一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統的製作方法
2023-04-24 21:42:31
專利名稱：一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能發電系統，更具體地涉及一種能夠自動向日跟蹤功能的太陽能發電系統，屬於發電設備技術領域。
背景技術：
隨著社會經濟的發展，能源的需求日益增長，煤炭、石油、天然氣等常規能源也越來越供不應求，因此開發新能源是當今世界的必然趨勢。太陽能作為一種新能源，它在可預見的時間內不會枯竭，且無大氣和放射性汙染，已經受到了國內外的廣泛關注。目前太陽能利用技術主要有太陽能轉換為熱能、機械能、電能、化學能等技術，其中太陽能-熱能轉換歷史最久遠、開發最普遍，其應用太陽能熱水器也已經在人們的生活中得到了較為廣泛的應用；然而利用太陽能-電能的太陽能發電系統確僅在一些工業領域、軍事領域或者航空航天領域得到應用，並沒有得到普及與推廣，這其中主要的問題是太陽能發電系統的一次性投資較大，而其中太陽能電池板的價格又在整個系統中佔有較大的比重，因而如何降低整個系統中太陽能電池板的價格成為了降低太陽能發電系統成本價格的關鍵。
在現有技術中，太陽能發電系統基本屬於平板固定式矽晶光伏發電設備，雖然能夠較為方便地安放在屋頂和牆面，然而它卻存在一個問題由於地球不停的自轉，太陽一天中東升西落，位置不斷變化，因而對於平板固定式矽晶光伏發電設備而言，實際上每天只有很短時間太陽光直射到太陽能電池板上。科學研究表明，這種方式影響了太陽電池的光電轉化效率，使得每天有效的發電效率只有4～6％，白白浪費了30～50％的太陽光，而為了保證太陽能電池板的發電功率就需要增加太陽能電池板的面積，這使得太陽能發電系統的成本增加，這種以犧牲成本來保證發電功率的方法顯然不能被消費者接受。
發明內容
本發明即是針對上述現有技術中存在的缺點而提出的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，該系統中太陽能電池板能夠自動追蹤太陽光照最強點，提高太陽能電池板的使用效率，降低太陽能發電系統的成本。
本發明是通過下述技術方案來實現的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，包括太陽能電池板、蓄電池組、太陽能充電控制器，其中太陽能電池板接收到太陽光，將光能轉換為電能，然後通過太陽能充電控制器向蓄電池組供電，蓄電池組存儲電能，向外部負載供電。此外，該系統還包括向日跟蹤裝置，所述的向日跟蹤裝置包括旋轉單元、驅動單元、傳動單元和控制單元，所述的太陽能電池板設置在旋轉單元上，所述的旋轉單元通過傳動單元與驅動單元連接，所述的控制單元包括在太陽能電池板上軸對稱設置的第一光電傳感器、第二光電傳感器、第一比較器、第二比較器、第一驅動單元、第二驅動單元、第一執行單元和第二繼執行單元，所述的第一光電傳感器的輸出端與第一比較器的正相輸入端和第二比較器的反相輸入端連接，第二光電傳感器輸出端與第一比較器的反相輸入端和第二比較器的正相輸入端連接，所述的第一比較器、第二比較器的輸出端分別與第一驅動單元、第二驅動單元的輸入控制端連接，所述的第一驅動單元、第二驅動單元的輸出端分別與第一執行單元、第二繼執行單元的控制端連接，所述的第一執行單元、第二繼執行單元的輸出端與驅動單元的輸入端連接，且對應於驅動單元的輸入端極性相反。
進一步地，所述的太陽能電池板旋轉裝置包括支撐部件、同軸雙圈轉盤，所述的太陽能電池板設置在支撐部件上，所述的同軸雙圈轉盤的內圈和外圈能產生相對轉動，所述的支撐部件固定在在所述的同軸雙圈轉盤的內圈上。
進一步地，所述的驅動單元為慢速直流電機。
進一步地，所述的傳動單元包括傳動軸和聯軸器，所述的聯軸器連接所述的傳動軸和所述的驅動單元的輸出軸，所述的傳動軸與太陽能電池板旋轉裝置連接。
進一步地，所述的第一驅動單元為第一電晶體驅動電路，第一執行單元為第一雙觸點繼電器，所述的第一電晶體的基極與第一比較單元的輸出端連接，集電極與第一雙觸點繼電器線圈一端連接，該第一雙觸點繼電器線圈另一端接高電平，發射極通過一二極體接地；所述的第二驅動單元為第二電晶體驅動電路，第二執行單元為第二雙觸點繼電器，所述的電晶體的基極與第二比較單元的輸出端連接，集電極與第二雙觸點繼電器線圈一端連接，該第二雙觸點繼電器線圈另一端接高電平，發射極通過一二極體接地。
