太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)及控制方法，屬于公交站臺技術領域，系統(tǒng)包括：光伏供電模塊，公交站臺的遮陽板使用太陽能電池組，太陽能通過光電轉換存儲電能在蓄電池中，進行發(fā)電；智能控制模塊，智能控制模塊連接光伏供電模塊，跟蹤太陽高度角和方位角，測定太陽光線和跟蹤裝置的偏差，調整遮陽板的位置；驅動模塊，驅動模塊連接遮陽板和智能控制模塊，根據(jù)智能控制模塊的調整指令驅動遮陽板運動，調整遮陽板位置。本發(fā)明通過將光伏電池組件與公交站臺的遮陽面板相結合，根據(jù)太陽光線的角度調節(jié)遮陽角度的遮陽板，解決了公交站臺太陽能板固定利用率低的問題，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。
【專利說明】
太陽能公交站臺自動廬陽系統(tǒng)及控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于公交站臺技術領域，設及太陽能節(jié)能方向，具體設及一種太陽能公交 站臺自動遮陽系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活日益實現(xiàn)了現(xiàn)代化，隨著家用電器的增加，對于 電力的需求也越來越大，因而無論是企業(yè)還生活都出現(xiàn)了用電緊張的情況，目前科技在不 斷的飛速發(fā)展，人們開始開發(fā)和使用新能源和可再生能源;在新能源和可再生能源的開發(fā) 中，太陽能則是取之不盡、用之不竭的新能源之一，太陽能不會造成環(huán)境污染也能節(jié)約電 能。
[0003] 近來太陽能越來越多的應用到公交站臺上，取代傳統(tǒng)的市電供電，節(jié)約能源，但是 目前的公交站臺頂棚基本都是固定的，因為比較狹窄，太陽到達一定角度時，是沒有辦法達 到遮光功能的，太陽光的接收有限，在太陽光偏射時，太陽能板接收的光線弱不足W產(chǎn)生能 量，太陽能轉換率低，需要市電的補償使用，才能保證公交站臺的正常照明功能，不能充分 體現(xiàn)太陽能的節(jié)能目的。

【發(fā)明內容】

[0004] 根據(jù)W上現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是提出一種太陽能公交站 臺自動遮陽系統(tǒng)及控制方法，通過將光伏電池組件與公交站臺的遮陽面板相結合，根據(jù)太 陽光線的角度調節(jié)遮陽角度的遮陽板，解決了公交站臺太陽能板固定利用率低的問題，具 有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。
[0005] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：一種太陽能公交站臺自動遮 陽系統(tǒng)，所述自動遮陽系統(tǒng)包括:光伏供電模塊，公交站臺的遮陽板使用太陽能電池組，太 陽能通過光電轉換存儲電能在蓄電池中，進行發(fā)電；智能控制模塊，智能控制模塊連接光伏 供電模塊，跟蹤太陽高度角和方位角，測定太陽光線和跟蹤裝置的偏差，調整遮陽板的位 置;驅動模塊，驅動模塊連接遮陽板和智能控制模塊，根據(jù)智能控制模塊的調整指令驅動遮 陽板運動，調整遮陽板位置。
[0006] 上述系統(tǒng)中，所述太陽能電池組包括保護電路、多個電池組件串電路和旁路二極 管，每個電池組件串電路連接一個旁路二極管，電池組件串電路串聯(lián)旁路二極管后并聯(lián)保 護電路。所述電池組件串電路由多個太陽能電池組件電路串聯(lián)組成，太陽能電池組件電路 包括太陽能電池組件和防反充二極管，防反充二極管并聯(lián)在太陽能電池組件的兩端。所述 智能控制模塊中設有比較電路、放大電路和控制器，太陽能電池組上設有集熱裝置，跟蹤裝 置中設有光敏傳感器，光敏傳感器、比較電路和放大電路依次連接傳遞信號，放大電路輸送 信號到控制器，控制器的輸出端連接驅動模塊。所述光敏傳感器包括圓筒形外殼和多個光 電阻，圓筒形外殼的外部對稱布置四個光電阻，圓筒形外殼的內部對稱布置四個光電阻。所 述控制器中設有延時器，延時器中輸入延長反應的時間值。所述控制器中設有風速感應器、 雨量感應器和溫度感應器。
