太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置，其特征在于：包括聚光裝置、跟日裝置、自動跟蹤發電控制箱；光伏支架上設置有光敏傳感器；在減速箱體上方設置自動跟蹤發電控制箱；自動跟蹤發電控制箱內部包括信號轉換電路、主控單片機、DC/DC轉換電路、外部電機驅動芯片、內部電機驅動芯片、RS485通信模塊。本實用新型保證了裝置的高效發電效率，同時裝置結構節湊、發光效率高、維修方便、造價低廉。本實用新型通過檢測光源位置，驅動步進電機，能夠自動跟蹤太陽光的運動，保證太陽能裝置的能量轉換部分所在的平面始終與太陽光保持垂直，使太陽能裝置能夠最大限度的利用太陽能。
【專利說明】
太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及太陽能應用領域，具體來講是一種太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置。
【背景技術】
[0002]隨著時代的前進，人類社會和經濟的發展速度日益增加，但是與此同時人類社會的負擔和責任也隨之增加。能源是國民經濟和社會發展的基礎，社會經濟發展得越快，人類對能源的需求就越大，利用能源時可能對環境造成較大程度的破壞。當前，包括我國在內的絕大多數國家都以石油、天然氣和煤炭等礦物燃料為主要能源，然而長期以來，世界能源主要依靠的石油和煤炭等礦物燃料，都是一次性不可再生資源，儲量有限，而且燃燒時產生大量的二氧化碳，造成地球氣溫升高，生態環境惡化。
[0003]隨著礦物燃料的日漸枯竭和全球環境的不斷惡化，很多國家都在認真探索能源多樣化的途徑，積極開展新能源和可再生能源的研究和開發工作。雖然如今煤炭、石油、天然氣等礦物燃料仍將在世界能源結構中占有相當的比重，但人們對核能以及太陽能、風能、地熱能、水能、生物能等可持續能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。據統計，20世紀90年代，全球煤炭和石油的發電量每年增長1%，而太陽能發電每年增長達20%，風力發電的年增長率更是高達26%。預計在未來5至10年內，可持續能源將能夠與礦物燃料相抗衡，從而結束礦物燃料一統天下的局面。
[0004]由此可見，太陽能的利用已經深入人們的生活，為人們生活水平的提高有著實質性的幫助;也正是如此，太陽能相關裝置倍受青睞。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于在此提供一種太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置，輕松實現東西方向、南北方向的跟蹤，整體結構簡單，易于實現;本實用新型保證了裝置的高效發電效率，同時裝置結構節湊、發光效率高、維修方便、造價低廉;本實用新型通過檢測光源位置，驅動步進電機，能夠自動跟蹤太陽光的運動，保證太陽能裝置的能量轉換部分所在的平面始終與太陽光保持垂直，使太陽能裝置能夠最大限度的利用太陽能。系統主要包括傳感器部分、信號轉換電路、單片機系統和電機驅動電路等。系統采用光電檢測追蹤模式實現對太陽的跟蹤。傳感器采用光敏電阻，通過信號轉換電路將信號送給單片機，由單片機分析，控制驅動步進電機正反轉。
[0006]本實用新型是這樣實現的，構造一種太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置，其特征在于:包括聚光裝置、跟日裝置、自動跟蹤發電控制箱；
[0007]所述跟日裝置包括支座、支柱、光伏支架、銷軸、減速箱體、下主軸、絲桿、橫支架、外部電機、減速器、鉸鏈、齒輪A、齒輪B、連接軸、內主軸、蝸輪A、蝸桿A、內部電機；
[0008]所述聚光裝置包括多個太陽能電池板，整體安裝在光伏支架上；
[0009]在所述減速箱體內安裝有由內部電機、齒輪A、齒輪B、蝸輪A、蝸桿A構成的傳動機構;所述齒輪固定在連接軸上，連接軸安裝在減速箱體上，蝸輪A固定在內主軸的上端，內主軸安裝在減速箱體中，下主軸的下端通過軸承活動安裝在支座上，所述支柱的下端固定在減速箱體上，支柱的上端通過銷軸與光伏支架連接；