進一步地，所述的控制單元還包括兩個反相輸入端均具有門限電壓值的第三比較器和第四比較器，所述的第三比較器的正相輸入端與第一比較器的輸出端連接，所述的第三比較器的輸出端與第一驅動單元的輸入控制端連接；所述的第四比較器的正相輸入端與第二比較器的輸出端連接，所述的第四比較器的輸出端與第二驅動單元的輸入控制端連接。
更進一步地，所述的門限電壓值是通過電阻分壓的方式得到的。
進一步地，所述的第一比較器的輸出端設置有第一時延環節，所述的第二比較器的輸出端設置有第二時延環節。
更進一步地，所述的第一時延環節為第一電阻和第一電容串聯組成的延時電路，所述的第一電阻與第一比較器的輸出端之間設置有第一反向二極體；所述的第二時延環節為第二電阻和第二電容串聯組成的延時電路，所述的第二電阻與第二比較器的輸出端之間設置有第二反向二極體。
與現有技術相比，本發明具有如下顯著優點(1)結構簡單，充分利用了太陽能這種無汙染的清潔能源；(2)該系統中太陽能電池板能夠自動跟蹤最大太陽光照強度，提高太陽能電池的轉化效率；(3)有效地降低了太陽能發電系統的投資成本，適於推廣利用。
圖1為本發明具體實施例的系統電路原理圖；
圖2為本發明具體實施例的結構示意圖；圖3為本發明具體實施例的向日跟蹤裝置的電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的介紹，但不作為對本發明的限定。
參考圖1所示，一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統的系統供電原理圖，該原理圖說明了如何利用太陽能向外部負載供電，從圖1中可以看出，太陽能發電系統包括太陽能電池板1、蓄電池組2、太陽能充電控制器3，其中太陽能電池板1接收到太陽光，通過光生伏特效應將光能轉換為電能，然後通過太陽能充電控制器3向蓄電池組2供電，蓄電池組2存儲電能，在需要的時候向外部負載供電。說明一點的是在蓄電池組向外部負載供電時，如果是直流負載，且負載的供電電壓與蓄電池組的輸出電壓相等，可以直接利用蓄電池組的輸出給負載供電；如果是直流負載，但負載的供電電壓與蓄電池組的輸出電壓不等，蓄電池組的輸出可以通過一級DC/DC變換後給負載供電；如果是交流負載，蓄電池組的輸出通過逆變器轉換後給負載供電。
為了有效地提高太陽能電池板的發電效率，本發明採用向日跟蹤裝置，使得太陽能電池板固定設置在向日跟蹤裝置上，隨著向日跟蹤裝置運動，以使得太陽能電池板始終能夠得到最大光照強度。參考圖2所示，該系統中得向日跟蹤裝置的結構示意圖如圖2所示，向日跟蹤裝置包括支撐部件11，同軸雙圈轉盤12，傳動軸13，慢速直流電機14，以及將慢速直流電機14輸出軸和傳動軸13連接的聯軸器15，其中同軸雙圈轉盤12的內圈和外圈可以產生相對轉動，慢速直流電機14和同軸雙圈轉盤12的外圈安裝固定在底座16上，太陽能電池板1安裝在支撐部件11上，利用支撐部件11的支撐作用太陽能電池板1與水平面成一定角度，該角度與太陽的照射高度有關，也即當太陽能電池板1面向太陽時，該角度正好滿足太陽光垂直照射在太陽能電池板1上，支撐部件11可以為多個部件組合，圖2中只標識出了與傳動軸13連接部分，支撐部件11安裝在同軸雙圈轉盤12的內圈上，慢速直流電機14的輸出軸通過聯軸器15與傳動軸13連接，傳動軸13的另一端與支撐部件11連接，使其能隨傳動軸13的轉動而轉動。參考圖3所示，為向日跟蹤裝置的控制電路原理圖，首先在太陽能電池板1上軸向對稱位置設置第一光電傳感器A和第二光電傳感器B，且第一光電傳感器A和第二光電傳感器B的輸出信號分別作為第一比較器U1和第二比較器U2的輸入端，但是與第一比較器U1和第二比較器U2的同相輸入端和反相輸入端的連接相反，也即第一光電傳感器A與第一比較器U1的同相輸入端以及第二比較器U2的反相輸入端連接，第二光電傳感器B與第一比較器U1的反相輸入端以及第二比較器U2的同相輸入端連接，第一比較器U1的輸出端通過第一電阻R1、第三電阻R3與第三比較器U3同相輸入端相連，且第一電阻R1的另一端通過第一電容C1接地，同時通過第一二極體D1與第一比較器U1的輸出端連接；第二比較器U2通過第二電阻R2、第四電阻R4和第四比較器U4的同相輸入端相連，且第二電阻R2的另一端通過第二電容C2接地，同時通過第二二極體D2與第二比較器U2的輸出端連接；第三比較器U3和第