本发明涉及太阳能电池领域，特别是涉及一种智能可调节太阳能电池支架及其智能调节方法。
背景技术：
目前太阳能支架为了简化结构设计，降低成本，多采用固定式或带有传感器的一定范围内的调节式结构设计，角度固定不可调节和一定范围内的非实时动态调节使得太阳能电池板不能始终与太阳入射倾角垂直，无法获得最大的太阳辐射，光电转换效率较低，根据实验研究，相同条件下非直射光照下的转换效率比直射光照下的转换效率至少减低10％～20％；另外对于在不同地理环境下的太阳入射倾角存在较大差异，野外环境和弱光条件下不便于根据实际情况进行现场布设，需要有可自动识别和调节功能的设施设备来辅助完成。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能可调节太阳能电池支架，可以自动调节太阳能支架，实时保持太阳光与太阳能电池板的垂直入射角度，获得最大光照辐射，提高太阳能电池的转化效率和输出功率。
本发明提供一种智能可调节太阳能电池支架，采用以下技术方案：
一种智能可调太阳能电池支架，包括水平显示板、智能控制装置和可调节背板，所述水平显示板与所述可调节背板通过所述智能控制装置连接，所述智能控制装置用于将所述水平显示板识别的参数计算并传输给所述可调节背板。
进一步地，所述水平显示板包括：标识杆和阴影可识别平板，所述标识杆与所述阴影可识别平板垂直连接。
进一步地，所述阴影可识别平板上设置有多圆半环刻度标线和垂直刻度线。
进一步地，所述阴影可识别平板上设置光感元件。
进一步地，所述阴影可识别平板上设置有水平度传感器，所述水平度传感器布置在标识杆下方。
进一步地，所述可调节背板自动调节。
进一步地，所述智能控制装置包括控制模块和电机调节模块，所述控制模块用于所述水平显示板识别的参数计算并传输给所述电机调节模块，所述电机调节模块用于接收来自所述控制模块的控制参数以及调节所述可调节背板的背板倾角和水平转角。
进一步地，所述智能控制装置还包括存储模块，所述存储模块用于数据的存储和调用。
本发明还提供一种上述智能可调节太阳能电池支架的智能调节方法，步骤如下：
(1)安装太阳能电池板，连接电源输入端；
(2)将所述支架放置在地面，根据所述水平度传感器来调节，使其保持与地面的水平一致；
(3)所述智能控制装置开始工作，根据太阳光照下的所述标识杆投影线计算太阳入射倾角和水平夹角；
(4)所述存储模块存储时间和角度等参数；
(5)输出控制参数到电机模块，按照对应的步进参数对背板进行背板倾角和水平转角的调节，以调整太阳能电池板与太阳光线垂直。
(6)收纳时,控制模块按照折叠模式运行,将可调节背板与所述水平显示板折叠在一起。
进一步地，在弱光照射条件下，调取相近时间与环境条件下的太阳光线参数对可调节背板进行离线控制。
本发明提供的智能可调节太阳能电池支架，可以随太阳入射倾角调节支架实现太阳能电池的最大转化效率，具有太阳入射倾角和水平夹角的实时显示定位、支架背板可手动或自动调节功能，具有入射倾角辅助显示和调节功能。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明提供的智能可调节太阳能支架的整体结构示意图；
图2是本发明提供的智能可调节太阳能支架的水平显示板结构示意图；
图3是本发明提供的智能可调节太阳能支架水平显示板的俯视图；
图4、图5是本发明提供的智能可调节太阳能支架的可调节背板结构示意图；
图6是本发明提供的智能可调节太阳能支架智能调节的实施例；
图7是本发明提供的智能可调节太阳能支架安装太阳能电池板后的结构示意图；
图中：1-水平显示板；11-标识杆；12-阴影可识别平板；13-多圆环半环刻度标线；14-垂直刻度线；15-通孔；2-太阳能电池板；3-智能控制装置；4-可调节背板；41-第一侧边框；411-第一卡槽；42-第二侧边框；421-第二卡槽；43-下边框；431-第三卡槽；44-上边框；5-投影线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种智能可调节太阳能电池支架，可以随太阳入射倾角调节支架实现太阳能电池的最大转化效率，具备太阳入射倾角α和水平夹角β的实时显示定位、支架背板可手动或自动调节功能，具有太阳入射倾角α辅助显示和调节功能，包括水平显示板1、智能控制装置3和可调节背板4，所述水平显示板1与所述可调节背板4通过所述智能控制装置3连接。