[0007] -種太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)的控制方法，所述方法步驟包括:步驟一、檢測 入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差值;步驟二、判斷偏差值是否超過設定的閉值，如 果沒超過，驅動模塊不需要調整遮陽板的位置;如果偏差值超過閉值，驅動模塊調整遮陽板 的位置;步驟Ξ、判斷太陽光線與集熱裝置光軸是否平行;如果平行，則驅動模塊停止運動； 如果不平行，重復步驟二。
[0008] 上述方法中，所述步驟一中的跟蹤裝置對太陽的高度角和方位角進行雙軸跟蹤， 跟蹤裝置中光敏傳感器內設有圓筒形外殼，在圓筒形外殼的外部，東西方向對稱設置一對 光電阻用來檢測太陽由東往西運動的偏轉角度;南北方向對稱設置另一對光電阻用來檢測 太陽的視高度，圓筒形外殼內部四個方向上設有四個光電阻用來精確檢測太陽的偏轉角度 和視高度。所述步驟一中偏差值的檢測方法具體步驟為：當太陽光線W與傳感器板垂直的 方向照射到傳感器上，同一方向上的兩組光電阻接收到的光照度相同，比較電路的輸出值 為零；當太陽光偏離垂直方向一個較小的角度時，光敏傳感器內部的光電阻檢測太陽光線 的偏差值信號;信號經(jīng)放大后送入控制器，控制遮陽板調整遮陽板上設置的太陽光接收裝 置的角度，直到太陽光接收裝置對準太陽；當太陽光偏離一個較大的角度時，光敏傳感器內 部的光電阻接收不到太陽光，光敏傳感器外部的光電阻檢測太陽光線的照度差值信號，該 信號經(jīng)放大后送入控制器，控制遮陽板開始調整。
[0009] 本發(fā)明有益效果是:本發(fā)明改變傳統(tǒng)公交站臺固定的遮陽頂棚，將光伏電池組件 與公交站臺的遮陽面板相結合，可W根據(jù)太陽光線調節(jié)遮陽角度的智能遮陽系統(tǒng)，利用太 陽能進行發(fā)電，節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0010] 下面對本說明書附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明：
[0011] 圖1是本發(fā)明的【具體實施方式】的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)的工作原理框圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明的【具體實施方式】的光伏供電模塊的工作原理框圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明的【具體實施方式】的太陽能電池陣列示意圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明的【具體實施方式】的太陽能電池組件的電路原理圖。
[0015] 圖5是本發(fā)明的【具體實施方式】的跟蹤裝置原理示意圖。
[0016] 圖6是本發(fā)明的【具體實施方式】的光敏傳感器的正視圖。
[0017] 圖7是本發(fā)明的【具體實施方式】的光敏傳感器的俯視圖。
[0018] 圖8是本發(fā)明的【具體實施方式】的四相步進電機工作原理圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發(fā)明的【具體實施方式】如所設及的各構件 的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關系、各部分的作用及工作原理、制造工藝及 操作使用方法等，作進一步詳細的說明，W幫助本領域技術人員對本發(fā)明的發(fā)明構思、技術 方案有更完整、準確和深入的理解。
[0020] 太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，如圖1所示，系統(tǒng)包括依次連接的光伏供電模塊、 智能控制模塊和驅動模塊，光伏供電模塊中，利用太陽能電池組件發(fā)電，光公交站臺的遮陽 板使用太陽能電池組，太陽能通過光電轉換存儲電能在蓄電池中，進行發(fā)電，智能控制模塊 跟蹤太陽高度角和方位角，測定太陽光線和跟蹤裝置的偏差，輸出調整指令到驅動模塊調 整遮陽板的位置。驅動模塊連接遮陽板和智能控制模塊，根據(jù)智能控制模塊的調整指令驅 動遮陽板運動，調整遮陽板位置。
