CN206807384U - 能折叠仿生向日葵的太阳能发电集成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光伏发电技术，旨在提供一种能折叠仿生向日葵的太阳能发电集成装置。该装置包括通过电缆连接的若干片太阳能电池板、充放电控制器和储能系统；所述若干片太阳能电池板均呈扇形且具有相同的外形尺寸；该装置还包括用于支撑的底座，以及双轴跟随系统、太阳能电池板展开机构和偏角检测单元。该装置可实时追踪太阳，做到始终保证电池片与太阳光垂直，能大幅提高太阳能的利用率和充分发挥组件的发电能力。具有集成化和一体化的设计，安装简便、安全性好，寿命长；独特的外形设计使得该装置兼具装饰、观赏、实用等于一身，适合民用推广。

Description

能折叠仿生向日葵的太阳能发电集成装置

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术，特别是涉及一种能折叠仿生向日葵的太阳能发电集成装置。

背景技术

太阳能作为一种用之不竭、清洁环保的新兴能源，来越来越受全球市场青睐。如何提高太阳能电池组件的发电效率和民用化推广是目前亟待解决的难题。

目前民用的太阳能发电装置其电池板大多采用固定倾角的方式安装，由于太阳的位置会随着春夏秋冬和每天早晚时间的不同而不断变化，因此光伏组件在一年或一天中的最佳采光时间(太阳光和光伏组件垂直时)是很短的，这就导致光能没有被充分利用，组件的发电能力大打折扣。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种能折叠仿生向日葵的太阳能发电集成本装置。

为解决技术问题，本实用新型是通过以下技术方案得以解决的：

提供一种能折叠仿生向日葵的太阳能发电集成装置，包括通过电缆连接的若干片太阳能电池板、充放电控制器和储能系统；所述若干片太阳能电池板均呈扇形且具有相同的外形尺寸；该装置还包括用于支撑的底座，以及双轴跟随系统、太阳能电池板展开机构和偏角检测单元；其中，

太阳能电池板展开机构包括第一伺服电机、减速器和转轴；转轴的一端通过减速器固定接至第一伺服电机的轴端，转轴的另一端活动连接至偏角检测单元的背面；偏角检测单元为板式结构，在其外表面上设有两组呈十字垂直交叉布置的光敏元件，其中一组光敏元件位于水平方向；各组中的光敏元件分别以偏角检测单元与转轴的连接位置为对称中心；位于远离第一伺服电机的最外侧一片太阳能电池板与偏角检测单元之间为固定连接，且该片太阳能电池板始终垂直向下，其余太阳能电池板均与转轴之间为活动连接；转轴与各太阳能电池板之间的位置变化关系为：当转轴处于初始状态时，各太阳能电池板均沿转轴方向顺序排列悬吊在转轴上；当转轴旋转一周后，最外侧太阳能电池板和偏角检测单元始终保持不动，其余各太阳能电池板均通过各自的底端依次呈螺旋状排列卡装在转轴上；

所述双轴跟随系统包括水平转动驱动单元和竖直转动驱动单元；水平转动驱动单元包括第二伺服电机、减速器和连接件，第二伺服电机的轴通过减速器和连接件连接至第一伺服电机，第二伺服电机能带动太阳能电池板展开机构、太阳能电池板及偏角检测单元做横向位移；竖直转动驱动单元包括第三伺服电机、减速器和一对啮合齿轮，所述第二伺服电机通过连接件固定接至其中一个啮合齿轮的轴，另一个啮合齿轮的轴通过减速器接至第三伺服电机的轴；第三伺服电机还通过连接件固定接至底座的顶端，第三伺服电机能带动竖直转动驱动单元和太阳能电池板展开机构、太阳能电池板及偏角检测单元做竖向位移；

所述各光敏元件及各伺服电机均通过电缆接至发电装置控制器。

作为一种改进，底座为中空结构，所述储能系统放置在底座的空腔中；储能系统通过电缆和逆变器接至公用电网。

作为一种改进，所述竖直转动驱动单元中，用于固定连接第二伺服电机和第三伺服电机的两个连接件之间，是通过铰链活动连接的。

作为一种改进，所述太阳能电池板展开机构中，在转轴上以呈螺旋状排列的方式依次设置若干个卡扣部件，当转轴在不同方向转动时能够通过卡扣部件实现对太阳能电池板相对位置的锁定或解锁，使太阳能电池板呈展开或收回状态。