四比較器U4的反相輸入端均與一門限電壓值連接，在本實施例中門限電壓值通過電阻分壓的方式得到；第三比較器U3的輸出端通過一電阻與第一電晶體Q1的基極連接，第四比較器U4的輸出端也通過一電阻與第二電晶體Q2的基極連接，第一電晶體Q1和第二電晶體Q2的集電極分別與第一繼電器D1和第二繼電器D2的線圈一端連接，第一繼電器D1和第二繼電器D2的線圈另一端接高電位電源，第一電晶體Q1和第二電晶體Q2的發射極分別通過一二極體接地；第一繼電器RZ1的兩組常開觸點分別與高電平和地連接，兩組常閉觸點分別與慢速直流電機14的輸入端連接，第二繼電器RZ2的兩組常開觸點分別與高電平和地連接，兩組常閉觸點分別與慢速直流電機14的輸入端連接，但是對應於慢速直流電機14而言，第一繼電器RZ1和第二繼電器RZ2給其供電時，正負極性連接方向正好相反。
在實際使用中，如果照射到太陽能電池板上的太陽光不是直射，則太陽光照射到第一光電傳感器A和第二光電傳感器B上的光照強度不同，從而第一光電傳感器A和第二光電傳感器B的輸出電壓不同，則輸入第一比較器U1和第二比較器U2同相輸入端和反相輸入端的電位不同，從而控制慢速直流電機14的轉動方向。具體地說，如果第一光電傳感器A的輸出電壓高於第二光電傳感器B的輸出電壓，則第一比較器U1有輸出，而第二比較器U2沒有輸出，第一比較器U1的輸出電壓與設定的門限電壓進行比較，如果高於門限電壓，則第三比較器U3輸出高電平使得第一電晶體Q1導通，從而第一繼電器D1線圈得電，其對應的兩組觸點都接通常開觸點，直流慢速電機轉動，此轉動方向為朝向第二光電傳感器B光照強度增加的方向直至第一光電傳感器A和第二光電傳感器B所受的光照強度相等，此時第一比較器U1和第二比較器U2均沒有輸出。如果第一光電傳感器A的輸出電壓低於第二光電傳感器B的輸出電壓，按照上述原理，同樣的可以得出直流慢速電機轉動，此轉動方向為朝向第一光電傳感器A光照強度增加的方向直至第一光電傳感器A和第二光電傳感器B所受的光照強度相等，此時第一比較器U1和第二比較器U2均沒有輸出。在上述向日追蹤實現過程中，在第一比較器U1的輸出端設置有由第一電阻R1、第一電容C1所組成的時延環節，該時延環節的延時時間可以通過不同的參數進行調整得到，並且第一電阻R1與第一二極體D1串聯，從而只有當第一光電傳感器A的輸出電壓高於第二光電傳感器B的輸出電壓超過該時延環節所設定的延時時間時，第一比較器U1的輸出才會影響後續電路，從而使得慢速直流電機轉動，該時延環節的設置是為了保證動作的準確性，防止實際過程中的外界突然幹擾；而第一二極體D1的作用是保證第一光電傳感器A的輸出電壓等於第二光電傳感器B的輸出電壓時，通過第一二極體D1迅速將第一電容C1上的電量放完，從而使慢速直流電機立即停止運動。同樣，在第二比較器U2的輸出端設置有由第二電阻R2、第二電容C2所組成的時延環節，該時延環節的延時時間可以通過不同的參數進行調整得到，並且第二電阻R1與第二二極體D2串聯，第二電阻R2、第二電容C2、以及第二二極體D2的作用同第一電阻R1、第一電容C1、以及第一二極體D1，在此不再贅述。
在上述實施例中，設置有具有反相輸入端門限電壓的第三比較器U3和第四比較器U4，他們的作用是使得第一傳感器A和第二傳感器B的輸出電壓差值在一設定值以上時，慢速直流電機14才開始動作，從而進一步保證慢速直流電機14動作的準確性和平穩性。在另一實施裡中，也可以直接利用第一比較器U1和第二比較器U2的輸出端直接控制慢速直流電機14的轉動，只是抗幹擾能力不如上述實施例。
權利要求
1.一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，包括太陽能電池板、蓄電池組、太陽能充電控制器，其中太陽能電池板接收到太陽光，將光能轉換為電能，然後通過太陽能充電控制器向蓄電池組供電，蓄電池組存儲電能，向外部負載供電，其特徵在於，該系統還包括向日跟蹤裝置，所述的向日跟蹤裝置包括旋轉單元、驅動單元、傳動單元和控制單元，所述的太陽能電池板設置在旋轉單元上，所述的旋轉單元通過傳動單元與驅動單元連接，所述的控制單元包括在太陽能電池板上軸對稱設置的第一光電傳感器、第二光電傳感器、第一比較器、第二比較器、第一驅動單元、第二驅動單元、第一執行單元和第二繼執行單元，所述的第一光電傳感器的輸出端與第一比較器的正相輸入端和第二比較器的反相輸入端連接，第二光電傳感器輸出端與第一比較器的反相輸入端和第二比較器的正相輸入端連接，所述的第一比較器、第二比較器的輸出端分別與第一驅動單元、第二驅動單元的輸入控制端連接，所述的第一驅動單元、第二驅動單元的輸出端分別與第一執行單元、第二繼執行單元的控制端連接，所述的第一執行單元、第二繼執行單元的輸出端與驅動單元的輸入端連接，且對應於驅動單元的輸入端極性相反。
