CN206258739U - 光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置。该装置包括太阳能电池板转动模块、太阳监测模块、风力风向监测模块、控制模块和蓄电模块；所述太阳能电池板转动模块固定在地面上；太阳监测模块和风力风向监测模块分别固定在比太阳能电池板平放时高的平台上；控制模块分别与太阳能电池板转动模块、太阳监测模块及风力风向监测模块相连；蓄电模块分别与太阳能电池板转动模块、太阳监测模块、风力风向监测模块、控制模块相连。本实用新型提升了相关设备的效率、准确性和设备本身的安全性，保证了太阳能电池板始终处于最优的工作状态。

Description

光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置

技术领域

本实用新型属于太阳能发电技术领域，具体为光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置。

背景技术

近些年，随着经济的发展，社会观念的逐渐转变，环境问题及可持续发展被越来越多的人所关注。在此背景下，国家大力发展可再生能源发电，这一领域的地位也逐步提高。太阳能发电作为可再生能源发电中的佼佼者，其与传统能源发电相比，有着设备投资合理、系统成型时间短、工作环保无污染、适用范围广阔及能源取之不尽等的优点，正在我国逐步普及。目前我们所见到的大多是固定式的太阳能电池板，固定式太阳能电池板虽然造价较低且安装方便，但由于太阳能电池发电的原理是光生伏特效应，太阳能电池板只有在阳光直射时才能将发电效率最大化。显然固定式的光伏发电系统效率较低，难以充分利用太阳能的同时也一定程度上不利于了太阳能发电的普及。所以，研制一种可监测太阳方位还能自动调整太阳能电池板受光角度即光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置在提高产品工作效率、提高产品性价比、充分利用太阳能及相关装置的普及方面有重大的意义。

当前，在太阳监测方面，已有的装置或专利有计算预测太阳的运行轨迹从而进行追踪的，有用光电传感器监测阳光的，还有的用图像识别技术识别太阳的。第一种装置存在着计算复杂、预测不精确、不同地方调试不同程序致使其相对繁琐的的问题；第二种装置存在着受外部影响较大，光电传感器使用条件较为苛刻的问题；第三种装置存在着图像识别不准确、不精确的问题。这三种装置均不能及时准确地自动监测太阳，提升光伏发电装置的工作效率有限。在电池板转动装置或专利方面，有的只能进行稍微的转动，有的转动只能旋转太阳能电池板的朝向而不能改变电池板与地面的夹角，有的可以达到太阳能电池板跟踪太阳方位的要求但其使用电机较多导致装置本身耗电不可忽视，还有的装置过于复杂。另外，太阳能电池板在应对强风时的自我保护能力也应在设计的考虑范围之内。

实用新型内容

针对现有装置或方案的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，该装置使用单步进电机控制，通过空心蜗杆齿轮、齿轮架内两轴上的皮带与同步器以及中心杆和力敏电阻的组合等设计，解决了现有光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置耗电量较大、转动不灵活、只能旋转朝向、较为复杂、不能有效自我保护的问题。本装置提升了相关设备的效率、准确性和设备本身的安全性，保证了太阳能电池板始终处于最优的工作状态。

本实用新型技术方案为：

光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，该装置包括太阳能电池板转动模块、太阳监测模块、风力风向监测模块、控制模块和蓄电模块；

所述太阳能电池板转动模块固定在地面上；太阳监测模块和风力风向监测模块分别固定在比太阳能电池板平放时高的平台上；控制模块分别与太阳能电池板转动模块、太阳监测模块及风力风向监测模块相连；蓄电模块分别与太阳能电池板转动模块、太阳监测模块、风力风向监测模块、控制模块相连；

所述太阳能电池板转动模块包括支撑底座、支撑杆、齿轮变换连接器、步进电机、步进电机驱动器、空心蜗杆齿轮、太阳能电池板架、类球形万向头、太阳能电池板、齿轮架、方向齿轮、齿轮轴、滚轮、滚轮轴、链条和激光矫正器；支撑底座直接固定在地面上；支撑杆竖直地固定在支撑底座中央；齿轮变换连接器固定在支撑杆下部，步进电机的齿轮与齿轮变换连接器的齿轮相啮合；空心蜗杆齿轮套在支撑杆上，与齿轮变换连接器的齿轮啮合；太阳能电池板架通过类球形万向头安装在支撑杆的顶部；太阳能电池板固定在太阳能电池板架上；四个相同的齿轮架分别固定在支撑底座的四个方向上；每个齿轮架上有上下两排孔，每排孔呈水平设置，滚轮轴的两端安装在上排孔，齿轮轴的两端安装在下排孔；每个齿轮架上，方向齿轮固定在齿轮轴中间，方向齿轮与空心蜗杆齿轮的空心蜗杆部分相啮合；滚轮固定在滚轮轴中间；链条的一端固定在对应滚轮上，另一端固定在太阳能电池板架上；四个相同的激光矫正器固定在太阳能电池板架的四个角上；