作为一种改进，所述光敏元件是光敏电阻、光敏二极管或光敏三极管。

作为一种改进，所述充放电控制器和发电装置控制器还分别通过电缆接至上位机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、该装置可实时追踪太阳，做到始终保证电池片与太阳光垂直，能大幅提高太阳能的利用率和充分发挥组件的发电能力。

2、该装置具有集成化和一体化的设计，安装简便、安全性好，寿命长；

3、该装置的独特的外形设计使得该装置兼具装饰、观赏、实用等于一身，适合民用推广。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为太阳能电池板收回时的状态。

图3为双轴跟随系统结构示意图。

图4为竖直转动驱动单元结构示意图。

图5为水平转动驱动单元结构示意图。

图6为偏角检测单元结构示意图。

图7为采光系统结构示意图。

图中的附图标记：A、底座；B、储能系统；C、双轴跟随系统；D、太阳能电池板；C1、竖直转动驱动单元；C2、水平转动驱动单元；C3、偏角检测单元；C1-1、第三伺服电机；C1-2、减速器；C1-3、啮合齿轮；C2-1、第二伺服电机；C2-2、减速器；C3-V1竖直光敏电阻；C3-V2、竖直光敏电阻；C3-H1、水平光敏电阻；C3-H2水平光敏电阻；D1、第一伺服电机；D2、减速器；D3转轴；D4、扇形太阳能电池板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本实用新型所述能折叠仿生向日葵的太阳能发电集成装置，包括通过电缆连接的太阳能电池板D(由若干片均呈扇形且具有相同的外形尺寸的太阳能电池板D4组成)、充放电控制器和储能系统B；该装置还包括用于支撑的底座A，以及双轴跟随系统C、太阳能电池板展开机构和偏角检测单元C3；其中，底座A为中空结构，储能系统B放置在底座A的空腔中；储能系统B通过电缆和逆变器接至公用电网。

太阳能电池板展开机构包括第一伺服电机D1、减速器D2和转轴D3，转轴D3的一端通过减速器D2固定接至第一伺服电机D1的轴端，转轴D3的另一端活动连接至偏角检测单元C3的背面；偏角检测单元C3为板式结构，在其外表面上设有两组呈十字垂直交叉布置的光敏元件(本实施例中采用光敏电阻)，其中一组光敏电阻(水平光敏电阻C3-H1和水平光敏电阻C3-H2)位于水平方向，另一组光敏电阻(竖直光敏电阻C3-V1和竖直光敏电阻C3-H1)位于垂直方向；各组中的光敏电阻分别以偏角检测单元C3与转轴D3的连接位置为对称中心。

位于远离第一伺服电机D1的最外侧一片扇形太阳能电池板D4的端部与偏角检测单元C3之间为固定连接，且该片扇形太阳能电池板D4始终垂直向下，其余扇形太阳能电池板D4均与转轴D3之间为活动连接；转轴D3与各扇形太阳能电池板D4之间的位置变化关系为：当转轴D3处于初始状态时，各扇形太阳能电池板D4均沿转轴D3方向顺序排列悬吊在转轴D3上；当转轴D3旋转一周后，最外侧扇形太阳能电池板D4和偏角检测单元C3始终保持不动，其余各扇形太阳能电池板D4均通过各自的底端依次呈螺旋状排列卡装在转轴D3上；其实现方式是，在转轴D3上以呈螺旋状排列的方式依次设置若干个卡扣部件，当转轴D3在不同方向转动时能够通过卡扣部件实现对各扇形太阳能电池板D4的相对位置的锁定或解锁，从而使太阳能电池板D呈展开或收回状态。由于转轴D3的端部与偏角检测单元C3的背面是活动连接的，因此偏角检测单元C3与最外侧扇形太阳能电池板D4是始终保持不动的。

双轴跟随系统C包括水平转动驱动单元C2和竖直转动驱动单元C1；水平转动驱动单元C2包括第二伺服电机C2-1、减速器C2-2和连接件，第二伺服电机C2-1的轴通过减速器C2-2和连接件连接至第一伺服电机D1，第二伺服电机C2-1能带动太阳能电池板展开机构、太阳能电池板D及偏角检测单元C3做横向位移；竖直转动驱动单元C1包括第三伺服电机C1-1、减速器C1-2和一对啮合齿轮C1-3，所述第二伺服电机C2-1通过连接件固定接至C1-3其中一个啮合齿轮的轴，C1-3的另一个啮合齿轮的轴通过减速器C1-2接至第三伺服电机C1-1的轴。