[0021] 光伏供電模塊是直接利用太陽能，并通過光電轉換進行發(fā)電的系統(tǒng)，包括太陽能 電池組、太陽能控制單元和蓄電池組Ξ個部分，如圖2所示。本發(fā)明中為了滿足較高電壓、較 大大功率的發(fā)電要求，并與太陽能控制器相匹配，將若干太陽能池組件通過串、并聯(lián)連接， 并用一定的機械方式固定組合在一起，配W防反充(防逆流)二極管、旁路二極管、電纜等元 件構成"太陽能電池陣列"，其整體圖如圖3所示，電路原理如圖4所示。每個電池配備一個旁 路二極管會過于昂貴，所W二極管連接于一組電池的兩端，本系統(tǒng)大約需要2~3個來保證 組件不被熱點破壞。
[0022] 太陽能電池組包括保護電路、太陽能電池組件T、防反充二極管化和旁路二極管 Ds，防反充二極管化并聯(lián)在太陽能電池組件T的兩端構成太陽能電池組件電路，多個太陽能 電池組件電路串聯(lián)后組成電池組件串電路，每個電池組件串電路串聯(lián)一個旁路二極管化后 并聯(lián)保護電路，保護電路由旁路二極管化和電感LP連接而成，由保護電路輸出電壓。
[0023] 光伏供電模塊中的太陽能控制單元，選用德國曲OCOS太陽能控制器CXN20(帶附件 CXM)，新一代的CXN系列太陽能充放電控制器是地OCOS公司經(jīng)典的CX系列控制器的共負極 版本且其價格適中。CXN除具有帶溫度補償?shù)?階段(強充/吸收充/浮充)PWM串聯(lián)調節(jié)充電 方式外，還具有液晶顯示，可編程的負載控制功能W及完善的保護功能。CXN的液晶顯示器 除了可W顯示蓄電池的剩余電量外，還可W顯示系統(tǒng)的充、放電狀態(tài)及負載的狀態(tài)（如：過 載、短路、低壓斷開等）dCXN控制器的蓄電池低壓保護有五種模式可選：電壓控制（兩種）， S0C控制(兩種），自適應S0C控制模式。CXN控制器還具有聲音告警功能，W及靈活可編程的 負載控制功能，CNX控制器性能如表1。
[0024] 表1: CNX控制器性能表
[0025]
[0026] 光伏供電模塊中的蓄電池組是為保證太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負載仍 然可W正常工作，是獨立型光伏供電模塊的一個重要的組成部分。根據(jù)負載的用電量、太陽 能電池組的發(fā)電量，本系統(tǒng)采用了鷹特閥控式密封鉛酸蓄電池 FM200。且考慮到系統(tǒng)的可擴 充性，為了更好地吸收太陽能電池發(fā)電量，預留多24V DC30W，運行每小時的直流負載用電 量。采用3天的自給天數(shù)，并使用深循環(huán)電池，放電深度為50%，所W系統(tǒng)蓄電池采用2只12V 200AH串聯(lián)的形式。
[0027] 智能控制模塊中設有跟蹤裝置、比較電路、放大電路和控制器，太陽能電池組上設 有集熱裝置，跟蹤裝置選用光電式太陽跟蹤裝置，使用光敏傳感器來測定入射太陽光線和 跟蹤裝置主光軸間的偏差，光敏傳感器、比較電路和放大電路依次連接傳遞信號，放大電路 輸送信號到控制器，控制器的輸出端連接驅動模塊。使用光敏傳感器來測定入射太陽光線 和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當偏差超過設定的閉值時，驅動模塊調整遮陽板的位置，直到 使太陽光線與集熱裝置光軸重新平行，實現(xiàn)對太陽高度角和方位角的跟蹤，運種跟蹤器可 通過反饋消除誤差，控制較精確，其工作原理如圖5所示。
[0028] 如圖6和7所示，光敏傳感器包括圓筒形外殼和多個光電阻，圓筒形外殼的外部對 稱布置四個光電阻，圓筒形外殼的內部對稱布置四個光電阻。在圓筒外部，東、南、西、北四 個方向上分別布置4只光電阻；其中一對光電阻(P1，P3)東西對稱安裝在圓筒的兩側，用來 粗略的檢測太陽由東往西運動的偏轉角度即方位角；另一對光電阻(P2，P4)南北對稱安裝 在圓筒的兩側，用來粗略檢測太陽的視高度即高度角;在圓筒內部，東、南、西、北四個方向 上也分別布置4只光電阻;其中一對光電阻(P5，P7)東西對稱安裝在圓筒的內側，用來精確 檢測太陽由東往西運動的偏轉角度;另一對光電阻(P6，P8)南北對稱安裝在圓筒的內偵U，用 來精確檢測太陽的視高度。
