一種通用型光伏自供電系統的製作方法

2024-04-12 08:13:05

本實用新型涉及一種通用型光伏自供電系統，屬於光伏發電領域。

背景技術：

隨著光伏技術已日趨成熟，光伏發電已逐漸步入商業化、大眾化、平民化，光伏發電在新領域的應用，將成為未來重要的研究方向。如今大多數戶外設備採用蓄電池供電，並配備專門的充電器，這就要求有相應的充電場所，對於戶外相對惡劣的環境往往沒有較好的充電場所，因此蓄電池電量一旦用完，設備的供電將成為比較麻煩的問題。如今一些戶外設備已經在能源供給方面採用太陽能技術，如太陽能路燈，太陽能充電寶，或太陽能移動機器人，但這些設備的能源供給部分並不通用，並且能量轉換效率並不如意。為此開發這樣一個具有通用性、可移植，並且能量轉換率較高的光伏自供電系統具有較積極的意義。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本實用新型提供一種通用型太陽能自供電系統，通過鋰電池管理單元有效控制光伏組件給鋰電池充電，通過鋰電池給外部設備供電，並可通過通訊接口以及開關量接口控制可調整光伏支架的狀態，包括光伏組件與太陽直射角度的調整以及組件展開與收縮狀態控制，從而充分利用太陽能，提高充電效率，外部設備可通過通訊接口獲取該系統狀態參數，具有一定的通用性、可移植性和開發性。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種通用型光伏自供電系統，其特徵在於：包括可調節光伏支架和光伏自供電控制器，所述可調節光伏支架包括角度調整機構和光伏組件展開機構，所述角度調整機構安裝於行動裝置上，光伏自供電控制器安裝在行動裝置內部,角度調整機構包含絲杆、滑塊、支撐連杆、滑道、聯軸器、直流電機一、支撐搖杆、以及安裝架；所述光伏組件展開機構固定於角度調整機構的支撐搖杆上，光伏組件展開機構包含兩個軌道上固定架、下固定架、上雙節軌、下雙節軌、光伏組件、齒條、齒輪、直流電機二、搖杆、滾動滑塊一、滾動滑塊二，所述光伏組件分為三塊並聯連接的組件，分別為光伏組件一、光伏組件二、光伏組件三；

所述角度調整機構為搖杆滑塊機構，結合絲杆傳動來實現角度調整，所述滑道固定設置於安裝架上，所述絲杆設置於滑道內，絲杆通過聯軸器連至直流電機一上，所述滑塊設置於滑道內，並與絲杆作活動連接，所述支撐連杆與滑塊通過鉸鏈進行連接，所述支撐搖杆通過鉸鏈分別與安裝架以及支撐連杆進行連接；

所述光伏組件展開機構為雙滑塊搖杆機構，結合齒輪齒條傳動帶動所述上雙節軌、下雙節軌來實現光伏組件的展開與收攏，所述上固定架固定於支撐搖杆的上端，所述下固定架固定於支撐搖杆的下端，所述光伏組件一固定於上雙節軌的動軌上，上雙節軌的靜軌固定於上固定架和下固定架組成的上層軌道空間內，所述光伏組件二固定於下雙節軌的動軌上，下雙節軌的靜軌固定於上固定架和下固定架組成的下層軌道空間內，所述光伏組件三固定於上固定架、下固定架組成的最外層；所述滾動滑塊一的一端固定於光伏組件一的邊緣，另一端通過滾動軸承在搖杆的滑槽內滾動；所述滾動滑塊二的一端固定於光伏組件二的邊緣，另一端通過滾動軸承在搖杆的滑槽內滾動；所述搖杆通過鉸鏈與下固定架的外伸杆相連；所述直流電機二通過連接片固定於支撐搖杆上，所述齒條固定於光伏組件二的背面，與電機軸上的齒輪構成齒輪齒條傳動；

所述光伏自供電控制器包括鋰電池、溫度傳感器、光伏組件、鋰電池管理單元、穩壓單元、電機驅動單元、模擬信號採集單元、開關量信號採集單元、通訊單元、DSP微處理器、光電編碼器,所述溫度傳感器與鋰電池串聯連接，所述鋰電池與鋰電池管理單元、光伏組件、穩壓單元、模擬信號採集單元、電機驅動單元相互並聯連接，所述光電編碼器安裝在絲杆端部，光電編碼器的輸出端與開關量信號採集單元的輸入端連接，所述開關量信號採集單元的輸入端還與若干限位開關和若干點動按鈕的輸出端連接，開關量信號採集單元的輸出端與DSP微處理器的輸入端連接，所述模擬信號採集單元的輸出端與DSP微處理器的輸入端連接，所述DSP微處理器的輸出端與電機驅動單元的輸入端連接，所述通訊單元與DSP微處理器相互通迅。

