太阳能公交站台自动遮阳系统及控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能公交站台自动遮阳系统及控制方法，属于公交站台技术领域，系统包括：光伏供电模块，公交站台的遮阳板使用太阳能电池组，太阳能通过光电转换存储电能在蓄电池中，进行发电；智能控制模块，智能控制模块连接光伏供电模块，跟踪太阳高度角和方位角，测定太阳光线和跟踪装置的偏差，调整遮阳板的位置；驱动模块，驱动模块连接遮阳板和智能控制模块，根据智能控制模块的调整指令驱动遮阳板运动，调整遮阳板位置。本发明通过将光伏电池组件与公交站台的遮阳面板相结合，根据太阳光线的角度调节遮阳角度的遮阳板，解决了公交站台太阳能板固定利用率低的问题，具有节能环保的优点。
【专利说明】
太阳能公交站台自动廬阳系统及控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于公交站台技术领域，设及太阳能节能方向，具体设及一种太阳能公交 站台自动遮阳系统及控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的发展，人们的生活日益实现了现代化，随着家用电器的增加，对于 电力的需求也越来越大，因而无论是企业还生活都出现了用电紧张的情况，目前科技在不 断的飞速发展，人们开始开发和使用新能源和可再生能源;在新能源和可再生能源的开发 中，太阳能则是取之不尽、用之不竭的新能源之一，太阳能不会造成环境污染也能节约电 能。
[0003] 近来太阳能越来越多的应用到公交站台上，取代传统的市电供电，节约能源，但是 目前的公交站台顶棚基本都是固定的，因为比较狭窄，太阳到达一定角度时，是没有办法达 到遮光功能的，太阳光的接收有限，在太阳光偏射时，太阳能板接收的光线弱不足W产生能 量，太阳能转换率低，需要市电的补偿使用，才能保证公交站台的正常照明功能，不能充分 体现太阳能的节能目的。
【发明内容】
[0004] 根据W上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种太阳能公交站 台自动遮阳系统及控制方法，通过将光伏电池组件与公交站台的遮阳面板相结合，根据太 阳光线的角度调节遮阳角度的遮阳板，解决了公交站台太阳能板固定利用率低的问题，具 有节能环保的优点。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种太阳能公交站台自动遮 阳系统，所述自动遮阳系统包括:光伏供电模块，公交站台的遮阳板使用太阳能电池组，太 阳能通过光电转换存储电能在蓄电池中，进行发电；智能控制模块，智能控制模块连接光伏 供电模块，跟踪太阳高度角和方位角，测定太阳光线和跟踪装置的偏差，调整遮阳板的位 置;驱动模块，驱动模块连接遮阳板和智能控制模块，根据智能控制模块的调整指令驱动遮 阳板运动，调整遮阳板位置。
[0006] 上述系统中，所述太阳能电池组包括保护电路、多个电池组件串电路和旁路二极 管，每个电池组件串电路连接一个旁路二极管，电池组件串电路串联旁路二极管后并联保 护电路。所述电池组件串电路由多个太阳能电池组件电路串联组成，太阳能电池组件电路 包括太阳能电池组件和防反充二极管，防反充二极管并联在太阳能电池组件的两端。所述 智能控制模块中设有比较电路、放大电路和控制器，太阳能电池组上设有集热装置，跟踪装 置中设有光敏传感器，光敏传感器、比较电路和放大电路依次连接传递信号，放大电路输送 信号到控制器，控制器的输出端连接驱动模块。所述光敏传感器包括圆筒形外壳和多个光 电阻，圆筒形外壳的外部对称布置四个光电阻，圆筒形外壳的内部对称布置四个光电阻。所 述控制器中设有延时器，延时器中输入延长反应的时间值。所述控制器中设有风速感应器、 雨量感应器和溫度感应器。