第三伺服电机C1-1还通过连接件固定接至底座A的顶端，第三伺服电机C1-1能带动竖直转动驱动单元C1和太阳能电池板展开机构、太阳能电池板D及偏角检测单元C3做竖向位移；

各光敏电阻及各伺服电机均通过电缆接至发电装置控制器，所述充放电控制器和发电装置控制器还分别通过电缆接至上位机。这样，可以由管理人员通过上位计算机对各太阳能发电集成装置的运行状况进行监控和管理。该装置还可以包括通过电缆接至发电装置控制器的光敏传感器，当太阳落山或天气状况恶劣时，光敏传感器检测的光信息号变弱，发电装置控制器发出停止发电的控制信号。

本实用新型中，太阳能电池板D、充放电控制器和储能系统B的实现方案可采用现有技术，本发明不再赘述。发电装置控制器用于实现下述功能：1、根据光敏传感器接受到的信号变化，向第一伺服电机D1发出控制信号，控制太阳能电池板D的张开与收合动作；2、根据光敏电阻接受到的信号变化，控制第一伺服电机D1和第二伺服电机C2-1的通电开关，调节太阳能电池板D的方向，使之始终保持垂直于太阳光线的方向。发电装置控制器可采用单片机或其它类似控制芯片，其实现方案属于本领域技术人员熟练掌握的技能，本实用新型不再赘述。

本实用新型中的发电集成装置，双轴跟随系统C可保证太阳能电池板D始终垂直于太阳光，最大化太阳光利用率；储能系统B的作用是在太阳能发电量过剩时将电能存储起来，需要时再进行放电利用。底座A可选择呈锥形的空心结构，不仅用于支撑整个的机械运动和发电部件，在其中空腔室内配备有储能系统B。整个装置由固定座A通过螺栓固定在地面上，安装方便。双轴跟随系统C中，水平转动驱动单元C2可使太阳能电池板D进行水平方向转动；所述的竖直转动驱动单元C1可使太阳能电池板D进行竖直方向的转动；偏角检测单元C3用于检测太阳能电池板D4和太阳光之间的偏角。

本文所述的水平转动驱动单元C2和竖直转动驱动单元C1实现方式不局限于本文中所述的伺服电机驱动方式，也可为直线驱动单元，例如直线电缸。因此其他的可实现该功能的实现方式均在本实用新型的保护范围内。本实用新型中水平转动驱动单元C2可驱动采光系统完成240°范围的转动，竖直转动驱动单元C1可驱动采光系统完成150°范围的转动。

偏角检测单元C3中的两组光敏电阻分别检测水平和竖直两个方向的太阳光强偏差，将信号传给发电装置控制器，由其控制水平和竖直转动的运动，调整太阳能电池板角度使其垂直于太阳光。当太阳光与太阳能电池板D不垂直时，水平(竖直)方向的两个光敏电阻的阻值因接受到的光强不同而不同，发电装置控制器根据两个光敏电阻阻值的差值判断太阳能电池板D的转动方向，使得太阳能电池板D与太阳光处于垂直状态。本实用新型不局限于所述的光敏电阻，也可通过其他方式实现，例如光敏二极管、光敏三极管等。

在本实施例中，扇形太阳能电池板D4共有12块，可绕转轴D3转动，展开时组合形成圆形，收回时12块扇形太阳能电池板D4垂直向下完全重叠。扇形太阳能电池板D4采用1/5的电池片的叠片组件，发电效率更高。本文所述的太阳能电池板的数量是任意的N个；太阳能电池板D可使用叠片式组件，也可以采用传统的串焊式组件；叠片式太阳能组件也可采用其他划分方式的电池片，例如1/2、1/6电池片。

当发电充足可满足家用时，充放电控制器将对储能系统B进行充电，以储存多余的电能；当发电量不足以满足家用时，充放电控制器将储能系统B作为供电源进行放电；特殊的，当放电让不能满足家用时，充放电控制器将会接入公用电网进行供电，保证家庭供电正常。

通过电缆接至灯具控制芯片的光敏传感器可作为安全防护系统，在恶劣天气状况时使太阳能电池板D收回，保护其不被损坏。在其中一个实施例中，安全防护系统可以加装实时监测风速设备，当风速大于该装置的安全允许范围时，将会强制关闭太阳能组件；该系统还设置有人工操作按钮，用于在特殊的情况下人为关闭太阳能组件，以防受损破坏。