前述的通用型光伏自供電系統，其特徵在於：所述可調節光伏支架和光伏自供電控制器各有一個。

前述的通用型光伏自供電系統，其特徵在於：所述光伏自供電控制器的鋰電池管理單元以CN為控制晶片。

前述的光伏自供電控制器，其特徵在於：所述開關量信號採集單元輸入端連接的若干限位開關分別為限位開關一、限位開關二、限位開關三、限位開關四，各限位開關之間相互獨立；開關量信號採集單元輸入端連接的若干點動按鈕分別為點動按鈕一、點動按鈕二、點動按鈕三，各點動按鈕之間相互獨立。

進一步地，前述的光伏自供電控制器，其特徵在於：所述通訊單元還有外部設備相互通訊。

更進一步地，所述通訊單元有兩種通訊接口，分別是IIC通訊和RS通訊。

進一步地，可調節光伏支架的安裝架的材料為市場上通用的鋁合金方管框架型材。

本實用新型提供了一種通用型光伏自供電系統，適用於一些功率小於60W的戶外設備，為戶外設備提供一種高效的能量來源以及電源管理方案，並且具有一定通用性、可移植性以及開發性。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型可調節光伏支架的結構示意圖；

圖3為圖1的左視結構示意圖；

圖4為本實用新型角度調整機構簡圖；

圖5為本實用新型光伏組件展開機構簡圖；

圖6為本實用新型光伏組件展開狀態示意圖；

圖7為本實用新型光伏組件收攏狀態示意圖；

圖8為本實用新型光伏自供電系統結構框圖。

圖中附圖標記含義：絲杆1，滑塊2，支撐連杆3，滑道4，聯軸器5，直流電機一6，支撐搖杆7，上軌道固定架8-1、下軌道固定架8-2，上雙節軌9-1、下雙節軌9-2，光伏組件10，光伏組件一10-1，光伏組件二10-2，光伏組件三10-3，齒條11，齒輪12，直流電機二13，搖杆14，滾動滑塊一15，滾動滑塊二16，安裝架17，鋰電池18，鋰電池管理單元19，穩壓單元20，電機驅動單元21，模擬信號採集單元22，開關量信號採集單元23，通訊單元24，DSP微處理器25，光電編碼器26，限位開關一27、限位開關二28、限位開關三29、限位開關四30，點動按鈕一31、點動按鈕二32、點動按鈕三33，溫度傳感器34，行動裝置35。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本申請保護的範圍。

如圖1～8所示，本發明的通用型光伏自供電系統，包括可調節光伏支架和光伏自供電控制器，可調節光伏支架包括角度調整機構和光伏組件展開機構，角度調整機構安裝於行動裝置35上，光伏自供電控制器安裝在行動裝置35內部,角度調整機構包含絲杆1、滑塊2、支撐連杆3、滑道4、聯軸器5、直流電機一6、支撐搖杆7、以及安裝架17；光伏組件展開機構固定於角度調整機構的支撐搖杆7上，光伏組件展開機構包含兩個軌道上固定架8-1、下固定架8-2、上雙節軌9-1、下雙節軌9-2、光伏組件10、齒條11、齒輪12、直流電機二13、搖杆14、滾動滑塊一15、滾動滑塊二16，光伏組件10分為三塊並聯連接的組件，分別為光伏組件一10-1、光伏組件二10-2、光伏組件三10-3；

如圖2-4所示，角度調整機構為搖杆滑塊機構，結合絲杆傳動來實現角度調整，滑道4固定設置於安裝架17上，絲杆1設置於滑道4內，絲杆1通過聯軸器5連至直流電機一6上，滑塊2設置於滑道4內，並與絲杆作活動連接，支撐連杆3與滑塊2通過鉸鏈進行連接，支撐搖杆7通過鉸鏈分別與安裝架17以及支撐連杆3進行連接，角度調整機構可通過控制直流電機一6的正反轉，實現絲杆1帶動滑塊2前後直線運動，從而驅動支撐搖杆7擺動，實現角度調整。

如圖2、圖3以及圖5-7所示，光伏組件展開機構為雙滑塊搖杆機構，結合齒輪齒條傳動帶動上雙節軌9-1、下雙節軌9-2來實現光伏組件10的展開與收攏，上固定架8-1固定於支撐搖杆7的上端，下固定架8-2固定於支撐搖杆7的下端，光伏組件一10-1固定於上雙節軌9-1的動軌上，上雙節軌9-1的靜軌固定於上固定架8-1和下固定架8-2組成的上層軌道空間內，光伏組件二10-2固定於下雙節軌9-2的動軌上，下雙節軌9-2的靜軌固定於上固定架8-1和下固定架8-2組成的下層軌道空間內，光伏組件三10-3固定於上固定架8-1、下固定架8-2組成的最外層；滾動滑塊一15的一端固定於光伏組件一10-1的邊緣，另一端通過滾動軸承在搖杆14的滑槽內滾動；滾動滑塊二16的一端固定於光伏組件二10-2的邊緣，另一端通過滾動軸承在搖杆14的滑槽內滾動；搖杆14通過鉸鏈與下固定架8-2的外伸杆相連；直流電機二13通過連接片固定於支撐搖杆7上，齒條11固定於光伏組件二10-2的背面，與電機軸上的齒輪12構成齒輪齒條傳動。控制直流電機二13的正反轉，驅動一個上雙節軌9-1或下雙節軌9-2的動軌帶動相應光伏組件在相應固定架內滑動，並通過雙滑塊搖杆機構帶動另一端光伏組件的滑動，實現光伏組件一10-1、光伏組件二10-2的同時展開與收攏，從而達成在設備需要時展開，不需要時收攏的目的，如圖6為組件展開時的狀態，圖7為組件收攏時的狀態。

