CN205942452U - 一种光伏发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种光伏发电装置涉及光伏发电领域，特别涉及一种可提高太阳能利用率的光伏发电装置。包括支架、支撑座、太阳能电池板和蓄电池，其特征在于：所述支撑座固定在地面上；所述支架插入竖直通道，与轴承内圈相套接；太阳能电池板与设置在支撑座上的蓄电池相连，在分支架上设有太阳能电池板；上支架和下支架之间通过铰接连接在一起；在下支架与上支架之间的相连部分设有L形支撑杆；在上支架和下支架上分别固定有上横向杆和下横向杆，在上横向杆和下横向杆之间设有千斤顶；在支撑座上设有步进电机、单片机和A/D转换器，步进电机的输出轴与第二齿轮相连，第二齿轮与套装在下支架上的第一齿轮啮合；所述步进电机与单片机进行连接。

Description

一种光伏发电装置

技术领域

本实用新型一种光伏发电装置涉及光伏发电领域，特别涉及一种可提高太阳能利用率的光伏发电装置。

背景技术

当今世界，能源危机以及环境污染问题越来越引起人们的重视，太阳能作为一种新型可再生能源，由于其环境友好性特点，其利用日益广泛。太阳能具有“能量密度低、间歇性、空间分布随时变化”等特点，因此对太阳能利用技术提出了更高的要求。如何提高太阳能的利用率，增进其发电效益，是目前太阳能利用技术的重点和难点。

提高太阳能利用率、增进其发电效益，应从两个方面着手,首先是增加单位土地面积的光伏发电量，从而减少土地的投资开支；随着光伏行业的发展，太阳能发电应用的场合越来越多，除了建设在荒漠地区的大型光伏电站外，城市中太阳能发电也越来越常见。然而光伏发电系统的高成本、占地面积大始终制约着光伏行业的快速发展，尤其是在城镇地区土地成本越来越高，造成土地费用占光伏系统成本的比例也越来越大，因此如何增加单位土地面积的光伏发电量，以降低光伏系统的成本成为光伏产业城市化发展的一个关键。而通过增加单位土地面积的有效电池数量来提高单位土地面积的光伏发电量,从而减少土地的投资开支是一个重要研究方向。

其次是针对太阳能的“间歇性、空间分布随时变化”的特点，通过设计改进光伏发电装置，提高其接收太阳光的效率，从而提高太阳能的利用率；无论何种太阳能装置，当其太阳接收装置能始终与太阳光线保持垂直时，就可以大大提高单位面积的太阳能利用率。近年来，国内外已开展了许多这方面的研究。例如香港大学的SUMHui 教授研究了太阳角度与能量接受率间的关系，结果发现：实施太阳跟踪技术，始终使太阳光垂直入射后，太阳能利用率提高了37.7%。我们知道，在一天当中，阳光照射在固定角度太阳能发电器件上的角度会随时间变化，因此单位能量的太阳能所产生的电能( 即发电效率) 也随每天中不同时段的时间变化。在太阳光线垂直照射在太阳能发电器件表面时( 例如中午)，单位能量的太阳能所产生的电能最强( 即发电效率最高)。而太阳光线照射到太阳能发电器件表面的倾角愈大，单位能量的太阳能所产生的电能愈弱( 即发电效率越低，例如早晨和黄昏)，因此对太阳能跟踪装置的研究及发展是提高太阳能接收效率的重要方法。目前现有的太阳跟踪技术中，对两轴自动跟踪研究最多，它能同时跟踪太阳的方位角与高度角，使太阳光始终垂直照射在太阳能收集器上，大大提高了太阳能利用率。然而，两轴跟踪效果虽好，但其系统结构复杂、机械磨损大，造成装置成本高，因此在设备投资方面需要大量的投入，不利于提高太阳能发电效益。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述不足之处提供一种光伏的发电装置，是可提高太阳能利用率的光伏发电装置，解决太阳能跟踪装置在设备投资方面需要大量的投入，不利于提高太阳能发电效益的问题，另外还可以解决现有技术中单位土地面积的光伏发电量不高的问题。

本实用新型是采取以下技术方案实现的：

一种光伏发电装置包括支架、支撑座、太阳能电池板和蓄电池，所述支撑座固定在地面上；所述支架包括上支架和下支架，在支撑座上设有竖直通道，下支架插入竖直通道，并穿过固定在竖直通道内的轴承内圈，与轴承内圈相套接；

