CN209913744U - 一种可调的复合式独立光伏发电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体公开了一种可调的复合式独立光伏发电系统，包括光伏阵列、可调支架、蓄电池组、控制器和逆变器；可调支架通过液压缸以及传动系统来追踪太阳高度角和方位角获得更多太阳辐射；蓄电池组包括超级电容和蓄电池，可有效减少蓄电池的充放电小循环，延长蓄电池的使用寿命；控制器可控制光伏阵列的输出功率，使其可以在最大功率点附近工作；本实用新型结构简单，易于安装维护。

Description

一种可调的复合式独立光伏发电系统
技术领域
本实用新型涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种可调的复合式独立光伏发电系统。
背景技术
光伏发电技术是将太阳光辐射能转换成电能的技术，且转换过程不会产生环境污染，潜力巨大，是理想的传统能源替代品之一，对于能源危机和环境问题的缓解都起到了积极的作用。
光伏发电系统主要通过光生伏特效应来实现光电转换，其包含独立、并网两种发电系统在内。其中独立光伏发电系统给予负载足够电能是通过蓄电池以及光伏电池所构成的特殊供电系统来完成，如若所输出的电能过少，蓄电池将会及时向负载补充相应的电能，反之，蓄电池将会把多余的电能储存起来。由于普通的独立光伏发电系统在弱光条件下不能有效地利用太阳能电池板的电能，而且光伏阵列在光照强度迅速变化的情况下比较容易产生频繁的蓄电池充放电小循环，使得蓄电池的使用寿命缩短。
随着国内光伏市场的迅速崛起，光伏发电系统建设的地形也愈加复杂，光伏发电系统如何提高可靠性和发电效率也成为迫切需要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型克服了现有技术中的缺陷，提出一种可调的复合式独立光伏发电系统，其可以有效地减少蓄电池的充放电小循环，延长蓄电池的使用寿命。同时，通过优化光伏支架的倾角来提高太阳光辐射利用率从而提高光伏发电系统的发电效率。
为了实现上述目的，本实用新型包括：
光伏阵列，所述光伏阵列由一组光伏电池并联或串联组成，所述光伏阵列上方设置有光电传感器；
可调支架，所述可调支架包括可转动的底座、夹紧机构，所述底座的转动由步进电机驱动，所述光伏阵列设置在夹紧机构内；所述夹紧机构底面两端附近分别设置有铰支座一和铰支座二，所述铰支座一铰接有伸缩杆，所述伸缩杆由液压缸一驱动，所述液压缸一通过铰支座三铰接在底座上；所述铰支座二铰接有转动杆，所述转动杆下端可转动地设置于底座上，转动杆的转动由液压缸二驱动；
蓄电池组，所述蓄电池组包括超级电容和蓄电池；
控制器，所述控制器分别与光伏阵列、蓄电池组连接；以及
逆变器，所述逆变器与控制器连接。
进一步的设置在于，所述底座下方同轴设置有大齿轮，所述大齿轮旁设置有与大齿轮啮合的小齿轮，所述小齿轮的轴与步进电机的输出端连接。
进一步的设置在于，所述转动杆下端固定设有齿轮，所述齿轮可转动地设置于底座上；所述液压缸二设置于底座上，液压缸二的输出端连接有与齿轮啮合的齿条。
进一步的设置在于，所述光电传感器垂直安装在光伏阵列的上表面。
进一步的设置在于，所述光电传感器分别与液压缸一、液压缸二、步进电机的控制电路电连接。
进一步的设置在于，所述光伏阵列上设置有风力传感器，所述风力传感器分别与液压缸一、液压缸二、步进电机的控制电路电连接。
进一步的设置在于，所述底座上安装有避雷针。
本实用新型与现有技术相对比，其有益效果在于：一种可调的复合式独立光伏发电系统利用光伏阵列将太阳能直接转化成电能，然后利用控制器控制光伏电池的工作点，使其可以在最大功率点附近工作，优化可调支架的倾角实现光伏发电系统发电效率的最大化，同时将能量根据需要提供给蓄电池组或负载，通过DC/DC逆变器为直流负载供电，通过DC/AC逆变器为交流负载供电；同时，超级电容和蓄电池共同组成的复合电源系统，有超级电容作为缓冲装置，可有效减少蓄电池的充放电小循环，延长蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是本实用新型中可调支架的结构主视图。
