CN208224853U - 一种太阳能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能装置，涉及太阳能发电技术领域，该装置包括太阳能电池板、太阳方位跟踪装置、太阳高度跟踪装置和固定支架，太阳方位跟踪装置通过旋转轴承安装在所述固定支架上、能够基于太阳的方位角通过整体旋转调整太阳能电池板的倾斜角度，太阳高度跟踪装置固定在所述太阳方位跟踪装置上、能够基于太阳的高度角调整太阳能电池板的俯仰角度。本实用新型提供的太阳能装置能够高精度的跟踪太阳方位，同时，采用模块化的传动结构，便于太阳能电池板的扩充，即使在太阳能电池板数量较多的情况下，仍然能够只使用2台电机实现各个太阳能电池板高度一致性的运动，实现最大的太阳能利用效率。

Description

一种太阳能装置

技术领域

本实用新型属于无线太阳能发电技术领域，尤其涉及一种太阳能装置。

背景技术

光伏发电系统主要功能是将太阳能辐射能转换成电能。太阳跟踪装置是提高光伏发电系统效能的太阳光强方位跟踪部件，作用是使太阳能光伏电池板始终垂直向阳，让太阳能电池板获取最大的太阳辐射能。光伏发电系统采用向阳跟踪装置能提供更多的电能，然而目前我国只有少数光伏发电系统采用了向阳跟踪装置，以实施的装置存在结构复杂、实施困难，跟踪精度不高等缺点，以至于还不能普遍采用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种太阳能装置，该装置能够高精度的跟踪太阳方位，采用模块化的传动结构，便于太阳能电池板的扩充，即使在太阳能电池板数量较多的情况下，仍然能够只使用2台电机实现各个太阳能电池板高度一致性的运动，实现最大的太阳能利用效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太阳能装置，包括太阳能电池板、太阳方位跟踪装置、太阳高度跟踪装置和固定支架，其中：太阳方位跟踪装置通过旋转轴承安装在固定支架上，太阳方位跟踪装置基于太阳光的方位角，通过整体旋转调整太阳能电池板的倾斜角度，其中：所述太阳方位跟踪装置包括方位转轴、方位转动齿轮、方位传动齿轮、方位电机，方位转动齿轮与方位转轴同心固连、方位传动齿轮与方位转动齿轮啮合传动，方位电机对方位传动齿轮进行驱动；太阳高度跟踪装置固定在太阳方位跟踪装置上，基于太阳的高度角调整太阳能电池板的俯仰角度，其中：太阳高度跟踪装置包括连接太阳能电池板的高度转轴、轴承支架、高度转动涡轮、高度转动蜗杆、高度转动齿轮、高度传动齿轮、高度电机，轴承支架用于支撑高度转轴，高度转动涡轮与高度转轴同心固连，高度转动蜗杆与高度转动涡轮啮合传动，高度转动齿轮与高度转动蜗杆同心固连，高度传动齿轮与高度转动齿轮啮合传动，高度电机对高度传动齿轮进行驱动；方位转轴的中心设置有传动腔，高度转动蜗杆和高度转动齿轮均设置在传动腔内，方位转轴的一侧开设用于外露高度转动涡轮的涡轮开口，方位转轴的另一侧开设用于高度转动齿轮的传动开口。

按上述技术方案，还包括用于控制方位电机、高度电机工作的控制箱，控制箱包括外接天线、四象限光电探测器、第一驱动器、第二驱动器、控制器、以及与控制器连接的GPS模块和电压调理电路，其中：

外接天线连接GPS模块的输入端，GPS模块的输出端连接所述控制器的串口；

四象限光电探测器连接电压调理电路的输入端，电压调理电路的输出端连接控制器的ADC端口；

控制器通过DAC端口连接电压调理电路、控制增益放大器的放大倍数；

控制器的IO端口通过驱动电路分别连接第一驱动器和第二驱动器的输入端，第一驱动器的输出端连接方位电机，第二驱动器的输出端连接高度电机。

按上述技术方案，所述四象限光电探测器安装在太阳能电池板上、且包括圆柱壳体和用于安装圆柱壳体的底板，圆柱壳体的顶部设置有透光孔，所述底板正对透光孔的区域安装有1个中心四象限光电池和4个普通光电池，所述4个普通光电池对称围绕所述中心四象限光电池排列，所述中心四象限光电池和普通光电池的输入信号分别连接所述电压调理电路。

按上述技术方案，太阳高度跟踪装置还包括联轴器、支撑轴承和防尘盖，所述联轴器用于固定连接两个相邻的太阳高度跟踪装置，支撑轴承用于安装高度转动蜗杆，防尘盖的两侧开设有U型槽，通过U型槽将防尘盖扣设在太阳高度跟踪装置的上侧。