太阳能电池板与设置在支撑座上的蓄电池相连，通过太阳能电池板采集的电量对蓄电池充电；

在上支架上部设有与上支架垂直的横向分支架，在分支架上设有太阳能电池板；

上支架和下支架之间通过铰接连接在一起，其铰接转动面与太阳能电池板面向太阳的俯仰角所在的平面重合；

在下支架与上支架之间的相连部分设有L形支撑杆，所述L形支撑杆包括上支撑杆和下支撑杆，下支撑杆与下支架相固定，在上支撑杆上开有调节孔，所述调节孔不少于四个；在上支架上开有与调节孔相配合的连接螺孔，上支架与上支撑杆通过连接螺栓穿过调节孔和连接螺孔进行相对固定；在上支架和下支架上分别固定有上横向杆和下横向杆，在上横向杆和下横向杆之间设有千斤顶，用于调节上支架倾角，从而改变太阳能电池板的俯仰角；所述千斤顶的下端与下横向杆铰接，千斤顶上端的顶起端与上横向杆铰接；

在支撑座上设有步进电机、单片机和A/D转换器，步进电机的输出轴与第二齿轮相连，第二齿轮与套装在下支架上的第一齿轮啮合；所述步进电机通过电机驱动器与单片机进行连接，单片机向电机驱动器发出控制信息；所述单片机的输入端与A/D转换器的输出端相连接；

在支撑座上还固定有一圆柱体，所述圆柱体的轴线与支撑座的水平方向垂直；在圆柱体侧面设有光敏传感器，所述光敏传感器用于检测不同方位角光照度，所述光敏传感器设有5个，分别设于所述圆柱体的正对东、正对东南、正对南、正对西南以及正对西这五个方向的侧面上；

所述A/D转换器的输入端与光敏传感器相连接，光敏传感器将测得的光照信号传给A/D转换器；

所述单片机、步进电机、电机驱动器均与蓄电池相连。

所述分支架至少设有三根，各分支架之间相互平行，等距排列。

在每根分支架上至少设有一个太阳能电池板。

不同分支架上的太阳能电池板之间相互平行。

所述光敏传感器设置在圆柱体的侧面开有的凹孔内，避免从侧面照射过来的光干扰光敏传感器，导致其检测不准；因此，将光敏传感器设于凹孔内有利于只检测光敏传感器前方所指方向的光照度。

所述轴承内圈的数量为2个，且上下分布于支撑座内。

所述单片机采用市售的MSP430低功耗单片机。

所述A/D转换器采用市售的A/D转换器。

一种光伏发电装置使用时，光敏传感器将接收到的光照信号经A/D转换器转换成数字信号传输给单片机，单片机判断若接收到最强光照信号时，便向电机驱动器发出信号，从而控制步进电机转动，带动上支架和下支架调整相对位置，使得太阳能电池板的方位角进行相应的调整，使太阳能电池板转向检测到最强光照信号的光敏传感器所面对的方向；使用者可以根据季节变换，通过调整上支撑杆的调节孔与上支架的连接位置，对太阳能电池板的俯仰角进行改变。

本实用新型装置由于采用了多层太阳能电池板的设计，能够充分利用单位土地面积上的太阳能，增加单位土地面积的光伏发电量，从而减少土地的投资开支；控制太阳能电池板方位角的结构能使太阳能电池板在白天内始终能够自动保持面向最强光照的方向，从而达到自动调整方位角进行追日的目的，提高了接收太阳光的效率，从而提高了太阳能的利用率；太阳能电池板俯仰角可以根据需要进行改变；所用部件均为现有技术的成熟部件，例如单片机、A/D转换器、齿轮、步进电机、光敏传感器等均为价格低廉的实用部件，这类部件的增加并不会明显的提高太阳能光伏发电装置的设备成本；另外由于一年四季中太阳的俯仰角变化不大，因此本实用新型采用人工的方式隔一段时间（例如几个月）调整一次俯仰角的方式，而调整俯仰角的机构其结构简单可靠，且制造成本低廉。因此，本发明所提供的追日结构是实现太阳能光伏发电装置追日的最佳性价比方案。本实用新型解决了太阳能跟踪装置在设备投资方面需要大量的投入，不利于提高太阳能发电效益的问题，另外还解决了现有技术中单位土地面积的光伏发电量不高的问题。所提供的光伏发电装置可以提高太阳能利用率、增加发电效益。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型光伏发电装置的结构示意图；

图2为图1中A处所示的调整太阳能电池板俯仰角的机构的局部放大图。

图中：1、支撑座，2-1、下支架，2-2、上支架，3、分支架，4、太阳能电池板，5、轴承内圈，6、凹孔，7、步进电机，8、电机驱动器，9、圆柱体，10、第一齿轮，11、单片机，12、千斤顶，13、第二齿轮，14-1、上横向杆，14-2、下横向杆，15、L形支撑杆，16、调节孔，17、A/D转换器，15-1、上支撑杆；15-2、下支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参照附图1～2，本实用新型光伏发电装置包括支架、支撑座1、太阳能电池板4和蓄电池，所述支撑座1固定在地面上；所述支架包括上支架2-2和下支架2-1，在支撑座1上设有竖直通道，下支架2-1插入竖直通道，并穿过固定在竖直通道内的轴承内圈5，与轴承内圈5相套接；

