基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源的製作方法

2023-05-25 16:51:16 3

專利名稱：基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源。
背景技術：
現代社會，能源緊缺及環境汙染是人類面臨的最嚴峻的問題。而綠色能源的開發和利用，不僅可以緩解能源緊缺問題，而且可以保護環境。太陽能和風能儲量豐富，易於採集，是非常好的綠色能源。太陽能總量相當於現在人類所利用能源的一萬多倍，如果能合理地利用這些能量，其產生的經濟價值是非常可觀的。將太陽能發電和風力發電相結合應用於城市道路照明，產生的經濟效益將十分巨大，對於保護環境也具有重大的意義。但是由於太陽能的能量密度低，而且它還因地而異、因時而變。實驗證明當太陽光垂直照射太陽能板時，效率最高，產生的電能最多。但是現在用於採集太陽能的太陽能板都是固定不變的，隨著每天從早到晚的時間推移，太陽在不斷地偏轉，而且其高度位置也在變化；按照四季的變化，太陽的高度位置也是不同的，所以現有的固定太陽能板採集光照的效率較低。
發明內容本實用新型克服了現有技術中的不足，提供一種基於太陽能板智能追光的風光互補路燈。為了解決上述存在的 技術問題，本實用新型是通過以下技術方案實現的:一種基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源，支撐架12、轉向機構、傾斜機構、太陽能板組件、位置採集模塊和數據處理模塊19、安裝平臺24、風力發電機組和風向標28 ；轉向機構安裝在支撐架12上，轉向機構是由第--體式帶有減速器的驅動電機
11、第一蝸輪3、第一蝸杆2、安裝架1、推力軸承18和第一套筒4組成，安裝架I安裝固定在支撐架12上，第一一體式帶有減速器的驅動電機11與第一蝸杆2同軸聯接，第一蝸杆2通過兩個軸承分別安裝在第一管件14A和第二管件14B內，第一管件14A和第二管件14B安裝固定在安裝架I上，第一蝸輪3安裝固定在第一套筒4上，第一套筒4通過軸承13安裝在支撐架12的豎杆上，第一套筒4相對於支撐架12的豎杆可自由轉動，第一蝸輪3和安裝架I之間安裝有推力軸承18，第一蝸杆2與第一蝸輪3相嚙合；太陽能板組件包括支撐杆8、架體9和太陽能板10，太陽能板10安裝固定在架體9上，架體9安裝固定在支撐杆8上；傾斜機構是由第二一體式帶有減速器的驅動電機16、第二蝸輪7、第二蝸杆6和第二套筒5組成，第二一體式帶有減速器的驅動電機16與第二蝸杆6同軸聯接，第二蝸杆6通過兩個軸承15分別安裝在第三管件17A和第四管件17B內，第三管件17A和第四管件17B安裝固定在第一套筒4上，第二套筒5安裝固定在第一套筒4上，支撐杆8通過軸承安裝在第二套筒5內且可相對第二套筒5自由轉動，第二蝸輪7安裝固定在支撐杆8上，第二蝸輪7與第二蝸杆6相哨合；[0009]位置採集模塊和數據處理模塊19均安裝在架體9上；安裝平臺24通過一個推力軸承32和兩個滾動軸承安裝在支撐架12的頂端，風力發電機組和風向標28安裝在安裝平臺上。所述的風力發電機組包括:風葉20、葉片安裝盤21、主軸22、軸承、大齒輪25、小齒輪26和發電機27，葉片安裝盤21安裝固定在主軸22前端，風葉20安裝固定在葉片安裝盤21上，主軸22通過兩個軸承安裝在安裝平臺24上，大齒輪25安裝固定在主軸22的末端，發電機27安裝在安裝平臺上，其軸端安裝小齒輪26，大齒輪25和小齒輪26相嚙合。推力軸承32主要保證風力發電機組能夠按照風向繞支撐架旋轉，滾動軸承的作用也是使風力發電機組能夠按照風向繞支撐架旋轉。當風葉旋轉時，帶動主軸22轉動，從而使末端安裝大齒輪25 —起轉動，大齒輪25帶動小齒輪26旋轉使發電機工作。