本实用新型的工作过程是：

在早上太阳升起时，整个装置处于初始状态，最外侧的扇形太阳能电池板D4受光产生电能(或者直接从储能系统B获取电能启动装置)，然后太阳能电池板展开机构工作，将扇形太阳能电池板D4完全展开；

偏角检测单元C3的水平(竖直)方向的两组光敏电阻的阻值因接受到的光强不同而不同，发电装置控制器根据光敏电阻阻值的差值判断太阳能电池板D的转动方向，然后分别向双轴跟随系统C的伺服电机发出指令，通过减速器调整太阳能电池板D在水平和竖直两个方向的方位，使得太阳能电池板D与太阳光处于垂直状态。

随着太阳在一天中位置的不断变化，偏角检测单元C3实时检测太阳能电池板D和太阳光之间的偏角信息，并将偏角信息传递给双轴跟随系统C，再由双轴跟随系统C调整太阳能电池板D方位，做到始终保证太阳能电池板D和太阳光的垂直。

在晚上太阳落山后，太阳能电池板D接受不到太阳光，无法产生电能。此时太阳能电池板展开机构工作，将12块扇形太阳电池板D4收回，整个装置回到初始位置，进入下一日的循环。

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，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所述的这些实施例，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 (7)

1.一种能折叠仿生向日葵的太阳能发电集成装置，包括通过电缆连接的若干片太阳能电池板、充放电控制器和储能系统；其特征在于，所述若干片太阳能电池板均呈扇形且具有相同的外形尺寸；该装置还包括用于支撑的底座，以及双轴跟随系统、太阳能电池板展开机构和偏角检测单元；其中，

太阳能电池板展开机构包括第一伺服电机、减速器和转轴；转轴的一端通过减速器固定接至第一伺服电机的轴端，转轴的另一端活动连接至偏角检测单元的背面；偏角检测单元为板式结构，在其外表面上设有两组呈十字垂直交叉布置的光敏元件，其中一组光敏元件位于水平方向；各组中的光敏元件分别以偏角检测单元与转轴的连接位置为对称中心；位于远离第一伺服电机的最外侧一片太阳能电池板与偏角检测单元之间为固定连接，且该片太阳能电池板始终垂直向下，其余太阳能电池板均与转轴之间为活动连接；转轴与各太阳能电池板之间的位置变化关系为：当转轴处于初始状态时，各太阳能电池板均沿转轴方向顺序排列悬吊在转轴上；当转轴旋转一周后，最外侧太阳能电池板和偏角检测单元始终保持不动，其余各太阳能电池板均通过各自的底端依次呈螺旋状排列卡装在转轴上；

所述双轴跟随系统包括水平转动驱动单元和竖直转动驱动单元；水平转动驱动单元包括第二伺服电机、减速器和连接件，第二伺服电机的轴通过减速器和连接件连接至第一伺服电机，第二伺服电机能带动太阳能电池板展开机构、太阳能电池板及偏角检测单元做横向位移；竖直转动驱动单元包括第三伺服电机、减速器和一对啮合齿轮，所述第二伺服电机通过连接件固定接至其中一个啮合齿轮的轴，另一个啮合齿轮的轴通过减速器接至第三伺服电机的轴；第三伺服电机还通过连接件固定接至底座的顶端，第三伺服电机能带动竖直转动驱动单元和太阳能电池板展开机构、太阳能电池板及偏角检测单元做竖向位移；

所述各光敏元件及各伺服电机均通过电缆接至发电装置控制器。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，底座为中空结构，所述储能系统放置在底座的空腔中；储能系统通过电缆和逆变器接至公用电网。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述竖直转动驱动单元中，用于固定连接第二伺服电机和第三伺服电机的两个连接件之间，是通过铰链活动连接的。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述太阳能电池板展开机构中，在转轴上以呈螺旋状排列的方式依次设置若干个卡扣部件，当转轴在不同方向转动时能够通过卡扣部件实现对太阳能电池板相对位置的锁定或解锁，使太阳能电池板呈展开或收回状态。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括通过电缆接至灯具控制芯片的光敏传感器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光敏元件是光敏电阻、光敏二极管或光敏三极管。

7.根据权利要求1至6任意一项中所述的装置，其特征在于，所述充放电控制器和发电装置控制器还分别通过电缆接至上位机。