所述太阳能电池板转动模块的每个齿轮架一侧的内部还包括皮带和同步器；其中，皮带分别与齿轮轴的齿轮部分和滚轮轴的齿轮部分相啮合；同步器设在滚轮轴上，位于皮带和滚轮之间；

所述的齿轮变换连接器的固定片的一端套入支撑杆，固定片的另一端安装有转轴，大齿轮安装在转轴上方，小齿轮安装在转轴下方；步进电机步进电机固定在支撑杆旁，且其转轴上的电机齿轮与齿轮变换连接器的小齿轮相啮合；步进电机驱动器固定在步进电机下方；

所述的空心蜗杆齿轮包括一体的空心蜗杆部分和空心齿轮部分；空心蜗杆部分位于空心齿轮部分之上，整体套在支撑杆上；齿轮变换连接器的大齿轮与空心齿轮部分啮合，空心蜗杆部分与方向齿轮啮合；

所述太阳监测模块包括太阳监测盘、太阳能电池块、圆杆和电压计量芯片；太阳能电池块安装放置在太阳监测盘内；圆杆竖直地固定在太阳监测盘中央；电压计量芯片固定在太阳监测盘内。

所述风力风向监测模块主要包括风力风向监测架、力敏电阻、中心杆、监测气球、保护罩和电阻计量芯片；风力风向监测架为两级结构，第一级斜平台在下，第二级斜平台在上；力敏电阻固定在风力风向监测架的两级斜平台位置；中心杆固定在风力风向监测架的底部中心，监测气球连接在中心杆的顶端；电阻计量芯片固定在风力风向监测架内。

所述控制模块包括单片机。

所述蓄电模块包括太阳能充放电控制器和蓄电池；太阳能充放电控制器与蓄电池相连。

所述的连接关系还包括：控制模块分别与步进电机驱动器、同步器、激光矫正器、电压计量芯片、电阻计量芯片相连；蓄电模块分别与步进电机、步进电机驱动器、同步器、激光矫正器、太阳能电池板、太阳能电池块、电压计量芯片、电阻计量芯片、控制模块相连；步进电机驱动器与步进电机相连；电压计量芯片与每个太阳能电池块相连；电阻计量芯片与每个力敏电阻相连。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的太阳能电池板转动模块设计合理，采用步进电机驱动其余装置，反应速度快，控制精度高，可准确按照控制模块预设的角度和圈数进行转动，使得本实用新型对于太阳能电池板架及其上放置的太阳能电池板倾角的控制更加精确，单步进电机使得装置耗电量相应降低；支撑杆顶端的类球形万向头使其既能承载太阳能电池板的重量，又通过与空心蜗杆齿轮及四个齿轮架、方向齿轮、齿轮轴、滚轮、滚轮轴、链条等的配合使得太阳能电池板架上的太阳能电池板可以自由的在底面与地面接近平行的类半球范围内转动；随着电机的转动，与空心蜗杆齿轮相啮合的对向方向齿轮的旋转方向相反，两个对向滚轮的旋转方向相反，两条对向链条的收放也相反，即一侧收链条的同时对向一侧放链条，链条始终处于紧绷状态，使得太阳能电池板始终自动快速准确地处于最佳工作位置，显著提高了太阳能电池板的发电效率；使用一段时间后，如果太阳能电池板的转动位置与预设位置出现偏差，可以使用激光矫正器进行矫正。

2、本实用新型的太阳监测模块通过比较太阳监测盘内全部太阳能电池块的电压，找出电压较低的太阳能电池块，这些太阳能电池块的位置即是太阳照射下圆杆的阴影所在的位置。以此为依据判断出太阳的直射角度，具有判断速度快、误差小、耗电少的特点，有效地保证了太阳监测的有效性、耐用性。另外，太阳监测盘内的太阳能电池块经太阳照射也能发电，所发电量可以输送到蓄电池，相应减少装置本身用电，节能环保。

3、本实用新型通过监测风力和风向使得装置在必要情形下转动太阳能电池板至与风向平行，即风力风向监测模块使得本装置在遭遇大风天气时能相应地进行自我保护，降低了大风天气造成损失的几率，提高了装置的可靠耐用性。

4、本实用新型控制模块采用模糊控制方式来控制太阳能电池板转动。模糊控制有易于熟悉、实用性强且容易被接受的特点。当控制模块收到太阳监测模块和风力风向监测模块发出的数据时，会根据模糊控制综合确定太阳能电池板转动模块转动的角度，而不是直接转到与阳光垂直或风向平行的角度。太阳监测模块、风力风向监测模块向控制模块输送数据时，控制模块对收到的数据处理后取整，然后选取合适的模糊因子对数据进行模糊化，经过模糊推理，将推理结果解模糊后作为输出量送出，达到合理控制太阳能电池板转动模块转动的目的。如果使用环境风速过大，即便此时太阳能电池板能在太阳照射下产生电能，控制模块仍旧控制操纵太阳能电池板转动模块转动到与风向平行的位置以保护装置，防止装置损坏。