[0010]所述支柱上設置一個橫支架，橫支架端部鉸接一個減速器，減速器中設有蝸桿B與外部電機相連，蝸桿B與設在減速器中的蝸輪B嚙合，蝸輪B中心設有螺孔與絲桿連接配合，絲桿的一端通過鉸鏈與光伏支架連接；
[0011]光伏支架上設置有光敏傳感器;在減速箱體上方設置自動跟蹤發電控制箱；
[0012]自動跟蹤發電控制箱內部包括信號轉換電路、主控單片機、DC/DC轉換電路、外部電機驅動芯片、內部電機驅動芯片、RS485通信模塊;光敏傳感器與信號轉換電路連接，信號轉換電路與主控單片機連接，主控單片機同時與外部電機驅動芯片、內部電機驅動芯片連接，DC/DC轉換電路與主控單片機連接。
[0013]根據本實用新型所述太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置，其特征在于:太陽能電池板具有7組，呈高度不等地排列于光伏支架上。
[0014]本實用新型的優點在于:本實用新型通過改進提供一種太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置;輕松實現東西方向、南北全方位各個方向的跟蹤;本裝置整體結構簡單，易于實現。本實用新型保證了裝置的高效發電效率，同時裝置結構節湊、發光效率高、維修方便、造價低廉。本實用新型通過檢測光源位置，驅動步進電機，能夠自動跟蹤太陽光的運動，保證太陽能裝置的能量轉換部分所在的平面始終與太陽光保持垂直，使太陽能裝置能夠最大限度的利用太陽能。系統主要包括傳感器部分、信號轉換電路、單片機系統和電機驅動電路等。系統采用光電檢測追蹤模式實現對太陽的跟蹤。傳感器采用光敏電阻，通過信號轉換電路將信號送給單片機，由單片機分析，控制驅動步進電機正反轉。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型整體結構示意圖
[0016]圖2是本實用新型中減速箱體內部示意圖
[0017]圖3是本實用新型自動跟蹤發電控制箱內部控制電路示意圖
[0018]圖4是本實用新型控制電路整體流程示意圖
[0019]圖5是本實用新型電機控制流程示意圖
[0020]圖6是本實用新型通信模塊運行流程示意圖
[0021]其中:1、支座，2、支柱，3、光伏支架，4、銷軸，5、減速箱體，5.1、內部金屬箱體，5.2、外部不銹鋼外殼，6、下主軸，7、絲桿，8、橫支架，9、外部電機，10、減速器，11、鉸鏈，12、齒輪A，13、齒輪B，14、連接軸，15、內主軸，16、蝸輪A，17、蝸桿A，18、內部電機。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合附圖1-6對本實用新型進行詳細說明，對本實用新型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實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，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，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0023]如圖1-6所示，本實用新型在此提供一種太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置，可以按照如下方式運行;包括聚光裝置、跟日裝置、自動跟蹤發電控制箱21;
[0024]所述跟日裝置包括支座1、支柱2、光伏支架3、銷軸4、減速箱體5、下主軸6、絲桿7、橫支架8、外部電機9、減速器10、鉸鏈11、齒輪12A、齒輪B13、連接軸14、內主軸15、蝸輪A16、蝸桿A17、內部電機18;所述聚光裝置包括多個太陽能電池板19，整體安裝在光伏支架3上；在所述減速箱體5內安裝有由內部電機18、齒輪Al 2、齒輪B13、蝸輪Al 6、蝸桿A17構成的傳動機構;所述齒輪13固定在連接軸14上，連接軸14安裝在減速箱體5上，蝸輪A16固定在內主軸15的上端，內主軸15安裝在減速箱體5中，下主軸6的下端通過軸承活動安裝在支座I上，所述支柱2的下端固定在減速箱體5上，支柱2的上端通過銷軸4與光伏支架3連接；