[0029] 跟蹤裝置對太陽的高度角和方位角進行雙軸跟蹤，當太陽光線W與傳感器板垂直 的方向照射到傳感器上，兩組光電阻(P1，P3)，（P5，P7)接收到的光照度相同，比較電路的輸 出值為零。當太陽光偏離垂直方向一個較小的角度時，（P1，P3)運一對光電阻可能受環(huán)境散 射光的影響，不會反應出太陽光線的變化;而(P5，P7)運一對光電阻受到了圓筒對環(huán)境散射 光的屏蔽保護，它們接收的照度會出現(xiàn)差值，運就是偏離信號。該信號經(jīng)放大后送入控制單 元，控制器開始工作，控制遮陽板調整太陽光接收裝置的角度，直到太陽光接收裝置對準太 陽。太陽光接收裝置是太陽能電池組件的一部分，太陽能電池組件裝在遮陽板的頂部的，遮 陽板是電池組件的載體但同時是起到遮光的作用，所W本發(fā)明中用遮陽板代指太陽能電池 組件。當太陽光偏離了一個較大的角度時，筒內的傳感器可能接收不到太陽光，筒外的傳感 器就能反應出照度差值，該信號經(jīng)放大后送入控制單元，控制遮陽板開始工作。高度角的跟 蹤基本原理及工作方式相似，同時需要考慮遮陽需求等人性化角度，控制角度的臨界值。
[0030] 智能控制模塊中的控制器是基于氣候的控制器，是一個完整的氣候站系統(tǒng)，裝置 有風速、雨量、溫度感應器和延時器，延時器中輸入延長反應的時間值，控制器出廠之前已 經(jīng)輸入基本程序包括風力和延長反應時間的數(shù)據(jù)，運些數(shù)據(jù)可W根據(jù)地方和所需而隨時更 換。而"延長反應時間"運一功能使遮陽構件不會因為太陽光的小小改變而立刻做出反應， 從而控制遮陽板在雨雪及大風天氣做出正確的調節(jié)。
[0031] 本發(fā)明中的驅動模塊采用四相步進電機進行公交站臺遮陽板角度的調節(jié)，通過智 能控制模塊調節(jié)步進電機的轉角，同時采用兩個步進電機相結合的方式，使遮陽板的方向 角和水平角都能達到較大角度。如圖8所示，步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位 移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率 和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。運 一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點用于遮陽板角度 的調節(jié)十分合適。
[0032] 太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)的控制方法，方法步驟包括：
[0033] 步驟一、檢測入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差值。跟蹤裝置對太陽的高 度角和方位角進行雙軸跟蹤，跟蹤裝置中光敏傳感器內設有圓筒形外殼，在圓筒形外殼的 外部，東西方向對稱設置一對光電阻用來檢測太陽由東往西運動的偏轉角度;南北方向對 稱設置另一對光電阻用來檢測太陽的視高度，圓筒形外殼內部四個方向上設有四個光電阻 用來精確檢測太陽的偏轉角度和視高度。
[0034] 偏差值的檢測方法具體步驟為：當太陽光線W與傳感器板垂直的方向照射到傳感 器上，同一方向上的兩組光電阻接收到的光照度相同，比較電路的輸出值為零；當太陽光偏 離垂直方向一個較小的角度時，光敏傳感器內部的光電阻檢測太陽光線的偏差值信號;信 號經(jīng)放大后送入控制器，控制遮陽板調整太陽光接收裝置的角度，直到太陽光接收裝置對 準太陽；當太陽光偏離一個較大的角度時，光敏傳感器內部的光電阻接收不到太陽光，光敏 傳感器外部的光電阻檢測太陽光線的照度差值信號，該信號經(jīng)放大后送入控制器，控制遮 陽板開始調整。
[0035] 步驟二、判斷偏差值是否超過設定的閉值，如果沒超過，驅動模塊不需要調整遮陽 板的位置;如果偏差值超過閉值，驅動模塊調整遮陽板的位置。
[0036] 步驟Ξ、判斷太陽光線與集熱裝置光軸是否平行；如果平行，則驅動模塊停止運 動;如果不平行，重復步驟二直到太陽光線與集熱裝置光軸平行。本發(fā)明改變傳統(tǒng)公交站臺 固定的遮陽頂棚，根據(jù)太陽光線調節(jié)遮陽角度的智能遮陽系統(tǒng)，利用太陽能進行發(fā)電，節(jié)能 環(huán)保。
[0037] 上面結合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式 的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經(jīng)改 進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內。本發(fā) 明的保護范圍應該W權利要求書所限定的保護范圍為準。