附图说明

图1是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的整体模块连接图；

图2是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的太阳能电池板转动模块1结构连接图；

图3是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的太阳能电池板转动模块1齿轮架内部图；

图4是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的太阳能电池板转动模块1步进电机及其驱动器和齿轮变换连接器的细节连接图；

图5是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的太阳能电池板转动模块1方向齿轮与空心蜗杆齿轮细节连接图；

图6是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的太阳能电池板转动模块1滚轮与链条细节连接图；

图7是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的太阳能电池板转动模块1类球形万向头的细节图；其中，图7a为类球形万向头的凸起部分。图7b为类球形万向头的凹槽部分；

图8是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的太阳监测模块2结构连接图；

图9是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的风力风向监测模块3结构连接图；

图10是本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置的系统运行流程图；

图中，1.太阳能电池板转动模块、2.太阳监测模块、3.风力风向监测模块、4.控制模块、5.蓄电模块、1-1.支撑底座、1-2.支撑杆、1-3.齿轮变换连接器、1-3-1.固定片、1-3-2.大齿轮、1-3-3.小齿轮、1-3-4.转轴、1-4.步进电机、1-4-1.电机齿轮、1-5.步进电机驱动器、1-6.空心蜗杆齿轮、1-6-1.空心蜗杆部分、1-6-2.空心齿轮部分、1-7.太阳能电池板架、1-8.类球形万向头、1-8-1.万向凸起、1-8-2.万向凹槽、1-9.太阳能电池板、1-10.齿轮架、1-11.方向齿轮、1-12.齿轮轴、1-12-1.齿轮轴的齿轮部分、1-13.滚轮、1-14.滚轮轴、1-14-1.滚轮轴的齿轮部分、1-15.链条、1-16.皮带、1-17.同步器、1-18.激光矫正器、2-1.太阳监测盘、2-2.太阳能电池块、2-2-1.方形太阳能电池块、2-2-2.异形太阳能电池块、2-3.圆杆、3-1.风力风向监测架、3-1-1.第一级斜平台、3-1-2.第二级斜平台、3-2.力敏电阻、3-3.中心杆、3-4.监测气球、3-5.保护罩。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本实用新型做进一步详述：

如图1所示，本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，包括太阳能电池板转动模块1、太阳监测模块2、风力风向监测模块3、控制模块4和蓄电模块5；

所述太阳能电池板转动模块1由支撑底座1-1固定在地面上；太阳监测模块2和风力风向监测模块3安装固定在比太阳能电池板1-9平放时高2-5厘米的平台上；控制模块4分别与太阳能电池板转动模块1、太阳监测模块2及风力风向监测模块3相连，并在这三个模块工作时对它们进行控制和信号采集；蓄电模块5与太阳能电池板转动模块1、太阳监测模块2、风力风向监测模块3、控制模块4相连，收集储存太阳能电池板1-9和太阳能电池块2-2所发出的电能，并分别向太阳能电池板转动模块1、太阳监测模块2、风力风向监测模块3、控制模块4供电。

如图2所示，所述太阳能电池板转动模块1包括支撑底座1-1、支撑杆1-2、齿轮变换连接器1-3、步进电机1-4、步进电机驱动器1-5、空心蜗杆齿轮1-6、太阳能电池板架1-7、类球形万向头1-8、太阳能电池板1-9、齿轮架1-10、方向齿轮1-11、齿轮轴1-12、滚轮1-13、滚轮轴1-14、链条1-15、激光矫正器1-18；支撑底座1-1直接安放在地面上；支撑杆1-2竖直地固定在支撑底座1-1中央；齿轮变换连接器1-3固定在支撑杆下部，步进电机1-4的齿轮与齿轮变换连接器1-3的齿轮相啮合；空心蜗杆齿轮1-6套在支撑杆1-2上，与齿轮变换连接器1-3的齿轮啮合；太阳能电池板架1-7通过类球形万向头1-8安装在支撑杆1-2的顶部；太阳能电池板1-9固定在太阳能电池板架1-7上，太阳能电池板1-9与蓄电模块5相连，将所发出的电能收集存储在蓄电模块5中；四个相同的齿轮架1-10竖直地固定在支撑底座1-1的安装平台上且四个齿轮架1-10分别代表着东西南北四个方向，相邻两齿轮架1-10夹角为90度；每个齿轮架1-10上有上下两排孔，每排孔呈水平设置，上排孔在齿轮架的上部，下排孔在齿轮架的中部，滚轮轴1-14的两端安装在上排孔，齿轮轴1-12的两端安装在下排孔，两排孔之间的齿轮架1-10部分中空；每个齿轮架1-10上，方向齿轮1-11固定在齿轮轴1-12中间，方向齿轮1-11与空心蜗杆齿轮1-6的空心蜗杆部分1-6-1相啮合；同时，滚轮1-13固定在滚轮轴1-14中间；链条1-15的一端固定在对应滚轮1-13上，另一端固定在太阳能电池板架1-7上；四个相同的激光矫正器1-18固定在太阳能电池板架1-7的四个角上，每个激光矫正器1-18均分别与控制模块4及蓄电模块5相连，控制模块4控制激光矫正器1-18，蓄电模块5向其供电使之正常工作，使用一段时间后，若太阳能电池板1-9的转动位置与预设位置出现偏差，可以使用激光矫正器1-18进行矫正。

