。系统主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻，通过信号转换电路将信号送给单片机，由单片机分析，控制驱动步进电机正反转。
附图说明
图1是本实用新型整体结构示意图
图2是本实用新型中减速箱体内部示意图
图3是本实用新型自动跟踪发电控制箱内部控制电路示意图
图4是本实用新型控制电路整体流程示意图
图5是本实用新型电机控制流程示意图
图6是本实用新型通信模块运行流程示意图
其中：1、支座，2、支柱，3、光伏支架，4、销轴，5、减速箱体，5.1、内部金属箱体，5.2、外部不锈钢外壳，6、下主轴，7、丝杆，8、横支架，9、外部电机，10、减速器，11、铰链，12、齿轮A，13、齿轮B，14、连接轴，15、内主轴，16、蜗轮A，17、蜗杆A，18、内部电机。
具体实施方式
下面将结合附图1-6对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1-6所示，本实用新型在此提供一种太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置，可以按照如下方式运行；包括聚光装置、跟日装置、自动跟踪发电控制箱21；
所述跟日装置包括支座1、支柱2、光伏支架3、销轴4、减速箱体5、下主轴6、丝杆7、横支架8、外部电机9、减速器10、铰链11、齿轮12A、齿轮B13、连接轴14、内主轴15、蜗轮A16、蜗杆A17、内部电机18；所述聚光装置包括多个太阳能电池板19，整体安装在光伏支架3上；在所述减速箱体5内安装有由内部电机18、齿轮A12、齿轮B13、蜗轮A16、蜗杆A17构成的传动机构；所述齿轮13固定在连接轴14上，连接轴14安装在减速箱体5上，蜗轮A16固定在内主轴15的上端，内主轴15安装在减速箱体5中，下主轴6的下端通过轴承活动安装在支座1上，所述支柱2的下端固定在减速箱体5上，支柱2的上端通过销轴4与光伏支架3连接；
所述支柱2上设置一个横支架8，横支架8端部铰接一个减速器10，减速器10中设有蜗杆B与外部电机9相连，蜗杆B与设在减速器中的蜗轮B啮合，蜗轮B中心设有螺孔与丝杆7连接配合，丝杆7的一端通过铰链11与光伏支架3连接；
光伏支架3上设置有光敏传感器20；在减速箱体5上方设置自动跟踪发电控制箱21；
自动跟踪发电控制箱21内部包括信号转换电路22、主控单片机23、DC/DC转换电路24、外部电机驱动芯片25、内部电机驱动芯片26、RS485通信模块27；光敏传感器20与信号转换电路22连接，信号转换电路22与主控单片机23连接，主控单片机23同时与外部电机驱动芯片25、内部电机驱动芯片26连接，DC/DC转换电路24与主控单片机23连接。
所述太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置，太阳能电池板19具有7组，呈高度不等地排列于光伏支架3上。
内部电机18通过齿轮A12、齿轮B13带动蜗杆17转动，并带动减速箱体、光伏支架转动，完成东西方向的跟踪。
所述支柱2上设置一个横支架8，所述横支架8端部铰接一个减速器10，减速器10中设有蜗杆B（未画出）与电机9相连，蜗杆B与设在减速器中的蜗轮B啮合，蜗轮B中心设有螺孔与丝杆7连接配合，丝杆7的一端通过铰链11与光伏支架3连接。电机9通过蜗轮蜗杆、丝杆螺孔机构，带动光伏支架转动，完成南北方向的跟踪。
本实用新型所述的太阳能自动跟日装置，轻松实现东西方向、南北方向的跟踪，整体结构简单，易于实现。
太阳能电池板由两个步进电机带动，光源的位置检测由光敏传感器（可以根据需要设置多个）来完成，装置通过检测部分采集到的信号经过信号转换电路将检测信号传输给单片机。单片机加电复位后，并将对采样进来的电压进行判断，进而驱动步进电机分别对水平方向和垂直仰角做出相应的调整，即电压有增大和减小两种可能，如果电压增大，则电池板继续转动，反之减小，单片机将立即发出信号，让电机反转，实现对太阳光的跟踪，并通过通信接口将数据传输出来。
光源检测部分在跟踪面板的东、南、西、北和中心五个位置上也分别布置5只光电阻，其中一对光电阻东西对称安装，用来精确检测太阳由东往西运动的偏转角度，另一对光电阻南北对称安装，用来精确检测太阳的视高度，中心位置的光电阻用来检测入射光线是否与跟踪装置主光轴平行。检测部分采集到的信号还需要通过放大电路的放大，然后传输到单片机上分析，这样就能够准确判断出当前太阳所在位置。
主控单片机采用ATmega16单片机，ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。ATmega16内核具有丰富的指令集和32个通用寄存器，支持片内调试，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器。具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。能够在降低功耗的情况下快速准确的对数据做出处理和分析。