【主權項】
1. 一種太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述自動遮陽系統(tǒng)包括： 光伏供電模塊，公交站臺的遮陽板使用太陽能電池組，太陽能通過光電轉換存儲電能 在蓄電池中，進行發(fā)電； 智能控制模塊，智能控制模塊連接光伏供電模塊，跟蹤太陽高度角和方位角，測定太陽 光線和跟蹤裝置的偏差，調整遮陽板的位置； 驅動模塊，驅動模塊連接遮陽板和智能控制模塊，根據(jù)智能控制模塊的調整指令驅動 遮陽板運動，調整遮陽板位置。2. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能電池 組包括保護電路、多個電池組件串電路和旁路二極管，每個電池組件串電路連接一個旁路 二極管，電池組件串電路串聯(lián)旁路二極管后并聯(lián)保護電路。3. 根據(jù)權利要求2所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組件串 電路由多個太陽能電池組件電路串聯(lián)組成，太陽能電池組件電路包括太陽能電池組件和防 反充二極管，防反充二極管并聯(lián)在太陽能電池組件的兩端。4. 根據(jù)權利要求1所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制模 塊中設有比較電路、放大電路和控制器，太陽能電池組上設有集熱裝置，跟蹤裝置中設有光 敏傳感器，光敏傳感器、比較電路和放大電路依次連接傳遞信號，放大電路輸送信號到控制 器，控制器的輸出端連接驅動模塊。5. 根據(jù)權利要求4所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述光敏傳感器 包括圓筒形外殼和多個光電阻，圓筒形外殼的外部對稱布置四個光電阻，圓筒形外殼的內 部對稱布置四個光電阻。6. 根據(jù)權利要求4所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器中設 有延時器，延時器中輸入延長反應的時間值。7. 根據(jù)權利要求4所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器中設 有風速感應器、雨量感應器和溫度感應器。8. -種太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述方法步驟包括： 步驟一、檢測入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差值； 步驟二、判斷偏差值是否超過設定的閉值，如果沒超過，驅動模塊不需要調整遮陽板的 位置;如果偏差值超過閉值，驅動模塊調整遮陽板的位置； 步驟三、判斷太陽光線與集熱裝置光軸是否平行；如果平行，則驅動模塊停止運動；如 果不平行，重復步驟二。9. 根據(jù)權利要求8所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述 步驟一中的跟蹤裝置對太陽的高度角和方位角進行雙軸跟蹤，跟蹤裝置中光敏傳感器內設 有圓筒形外殼，在圓筒形外殼的外部，東西方向對稱設置一對光電阻用來檢測太陽由東往 西運動的偏轉角度;南北方向對稱設置另一對光電阻用來檢測太陽的視高度，圓筒形外殼 內部四個方向上設有四個光電阻用來精確檢測太陽的偏轉角度和視高度。10. 根據(jù)權利要求8所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所 述步驟一中偏差值的檢測方法具體步驟為：當太陽光線以與傳感器板垂直的方向照射到傳 感器上，同一方向上的兩組光電阻接收到的光照度相同，比較電路的輸出值為零；當太陽光 偏離垂直方向一個較小的角度時，光敏傳感器內部的光電阻檢測太陽光線的偏差值信號； 信號經(jīng)放大后送入控制器，控制遮陽板調整遮陽板上設置的太陽光接收裝置的角度，直到 太陽光接收裝置對準太陽；當太陽光偏離一個較大的角度時，光敏傳感器內部的光電阻接 收不到太陽光，光敏傳感器外部的光電阻檢測太陽光線的照度差值信號，該信號經(jīng)放大后 送入控制器，控制遮陽板開始調整。
【文檔編號】G05D3/12GK105824326SQ201610288855
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】張娟
【申請人】安徽師范大學