如图3所示，所述太阳能电池板转动模块1的每个齿轮架1-10一侧的内部还包括皮带1-16和同步器1-17；其中，皮带1-16分别与齿轮轴1-12的齿轮部分1-12-1和滚轮轴1-14的齿轮部分1-14-1相啮合，齿轮轴1-12转动时其齿轮部分1-12-1通过皮带1-16带动滚轮轴1-14转动；同步器1-17设在滚轮轴1-14上，位于皮带1-16和滚轮1-13之间(即若以滚轮轴1-14的端部齿轮部分1-14-1即皮带安装位置为前端，同步器1-17装设在皮带1-16安装位置之后、滚轮1-13位置之前)，同步器1-17还与控制模块4相连，控制模块4通过控制同步器1-17从而使得太阳能电池板1-9自动地在设计范围内转动(此处所说的控制模块4控制同步器1-17可理解为：空心蜗杆齿轮1-6转动时，四个方向齿轮1-11也相应转动，此时控制模块4控制南和北两个方向的同步器1-17关闭，则南和北方向的滚轮1-13不会旋转，也不会收放对应链条1-15，太阳能电池板1-9只会向东或西倾斜；其他方向同理)；

如图4所示，步进电机1-4及步进电机驱动器1-5和齿轮变换连接器1-3的固定连接细节为：齿轮变换连接器1-3由自带的固定片1-3-1一端套入支撑杆1-2且固定在支撑杆1-2的下部，固定片的另一端安装有转轴1-3-4，大齿轮1-3-2安装在转轴1-3-4上方，小齿轮1-3-3安装在转轴1-3-4下方；小齿轮1-3-3旋转时通过转轴1-3-4带动大齿轮1-3-2同步旋转而固定片1-3-1不动，保证齿轮变换连接器1-3与支撑杆1-2的相对位置不变；步进电机1-4转轴上的电机齿轮1-4-1与齿轮变换连接器1-3的小齿轮1-3-3相啮合，可驱动齿轮变换连接器1-3的小齿轮1-3-3正反转动，并且固定在尽可能靠近支撑杆1-2的位置，不干扰齿轮架1-10的安装，由蓄电模块5向步进电机1-4供电；步进电机驱动器1-5固定在步进电机1-4下方，与步进电机1-4和控制模块4及蓄电模块5相连(控制模块4通过向步进电机驱动器1-5输入信号从而控制步进电机1-4的旋转角度和圈数，蓄电模块5向步进电机驱动器1-5供电)。大齿轮1-3-2与套在支撑杆1-2上的空心蜗杆齿轮1-6中的空心齿轮部分1-6-2啮合。

如图5所示，方向齿轮1-11、齿轮轴1-12与空心蜗杆齿轮1-6的固定连接细节为；所述的空心蜗杆齿轮1-6包括一体的空心蜗杆部分1-6-1和空心齿轮部分1-6-2；空心蜗杆部分1-6-1位于空心齿轮部分1-6-2之上，共同套在支撑杆1-2上；当步进电机运行后，由于齿轮变换连接器的大齿轮1-3-2与套在支撑杆1-2上的空心蜗杆齿轮1-6中的空心齿轮部分1-6-2啮合，空心齿轮部分1-6-2也转动，使空心蜗杆齿轮1-6整体原地旋转，而空心蜗杆部分1-6-1的旋转，带动与之啮合的方向齿轮1-11转动；四个相同的方向齿轮1-11固定在四个相同的齿轮轴1-12上，每个齿轮轴1-12的两端穿在对应齿轮架1-10下排孔上，使得方向齿轮1-11与空心蜗杆齿轮1-6的空心蜗杆部分1-6-1正好啮合，空心蜗杆齿轮1-6正反旋转时均能带动每个方向齿轮1-11及各自齿轮轴1-12相应转动，相对着的方向齿轮1-11转动方向正好相反；