DC/DC转换电路：单片机需要5V电压供电，所以要通过DC/DC电路将电压转换成5V直流电压，使单片机能够正常工作。电路通过LM2575芯片实现电压转换功能，LM2575系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的1A集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，且内部有完善的保护电路。
光源的跟踪部分通过步进电机来实现，步进电机是将电脉冲信号转化成角位移的执行机构。能够分步进行转动，可以准确转动到指定位置，从而对太阳位置的跟踪更加准确。步进电机驱动芯片采用THB6016H，THB6016H是低功耗，高集成混合式两相步进电机驱动芯片。具有双全桥MOSFET驱动，有多种细分运行方式可供选择，内置温度保护及过流保护，外围电路简单能将功耗降低，且使用方便。
装置采用RS485标准通信方式，RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/S，传输速率与传输距离成反比，在100Kb/S的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。RS485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。接口信号电平比RS232降低了，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便
与TTL电路连接。
本实用新型通过检测光源位置，驱动步进电机，能够自动跟踪太阳光的运动，保证太阳能装置的能量转换部分所在的平面始终与太阳光保持垂直，使太阳能装置能够最大限度的利用太阳能。系统主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻，通过信号转换电路将信号送给单片机，由单片机分析，控制驱动步进电机正反转。步进电机分为内部电机和外部电机两个，使其能够实现电池板对太阳光的跟踪，并通过通信接口将部分数据反馈给单片机进行程序上的修正，使其无论在什么时候都能够使电池板与太阳光保持垂直。
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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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 (2)
1.一种太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置，其特征在于：包括聚光装置、跟日装置、自动跟踪发电控制箱（21）；
所述跟日装置包括支座（1）、支柱（2）、光伏支架（3）、销轴（4）、减速箱体（5）、下主轴（6）、丝杆（7）、横支架（8）、外部电机(9)、减速器(10)、铰链（11）、齿轮A（12）、齿轮B（13）、连接轴（14）、内主轴（15）、蜗轮A（16）、蜗杆A（17）、内部电机（18）；
所述聚光装置包括多个太阳能电池板（19），整体安装在光伏支架（3）上；
在所述减速箱体（5）内安装有由内部电机（18）、齿轮A（12）、齿轮B（13）、蜗轮A（16）、蜗杆A（17）构成的传动机构；所述齿轮B（13）固定在连接轴（14）上，连接轴（14）安装在减速箱体（5）上，蜗轮A（16）固定在内主轴（15）的上端，内主轴（15）安装在减速箱体（5）中，下主轴（6）的下端通过轴承活动安装在支座（1）上，所述支柱（2）的下端固定在减速箱体（5）上，支柱（2）的上端通过销轴（4）与光伏支架（3）连接；
所述支柱（2）上设置一个横支架（8），横支架（8）端部铰接一个减速器（10），减速器（10）中设有蜗杆B与外部电机（9）相连，蜗杆B与设在减速器中的蜗轮B啮合，蜗轮B中心设有螺孔与丝杆(7)连接配合，丝杆（7）的一端通过铰链（11）与光伏支架（3）连接；
光伏支架（3）上设置有光敏传感器（20）；在减速箱体（5）上方设置自动跟踪发电控制箱（21）；
自动跟踪发电控制箱（21）内部包括信号转换电路（22）、主控单片机（23）、DC/DC转换电路（24）、外部电机驱动芯片（25）、内部电机驱动芯片（26）、RS485通信模块（27）；光敏传感器（20）与信号转换电路（22）连接，信号转换电路（22）与主控单片机（23）连接，主控单片机（23）同时与外部电机驱动芯片（25）、内部电机驱动芯片（26）连接，DC/DC转换电路（24）与主控单片机（23）连接。
2.根据权利要求1所述太阳能自动跟踪的单轴高效光伏发电装置，其特征在于：太阳能电池板（19）具有7组，呈高度不等地排列于光伏支架（3）上。
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