如图2所示，所述水平显示板1包括标识杆11和阴影可识别平板12，所述标识杆11与所述阴影可识别平板12垂直连接。所述水平显示板1通过设置的所述标识杆11随太阳照射的标识杆投影线5长度识别，并获取所述阴影可识别平板12的平面度参数，进行太阳入射倾角的计算和输出。
所述标识杆11可活动的垂直设置在所述阴影可识别平板12上，本发明采用螺纹连接的方式，如图2和图3所示，在所述阴影可识别平板12上开设有通孔15，在所述阴影可识别平板12的背面设置有螺母(图中未示出)，所述螺母可采用粘接、焊接等连接方式固定在所述阴影可识别平板12上，所述螺母与所述通孔15在同一轴线上，所述标识杆11的一侧上设置有螺纹。在使用状态下，所述标识杆11带有螺纹的一侧穿过所述通孔15与所述螺母连接。但本领域技术人员应当认识到，在不偏离本发明的基本发明构思的情况下，所有能够实现所述标识杆11与所述阴影可识别平板12可活动连接的方式均可实现发明，这些都属于本发明的保护范围内。
如图3所示，所述阴影可识别平板12上设置有多圆环半环刻度标线13，用于标识太阳入射倾角α，标线圆直径根据所述标识杆11的投影进行计算后按照整数刻度进行预设。更优选地，角度刻度从45度至85度，每5度一个半环刻度标线。该角度以我国华北地区为试验地域得来，综合四季太阳入射倾角变化范围，选取45至85度可以覆盖该地区四季入射倾角数据，每5度一个计算区间共划分为8个小区间，既可以满足投影线快速定位又可以辅助判断、简化计算量。本发明以角度刻度为45度至85度为优选实施例进行示例性说明，但本领域技术人员应当认识到，在不偏离本发明的基本发明构思的情况下，所有能够实现投影线可快速定位的角度区间等均可实现本发明，这些都属于本发明的保护范围内。所述阴影可识别平板12上还设置有垂直刻度线14，用于标识太阳水平夹角β。
更优选地，所述标识杆11选用高度为20mm、直径为3mm的圆柱形直杆，这个高度是根据前期实验用的太阳能电池板的宽度尺寸来确定的,根据实验结果,太阳入射倾角从45度变化到85度过程中,投影线长度与标识杆的长度比值在1到11.5之间,所以标识杆11的高度选择与可识别平板的尺寸紧密相关,综合考虑平板的可识别精度与经济性指标来优化确定标识杆的高度与直径,在保证可识别精度的前提下尽量降低可识别平板的尺寸大小。标识杆11与所述阴影可识别平板12垂直连接，本发明以上述标识杆参数为例进行示例性说明，但本领域技术人员应当认识到，在不偏离本发明的基本发明构思的情况下，所有能够实现识别所述标识杆投影线位置的方式等均可实现本发明，这些都属于本发明的保护范围内。
所述阴影可识别平板12上的45度～85度圆弧范围平面内设置有单色光感元件，该范围内无投影时整个平面初始化为0投影面积,在有投影出现后,平面光感元件上被遮挡部分即形成一定投影面积,以标识杆初始位置为投影原点,采用识别算法自动识别出距离最远的投影顶点位置坐标,按照确定的原点与顶点确定所述标识杆11投影线5,并将计算的长度值传递给所述智能控制装置3，用于计算太阳入射倾角α。
所述阴影可识别平板12上设置有水平度传感器(图中未示出)，所述水平度传感器布置在所述标识杆11下方。用于检测所述水平显示板1的水平度，使所述支架保持与地面的水平一致。
如图4和图5所示，所述可调节背板4包括第一侧边框41、第二侧边框42、下边框43和上边框44，所述太阳能电池板2可活动放置在所述可调节背板4上，所述第一侧边框41、所述第二侧边框42和所述下边框43的内侧分别设置有第一卡槽411、第二卡槽421和第三卡槽431。所述太阳能电池板2从所述背板4的上方插入，所述太阳能电池板2的左右两侧分别穿过所述第一卡槽411和所述第二卡槽421，此时所述太阳能电池板2的下方插入到所述第三卡槽431。所述可调节背板4达到承载所述太阳能电池板2的作用。本发明以上述太阳能电池板插入式为例进行示例性说明，但本领域技术人员应当认识到，在不偏离本发明的基本发明构思的情况下，如嵌入式等所有能够实现承载所述太阳能电池板的方式均可实现本发明，这些都属于本发明的保护范围内。
所述水平显示板1和所述可调节背板4连接，如图1所示，所述水平显示板1和所述可调节背板4通过铰链连接，但本领域技术人员应当认识到，在不偏离本发明的基本发明构思的情况下，所有能够实现所述水平显示板和所述可调节背板连接的方式均可实现本发明，这些都属于本发明的保护范围内。