如图6所示，滚轮1-13、滚轮轴1-14与链条1-15连接固定的细节为：四个相同的滚轮1-13固定在四个相同的滚轮轴1-14上，滚轮轴1-14的转动能使各自滚轮1-13相应转动，每个滚轮轴1-14的两端穿在对应齿轮架1-10上排孔上；四根相同的链条1-15中每根链条1-15的一端固定在对应滚轮1-13上，另一端固定在太阳能电池板架1-7上，链条1-15的长度为太阳能电池板1-9极限转动所需的长度(此处所说的极限转动所需的长度可理解为：太阳能电池板1-9处在向南倾斜的最大位置，北侧的链条1-15从滚轮1-13到太阳能电池板架1-7的北侧固定位置的直线长度)且不能太宽(此处所说的不能太宽可理解为：太阳能电池板1-9向南转动时，东和西方向的链条不能向南偏移)，每个滚轮1-13可以将各自链条1-15不打滑地放开或者卷起，使得太阳能电池板1-9在设计范围内自由转动。

如图7所示，类球形万向头1-8的细节为：类球形万向头1-8由万向凸起1-8-1和万向凹槽1-8-2两部分组成，万向凸起1-8-1是一个类似半球形的凸起，其底座连接着太阳能电池板架1-7，万向凹槽1-8-2是一个中空的类似半球形的凹槽，其底部连接着支撑杆1-2，将装设在太阳能电池板架1-7上的万向凸起1-8-1放入到装设在支撑杆1-2上的万向凹槽1-8-2内，太阳能电池板架1-7得以与支撑杆1-2连接，类球形万向头1-8和支撑杆1-2可向由太阳能电池板架1-7和太阳能电池板1-9组成的整体提供足够支撑力，使太阳能电池板架1-7和太阳能电池板1-9在底面与地面接近平行的类半球范围内随意转动(此处所说的类半球范围以类球形万向头1-8的中心为球心)。

如图8所示，所述太阳监测模块2主要包括太阳监测盘2-1、太阳能电池块2-2、圆杆2-3和电压计量芯片；太阳监测盘2-1固定在比太阳能电池板1-9平放时稍高的平台上；太阳能电池块2-2安装放置在太阳监测盘2-1内，码好放满(此处所说的码好放满可理解为：太阳监测盘2-1呈圆形，将大致60个方形太阳能电池块2-2排列整齐放置在太阳监测盘2-1中部，将大致28个异形太阳能电池块2-2放置在太阳监测盘2-1的边缘，方形太阳能电池块2-2-1与异形太阳能电池块2-2-2相互紧挨着放置，这些太阳能电池块2-2可以组成一个圆形，面积与太阳监测盘2-1相同；当然，增加太阳能电池块2-2的数量，电压计量芯片所确认的阴影覆盖的太阳能电池块2-2越精确，得到的太阳角度越精确，但是这会增加设备生产成本，故本装置可根据实际需要来选择太阳能电池块2-2的数量。)，太阳能电池块2-2与蓄电模块5相连，其经太阳照射产生的电能均送入蓄电模块5储存；圆杆2-3竖直地固定在太阳监测盘2-1中央；电压计量芯片固定在太阳监测盘2-1内，其输入端与各太阳能电池块2-2相连，其输出端与控制模块4相连，其作用是监测各太阳能电池块2-2所发出的电压，并找出电压相对较低的太阳能电池块2-2，电压计量芯片将这些太阳能电池块2-2的编号送入控制模块4中，控制模块4计算出最适合的太阳能电池板1-9的方位角和倾角，若当前为黑夜或者太阳被云遮住，则有阴影的太阳能电池块2-2会成片相连且区域会比较大，这与无云的有阴影的太阳能电池块2-2的位置分布不同，控制模块4以此识别当前情况。

