自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，屬于自動控制和太陽能發(fā)電領(lǐng)域，包括水平支撐底盤，水平轉(zhuǎn)動平臺，步進電機，垂直支撐結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動橫桿，太陽能電池板，蓄電池，STM-32微處理器，萬向輪等，其中，水平轉(zhuǎn)動平臺通過萬向輪支撐在水平支撐底盤上，步進電機內(nèi)嵌入水平轉(zhuǎn)動平臺，帶動整個裝置在水平方向做360°旋轉(zhuǎn)，垂直支撐結(jié)構(gòu)包括直流電動升降桿和太陽能電池板支撐架，直流電動升降桿連接轉(zhuǎn)動橫桿，帶動太陽能電池板在垂直方向轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)工作時，采光裝置依次水平旋轉(zhuǎn)360°，垂直旋轉(zhuǎn)90°，從而在一個半球面內(nèi)找到最大光強點，使電池板始終處于接收光強的最佳位置。
【專利說明】自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電技術(shù)，自動控制等應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著近年來能源危機和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，如何高效開發(fā)和利用綠色能源，成為人們在新能源領(lǐng)域探索的焦點之一。太陽能作為一種可持續(xù)性綠色能源，具有不受地域限制，無須運輸，可直接開發(fā)和利用的優(yōu)點，是許多國家積極發(fā)展的新能源技術(shù)。在此背景下，各國已經(jīng)相繼建立起太陽能發(fā)電站，主要依靠規(guī)模龐大的光伏陣列，按照固定的方位角排列來采集光能，但是由于太陽能的分散性，以及一天中太陽的角度變化而帶來的間歇性，導(dǎo)致這種固定式采集太陽能的方法光電轉(zhuǎn)換效率低，發(fā)電不穩(wěn)定，并且需要大量太陽能電池板，提高了經(jīng)濟成本。
[0003]為改進傳統(tǒng)固定式太陽能發(fā)電裝置，各種不同原理的太陽能跟蹤器應(yīng)運而生，目的是能夠感知太陽角度的變化來自動調(diào)節(jié)電池板的方位角，以提高發(fā)電效率，常用的有光電跟蹤和單軸視日軌跡跟蹤，光電跟蹤靈敏度高，但受天氣影響大，不宜在室外長期放置，被廣泛采用的單軸視日軌跡跟蹤器，又存在著跟蹤精度不高，誤差累積等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，進一步提高太陽能發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率，使其更具推廣價值，發(fā)明一種利用特有的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，由微處理器控制的自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，具有在水平和垂直方向?qū)ふ易畲蠊鈴婞c，自動精準(zhǔn)跟蹤太陽角度，適于放置在野外的特點。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng),包括STM32微處理器,太陽能光伏組件，電機驅(qū)動模塊，傳感器模塊，垂直支撐結(jié)構(gòu)，水平旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
[0007]所述太陽能光伏組件進一步包括太陽能電池板、蓄電池，所述電機驅(qū)動模塊包括步進電機驅(qū)動電路、直流電機驅(qū)動電路，所述傳感器模塊包括霍爾傳感器、傾角傳感器，所述垂直支撐結(jié)構(gòu)包括電動升降桿、太陽能電池板支撐架，所述水平轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)包括步進電機、水平轉(zhuǎn)動平臺、支撐底盤；所述支撐底盤固定于蓄電池保護箱之上；所述垂直支撐結(jié)構(gòu)連接水平轉(zhuǎn)動平臺和太陽能電池板；所述電動升降桿支撐太陽能電池板做垂直方向90°旋轉(zhuǎn)；所述步進電機帶動水平旋轉(zhuǎn)平臺及太陽能電池板做水平360°旋轉(zhuǎn)；所述霍爾傳感器固定于水平旋轉(zhuǎn)平臺邊緣；所述傾角傳感器固定于太陽能電池板背面。