[0025]所述支柱2上設置一個橫支架8，橫支架8端部鉸接一個減速器10，減速器10中設有蝸桿B與外部電機9相連，蝸桿B與設在減速器中的蝸輪B嚙合，蝸輪B中心設有螺孔與絲桿7連接配合，絲桿7的一端通過鉸鏈11與光伏支架3連接；
[0026]光伏支架3上設置有光敏傳感器20;在減速箱體5上方設置自動跟蹤發電控制箱21；
[0027]自動跟蹤發電控制箱21內部包括信號轉換電路22、主控單片機23、DC/DC轉換電路24、外部電機驅動芯片25、內部電機驅動芯片26、RS485通信模塊27;光敏傳感器20與信號轉換電路22連接，信號轉換電路22與主控單片機23連接，主控單片機23同時與外部電機驅動芯片25、內部電機驅動芯片26連接，DC/DC轉換電路24與主控單片機23連接。
[0028]所述太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置，太陽能電池板19具有7組，呈高度不等地排列于光伏支架3上。
[0029]內部電機18通過齒輪A12、齒輪B13帶動蝸桿17轉動，并帶動減速箱體、光伏支架轉動，完成東西方向的跟蹤。
[0030]所述支柱2上設置一個橫支架8，所述橫支架8端部鉸接一個減速器10，減速器10中設有蝸桿B(未畫出)與電機9相連，蝸桿B與設在減速器中的蝸輪B嚙合，蝸輪B中心設有螺孔與絲桿7連接配合，絲桿7的一端通過鉸鏈11與光伏支架3連接。電機9通過蝸輪蝸桿、絲桿螺孔機構，帶動光伏支架轉動，完成南北方向的跟蹤。
[0031]本實用新型所述的太陽能自動跟日裝置，輕松實現東西方向、南北方向的跟蹤，整體結構簡單，易于實現。
[0032]太陽能電池板由兩個步進電機帶動，光源的位置檢測由光敏傳感器(可以根據需要設置多個)來完成，裝置通過檢測部分采集到的信號經過信號轉換電路將檢測信號傳輸給單片機。單片機加電復位后，并將對采樣進來的電壓進行判斷，進而驅動步進電機分別對水平方向和垂直仰角做出相應的調整，即電壓有增大和減小兩種可能，如果電壓增大，則電池板繼續轉動，反之減小，單片機將立即發出信號，讓電機反轉，實現對太陽光的跟蹤，并通過通信接口將數據傳輸出來。
[0033]光源檢測部分在跟蹤面板的東、南、西、北和中心五個位置上也分別布置5只光電阻，其中一對光電阻東西對稱安裝，用來精確檢測太陽由東往西運動的偏轉角度，另一對光電阻南北對稱安裝，用來精確檢測太陽的視高度，中心位置的光電阻用來檢測入射光線是否與跟蹤裝置主光軸平行。檢測部分采集到的信號還需要通過放大電路的放大，然后傳輸到單片機上分析，這樣就能夠準確判斷出當前太陽所在位置。
[0034]主控單片機采用ATmegal6單片機，ATmegal6是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。ATmegal6內核具有豐富的指令集和32個通用寄存器，支持片內調試，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數器。具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式。能夠在降低功耗的情況下快速準確的對數據做出處理和分析。
[0035]DC/DC轉換電路:單片機需要5V電壓供電，所以要通過DC/DC電路將電壓轉換成5V直流電壓，使單片機能夠正常工作。電路通過LM2575芯片實現電壓轉換功能，LM2575系列開關穩壓集成電路是美國國家半導體公司生產的IA集成穩壓電路，它內部集成了一個固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構成一種高效的穩壓電路，可大大減小散熱片的體積，且內部有完善的保護電路。