如图9所示，所述风力风向监测模块3主要包括风力风向监测架3-1、力敏电阻3-2、中心杆3-3、监测气球3-4、保护罩3-5和电阻计量芯片；风力风向监测架3-1固定在比太阳能电池板1-9平放时稍高的的平台上，为两级结构，第一级斜平台3-1-1在下，第二级斜平台3-1-2在上；力敏电阻3-2固定在风力风向监测架3-1的两级斜平台位置(以风力风向监测架3-1的中心轴线为轴，拟沿任一半径切开风力风向监测架3-1，所得剖面为类阶梯型，此处所说的斜平台位置在每一级结构突出部分的倒角处)，且第一级斜平台3-1-1上大致均匀固定28个力敏电阻3-2，第二级斜平台3-1-2大致均匀固定30个力敏电阻3-2，显然力敏电阻3-2的数量越多，所得到的风力风向数据越准确，成本也会相应增加，故应用时可根据实际情况选择力敏电阻3-2的数量；中心杆3-3的一端固定在风力风向监测架3-1的底部中心，并且中心杆3-3可以自由地以该端为中心在风力风向监测架3-1内呈类圆锥形转动，中心杆3-3有一定韧性，在风力风向监测架3-1内转动时，先压到第一级斜平台3-1-1位置的力敏电阻3-2，驱动力大到一定程度时，中心杆3-3弯曲，再压到第二级斜平台3-1-2位置的力敏电阻3-2；监测气球3-4连接在中心杆3-3的顶端，并且监测气球3-4能够用自身浮力带动中心杆3-3飘浮在空中，无风时中心杆3-3竖直的立在风力风向监测架3-1中央，显然更换不同的气体充入监测气球3-4中和改变监测气球3-4的大小均能对风力风向监测模块3的灵敏度造成影响，应用时可根据实际情况选择充入气体的种类和监测气球3-4的大小；保护罩3-5罩在监测气球以下的部分上(需要说明的是，图9中保护罩3-5只有一部分以便查看保护罩3-5内的装置，实际中保护罩如图1所示)，且与风力风向监测架3-1的外层下端相连，用于对风力风向监测模块3中的力敏电阻提供保护，以免外界干扰力敏电阻3-2正常工作；电阻计量芯片固定在风力风向监测架3-1内，其输入端与各力敏电阻3-2相连，其输出端与控制模块4相连，其作用是监测各力敏电阻3-2的阻值，并找出阻值较小的力敏电阻3-2，电阻计量芯片将这些力敏电阻3-2的编号送入控制模块4中，控制模块4判断出当前的风力和风向。其中，所有力敏电阻均独立与电阻计量芯片相连；风大时，中心杆3-3对第一级斜平台3-1-1上力敏电阻的压力可能超过了其测量最大值，这时需要第二级斜平台上的力敏电阻测量中心杆的压力从而继续计算风力，此外第二级斜平台还能有支撑功能防止中心杆折断；日常使用时，保护罩除维修外均罩上，以时刻保护里面器件。

所述控制模块4主要由单片机组成；太阳监测模块2中的电压计量芯片输出端与单片机的一组输入引脚相连，风力风向监测模块3中的电阻计量芯片输出端与单片机的另一组输入引脚相连，单片机接收电压计量芯片和电阻计量芯片送出的数据，采用模糊控制，即单片机综合阳光强度、照射角度和风力风向数据对太阳能电池板转动模块1进行控制；若电压计量芯片送入的有阴影的太阳能电池块2-2位置成片相连，则单片机判断为黑夜或者云遮住太阳，整个装置不以太阳监测模块2得到的数据动作；若风力较大，单片机控制太阳能电池板转动模块1按照正常的工作流程进行自我保护即太阳能电池板1-9所在平面向与风向平行的位置转动；单片机的引脚输出端与太阳能电池板转动模块1的步进电机驱动器1-5、四个同步器1-17和四个激光矫正器1-18相连，从而控制步进电机1-4的转动圈数与角度和各个同步器的开关动作以及装置矫正，使得太阳能电池板转动模块正常运行；

所述蓄电模块5主要包括太阳能充放电控制器和蓄电池；太阳能充放电控制器与蓄电池相连，同时蓄电池还与太阳能电池板转动模块1、太阳监测模块2、风力风向监测模块3、控制模块4相连；蓄电池负责储存太阳能电池板1-9和太阳能电池块2-2所发出的电能，同时与太阳能电池板转动模块1、太阳监测模块2、风力风向监测模块3、控制模块4中所有需要消耗电能的部分和器件相连、供电。太阳能充放电控制器负责对太阳能电池板1-9和太阳能电池块2-2向蓄电池的充电过程以及蓄电池给太阳能电池板转动模块1、太阳监测模块2、风力风向监测模块3、控制模块4的供电过程进行控制。

整个装置的电连接为：控制模块4与步进电机驱动器1-5、同步器1-17、激光矫正器1-18、电压计量芯片和电阻计量芯片相连；蓄电模块5与步进电机1-4、步进电机驱动器1-5、同步器1-17、激光矫正器1-18、太阳能电池板1-9、太阳能电池块2-2、电压计量芯片、电阻计量芯片及控制模块4相连；步进电机驱动器1-5与步进电机1-4相连；电压计量芯片与每个太阳能电池块2-2相连；电阻计量芯片与每个力敏电阻3-2相连。