按上述技术方案，方位转轴的两端分别设有连接法兰，所述连接法兰用于固定连接两个相邻的太阳方位跟踪装置。

按上述技术方案，四象限光电探测器的底板与太阳能电池板之间通过多个螺栓、高度调节弹簧连接，所述螺栓依次穿过底板、高度调节弹簧和太阳能电池板。

按上述技术方案，还包括与控制器连接的位置传感器，所述位置传感器包括圆形薄片永磁体和磁传感器，圆形薄片永磁体贴设在方位电机、高度电机的转轴上，磁传感器安装在与圆形薄片永磁体相距4-5cm的位置，磁传感器通过差分编码接口连接控制器。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型装置能够高精度的跟踪太阳方位，采用模块化的传动结构，便于太阳能电池板的扩充，即使在太阳能电池板数量较多的情况下，仍然能够只使用2台电机实现各个太阳能电池板高度一致性的运动，实现最大的太阳能利用效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型一种太阳能装置的俯视结构示意图；

图2为本实用新型一种太阳能装置的主视结构示意图；

图3为本实用新型一种太阳能装置的太阳方位跟踪装置运行示意图；

图4为本实用新型一种太阳能装置的太阳高度跟踪装置结构示意图；

图5为本实用新型一种太阳能装置的连接法兰安装结构示意图；

图6本实用新型一种太阳能装置的方位转轴的顶部结构示意图；

图7本实用新型一种太阳能装置的方位转轴的底部结构示意图；

图8本实用新型一种太阳能装置的联轴器安装结构示意图；

图9本实用新型一种太阳能装置的轴承底座结构示意图；

图10为本实用新型一种太阳能装置的防尘盖结构示意图；

图11为本实用新型一种太阳能装置的控制箱安装结构示意图；

图12为本实用新型一种太阳能装置的控制电路结构示意图；

图13为本实用新型一种太阳能装置的光电探测器安装位置示意图；

图14为本实用新型一种太阳能装置的光电探测器结构示意图；

图15为本实用新型一种太阳能装置的光电探测器透光孔结构示意图；

图16为本实用新型一种太阳能装置的光电探测器内部结构示意图；

图中：1-太阳能电池板、2-太阳方位跟踪装置、201-方位转轴、202-方位转动齿轮、203-方位传动齿轮、204-方位电机、205-连接法兰、206-涡轮开口、207-传动开口、3-太阳高度跟踪装置、301-高度转轴、302-轴承支架、303-高度转动涡轮、304-高度传动齿轮、305-高度电机、306-高度转动齿轮、307-高度转动蜗杆、308-联轴器、309-支撑轴承、310-防尘盖、311-凹槽、4-固定支架、5-控制箱、6-四象限光电探测器、601-圆柱壳体、602-透光孔、603-底板、604-普通光电池、605-中心四象限光电池、606-连接螺栓、607-高度调节弹簧。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例中，图1、2所示一种太阳能装置，包括太阳能电池板1、太阳方位跟踪装置2、太阳高度跟踪装置3和固定支架4，其中：太阳方位跟踪装置2通过旋转轴承安装在所述固定支架4上、基于太阳光的方位角通过整体旋转调整太阳能电池板1的倾斜角度，其中：所述太阳方位跟踪装置2包括方位转轴201、与方位转轴201同心固连的方位转动齿轮202、与方位转动齿轮202啮合传动的方位传动齿轮203、以及驱动方位传动齿轮203的方位电机204。

具体的，方位电机204的正、反转分别依次带动方位传动齿轮203、方位转动齿轮202转动，由于方位转动齿轮202转动套设在方位转轴201上，因此方位转轴201也被带动旋转，以改变太阳能电池板1整体的倾斜角度，用于跟踪太阳光的方位，针对太阳的东升西落只需要控制方位电机204就可以实现该太阳能装置的有效跟踪。

太阳高度跟踪装置3固定在太阳方位跟踪装置2上，基于太阳的高度角调整太阳能电池板1的俯仰角度，其中：太阳高度跟踪装置3包括连接太阳能电池板1的高度转轴301、用于支撑高度转轴301的轴承支架302、与高度转轴301同心固连的高度转动涡轮303、与高度转动涡轮303啮合传动的高度转动蜗杆307、与高度转动蜗杆307同心固连的高度转动齿轮306、与高度转动齿轮306啮合传动的高度传动齿轮304、以及驱动高度传动齿轮304的高度电机301。

具体的，高度电机301的正、反转分别依次带动高度传动齿轮304、高度转动齿轮306、高度转动蜗杆307、高度转动涡轮303和高度转轴301，以改变太阳能电池板1整体的俯仰角度，用于跟踪太阳的高度，如图3所示。针对一年四季中每天不同的太阳高度只需要控制高度电机301就可以实现该太阳能装置的有效跟踪。