太阳能电池板4与设置在支撑座1上的蓄电池相连，通过太阳能电池板4采集的电量对蓄电池充电；

在上支架2-2上部设有与上支架2-2垂直的横向分支架3，在分支架3上设有太阳能电池板4；

上支架2-2和下支架2-1之间通过铰接连接在一起，其铰接转动面与太阳能电池板4面向太阳的俯仰角所在的平面重合；

在下支架2-1与上支架2-2之间的相连部分设有L形支撑杆15，所述L形支撑杆15包括上支撑杆15-1和下支撑杆15-2，下支撑杆15-2与下支架2-1相固定，在上支撑杆15-1上开有调节孔16，所述调节孔16不少于四个；在上支架2-2上开有与调节孔16相配合的连接螺孔，上支架2-2与上支撑杆15-1通过连接螺栓穿过调节孔16和连接螺孔进行相对固定；在上支架2-2和下支架2-1上分别固定有上横向杆14-1和下横向杆14-2，在上横向杆14-1和下横向杆14-2之间设有千斤顶12，用于调节上支架2-2倾角，从而改变太阳能电池板4的俯仰角；所述千斤顶12的下端与下横向杆14-2铰接，千斤顶12上端的顶起端与上横向杆14-1铰接；

在支撑座1上设有步进电机7、单片机11和A/D转换器17，步进电机7的输出轴与第二齿轮13相连，第二齿轮13与套装在下支架2-1上的第一齿轮10啮合；所述步进电机7通过电机驱动器与单片机11进行连接，单片机11向电机驱动器发出控制信息；所述单片机11的输入端与A/D转换器17的输出端相连接；

在支撑座1上还固定有一圆柱体9，所述圆柱体9的轴线与支撑座1的水平方向垂直；在圆柱体9侧面设有光敏传感器，所述光敏传感器用于检测不同方位角光照度，所述光敏传感器设有5个，分别设于所述圆柱体9的正对东、正对东南、正对南、正对西南以及正对西这五个方向的侧面上；

所述A/D转换器17的输入端与光敏传感器相连接，光敏传感器将测得的光照信号传给A/D转换器17；

所述单片机11、步进电机7、电机驱动器均与蓄电池相连。

所述光敏传感器设置在圆柱体9的侧面开有的凹孔6内。

所述A/D转换器17采用市售的A/D转换器。

一种光伏发电装置使用时，光敏传感器将接收到的光照信号经A/D转换器17转换成数字信号传输给单片机11，单片机11判断若接收到最强光照信号时，便向电机驱动器发出信号，从而控制步进电机7转动，带动上支架2-2和下支架2-1调整相对位置，使得太阳能电池板4的方位角进行相应的调整，使太阳能电池板4转向检测到最强光照信号的光敏传感器所面对的方向；使用者可以根据季节变换，通过调整上支撑杆15-1的调节孔16与上支架2-2的连接位置，对太阳能电池板4的俯仰角进行改变。

如图2所示为调整太阳能电池板俯仰角的机构的结构示意图，当需要调整俯仰角时，松开并取下连接于上支撑杆15-1与上支架2-2之间螺孔的螺栓，然后操作千斤顶12，使俯仰角调整到所需位置，重新穿入并紧固螺栓，这样即实现了人工调整俯仰角的目的。

所述分支架3至少设有三根，各分支架之间相互平行，等距排列；在每根分支架3上至少设有一个太阳能电池板4；不同分支架上的太阳能电池板之间相互平行；所述的分支架之间等间距排列并拉开一定的距离，以使它们之间接收太阳光时不至于相互遮挡，造成影响。其中不同分支架上的太阳能电池板之间相互平行，这时候它们的俯仰角均相同。

所述轴承内圈5的数量为2个，且上下分布于支撑座1内，2个轴承更有利于支架的稳定转动，并且固定效果也较好。

所述单片机11采用MSP430低功耗单片机，该单片机技术成熟，价格低廉，可以降低设备成本。所述单片机还可以使用PLC芯片等微处理器，作为接收A/D转换器信号并控制步进电机运转的器件。所述第一齿轮10位于支撑座1表面上方位置，第一齿轮10尽量离支撑座1表面近一些，这样有利于和固定在支撑座上的步进电机相联接。