[0007] -种太阳能公交站台自动遮阳系统的控制方法，所述方法步骤包括:步骤一、检测 入射太阳光线和跟踪装置主光轴间的偏差值;步骤二、判断偏差值是否超过设定的闭值，如 果没超过，驱动模块不需要调整遮阳板的位置;如果偏差值超过闭值，驱动模块调整遮阳板 的位置;步骤Ξ、判断太阳光线与集热装置光轴是否平行;如果平行，则驱动模块停止运动； 如果不平行，重复步骤二。
[0008] 上述方法中，所述步骤一中的跟踪装置对太阳的高度角和方位角进行双轴跟踪， 跟踪装置中光敏传感器内设有圆筒形外壳，在圆筒形外壳的外部，东西方向对称设置一对 光电阻用来检测太阳由东往西运动的偏转角度;南北方向对称设置另一对光电阻用来检测 太阳的视高度，圆筒形外壳内部四个方向上设有四个光电阻用来精确检测太阳的偏转角度 和视高度。所述步骤一中偏差值的检测方法具体步骤为：当太阳光线W与传感器板垂直的 方向照射到传感器上，同一方向上的两组光电阻接收到的光照度相同，比较电路的输出值 为零；当太阳光偏离垂直方向一个较小的角度时，光敏传感器内部的光电阻检测太阳光线 的偏差值信号;信号经放大后送入控制器，控制遮阳板调整遮阳板上设置的太阳光接收装 置的角度，直到太阳光接收装置对准太阳；当太阳光偏离一个较大的角度时，光敏传感器内 部的光电阻接收不到太阳光，光敏传感器外部的光电阻检测太阳光线的照度差值信号，该 信号经放大后送入控制器，控制遮阳板开始调整。
[0009] 本发明有益效果是:本发明改变传统公交站台固定的遮阳顶棚，将光伏电池组件 与公交站台的遮阳面板相结合，可W根据太阳光线调节遮阳角度的智能遮阳系统，利用太 阳能进行发电，节能环保。
【附图说明】
[0010] 下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
[0011] 图1是本发明的【具体实施方式】的太阳能公交站台自动遮阳系统的工作原理框图。
[0012] 图2是本发明的【具体实施方式】的光伏供电模块的工作原理框图。
[0013] 图3是本发明的【具体实施方式】的太阳能电池阵列示意图。
[0014] 图4是本发明的【具体实施方式】的太阳能电池组件的电路原理图。
[0015] 图5是本发明的【具体实施方式】的跟踪装置原理示意图。
[0016] 图6是本发明的【具体实施方式】的光敏传感器的正视图。
[0017] 图7是本发明的【具体实施方式】的光敏传感器的俯视图。
[0018] 图8是本发明的【具体实施方式】的四相步进电机工作原理图。
【具体实施方式】
[0019] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所设及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，W帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0020] 太阳能公交站台自动遮阳系统，如图1所示，系统包括依次连接的光伏供电模块、 智能控制模块和驱动模块，光伏供电模块中，利用太阳能电池组件发电，光公交站台的遮阳 板使用太阳能电池组，太阳能通过光电转换存储电能在蓄电池中，进行发电，智能控制模块 跟踪太阳高度角和方位角，测定太阳光线和跟踪装置的偏差，输出调整指令到驱动模块调 整遮阳板的位置。驱动模块连接遮阳板和智能控制模块，根据智能控制模块的调整指令驱 动遮阳板运动，调整遮阳板位置。
[0021] 光伏供电模块是直接利用太阳能，并通过光电转换进行发电的系统，包括太阳能 电池组、太阳能控制单元和蓄电池组Ξ个部分，如图2所示。本发明中为了满足较高电压、较 大大功率的发电要求，并与太阳能控制器相匹配，将若干太阳能池组件通过串、并联连接， 并用一定的机械方式固定组合在一起，配W防反充(防逆流)二极管、旁路二极管、电缆等元 件构成"太阳能电池阵列"，其整体图如图3所示，电路原理如图4所示。每个电池配备一个旁 路二极管会过于昂贵，所W二极管连接于一组电池的两端，本系统大约需要2~3个来保证 组件不被热点破坏。