如圖8所示，光伏自供電控制器包括鋰電池18、溫度傳感器34、光伏組件10、鋰電池管理單元19、穩壓單元20、電機驅動單元21、模擬信號採集單元22、開關量信號採集單元23、通訊單元24、DSP微處理器25、光電編碼器26,溫度傳感器34與鋰電池18串聯連接，鋰電池18與鋰電池管理單元19、光伏組件10、穩壓單元20、模擬信號採集單元22、電機驅動單元21相互並聯連接，模擬信號採集單元22能夠採集鋰電池18的電壓和溫度、光伏組件10的電壓、兩路電機的電流。光電編碼器26安裝在絲杆1端部，隨著絲杆1的轉動產生脈衝，光電編碼器26的輸出端與開關量信號採集單元23的輸入端連接，開關量信號採集單元23的輸入端還與若干限位開關和若干點動按鈕的輸出端連接，開關量信號採集單元23的輸出端與DSP微處理器25的輸入端連接，模擬信號採集單元22的輸出端與DSP微處理器25的輸入端連接，DSP微處理器25的輸出端與電機驅動單元21的輸入端連接，通訊單元24與DSP微處理器25相互通迅，DSP微處理器25其輸入端根據脈衝數得到角度調整機構的角度變化量，實現角度的精確調整。

優選地，可調節光伏支架和光伏自供電控制器各有一個。

光伏自供電控制器的鋰電池管理單元19以CN3722為控制晶片，通過採集光伏組件10的輸入電壓、鋰電池18的電壓以及充電電流，並控制降壓電路中的開關實現三階段充電，在電池電壓小於低壓門限值時採用涓流充電，高於低壓門限值並小於高壓門限值時恆流充電，超過高壓門限電壓時恆壓充電；並具有光伏組件恆電壓最大功率點跟蹤功能，因此鋰電池管理單元19具有較高的充電效率。此外所述鋰電池管理單元19通過溫度傳感器34採集鋰電池18表面溫度，在溫度過高時切斷充電電路，起到保護作用。

此外，鋰電池管理單元19的電池的充電高壓門限值可通過可調分壓電阻調整，因此可適用於不同滿充電壓的鋰電池18；光伏組件10最大功率跟蹤點的電壓可通過可調電阻調整，因此可適用於不同功率輸出的光伏組件，綜上，光伏自供電控制器可適用於較多場合，具有較強的通用性。

開關量信號採集單元23輸入端連接的若干限位開關分別為限位開關一27、限位開關二28、限位開關三29、限位開關四30，各限位開關之間相互獨立；開關量信號採集單元23輸入端連接的若干點動按鈕分別為點動按鈕一31、點動按鈕二32、點動按鈕三33，各點動按鈕之間相互獨立。開關量信號採集單元23用於採集4個限位開關的信號、調試用的3個點動按鈕的信號以及光電編碼器26的脈衝信號，限位開關一27和限位開關二28分別對應於角度調整機構的2個極限位置，限位開關三29和限位開關四30分別對應於光伏組件展開機構的2個極限位置，從而在機構達到極限位置時停止相應的直流電機的旋轉，起到保護作用；3個點動按鈕用於現場手動調試可調節光伏支架，點動按鈕一31用於點動增大角度調整機構角度，點動按鈕二32用於點動減小調整機構角度，點動按鈕三33用於展開和收攏光伏組件10，便於操作人員根據需要手動調整光伏支架的狀態。

進一步地，通訊單元24還有外部設備相互通訊，通訊單元24有兩種通訊接口，分別是IIC通訊和RS485通訊，適用於多種具有IIC接口或RS485接口的設備。外部設備可通過通訊接口控制可調整光伏支架工作狀態，包括角度調整、組件展開收攏控制。操作人員不但可以通過點動按鈕控制支架，也可通過設備通訊來控制可調整光伏支架，使控制方式更加靈活，適用於更多場合，便於開發。

優選地，可調節光伏支架的安裝架17的材料為市場上通用的鋁合金方管框架型材，安裝方便，移植性強，適用於多種場合。

以上僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護範圍。