具体如下：在太阳能电池板转动模块1中，控制模块4分别与步进电机驱动器1-5、同步器1-17、激光矫正器1-18相连；步进电机驱动器1-5还与步进电机1-4相连，控制模块4通过向步进电机驱动器1-5发送相应信号以控制步进电机1-4旋转相应的圈数和角度；控制模块4通过向同步器1-17输送相应信号从而控制同步器1-17打开或者关闭；控制模块4通过向激光矫正器1-18发送启停信号从而控制激光矫正器1-18的工作状态，激光矫正器1-18开启后向控制模块4发送数据便于控制模块4控制设备矫正；蓄电模块5分别与太阳能电池板1-9、步进电机1-4、步进电机驱动器1-5、同步器1-17和激光矫正器1-18相连，太阳能电池板1-9向蓄电模块5输送电能，蓄电模块5向步进电机1-4、步进电机驱动器1-5、同步器1-17和激光矫正器1-18供电。在太阳监测模块2中，电压计量芯片与每块太阳能电池块2-2相连，通过监测和比较每块太阳能电池块2-2的电压从而确定电压较低太阳能电池块2-2的位置(编号)；电压计量芯片还与控制模块4相连，控制模块4通过接收电压计量芯片送出的数据从而判断当前太阳方位以及光照情况；蓄电模块5分别与太阳能电池块2-2和电压计量芯片相连，太阳能电池块2-2向蓄电模块5输送电能，蓄电模块5向电压计量芯片供电。在风力风向监测模块3中，电阻计量芯片与每个力敏电阻3-2相连，通过监测和比较每个力敏电阻3-2的阻值从而确定阻值较低力敏电阻3-2的位置(编号)；电阻计量芯片还与控制模块4相连，控制模块4通过接收电阻计量芯片送出的数据从而判断当前的风力和风向；蓄电模块5与电阻计量芯片相连，向电阻计量芯片供电。除此之外，蓄电模块5还与控制模块4的单片机及其附属电路相连，向其供电。

如图10所示，本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置工作流程为：当光伏发电系统开始工作时，风力风向监测模块3会监测当前风力和风速，微风情况下监测气球3-4带动中心杆3-3微微晃动，中心杆3-3不会压到风力风向监测架3-1第一级斜平台3-1-1上的力敏电阻3-2，电阻计量芯片不会向控制模块4输送数据；风速较低情况下监测气球3-4带动中心杆3-3顺着风向转动，中心杆3-3压到风力风向监测架3-1第一级斜平台3-1-1上的力敏电阻3-2，被压到的力敏电阻3-2的阻值会减小，一定程度时电阻计量芯片会采集被压到的力敏电阻3-2的位置编号以及其电阻值并向控制模块4输送数据，控制模块4采用模糊控制判断由风力风向监测模块3输送的数据并进行相应自我保护动作；风速较大情况下监测气球3-4带动中心杆3-3顺着风向转动，中心杆3-3压到风力风向监测架3-1第一级斜平台3-1-1上的力敏电阻3-2以及第二级斜平台3-1-2上的力敏电阻3-2，被压到的力敏电阻3-2的阻值会减小，此时若被压第一级斜平台上的力敏电阻3-2已经达到测量极限，风力足够大，中心杆3-3有一定韧性，会弯曲压到第二级斜平台3-1-2的力敏电阻3-2，被压到的第二级斜平台3-1-2上的力敏电阻3-2阻值会减小并向中心杆3-3提供一定支撑力保护中心杆3-3，这时电阻计量芯片采集到被压到的力敏电阻3-2的位置编号以及其电阻值并向控制模块4输送数据，控制模块4根据由风力风向监测模块3输送的数据通过模糊控制进行相应自我保护即转动合适角度。风速在一定范围时太阳监测模块2的太阳能电池块2-2监测当前环境中太阳光强是否达到能使太阳能电池板1-9正常发电的强度(若当前环境能正常发电，则电压计量芯片能采集到太阳能电池块2-2产生的达到一定阈值的电压，此外太阳能电池块2-2产生的电能也被送往蓄电模块5，若当前环境达不到要求，则电压计量芯片采集不到太阳能电池块2-2产生的达到一定阈值的电压或者电压计量芯片采集到未达到阈值电压的太阳能电池块2-2的位置成片相连)，环境能正常发电时，控制模块4中的单片机部分能读取到由太阳照射圆杆2-3所产生阴影的位置(电压计量芯片对所有太阳能电池块2-2产生的电压进行比较，阴影所在的位置即电压计量芯片采集的电压较低的太阳能电池块2-2位置)，从而按照模糊控制使太阳能电池板转动模块1转动到由控制模块4计算出的预定位置；环境不能正常发电时，控制模块4会判定当前环境不能发电，自动控制太阳能电池板转动模块1根据风力风向监测模块3的输送数据转动。如果使用环境风速过大，即使此时太阳能电池板1-9能在太阳照射下产生电能，太阳能电池板转动模块1也会只根据模糊控制转动到与风向平行以保护装置，防止装置损坏。风力风向监测模块3时刻监测风力和风向，若一开始风力很小，太阳能电池板转动模块1控制太阳能电池板1-9对准太阳，风力逐渐增大时，控制模块4通过控制太阳能电池板转动模块1的步进电机驱动器1-5使太阳能电池板1-9所在平面逐渐转向与风向平行；风力逐渐减小时，控制模块4通过控制太阳能电池板转动模块1的步进电机驱动器1-5使太阳能电池板1-9逐渐与阳光垂直。使用一段时间后，如果太阳能电池板1-9的转动位置与预设位置出现偏差，可以使用激光矫正器1-18进行矫正。太阳能电池板1-9及太阳能电池块2-2所产生的电能均被储存在蓄电模块5中，蓄电模块5还供给太阳能电池板转动模块1、太阳监测模块2、风力风向监测模块3及控制模块4正常运行所需的电能。