图3是本实用新型中可调支架的结构左视图。
图4是本实用新型中可调支架倾角的控制框图。
图5是本实用新型中控制器的控制原理图。
图中：1、光伏电池；2、夹紧机构；3、铰支座一；4、伸缩杆；5、液压缸一；6、铰支座三；7、大齿轮；8、底座；9、避雷针；10、步进电机；11、小齿轮；12、齿条；13、液压缸二；14、转动杆；15、铰支座二；16、光电传感器；17、风力传感器；18、齿轮。
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，下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步具体的说明。
实施例：一种可调的复合式独立光伏发电系统，如图1所示，主要包括光伏阵列、可调支架、蓄电池组、控制器和逆变器。
光伏阵列由多个光伏电池1经过合理的串联和并联后组成，光伏电池是一种基于将太阳能转换成可用的直流电力的光伏现象的半导体器件。
可调支架的结构如图2-3所示，包括可转动的底座8和夹紧机构 2，光伏阵列被夹紧在夹紧机构2内，防止光伏电池1松脱，并且便于光伏电池1的维修更换；夹紧机构2底面两端附近分别设置有铰支座一3和铰支座二15。
底座8的转轴同轴连接有大齿轮7，大齿轮7旁设置有与大齿轮 7啮合的小齿轮11，小齿轮11的转轴与步进电机10的输出端连接，步进电机10驱动小齿轮11转动，经过两个齿轮的减速后，带动底座 8旋转，从而改变光伏阵列的水平方向。
铰支座一3铰接有伸缩杆4，伸缩杆4由液压缸一5驱动，液压缸一5铰接在铰支座三6上，铰支座三6固定设置在底座8上；通过液压缸一5驱动伸缩杆4伸缩移动，从而改变光伏阵列的方位角。
铰支座二15铰接有转动杆14，转动杆14下端固定设有齿轮18，齿轮18通过销轴安装在底座8上，底座8上设置有液压缸二13，液压缸二13的输出端连接有与齿轮18啮合的齿条12；液压缸二13推动齿条12水平移动，利用齿条12和齿轮18将直线运动转换为旋转运动，带动转动杆14旋转，从而改变光伏阵列的高度角。
光伏阵列上设置有光电传感器16和风力传感器17，分别与液压缸一5、液压缸二13、步进电机10的控制电路电性连接，可调支架的倾角控制如图4所示；光电传感器16与光伏阵列平面垂直安装。
随着光线方向的细微改变，光电传感器16失衡，引起系统输出信号产生偏差，当这一输出信号达到一定幅度时，执行机构开始进行纠正，使光电传感器16重新达到平衡，即光伏阵列平面与光线成90 度角并停止转动，完成一次调整周期。如此不断调整，时刻沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构与一个闭路反馈系统，实现了跟踪。
当光线变暗，已不能发电时，光电传感器16会发出信号，可调支架调整控制电路启动，方位角转动机构、高度角转动机构以及水平方向转动机构运动，使光伏阵列回到东方起始位置。
当风力传感器17检测到风力较大时，向可调支架的控制电路发出信号，由液压缸一5、液压缸二13以及步进电机10分别驱动方位角转动机构、高度角转动机构以及水平方向转动机构运动到合适位置，使光伏阵列受到风力达到最小。
另外，在底座8上安装有避雷针9，降低可调支架和光伏阵列受到雷击的概率。
蓄电池组包括超级电容和蓄电池共同构成复合电源系统，超级电容器作为缓冲装置，当光线弱时，可以有效收集光伏电池产生的能量；当光照强度迅速变化时用以收集振荡能量，在一定条件下再对蓄电池充电完成充电过程，从而可以有效地减少蓄电池的充放电小循环，延长蓄电池的使用寿命。