位置採集模塊用於檢測太陽的方位角度以及相對地面的高度，並將檢測到的數據傳送到數據控制處理模塊，數據控制處理模塊進行數據處理，判斷太陽能板位置是否與太陽光照射方向成90度角的相對位置關係，然後將動作指令數據分別傳遞到轉向機構和傾斜機構，實現太陽能板的位置與光照方向始終成垂直關係。由於太陽能發電在夜間不能工作，對於風力而言，一般情況是白天風力較小，晚上風力則較大，故在夜間風力發電效率較高，可以作為路燈電源的一個補充和加強。由於採用上述技術方案，本實用新型提供的基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源，與現有技術相比，其有益效果是:不僅可自動追蹤太陽旋轉時的位置變化，也可根據白天不同時間段或四季時間不同，太陽相對地面高度不同，可以實時協調太陽高度，使太陽能板始終能夠正對太陽，並與太陽光照射成相對90度。通過檢測太陽照射位置是否與太陽能板垂直的數據信號，傳遞到中央控制處理器，中央控制處理器經過處理判斷，發出調整太陽能板位置的信號，信號最終由電動機執行，電動機根據指令轉動相應的角度，最終達到最優的角度位置。這樣提高了太陽能板的利用效率，增加了總的發電量。與固定光伏系統比較，提高發電量大於40%，而且將太陽能發電和風力發電相結合用於道路照明系統。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是轉向機構和傾斜機構示意圖；圖3是轉向機構和傾斜機構安裝示意圖；圖4是轉向機構和傾斜機構放大示意圖圖5是蝸輪蝸杆傳動機構結構示意圖；圖6是太陽能板安裝示意圖；圖7是風力發電機組示意圖；圖8是風力發電機組分解示意圖；圖9是本實用新型實施例單片機控制電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細描述:如圖1所示，是基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源裝置的系統結構圖，包括支撐架、轉向機構、傾斜機構、太陽能板組件、位置採集模塊和數據處理模塊；如圖1所示，一種基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源，支撐架12、轉向機構、傾斜機構、太陽能板組件、位置採集模塊和數據處理模塊19、安裝平臺24、風力發電機組和風向標28 ；轉向機構和傾斜機構為電機、減速機和蝸輪蝸杆傳動機構，其作用是為太陽能板旋轉和調整角度時提供動力，完成空間內的兩個旋轉自由度。為調整太陽能板跟隨太陽自東向西偏轉的蝸輪蝸杆。蝸輪繞著垂直於地面的豎直
杆旋轉。如圖2所示，轉向機構安裝在支撐架上，轉向機構是由第--體式帶有減速器的驅
動電機、第一蝸輪、第一蝸杆、安裝架、推力軸承18和第一套筒組成，安裝架I安裝固定在支撐架12上，第一一體式帶有減速器的驅動電機11與第一蝸杆2同軸聯接，第一蝸杆2通過兩個滾動軸承分別安裝在第一管件14A和第二管件14B內，第一管件14A和第二管件14B安裝固定在安裝架I上，第一蝸輪3安裝固定在第一套筒4上，第一套筒4內安裝有滾動軸承13，滾動軸承內圈安裝固定在支撐架12的豎杆上，使第一套筒4相對於支撐架12的豎杆能夠自由轉動，第一蝸輪3和安裝架之間安裝有推力軸承18，第一蝸杆2與第一蝸輪3相嚙合；因此，當第一蝸杆2轉動時，帶動焊接在第一套筒上的第一蝸輪3轉動，使得整個太陽能板支架轉動。 第一蝸輪3的參數是:模數為2 ;內孔:40mm ;外直徑:68mm 厚度:20mm ；第一蝸杆2的參數是:模數為2，總長:240mm ;齒的外徑:28mm ;軸的直徑:21mm ；齒的長度:30mm。第一一體式帶有減速器的驅動電機功率小，耗能低，當第一一體式帶有減速器的驅動電機在接受中央控制處理器傳遞的命令時，第一一體式帶有減速器的驅動電機動作，將動力傳遞到減速機，減速機將扭矩增大，然後通過蝸輪蝸杆傳動機構驅動整個太陽能板支架作出相應的轉動。蝸輪蝸杆傳動機構的特性之一是具有自鎖性，當第一蝸杆的導程角小於嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性，可實現反向自鎖，即只能由第一蝸杆帶動第一蝸輪，而不能由第一蝸輪帶動第一蝸杆，其反向自鎖性可起安全保護作用。如圖6所示，太陽能板組件包括支撐杆、架體和太陽能板，太陽能板安裝固定在架體上，架體安裝固定在支撐杆上；如圖3—圖5所示，傾斜機構是由第二一體式帶有減速器的驅動電機16、第二蝸輪