[0008]本發(fā)明提供的自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，通過將采集到的太陽能電池板電壓送入微處理器，使微處理器實時判斷當(dāng)前狀態(tài)是否為采集光能的最佳位置，并且發(fā)送控制指令給電機驅(qū)動模塊，電機驅(qū)動模塊控制電機調(diào)整太陽能電池板姿態(tài)。
[0009]本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有太陽能發(fā)電裝置的最大特點是能夠?qū)崿F(xiàn)在水平方向旋轉(zhuǎn)360°，垂直方向旋轉(zhuǎn)90°，從而使裝置在一個半球面內(nèi)，始終處于采集光強點最大的位置，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。
[0010]本發(fā)明利用巧妙的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)太陽能電池板的方位角，并且所用鋁合金材料制成的固定結(jié)構(gòu)價格低廉，耐蝕性能優(yōu)良，穩(wěn)固性好，適于在環(huán)境惡劣卻太陽能豐富的地區(qū)采集光能，相比于傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電設(shè)備，更具推廣價值。
[0011]本發(fā)明完全采用光電轉(zhuǎn)換得到的電能向附帶設(shè)備供電，如電機及其驅(qū)動電路，微處理器等，具有無污染，無排放，環(huán)保低碳的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)圖
[0013]圖2為各系統(tǒng)模塊連接圖，系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)圖
[0014]圖3為自適應(yīng)算法設(shè)計流程圖，系統(tǒng)軟件程序流程圖

【具體實施方式】
[0015]為詳細說明本發(fā)明的機械設(shè)計，各模塊協(xié)調(diào)工作方案，自適應(yīng)算法和所實現(xiàn)的目的及效果，以下結(jié)合具體實施例并配合附圖做詳細說明。
[0016]施例一
[0017]參閱圖1，以下對本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)做詳細說明:
[0018]一種自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其自動尋光結(jié)構(gòu)由下向上包括水平支撐底盤1，水平轉(zhuǎn)動平臺2，步進電機3，萬向輪4，太陽能電池板支撐架5，直流電動升降桿6，滑動導(dǎo)軌7，太陽能電池板8,轉(zhuǎn)動橫桿9。
[0019]水平支撐底盤I是由招合金材料制成的圓盤，半徑18.4cm,厚0.5cm,參閱圖一,水平支撐底盤支撐起整個自動尋光裝置，并和水平轉(zhuǎn)動平臺2聯(lián)合，固定步進電機。
[0020]水平轉(zhuǎn)動平臺2是由招合金材料制成的圓盤,半徑18.4cm,厚0.5cm,通過萬向輪4支撐，平行置于水平支撐底盤之上，在其下底面沿徑向指向圓心方向2cm處，互相成120°角裝有3個萬向輪，平臺中心處嵌入步進電機3，電機四角通過螺絲固定在平臺內(nèi)部。參閱圖1，水平轉(zhuǎn)動平臺由步進電機帶動，攜裝置在水平方向旋轉(zhuǎn)。
[0021]太陽能電池板支撐架5由鋁合金材料制成，包括兩個26.9cm高的垂直支撐桿，參閱圖1，垂直支撐桿通過螺絲固定在水平轉(zhuǎn)動底盤I之上，起到固定太陽能電池板的寬邊的作用。
[0022]直流電動升降桿6高26cm，可推行程40cm，下方通過螺絲固定在水平轉(zhuǎn)動平臺2之上，上方固定在置于太陽能電池板8下的轉(zhuǎn)動橫桿9上，通過推動橫桿進而推動電池板在垂直方向轉(zhuǎn)動。