实际工作时，方位电机204和高度电机301可以选择步进电机、带有减速装置的交流电机、带有减速装置的直流电机、伺服电机等。

如图4所示，所述方位转轴201的中心设置有传动腔，所述高度转动蜗杆307和高度转动齿轮306均设置在所述传动腔内，该传动腔还可以用于安放电线，以解决装置的布线问题；所述方位转轴201的一侧开设有用于外露高度转动涡轮303的涡轮开口206，具体如图6所示；所述方位转轴201的另一侧开设有用于高度转动齿轮306的传动开口207，具体如图7所示。

需要说明的是，为了便于扩展太阳高度跟踪装置3，太阳方位跟踪装置2中的方位转轴201两端设置有连接法兰205，所述连接法兰205用于固定连接两个相邻的太阳方位跟踪装置2，如图8所示。其中，所述太阳高度跟踪装置3还包括联轴器308、支撑轴承309和防尘盖310，所述联轴器308用于固定连接两个相邻的太阳高度跟踪装置3，所述支撑轴承309用于安装高度转动蜗杆307，支撑轴承309如图9所示；所述防尘盖310的两侧开设有U型槽，通过U型槽防尘盖310扣设在太阳高度跟踪装置3的上侧，U型槽如图10所示。图5为本实用新型实施例中太阳能装置的连接法兰安装结构示意图。

为了控制方位电机204、高度电机301工作，该装置还设置有控制箱5，如图11所示，在本实施例中控制箱5设置在装置的底部。所述控制箱5包括外接天线、四象限光电探测器6、第一驱动器、第二驱动器、控制器、以及与所述控制分别连接的GPS模块和电压调理电路，如图12所示，其中：

所述外接天线连接GPS模块的输入端，所述GPS模块的输出端连接所述控制器的串口；

具体的，GPS模块通过USART3发送给控制器,控制器获取当前位置经纬度、当前时间，然后通过视日轨道追踪法计算出当前太阳高度角和方位角，并计算出脉冲数、分析电机转动方向和使能信号，最后通过上述六个IO口控制电机运行状态。本实施例中，GPS模块选择ATK-NEO-6M模块。

所述四象限光电探测器6连接电压调理电路的输入端，所述电压调理电路的输出端连接控制器的ADC端口；

具体的，控制器通过ADC接收四象限光电探测器6反馈的电压值，并通过DAC控制增益放大器的放大倍数，然后计算太阳偏差角度，实现系统精调。

所述控制器通过DAC端口连接电压调理电路、控制增益放大器的放大倍数，本实施例中控制器为STM32F407ZGT6。

所述控制器的IO端口通过驱动电路分别连接第一驱动器和第二驱动器的输入端，所述第一驱动器的输出端连接方位电机204，所述第二驱动器的输出端连接高度电机301。

具体的，控制器通过PC2～PC7六个引脚分别产生两组PUL、DIR、EN控制信号给由达灵顿管ULN2803组成的驱动电路。

具体的，电压调理电路包括AD600控制器，四象限光电探测器6引脚电流信号经过AD600控制器增益放大器后转化为对应的电压，输送至控制器。

如图13所示，所述四象限光电探测器6安装在太阳能电池板1上，能够与太阳能电池板1的角度保持一致。

如图14、15、16所示，四象限光电探测器6包括圆柱壳体601和用于安装圆柱壳体601的底板603，所述圆柱壳体601的顶部设置有透光孔602，所述底板603正对透光孔602的区域安装有1个中心四象限光电池605和4个普通光电池604，所述4个普通光电池604对称围绕所述中心四象限光电池605排列，所述中心四象限光电池605和普通光电池604的输入信号分别连接所述电压调理电路。

具体的，针对本太阳能装置设计了光筒式结构的四象限光电探测器6。为防止杂光干扰，圆柱壳体601的底部完全贴紧底板603，仅在一条边的边缘开了两个高为2mm的孔用于电路的接线，外壳表面经过涂料处理，消除了镜面反射。

具体的，所述四象限光电探测器6的底板603与太阳能电池板1之间通过多个螺栓606、高度调节弹簧连接607，所述螺栓606依次穿过底板603、高度调节弹簧和太阳能电池板1。

具体的，螺栓606和高度调节弹簧组成2维微调机构，可以通过上述机构调节传感器与固定板之间的角度关系，从而确保了传感器的光轴与菲涅尔透镜光轴平行，同时也保证了系统跟踪的精确性。该四象限光电探测器6可以达到较高的精度。

为了进一步提高控制精度，该装置还设计了与所述控制器连接的位置传感器，所述位置传感器包括圆形薄片永磁体和磁传感器，所述圆形薄片永磁体贴设在方位电机204、高度电机301的转轴上，所述磁传感器安装在与圆形薄片永磁体相距4-5cm的位置，所述磁传感器通过差分编码接口连接控制器。