[0022] 太阳能电池组包括保护电路、太阳能电池组件T、防反充二极管化和旁路二极管 Ds，防反充二极管化并联在太阳能电池组件T的两端构成太阳能电池组件电路，多个太阳能 电池组件电路串联后组成电池组件串电路，每个电池组件串电路串联一个旁路二极管化后 并联保护电路，保护电路由旁路二极管化和电感LP连接而成，由保护电路输出电压。
[0023] 光伏供电模块中的太阳能控制单元，选用德国曲OCOS太阳能控制器CXN20(带附件 CXM)，新一代的CXN系列太阳能充放电控制器是地OCOS公司经典的CX系列控制器的共负极 版本且其价格适中。CXN除具有带溫度补偿的3阶段(强充/吸收充/浮充)PWM串联调节充电 方式外，还具有液晶显示，可编程的负载控制功能W及完善的保护功能。CXN的液晶显示器 除了可W显示蓄电池的剩余电量外，还可W显示系统的充、放电状态及负载的状态（如：过 载、短路、低压断开等）dCXN控制器的蓄电池低压保护有五种模式可选：电压控制（两种）， S0C控制(两种），自适应S0C控制模式。CXN控制器还具有声音告警功能，W及灵活可编程的 负载控制功能，CNX控制器性能如表1。
[0024] 表1: CNX控制器性能表
[0025]
[0026] 光伏供电模块中的蓄电池组是为保证太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍 然可W正常工作，是独立型光伏供电模块的一个重要的组成部分。根据负载的用电量、太阳 能电池组的发电量，本系统采用了鹰特阀控式密封铅酸蓄电池 FM200。且考虑到系统的可扩 充性，为了更好地吸收太阳能电池发电量，预留多24V DC30W，运行每小时的直流负载用电 量。采用3天的自给天数，并使用深循环电池，放电深度为50%，所W系统蓄电池采用2只12V 200AH串联的形式。
[0027] 智能控制模块中设有跟踪装置、比较电路、放大电路和控制器，太阳能电池组上设 有集热装置，跟踪装置选用光电式太阳跟踪装置，使用光敏传感器来测定入射太阳光线和 跟踪装置主光轴间的偏差，光敏传感器、比较电路和放大电路依次连接传递信号，放大电路 输送信号到控制器，控制器的输出端连接驱动模块。使用光敏传感器来测定入射太阳光线 和跟踪装置主光轴间的偏差，当偏差超过设定的闭值时，驱动模块调整遮阳板的位置，直到 使太阳光线与集热装置光轴重新平行，实现对太阳高度角和方位角的跟踪，运种跟踪器可 通过反馈消除误差，控制较精确，其工作原理如图5所示。
[0028] 如图6和7所示，光敏传感器包括圆筒形外壳和多个光电阻，圆筒形外壳的外部对 称布置四个光电阻，圆筒形外壳的内部对称布置四个光电阻。在圆筒外部，东、南、西、北四 个方向上分别布置4只光电阻；其中一对光电阻(P1，P3)东西对称安装在圆筒的两侧，用来 粗略的检测太阳由东往西运动的偏转角度即方位角；另一对光电阻(P2，P4)南北对称安装 在圆筒的两侧，用来粗略检测太阳的视高度即高度角;在圆筒内部，东、南、西、北四个方向 上也分别布置4只光电阻;其中一对光电阻(P5，P7)东西对称安装在圆筒的内侧，用来精确 检测太阳由东往西运动的偏转角度;另一对光电阻(P6，P8)南北对称安装在圆筒的内侦U，用 来精确检测太阳的视高度。