[0023]滑動導(dǎo)軌9固定在太陽能電池板兩長邊下方，長28cm，用于支持轉(zhuǎn)動橫桿在電池板下方運動。
[0024]太陽能電池板8長31.8cm，寬28.8cm，其中，一寬邊通過水平連接合頁固定在電池板支撐架5上，電池板是整套自適應(yīng)尋光結(jié)構(gòu)的核心，水平和垂直兩層轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)都是為了使電池板最終朝向最佳光強點的位置。
[0025]轉(zhuǎn)動橫桿9橫跨太陽能電池板的寬邊，寬31.8cm，兩邊自邊緣起Icm處裝有轉(zhuǎn)動輪，通過直流電動升降桿推動橫桿，使轉(zhuǎn)動輪在太陽能電池板8下方的垂直轉(zhuǎn)動輪槽7內(nèi)沿寬邊運動，進而使得太陽能電池板8能夠在垂直方向做90°旋轉(zhuǎn)。
[0026]施例二
[0027]參閱圖2，以下對各模塊協(xié)調(diào)工作方案做詳細說明:
[0028]一種自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏組件I，蓄電池2，STM32微處理單元3，步進電機4，步進電機驅(qū)動電路5，霍爾傳感器6，角度傳感器7，直流電機升降桿8，直流電機驅(qū)動電路9。初始化系統(tǒng)后，首先在步進電機4的驅(qū)動下，水平轉(zhuǎn)動平臺根據(jù)霍爾傳感器的反饋電平，開始攜整個裝置反轉(zhuǎn)至初始位置，接著水平轉(zhuǎn)動平臺開始正轉(zhuǎn)一周，并同時記錄轉(zhuǎn)動過程中最大電壓以及該電壓所處位置自起始位置輸出的脈沖數(shù)，當(dāng)霍爾傳感器6反饋高電平，代表水平方向旋轉(zhuǎn)一周，此時水平轉(zhuǎn)動平臺根據(jù)記錄的脈沖數(shù)，反方向旋轉(zhuǎn)至最大光強處，則裝置在水平方向上已找到最大光強點；其次由固定在水平轉(zhuǎn)動底盤之上的直流電動升降桿8帶動光伏組件在垂直方向?qū)ふ易畲蠊鈴婞c，同水平轉(zhuǎn)動原理一致，根據(jù)固定在光伏組件上的角度傳感器7反饋的角度信息，直流電動升降桿首先帶動光伏組件向下轉(zhuǎn)動至水平歸零位置，接著帶動光伏組件向上轉(zhuǎn)動，并在轉(zhuǎn)動過程中記錄最大電壓以及該電壓所處位置的傾角，根據(jù)傾角傳感器的反饋信息，判斷已達最大角度后，升降桿再次向下轉(zhuǎn)動至垂直方向最大光強點。
[0029]參閱圖2，STM32微處理單元3接收并處理來自霍爾傳感器，角度傳感器，太陽能光伏組件的反饋信息，并對步進電機和電動升降桿發(fā)出控制指令，實現(xiàn)尋光裝置的自動控制。
[0030]施例三
[0031]參閱圖3，以下對水平自動尋光過程的控制算法做詳細說明:
[0032]1、外設(shè)啟動信令反饋給控制器；
[0033]2、根據(jù)霍爾傳感器反饋的電平信息，若為高電平，轉(zhuǎn)至4，若為低電平，轉(zhuǎn)至3 ;
[0034]3、發(fā)出左轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)至2 ；
[0035]4、發(fā)出右轉(zhuǎn)指令，記錄電壓大小并啟動脈沖計數(shù)，若當(dāng)前位置電壓大于前次記錄電壓，交換當(dāng)前電壓與歷史電壓最大值，并記錄當(dāng)前脈沖數(shù)，若當(dāng)前電壓小于歷史記錄電壓最大值，轉(zhuǎn)至5 ；
[0036]5、根據(jù)霍爾傳感器反饋的電平信息，若為高電平，轉(zhuǎn)至4 ;若為低電平，轉(zhuǎn)至6 ;
[0037]6、發(fā)出左轉(zhuǎn)指令，直至霍爾傳感器輸高電平，步進電機進入休眠狀態(tài)。
[0038]施例四
[0039]參閱圖2，以下對電路連接做詳細說明:
[0040]光伏組件通過導(dǎo)線接入蓄電池，從而將光電轉(zhuǎn)換所得電能儲存在蓄電池，蓄電池輸出接微處理單元，進而將電能供給微處理單元，霍爾傳感器，角度傳感器，實現(xiàn)電能自給自足。