具体的，与传统光电传感器相比该位置传感器的体积更加紧凑，位置信息更加精确，每圈可精细到1600个细分角度，无论低速还是高速运行都不会丢失位置信息，并且接口通用简单，易于实现。

实际检测过程中，将圆形薄片永磁体固定于步进电机的转轴，利用磁传感器检测永磁铁磁力线方向的方法来确定电机转轴的精确位置，永磁铁会产生垂直于电机转轴的磁力线，方向从N到S，传感器利用霍尔效应分别在X，Y轴上检测对应的磁场大小并进行相应的补偿后计算出精确的角度信息再通过数字的方式将位置信息传递给控制器，控制器根据当前的位置以及目标位置或者根据当前的速度以及目标速度结合控制算法给出电机的控制信号完成闭环控制。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种太阳能装置，其特征在于，包括太阳能电池板、太阳方位跟踪装置、太阳高度跟踪装置和固定支架，其中：太阳方位跟踪装置通过旋转轴承安装在固定支架上，太阳方位跟踪装置基于太阳光的方位角，通过整体旋转调整太阳能电池板的倾斜角度，其中：所述太阳方位跟踪装置包括方位转轴、方位转动齿轮、方位传动齿轮、方位电机，方位转动齿轮与方位转轴同心固连、方位传动齿轮与方位转动齿轮啮合传动，方位电机对方位传动齿轮进行驱动；

太阳高度跟踪装置固定在太阳方位跟踪装置上，基于太阳的高度角调整太阳能电池板的俯仰角度，其中：太阳高度跟踪装置包括连接太阳能电池板的高度转轴、轴承支架、高度转动涡轮、高度转动蜗杆、高度转动齿轮、高度传动齿轮、高度电机，轴承支架用于支撑高度转轴，高度转动涡轮与高度转轴同心固连，高度转动蜗杆与高度转动涡轮啮合传动，高度转动齿轮与高度转动蜗杆同心固连，高度传动齿轮与高度转动齿轮啮合传动，高度电机对高度传动齿轮进行驱动；

方位转轴的中心设置有传动腔，高度转动蜗杆和高度转动齿轮均设置在传动腔内，方位转轴的一侧开设用于外露高度转动涡轮的涡轮开口，方位转轴的另一侧开设用于高度转动齿轮的传动开口。

2.根据权利要求1所述的太阳能装置，其特征在于，还包括用于控制方位电机、高度电机工作的控制箱，控制箱包括外接天线、四象限光电探测器、第一驱动器、第二驱动器、控制器、以及与控制器连接的GPS模块和电压调理电路，其中：

外接天线连接GPS模块的输入端，GPS模块的输出端连接所述控制器的串口；

四象限光电探测器连接电压调理电路的输入端，电压调理电路的输出端连接控制器的ADC端口；

控制器通过DAC端口连接电压调理电路、控制增益放大器的放大倍数；

控制器的IO端口通过驱动电路分别连接第一驱动器和第二驱动器的输入端，第一驱动器的输出端连接方位电机，第二驱动器的输出端连接高度电机。

3.根据权利要求2所述的太阳能装置，其特征在于，所述四象限光电探测器安装在太阳能电池板上、且包括圆柱壳体和用于安装圆柱壳体的底板，圆柱壳体的顶部设置有透光孔，所述底板正对透光孔的区域安装有1个中心四象限光电池和4个普通光电池，所述4个普通光电池对称围绕所述中心四象限光电池排列，所述中心四象限光电池和普通光电池的输入信号分别连接所述电压调理电路。

4.根据权利要求1或2所述的太阳能装置，其特征在于，太阳高度跟踪装置还包括联轴器、支撑轴承和防尘盖，所述联轴器用于固定连接两个相邻的太阳高度跟踪装置，支撑轴承用于安装高度转动蜗杆，防尘盖的两侧开设有U型槽，通过U型槽将防尘盖扣设在太阳高度跟踪装置的上侧。

5.根据权利要求1或2所述的太阳能装置，其特征在于，方位转轴的两端分别设有连接法兰，所述连接法兰用于固定连接两个相邻的太阳方位跟踪装置。

6.根据权利要求2或3所述的太阳能装置，其特征在于，四象限光电探测器的底板与太阳能电池板之间通过多个螺栓、高度调节弹簧连接，所述螺栓依次穿过底板、高度调节弹簧和太阳能电池板。

7.根据权利要求2或3所述的太阳能装置，其特征在于，还包括与控制器连接的位置传感器，所述位置传感器包括圆形薄片永磁体和磁传感器，圆形薄片永磁体贴设在方位电机、高度电机的转轴上，磁传感器安装在与圆形薄片永磁体相距4-5cm的位置，磁传感器通过差分编码接口连接控制器。