[0029] 跟踪装置对太阳的高度角和方位角进行双轴跟踪，当太阳光线W与传感器板垂直 的方向照射到传感器上，两组光电阻(P1，P3)，（P5，P7)接收到的光照度相同，比较电路的输 出值为零。当太阳光偏离垂直方向一个较小的角度时，（P1，P3)运一对光电阻可能受环境散 射光的影响，不会反应出太阳光线的变化;而(P5，P7)运一对光电阻受到了圆筒对环境散射 光的屏蔽保护，它们接收的照度会出现差值，运就是偏离信号。该信号经放大后送入控制单 元，控制器开始工作，控制遮阳板调整太阳光接收装置的角度，直到太阳光接收装置对准太 阳。太阳光接收装置是太阳能电池组件的一部分，太阳能电池组件装在遮阳板的顶部的，遮 阳板是电池组件的载体但同时是起到遮光的作用，所W本发明中用遮阳板代指太阳能电池 组件。当太阳光偏离了一个较大的角度时，筒内的传感器可能接收不到太阳光，筒外的传感 器就能反应出照度差值，该信号经放大后送入控制单元，控制遮阳板开始工作。高度角的跟 踪基本原理及工作方式相似，同时需要考虑遮阳需求等人性化角度，控制角度的临界值。
[0030] 智能控制模块中的控制器是基于气候的控制器，是一个完整的气候站系统，装置 有风速、雨量、溫度感应器和延时器，延时器中输入延长反应的时间值，控制器出厂之前已 经输入基本程序包括风力和延长反应时间的数据，运些数据可W根据地方和所需而随时更 换。而"延长反应时间"运一功能使遮阳构件不会因为太阳光的小小改变而立刻做出反应， 从而控制遮阳板在雨雪及大风天气做出正确的调节。
[0031] 本发明中的驱动模块采用四相步进电机进行公交站台遮阳板角度的调节，通过智 能控制模块调节步进电机的转角，同时采用两个步进电机相结合的方式，使遮阳板的方向 角和水平角都能达到较大角度。如图8所示，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位 移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率 和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。运 一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点用于遮阳板角度 的调节十分合适。
[0032] 太阳能公交站台自动遮阳系统的控制方法，方法步骤包括：
[0033] 步骤一、检测入射太阳光线和跟踪装置主光轴间的偏差值。跟踪装置对太阳的高 度角和方位角进行双轴跟踪，跟踪装置中光敏传感器内设有圆筒形外壳，在圆筒形外壳的 外部，东西方向对称设置一对光电阻用来检测太阳由东往西运动的偏转角度;南北方向对 称设置另一对光电阻用来检测太阳的视高度，圆筒形外壳内部四个方向上设有四个光电阻 用来精确检测太阳的偏转角度和视高度。
[0034] 偏差值的检测方法具体步骤为：当太阳光线W与传感器板垂直的方向照射到传感 器上，同一方向上的两组光电阻接收到的光照度相同，比较电路的输出值为零；当太阳光偏 离垂直方向一个较小的角度时，光敏传感器内部的光电阻检测太阳光线的偏差值信号;信 号经放大后送入控制器，控制遮阳板调整太阳光接收装置的角度，直到太阳光接收装置对 准太阳；当太阳光偏离一个较大的角度时，光敏传感器内部的光电阻接收不到太阳光，光敏 传感器外部的光电阻检测太阳光线的照度差值信号，该信号经放大后送入控制器，控制遮 阳板开始调整。
[0035] 步骤二、判断偏差值是否超过设定的闭值，如果没超过，驱动模块不需要调整遮阳 板的位置;如果偏差值超过闭值，驱动模块调整遮阳板的位置。
[0036] 步骤Ξ、判断太阳光线与集热装置光轴是否平行；如果平行，则驱动模块停止运 动;如果不平行，重复步骤二直到太阳光线与集热装置光轴平行。本发明改变传统公交站台 固定的遮阳顶棚，根据太阳光线调节遮阳角度的智能遮阳系统，利用太阳能进行发电，节能 环保。