[0041]綜上所述，自適應(yīng)太陽發(fā)電系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)太陽能發(fā)電，利用其特有的結(jié)構(gòu)設(shè)計和電路連接，實現(xiàn)全方位跟蹤太陽角度，從而解決了發(fā)電效率低這一阻礙太陽能發(fā)電系統(tǒng)推廣的技術(shù)問題，無排放，無污染，低碳，成本低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，性能優(yōu)良的優(yōu)點使其更具經(jīng)濟和環(huán)保價值。本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于大型太陽能發(fā)電廠，大幅提高發(fā)電效率，還可以應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、工業(yè)控制領(lǐng)域，比如給蓄電池接入電動機，則可以帶動水泵，卷閘門等耗電設(shè)備應(yīng)用在農(nóng)田灌溉，大棚種植中，又如本發(fā)明可以和交通燈配置起來，為一些偏遠公路的交通監(jiān)測設(shè)備供電，這將減少架設(shè)電線所需要的費用，并且節(jié)省了能源。
[0042]以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖所述的等效流程，等效結(jié)構(gòu)變換，直接或間接應(yīng)用在其他相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自適應(yīng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)(系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參見說明書附圖1)，其自動尋光結(jié)構(gòu)由下向上包括水平支撐底盤1，水平轉(zhuǎn)動平臺2，步進電機3，萬向輪4，太陽能電池板支撐架5，直流電動升降桿6，滑動導(dǎo)軌7，太陽能電池板8，轉(zhuǎn)動橫桿9。水平支撐底盤1是由鋁合金材料制成的圓盤，半徑18.4cm,厚0.5cm。水平支撐底盤支撐起整個自動尋光裝置，并和水平轉(zhuǎn)動平臺2聯(lián)合,固定步進電機。水平轉(zhuǎn)動平臺2是由招合金材料制成的圓盤，半徑18.4cm,厚0.5cm，通過萬向輪4支撐，平行置于水平支撐底盤之上，在其下底面沿徑向指向圓心方向2cm處，互相成120°角裝有3個萬向輪，平臺中心處嵌入步進電機3，電機四角通過螺絲固定在平臺內(nèi)部。水平轉(zhuǎn)動平臺由步進電機帶動，攜裝置在水平方向旋轉(zhuǎn)。太陽能電池板支撐架5由鋁合金材料制成，包括兩個26.9cm高的垂直支撐桿，垂直支撐桿通過螺絲固定在水平轉(zhuǎn)動底盤1之上，起到固定太陽能電池板的寬邊的作用。直流電動升降桿6高26cm，可推行程40cm，下方通過螺絲固定在水平轉(zhuǎn)動平臺2之上，上方固定在置于太陽能電池板8下的轉(zhuǎn)動橫桿9上，通過推動橫桿進而推動電池板在垂直方向轉(zhuǎn)動?；瑒訉?dǎo)軌9固定在太陽能電池板兩長邊下方，長28cm，用于支持轉(zhuǎn)動橫桿在電池板下方運動。太陽能電池板8長.31.8cm， 寬28.8cm，其中，一寬邊通過水平連接合頁固定在電池板支撐架5上，電池板是整套自適應(yīng)尋光結(jié)構(gòu)的核心，水平和垂直兩層轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)都是為了使電池板最終朝向最佳光強點的位置。轉(zhuǎn)動橫桿9橫跨太陽能電池板的寬邊，寬31.8cm，兩邊自邊緣起1cm處裝有轉(zhuǎn)動輪，通過直流電動升降桿推動橫桿，使轉(zhuǎn)動輪在太陽能電池板8下方的垂直轉(zhuǎn)動輪槽7內(nèi)沿寬邊運動，進而使得太陽能電池板8能夠在垂直方向做90°旋轉(zhuǎn)。以上結(jié)構(gòu)有效的保證了太陽能電池板可以做垂直方向90°旋轉(zhuǎn)，水平360°旋轉(zhuǎn)自動跟蹤太陽光，有效提升了太陽光的轉(zhuǎn)化效率。
【文檔編號】H02S20/32GK104467637SQ201310433230
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】趙小強, 于燕飛, 陳芹浩, 馮勛, 梁也, 翟曉菲, 陶冬, 程明, 劉晨, 馬士雄, 雷雪 申請人:西安郵電大學(xué)