控制器主要用于实现最大功率跟踪，光伏系统的最大功率点跟踪就是找寻光伏电池板输出最大功率的点。采用恒定电压法利用光伏电池最大功率点的工作电压和开路电压之间的比例关系来实现最大功率输出的控制。最大功率点的工作电压是开路电压的0.76倍左右，控制光伏电池的输出电压等于该基准电压，从而获得最大功率输出。具体恒定电压法的控制原理如图5所示，通过PI调节光伏电池的输出电压和基准电压的差值，再与三角波进行比较就可以得到PWM波，从而控制功率管的通断，这样就可以实现光伏电池近似工作在最大功率状态下。
光伏阵列输出的电能是直流类型的电能，如果系统的负荷是交流类型的负荷，需要在太阳能光伏发电系统中加装DC/AC逆变器。DC/AC 逆变器的作用就是将光伏阵列输出的直流电能转换成交流类型的电能，以满足交流类型的负荷的需要。DC/DC逆变器的功能是将一种直流电变换成为另一种直流电，变换后的直流电的电压可以是固定的，也可以是可调节的。
本实用新型复合式独立光伏发电系统结构简单，易于安装维护；可调支架跟踪系统具有夜间自返功能，根据太阳运行轨迹采用时间控制方式，提高光伏发电系统的发电效率；具有大风保护功能，安装有避雷设备，提高了系统的安全性能；同时，有效地减少蓄电池的充放电小循环，延长蓄电池的使用寿命。
最后，应当指出，以上实施例仅是本实用新型较有代表性的例子。显然，本实用新型不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改等同变化与修饰，均应认为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种可调的复合式独立光伏发电系统，其特征在于，包括：
光伏阵列，所述光伏阵列由一组光伏电池并联或串联组成，所述光伏阵列上方设置有光电传感器；
可调支架，所述可调支架包括可转动的底座、夹紧机构，所述底座的转动由步进电机驱动，所述光伏阵列设置在夹紧机构内；所述夹紧机构底面两端附近分别设置有铰支座一和铰支座二，所述铰支座一铰接有伸缩杆，所述伸缩杆由液压缸一驱动，所述液压缸一通过铰支座三铰接在底座上；所述铰支座二铰接有转动杆，所述转动杆下端可转动地设置于底座上，转动杆的转动由液压缸二驱动；
蓄电池组，所述蓄电池组包括超级电容和蓄电池；
控制器，所述控制器分别与光伏阵列、蓄电池组连接；以及
逆变器，所述逆变器与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种可调的复合式独立光伏发电系统，其特征在于，所述底座下方同轴设置有大齿轮，所述大齿轮旁设置有与大齿轮啮合的小齿轮，所述小齿轮的轴与步进电机的输出端连接。
3.根据权利要求1所述的一种可调的复合式独立光伏发电系统，其特征在于，所述转动杆下端固定设有齿轮，所述齿轮可转动地设置于底座上；所述液压缸二设置于底座上，液压缸二的输出端连接有与齿轮啮合的齿条。
4.根据权利要求1所述的一种可调的复合式独立光伏发电系统，其特征在于，所述光电传感器垂直安装在光伏阵列的上表面。
5.根据权利要求4所述的一种可调的复合式独立光伏发电系统，其特征在于，所述光电传感器分别与液压缸一、液压缸二、步进电机的控制电路电连接。
6.根据权利要求1所述的一种可调的复合式独立光伏发电系统，其特征在于，所述光伏阵列上设置有风力传感器，所述风力传感器分别与液压缸一、液压缸二、步进电机的控制电路电连接。
7.根据权利要求1所述的一种可调的复合式独立光伏发电系统，其特征在于，所述底座上安装有避雷针。
8.根据权利要求1所述的一种可调的复合式独立光伏发电系统，其特征在于，所述逆变器为DC/AC逆变器或DC/DC逆变器。
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