2.如權利要求1所述的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，其特徵在於，所述的太陽能電池板旋轉裝置包括支撐部件、同軸雙圈轉盤，所述的太陽能電池板設置在支撐部件上，所述的同軸雙圈轉盤的內圈和外圈能產生相對轉動，所述的支撐部件固定在在所述的同軸雙圈轉盤的內圈上。
3.如權利要求1所述的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，其特徵在於，所述的驅動單元為慢速直流電機。
4.如權利要求1所述的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，其特徵在於，所述的傳動單元包括傳動軸和聯軸器，所述的聯軸器連接所述的傳動軸和所述的驅動單元的輸出軸，所述的傳動軸與太陽能電池板旋轉裝置連接。
5.如權利要求1所述的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，其特徵在於，所述的第一驅動單元為第一電晶體驅動電路，第一執行單元為第一雙觸點繼電器，所述的第一電晶體的基極與第一比較單元的輸出端連接，集電極與第一雙觸點繼電器線圈一端連接，該第一雙觸點繼電器線圈另一端接高電平，發射極通過一二極體接地；所述的第二驅動單元為第二電晶體驅動電路，第二執行單元為第二雙觸點繼電器，所述的電晶體的基極與第二比較單元的輸出端連接，集電極與第二雙觸點繼電器線圈一端連接，該第二雙觸點繼電器線圈另一端接高電平，發射極通過一二極體接地。
6.權利要求1所述的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，其特徵在於，所述的控制單元還包括兩個反相輸入端均具有門限電壓值的第三比較器和第四比較器，所述的第三比較器的正相輸入端與第一比較器的輸出端連接，所述的第三比較器的輸出端與第一驅動單元的輸入控制端連接；所述的第四比較器的正相輸入端與第二比較器的輸出端連接，所述的第四比較器的輸出端與第二驅動單元的輸入控制端連接。
7.權利要求6所述的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，其特徵在於，所述的門限電壓值是通過電阻分壓的方式得到的。
8.權利要求1所述的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，其特徵在於，所述的第一比較器的輸出端設置有第一時延環節，所述的第二比較器的輸出端設置有第二時延環節。
9.權利要求8所述的一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，其特徵在於，所述的第一時延環節為第一電阻和第一電容串聯組成的延時電路，所述的第一電阻與第一比較器的輸出端之間設置有第一反向二極體；所述的第二時延環節為第二電阻和第二電容串聯組成的延時電路，所述的第二電阻與第二比較器的輸出端之間設置有第二反向二極體。
全文摘要
本發明公開了一種具有向日跟蹤功能的太陽能發電系統，包括太陽能電池板、蓄電池組、太陽能充電控制器、向日跟蹤裝置，向日跟蹤裝置包括旋轉單元、驅動單元、傳動單元和控制單元，太陽能電池板設置在旋轉單元上，旋轉單元通過傳動單元與驅動單元連接，控制單元包括在太陽能電池板上軸對稱設置的第一光電傳感器、第二光電傳感器、第一比較器、第二比較器、第一驅動單元、第二驅動單元、第一執行單元和第二繼執行單元，根據第一光電傳感器和第二光電傳感器的採集信號控制旋太陽能電池板運動。本發明自動跟蹤最大太陽光照強度，結構簡單，充分利用了太陽能，提高太陽能電池的轉化效率，降低了投資成本，適於推廣利用。
文檔編號G05D3/00GK101060296SQ20061007229
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月18日 優先權日2006年4月18日
發明者肖堅 申請人:肖堅