7、第二蝸杆6和第二套筒5組成，第二一體式帶有減速器的驅動電機16與第二蝸杆6同軸聯接，第二蝸杆6通過兩個滾動軸承15分別安裝在第三管件17A和第四管件17B內，第三管件17A和第四管件17B安裝固定在第一套筒4上，第二套筒5安裝固定在第一套筒4上，第二套筒5內安裝有滾動軸承，滾動軸承內圈安裝固定在支撐杆8上，使支撐杆6可相對第二套筒5自由轉動，第二蝸輪7安裝固定在支撐杆8上，第二蝸輪7與第二蝸杆6相嚙合；當第二蝸杆旋轉時，可帶動焊接在太陽能板支架橫杆上的第二蝸輪，最終使得太陽能板能夠調整與地面的夾角。第二蝸輪7的參數是:模數為2 ;內孔:25mm ;外直徑:55mm 厚度:20mm ；第二蝸杆6的參數是:模數為2，總長:200mm ;齒的外徑:28mm ;軸的直徑:21mm ；齒的長度:36mm。如圖1所示，位置採集模塊和數據處理模塊19均安裝在架體9上。檢測裝置必須露在外邊，可檢測到光照。[0041]位置採集模塊是由四個光敏傳感器和信號指示燈組成，光敏傳感器按東、西、南、北四個方向分布排列。光敏傳感器選用GL5616光敏電阻，這是因為它屬半導體光敏器件，除具靈敏度高，反應速度快，功耗低，光譜特性及r值一致性好等特點外，在高溫、多溼的惡劣環境下，還能保持高度的穩定性和可靠性，完全可以用來應用於監測太陽光輻射角度。太陽處於不同的方位和不同的位置高度時，由對應的光敏傳感器接收太陽光。光敏傳感器主要的作用是識別光源位置，將光信號轉化為相應的電信號。如圖7所示，數據控制處理模塊採用單片機控制電路，它主要對光敏傳感器的檢測數據進行處理和判斷，是整個太陽能板智能跟蹤系統的控制中心。當單片機控制電路接收到檢測數據後，進行判斷，當太陽的位置偏轉時，它將發出控制命令，太陽能板自動跟蹤太陽光照，調整太陽能板與地面之間的角度，使太陽能板始終正對著太陽，這樣可以提高太陽能板接受太陽光照的效率，使得太陽能板產生更多的電能。
當太陽位置高度採集模塊中的光敏傳感器檢測到太陽的方位角度以及相對地面的高度時，將數據傳送到中央控制處理器，中央處理器進行數據處理，判斷太陽能板位置是否與太陽光照射方向成90度垂直的相對位置關係，然後將判斷後的數據傳遞到旋轉機構和傾斜機構的驅動電機，以此控制兩個驅動電機的動作，驅動電機輸出的動力通過減速器將扭矩放大，然後再將扭矩傳遞給蝸輪蝸杆機械傳動機構，蝸輪蝸杆轉動相應的角度，最終實現太陽能板的位置與光照方向始終成相對垂直。當位置採集模塊中的光敏傳感器檢測到太陽的方位角度以及相對地面的高度時，將數據傳送到中央控制處理器，中央處理器進行數據處理，判斷太陽能板位置是否與太陽光照射方向成90度垂直的相對位置關係，然後將判斷後的數據傳遞到電動機，以此控制電動機動作，電機輸出的動力通過減速器將扭矩放大，然後再將扭矩傳遞給蝸輪蝸杆機械傳動機構，蝸輪蝸杆轉動相應的角度，最終實現太陽能板的位置與光照方向始終成相對垂直。安裝平臺24通過一個推力軸承32和兩個滾動軸承安裝在支撐架12的頂端，風力發電機組和風向標28安裝在安裝平臺上；所述的風力發電機組包括:風葉20、葉片安裝盤21、主軸22、軸承、大齒輪25、小齒輪26和發電機27，葉片安裝盤21安裝固定在主軸22前端，風葉20安裝固定在葉片安裝盤21上，主軸22通過兩個軸承安裝在安裝平臺24上，大齒輪25安裝固定在主軸22的末端，發電機27安裝在安裝平臺上，其軸端安裝小齒輪26，大齒輪25和小齒輪26相嚙合。風力發電機採用50W直流發電機，為了實現風力發電機能夠在微風等天氣條件下也能較容易的起動，為此設計了增速齒輪組，以提高發電機的轉速。大齒輪:100齒，孔徑12.2麗；小齒輪:16齒，孔徑6麗；厚度均為10麗。變速比為6倍。這樣大大提高了風力發電機的效率，使得其能夠發揮最大的作用。