装置运行时涉及的软件或协议均为公知技术。

本实用新型光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，所用的元器件和零部件均是本技术领域的技术人员所熟知的，可以通过相应商店购买获得或自己容易制作的，所有元器件之间的连接方式、零部件的安装方式以及电源线路的接线方式也是本技术领域的技术人员所熟知的。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本申请权利要求保护的范围。

本实用新型未述及之处为公知技术。

Claims (6)

1.光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，其特征为该装置包括太阳能电池板转动模块、太阳监测模块、风力风向监测模块、控制模块和蓄电模块；

所述太阳能电池板转动模块固定在地面上；太阳监测模块和风力风向监测模块分别固定在比太阳能电池板平放时高的平台上；控制模块分别与太阳能电池板转动模块、太阳监测模块及风力风向监测模块相连；蓄电模块分别与太阳能电池板转动模块、太阳监测模块、风力风向监测模块、控制模块相连；

所述太阳能电池板转动模块包括支撑底座、支撑杆、齿轮变换连接器、步进电机、步进电机驱动器、空心蜗杆齿轮、太阳能电池板架、类球形万向头、太阳能电池板、齿轮架、方向齿轮、齿轮轴、滚轮、滚轮轴、链条和激光矫正器；支撑底座直接固定在地面上；支撑杆竖直地固定在支撑底座中央；齿轮变换连接器固定在支撑杆下部，步进电机的齿轮与齿轮变换连接器的齿轮相啮合；空心蜗杆齿轮套在支撑杆上，与齿轮变换连接器的齿轮啮合；太阳能电池板架通过类球形万向头安装在支撑杆的顶部；太阳能电池板固定在太阳能电池板架上；四个相同的齿轮架分别固定在支撑底座的四个方向上；每个齿轮架上有上下两排孔，每排孔呈水平设置，滚轮轴的两端安装在上排孔，齿轮轴的两端安装在下排孔；每个齿轮架上，方向齿轮固定在齿轮轴中间，方向齿轮与空心蜗杆齿轮的空心蜗杆部分相啮合；滚轮固定在滚轮轴中间；链条的一端固定在对应滚轮上，另一端固定在太阳能电池板架上；四个相同的激光矫正器固定在太阳能电池板架的四个角上；

所述太阳能电池板转动模块的每个齿轮架一侧的内部还包括皮带和同步器；其中，皮带分别与齿轮轴的齿轮部分和滚轮轴的齿轮部分相啮合；同步器设在滚轮轴上，位于皮带和滚轮之间；

所述的齿轮变换连接器的固定片的一端套入支撑杆，固定片的另一端安装有转轴，大齿轮安装在转轴上方，小齿轮安装在转轴下方；步进电机固定在支撑杆旁，且其转轴上的电机齿轮与齿轮变换连接器的小齿轮相啮合；步进电机驱动器固定在步进电机下方；

所述的空心蜗杆齿轮包括一体的空心蜗杆部分和空心齿轮部分；空心蜗杆部分位于空心齿轮部分之上，整体套在支撑杆上；齿轮变换连接器的大齿轮与空心齿轮部分啮合，空心蜗杆部分与方向齿轮啮合。

2.如权利要求1所述的光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，其特征为所述太阳监测模块包括太阳监测盘、太阳能电池块、圆杆和电压计量芯片；太阳能电池块安装放置在太阳监测盘内；圆杆竖直地固定在太阳监测盘中央；电压计量芯片固定在太阳监测盘内。

3.如权利要求1所述的光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，其特征为所述风力风向监测模块主要包括风力风向监测架、力敏电阻、中心杆、监测气球、保护罩和电阻计量芯片；风力风向监测架为两级结构，第一级斜平台在下，第二级斜平台在上；力敏电阻固定在风力风向监测架的两级斜平台位置；中心杆固定在风力风向监测架的底部中心，监测气球连接在中心杆的顶端；电阻计量芯片固定在风力风向监测架内。

4.如权利要求1所述的光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，其特征为所述控制模块包括单片机。

5.如权利要求1所述的光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，其特征为所述蓄电模块包括太阳能充放电控制器和蓄电池；太阳能充放电控制器与蓄电池相连。

6.如权利要求1所述的光伏发电系统输出功率最大点自动跟踪装置，其特征为所述的连接关系还包括：控制模块分别与步进电机驱动器、同步器、激光矫正器、电压计量芯片、电阻计量芯片相连；蓄电模块分别与步进电机、步进电机驱动器、同步器、激光矫正器、太阳能电池板、太阳能电池块、电压计量芯片、电阻计量芯片、控制模块相连；步进电机驱动器与步进电机相连；电压计量芯片与每个太阳能电池块相连；电阻计量芯片与每个力敏电阻相连。