本实用新型装置中，可以首先将太阳能电池板面向正东方向时的方位角设为初始方位角，这时便确定了各个光敏传感器所检测的光照方向的方位角的值；各光敏传感器分别用于检测正东、东南、正南、西南以及正西方向的太阳光光照强度，当某个光敏传感器检测到其所对应的方向的光照度最强时，则单片机向步进电机发送指令，使步进电机转动，带动支架旋转，使太阳能电池板的方向对准所测光照度最强的传感器所指向的方向，这时步进电机转动所产生的方位角差值即为转动前太阳能电池板方位角（此为已知方位角，因为转动之前太阳能电池板指向的是某个光敏传感器所对的方向）与光照度最强方向的方位角（此亦为已知方位角）之间的角度差（则该角度差亦为确定值）。当所有光敏传感器检测到的光照度信号值低于单片机所设置的信号阈值下限（天黑无光照状况）时，则单片机不再发出指令，整个系统处于待机状态。当天开始亮了的时候，光敏传感器向单片机发送的光亮度信号值高于单片机中所设置的信号阈值上限时，则整个装置开始如上循环动作进行方位角的追日运行，从而实现光伏发电装置在方位角上追踪太阳的功能。因此，本装置对太阳方位角的追踪会周而复始的自动运行，达到自动追踪太阳的目的。另外，由于一年四季中太阳的高低变化不像方位角那么大，因此，考虑到成本原因，本装置对于俯仰角采取人工调节的方式，而不做自动实时追踪，通过竖直主支架上的调整太阳能电池板俯仰角的机构（该机构如图2所示），可以使工作人员在一段时间后根据季节的变化进行手动调节俯仰角。

本实用新型提供一种可提高太阳能利用率的光伏发电装置，控制太阳能电池板方位角的结构其用到的部件均为现有技术的成熟部件，例如单片机、A/D转换器、齿轮、步进电机、光敏传感器等均为价格低廉的实用部件，这类部件的增加并不会明显的提高太阳能光伏发电装置的设备成本；另外由于一年四季中太阳的俯仰角变化不大，因此本实用新型采用人工的方式隔一段时间（例如几个月）调整一次俯仰角的方式，而调整俯仰角的机构其结构简单可靠，且制造成本低廉。因此，本发明所提供的追日结构是实现太阳能光伏发电装置追日的最佳性价比方案。综上，本实用新型解决了太阳能跟踪装置在设备投资方面需要大量的投入，不利于提高太阳能发电效益的问题，另外还解决了现有技术中单位土地面积的光伏发电量不高的问题。所提供的光伏发电装置可以提高太阳能利用率、增加发电效益。

Claims (6)

1.一种光伏发电装置，包括支架、支撑座、太阳能电池板和蓄电池，其特征在于：所述支撑座固定在地面上；所述支架包括上支架和下支架，在支撑座上设有竖直通道，下支架插入竖直通道，并穿过固定在竖直通道内的轴承内圈，与轴承内圈相套接；

太阳能电池板与设置在支撑座上的蓄电池相连，通过太阳能电池板采集的电量对蓄电池充电；

在上支架上部设有与上支架垂直的横向分支架，在分支架上设有太阳能电池板；

上支架和下支架之间通过铰接连接在一起，其铰接转动面与太阳能电池板面向太阳的俯仰角所在的平面重合；

在下支架与上支架之间的相连部分设有L形支撑杆，所述L形支撑杆包括上支撑杆和下支撑杆，下支撑杆与下支架相固定，在上支撑杆上开有调节孔，所述调节孔不少于四个；在上支架上开有与调节孔相配合的连接螺孔，上支架与上支撑杆通过连接螺栓穿过调节孔和连接螺孔进行相对固定；在上支架和下支架上分别固定有上横向杆和下横向杆，在上横向杆和下横向杆之间设有千斤顶，用于调节上支架倾角，从而改变太阳能电池板的俯仰角；所述千斤顶的下端与下横向杆铰接，千斤顶上端的顶起端与上横向杆铰接；

在支撑座上设有步进电机、单片机和A/D转换器，步进电机的输出轴与第二齿轮相连，第二齿轮与套装在下支架上的第一齿轮啮合；所述步进电机通过电机驱动器与单片机进行连接，单片机向电机驱动器发出控制信息；所述单片机的输入端与A/D转换器的输出端相连接；

在支撑座上还固定有一圆柱体，所述圆柱体的轴线与支撑座的水平方向垂直；在圆柱体侧面设有光敏传感器，所述光敏传感器用于检测不同方位角光照度，所述光敏传感器设有5个，分别设于所述圆柱体的正对东、正对东南、正对南、正对西南以及正对西这五个方向的侧面上；

所述A/D转换器的输入端与光敏传感器相连接，光敏传感器将测得的光照信号传给A/D转换器；

所述单片机、步进电机、电机驱动器均与蓄电池相连。

2.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于：所述分支架至少设有三根，各分支架之间相互平行，等距排列。

3.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于：在每根分支架上至少设有一个太阳能电池板。

4.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于：不同分支架上的太阳能电池板之间相互平行。

5. 根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于： 所述光敏传感器设置在圆柱体的侧面开有的凹孔内。

6.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于：所述轴承内圈的数量为2个，且上下分布于支撑座内。