所述可调节背板4可以手动调节或者自动调节。当所述可调节背板4采用自动调节时，所述可调节背板4可根据太阳入射倾角和水平夹角等参数实现可调节背板倾角γ与水平转角δ的同步调整，并承载所述太阳能电池板2，如图4所示。所述智能控制装置3包括控制模块和电机调节模块，通过对照所述控制模块计算出的参数数据对所述电机调节模块进行控制，调节所述可调节背板4的背板倾角γ和水平转角δ。由于调节时无法采用反馈控制，所以所述电机调节模块采用步进电机作步数参数和角度间的标定值作为控制参数，通过得到的角度值对应查找步进电机对应的步进数值，控制电机正、反转及步长，实现角度的调节。
所述控制模块通过对水平显示板1投射投影线的识别，计算出所述标识杆11投影线的宽度和长度，选取边界线进行三角形拟合，确定出所述标识杆11投影线宽度的中间顶点，根据顶点位置计算出所述标识杆11投影线的长度以及与所述垂直刻度线14的水平夹角β，进行角度计算，得出此刻的太阳入射倾角α和水平夹角β。所述控制模块用于将所述水平显示板1识别的标识杆投影线的长度、位置等参数计算，根据计算结果控制所述电机调节模块，实现所述可调节背板4的背板倾角γ和水平转角δ的调节。
如图6所示，本发明给出了具体的实施例，以所述标识杆11的高度为20mm为例。计算太阳入射倾角α时，所述控制模块识别到所述投影线5的长度为34.64mm，所述控制模块根据三角函数公式：投影线/标识杆＝tanα。对于本实施例来说，即：34.64/20＝1.732，根据三角函数数值对照表得出tan60°，计算出太阳入射倾角α的角度为60°。因此得出所述可调节背板4需要调整30°以保证太阳光线垂直照射到所述太阳能电池板2上。所述控制模块将控制命令传输给所述电机调节模块，调节背板倾角γ倾斜30°。计算太阳水平夹角β时，所述控制模块识别到所述投影线5与所述垂直刻度线14之间的水平夹角β为20°，此时需要所述可调节背板4调整20°以保证太阳光线垂直照射到所述太阳能电池板2上，所述控制模块将控制命令传输给所述电机调节模块，调节所述可调节背板4水平转角δ旋转20°。至此，实现一个完整的可调节背板智能调节的过程。在实际使用过程中，太阳的入射倾角α和水平夹角β在每时每刻都在发生变化，所述可调节背板4也在随时调整背板倾角γ和水平转角δ以获得最大光照辐射，提高太阳能电池板的转化效率和输出功率。
所述智能控制装置3还包括存储模块，所述存储模块可以每5分钟对日期(例如2018年1月20日)、时间(例如14:00)和角度(太阳入射倾角、水平夹角等)等参数进行存储，本发明以5min时间间隔为例进行示例性说明，但本领域技术人员应当认识到，在不偏离本发明的基本发明构思的情况下，所有能够实现存储参数任意的时间步长等均可实现本发明，这些都属于本发明的保护范围内。
所述支架整体可折叠收纳，在收纳支架时，所述控制模块自动按照收纳参数控制所述电机调节模块复位，此时所述可调节背板4与所述水平显示板1折叠在一起，便于携带和搬运。展开时所述控制模块控制所述电机调节模块运动到预设的45度背板角度时停止，在装载所述太阳能电池板2后即进行初始化操作，识别投影线调节所述可调节背板4的背板倾角和水平转角。
本发明在实施状态下，如图7所示，步骤如下：
(1)安装太阳能电池板，连接电源输入端，需要说明的是，给所述太阳能支架供电的可以是额外的电源，也可以是太阳能电池板自身转化的电能；
(2)将所述支架放置在地面，根据所述水平度传感器来调节，使其保持与地面的水平一致；
(3)所述控制模块开始工作，根据太阳光照下的所述标识杆投影线计算太阳入射倾角和水平夹角；
(4)所述存储模块存储时间和角度等参数；
(5)输出控制参数到，按照对应的步进参数进行背板倾角和水平转角的调节，以调整到太阳光垂直照射在太阳能电池板上。
(6)收纳时,控制模块按照折叠模式运行,将可调节背板与所述水平显示板折叠在一起。
进一步地，在弱光照射条件下，无法精确识别投影线时，采用前一天相同时刻存储的角度参数进行控制，以获取弱光下的优化调节。
所述存储模块可以汇总并输出，用于记录不同区域不同时间的太阳角度变化。
在使用完所述太阳能电池支架，进行收纳时，控制电路自动按照收纳参数控制电机复位，所述可调节背板与所述水平显示板折叠在一起，便于携带与搬运。
本发明所述支架用于承载太阳能板，尤其是薄膜太阳能板，可以随太阳入射倾角调节支架实现太阳能电池的最大转化效率。具备太阳入射倾角和水平夹角的实时显示定位，支架背板可手动或自动调节，具有太阳入射倾角辅助显示和调节功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。