[0037] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改 进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发 明的保护范围应该W权利要求书所限定的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种太阳能公交站台自动遮阳系统，其特征在于，所述自动遮阳系统包括： 光伏供电模块，公交站台的遮阳板使用太阳能电池组，太阳能通过光电转换存储电能 在蓄电池中，进行发电； 智能控制模块，智能控制模块连接光伏供电模块，跟踪太阳高度角和方位角，测定太阳 光线和跟踪装置的偏差，调整遮阳板的位置； 驱动模块，驱动模块连接遮阳板和智能控制模块，根据智能控制模块的调整指令驱动 遮阳板运动，调整遮阳板位置。2. 根据权利要求1所述的太阳能公交站台自动遮阳系统，其特征在于，所述太阳能电池 组包括保护电路、多个电池组件串电路和旁路二极管，每个电池组件串电路连接一个旁路 二极管，电池组件串电路串联旁路二极管后并联保护电路。3. 根据权利要求2所述的太阳能公交站台自动遮阳系统，其特征在于，所述电池组件串 电路由多个太阳能电池组件电路串联组成，太阳能电池组件电路包括太阳能电池组件和防 反充二极管，防反充二极管并联在太阳能电池组件的两端。4. 根据权利要求1所述的太阳能公交站台自动遮阳系统，其特征在于，所述智能控制模 块中设有比较电路、放大电路和控制器，太阳能电池组上设有集热装置，跟踪装置中设有光 敏传感器，光敏传感器、比较电路和放大电路依次连接传递信号，放大电路输送信号到控制 器，控制器的输出端连接驱动模块。5. 根据权利要求4所述的太阳能公交站台自动遮阳系统，其特征在于，所述光敏传感器 包括圆筒形外壳和多个光电阻，圆筒形外壳的外部对称布置四个光电阻，圆筒形外壳的内 部对称布置四个光电阻。6. 根据权利要求4所述的太阳能公交站台自动遮阳系统，其特征在于，所述控制器中设 有延时器，延时器中输入延长反应的时间值。7. 根据权利要求4所述的太阳能公交站台自动遮阳系统，其特征在于，所述控制器中设 有风速感应器、雨量感应器和温度感应器。8. -种太阳能公交站台自动遮阳系统的控制方法，其特征在于，所述方法步骤包括： 步骤一、检测入射太阳光线和跟踪装置主光轴间的偏差值； 步骤二、判断偏差值是否超过设定的闭值，如果没超过，驱动模块不需要调整遮阳板的 位置;如果偏差值超过闭值，驱动模块调整遮阳板的位置； 步骤三、判断太阳光线与集热装置光轴是否平行；如果平行，则驱动模块停止运动；如 果不平行，重复步骤二。9. 根据权利要求8所述的太阳能公交站台自动遮阳系统的控制方法，其特征在于，所述 步骤一中的跟踪装置对太阳的高度角和方位角进行双轴跟踪，跟踪装置中光敏传感器内设 有圆筒形外壳，在圆筒形外壳的外部，东西方向对称设置一对光电阻用来检测太阳由东往 西运动的偏转角度;南北方向对称设置另一对光电阻用来检测太阳的视高度，圆筒形外壳 内部四个方向上设有四个光电阻用来精确检测太阳的偏转角度和视高度。10. 根据权利要求8所述的太阳能公交站台自动遮阳系统的控制方法，其特征在于，所 述步骤一中偏差值的检测方法具体步骤为：当太阳光线以与传感器板垂直的方向照射到传 感器上，同一方向上的两组光电阻接收到的光照度相同，比较电路的输出值为零；当太阳光 偏离垂直方向一个较小的角度时，光敏传感器内部的光电阻检测太阳光线的偏差值信号； 信号经放大后送入控制器，控制遮阳板调整遮阳板上设置的太阳光接收装置的角度，直到 太阳光接收装置对准太阳；当太阳光偏离一个较大的角度时，光敏传感器内部的光电阻接 收不到太阳光，光敏传感器外部的光电阻检测太阳光线的照度差值信号，该信号经放大后 送入控制器，控制遮阳板开始调整。
【文档编号】G05D3/12GK105824326SQ201610288855
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】张娟
【申请人】安徽师范大学