權利要求1.一種基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源，支撐架(12)、轉向機構、傾斜機構、太陽能板組件、位置採集模塊和數據處理模塊(19)、安裝平臺(24)、風力發電機組和風向標(28)，其特徵在於: 轉向機構安裝在支撐架(12)上，轉向機構是由第--體式帶有減速器的驅動電機(11)、第一蝸輪(3)、第一蝸杆(2)、安裝架(I)、推力軸承(18)和第一套筒(4)組成，安裝架(1)安裝固定在支撐架(12)上，第一一體式帶有減速器的驅動電機(11)與第一蝸杆(2)同軸聯接，第一蝸杆(2)通過兩個軸承分別安裝在第一管件(14A)和第二管件(14B)內，第一管件(14A)和第二管件(14B)安裝固定在安裝架(I)上，第一蝸輪(3)安裝固定在第一套筒(4)上，第一套筒(4)通過軸承(13)安裝在支撐架(12)的豎杆上，第一套筒(4)相對於支撐架(12)的豎杆可自由轉動，第一蝸輪(3)和安裝架(I)之間安裝有推力軸承(18)，第一蝸杆(2)與第一蝸輪(3)相嚙合； 太陽能板組件包括支撐杆(8)、架體(9)和太陽能板(10)，太陽能板(10)安裝固定在架體(9)上，架體(9)安裝固定在支撐杆(8)上； 傾斜機構是由第二一體式帶有減速器的驅動電機(16)、第二蝸輪(7)、第二蝸杆(6)和第二套筒(5)組成，第二一體式帶有減速器的驅動電機(16)與第二蝸杆(6)同軸聯接，第二蝸杆(6)通過兩個軸承(15)分別安裝在第三管件(17A)和第四管件(17B)內，第三管件(17A)和第四管件(17B)安裝固定在第一套筒(4)上，第二套筒(5)安裝固定在第一套筒(4)上，支撐杆(8)通過軸承安 裝在第二套筒(5)內且可相對第二套筒(5)自由轉動，第二蝸輪(7)安裝固定在支撐杆(8)上，第二蝸輪(7)與第二蝸杆(6)相嚙合； 位置採集模塊和數據處理模塊(19)均安裝在架體(9)上； 安裝平臺(24)通過一個推力軸承(32)和兩個滾動軸承安裝在支撐架(12)的頂端，風力發電機組和風向標(28)安裝在安裝平臺上。
2.根據權利要求1所述的一種基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源，其特徵在於:所述的風力發電機組包括:風葉(20)、葉片安裝盤(21)、主軸(22)、軸承、大齒輪(25)、小齒輪(26)和發電機(27)，葉片安裝盤(21)安裝固定在主軸(22)前端，風葉(20)安裝固定在葉片安裝盤(21)上，主軸(22)通過兩個軸承安裝在安裝平臺(24)上，大齒輪(25)安裝固定在主軸(22)的末端，發電機(27)安裝在安裝平臺上，其軸端安裝小齒輪(26)，大齒輪(25)和小齒輪(26)相嚙合。
專利摘要本實用新型公開了一種基於太陽能板智能追光的風光互補路燈供電電源，旨在提供一種可以自動追蹤太陽的位置，提高了太陽能板的利用效率，與固定光伏系統比較,提高發電量40%左右，大大增加了總的發電量，而且將太陽能發電和風力發電相結合用於道路照明系統。其技術方案的要點包括支撐架、轉向機構、傾斜機構、太陽能板組件、位置採集模塊和數據處理模塊、安裝平臺、風力發電機組和風向標。
文檔編號F21V23/00GK203057028SQ20122057730
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者陳興文, 馬博文, 馬浩東, 劉燕 申請人:大連民族學院