[0036]光源的跟蹤部分通過步進電機來實現，步進電機是將電脈沖信號轉化成角位移的執行機構。能夠分步進行轉動，可以準確轉動到指定位置，從而對太陽位置的跟蹤更加準確。步進電機驅動芯片采用THB6016H，THB6016H是低功耗，高集成混合式兩相步進電機驅動芯片。具有雙全橋MOSFET驅動，有多種細分運行方式可供選擇，內置溫度保護及過流保護，外圍電路簡單能將功耗降低，且使用方便。
[0037]裝置采用RS485標準通信方式，RS485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS485總線一般最大支持32個節點，如果使用特制的485芯片，可以達到128個或者256個節點，最大的可以支持到400個節點。接口信號電平比RS232降低了，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便
[0038]與TTL電路連接。
[0039]本實用新型通過檢測光源位置，驅動步進電機，能夠自動跟蹤太陽光的運動，保證太陽能裝置的能量轉換部分所在的平面始終與太陽光保持垂直，使太陽能裝置能夠最大限度的利用太陽能。系統主要包括傳感器部分、信號轉換電路、單片機系統和電機驅動電路等。系統采用光電檢測追蹤模式實現對太陽的跟蹤。傳感器采用光敏電阻，通過信號轉換電路將信號送給單片機，由單片機分析，控制驅動步進電機正反轉。步進電機分為內部電機和外部電機兩個，使其能夠實現電池板對太陽光的跟蹤，并通過通信接口將部分數據反饋給單片機進行程序上的修正，使其無論在什么時候都能夠使電池板與太陽光保持垂直。
[0040]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權項】
1.一種太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置，其特征在于:包括聚光裝置、跟日裝置、自動跟蹤發電控制箱(21); 所述跟日裝置包括支座(I)、支柱(2)、光伏支架(3)、銷軸(4)、減速箱體(5)、下主軸(6)、絲桿(7)、橫支架(8)、外部電機(9)、減速器(10)、鉸鏈(11)、齒輪A(12)、齒輪B( 13)、連接軸(14)、內主軸(15)、蝸輪A( 16)、蝸桿A( 17)、內部電機(18); 所述聚光裝置包括多個太陽能電池板(19)，整體安裝在光伏支架(3)上； 在所述減速箱體(5)內安裝有由內部電機(18)、齒輪A( 12)、齒輪B( 13)、蝸輪A( 16)、蝸桿A( 17)構成的傳動機構;所述齒輪B( 13)固定在連接軸(14)上，連接軸(14)安裝在減速箱體(5)上，蝸輪A( 16)固定在內主軸(15)的上端，內主軸(15)安裝在減速箱體(5)中，下主軸(6)的下端通過軸承活動安裝在支座(I)上，所述支柱(2)的下端固定在減速箱體(5)上，支柱(2)的上端通過銷軸(4)與光伏支架(3)連接； 所述支柱(2)上設置一個橫支架(8)，橫支架(8)端部鉸接一個減速器(10)，減速器(10)中設有蝸桿B與外部電機(9)相連，蝸桿B與設在減速器中的蝸輪B嚙合，蝸輪B中心設有螺孔與絲桿(7)連接配合，絲桿(7)的一端通過鉸鏈(11)與光伏支架(3)連接； 光伏支架(3)上設置有光敏傳感器(20);在減速箱體(5)上方設置自動跟蹤發電控制箱(21)； 自動跟蹤發電控制箱(21)內部包括信號轉換電路(22)、主控單片機(23)、DC/DC轉換電路(24)、外部電機驅動芯片(25)、內部電機驅動芯片(26)、RS485通信模塊(27);光敏傳感器(20)與信號轉換電路(22)連接，信號轉換電路(22)與主控單片機(23)連接，主控單片機(23)同時與外部電機驅動芯片(25)、內部電機驅動芯片(26)連接，DC/DC轉換電路(24)與主控單片機(23)連接。2.根據權利要求1所述太陽能自動跟蹤的單軸高效光伏發電裝置，其特征在于:太陽能電池板(19)具有7組，呈高度不等地排列于光伏支架(3)上。
【文檔編號】G05D3/12GK205485636SQ201620023085
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月12日
【發明人】劉軍華
【申請人】樂山航大星光太陽能熱水器制造有限公司