一种建筑物高效太阳能光伏发电装置的制作方法

本发明涉及太阳能发电领域，特别涉及一种建筑物高效太阳能光伏发电装置。

背景技术：

太阳能作为一种新型可再生能源，由于其环境友好性特点，其利用日益广泛。太阳能具有“能量密度低、间歇性、空间分布随时变化”等特点，因此对太阳能利用技术提出了更高的要求。在建筑物顶部安装太阳能光伏发电装置时，由于建筑物顶部面积小以及承重能力低，因此难以靠简单的增大光伏板面积来获得更多电能，因此在建筑物顶部安装的太阳能光伏发电装置应尽可能高效的利用太阳光来发电。

针对太阳能的“间歇性、空间分布随时变化”的特点，在太阳能追日光伏发电方面，通过以往的研究表明，无论何种太阳能装置，当其太阳能接收装置能始终与太阳光线保持垂直时，就可以大大提高单位面积的太阳能利用率。近年来，国内外已开展了许多这方面的研究。例如香港大学的SUMHui教授研究了太阳角度与能量接受率间的关系，结果发现：实施太阳跟踪技术，始终使太阳光垂直入射后，太阳能利用率提高了37.7％。我们知道，在一天当中，阳光照射在固定角度太阳能发电器件上的角度会随时间变化，因此单位能量的太阳能所产生的电能(即发电效率)也随每天中不同时段的时间变化。在太阳光线垂直照射在太阳能发电器件表面时(例如中午)，单位能量的太阳能所产生的电能最强(即发电效率最高)。而太阳光线照射到太阳能发电器件表面的倾角愈大，单位能量的太阳能所产生的电能愈弱(即发电效率越低，例如早晨和黄昏)，因此对太阳能跟踪装置的研究及发展是提高太阳能接收效率的重要方法。目前现有的太阳跟踪技术中，对两轴自动跟踪研究最多，它能同时跟踪太阳的方位角与俯仰角，使太阳光始终垂直照射在太阳能收集器上，大大提高了太阳能利用率。然而，两轴跟踪效果虽好，但其系统结构复杂、机械磨损大，造成装置成本高，因此在设备投资方面需要大量的投入，不利于家庭用商业推广。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种结构简单的建筑物高效太阳能光伏发电装置，能够在一天中同时在方位角和俯仰角上进行追日转动，相对于传统的建筑物太阳能光伏发电装置，能够有效地提高光伏发电效率。

本发明的技术方案是：一种建筑物高效太阳能光伏发电装置，包括太阳能光伏板，所述太阳能光伏板与蓄电池电连接，太阳能光伏板的背面设有安装座，还包括球面支撑壳，所述球面支撑壳为一球形壳体被通过其球心的水平平面以及垂直平面所截取的四分之一球形壳体；所述球面支撑壳固定于建筑物顶部，其球面一侧方向朝南设置，且所述球面支撑壳的球面被一倾斜斜面所截，使得在球面支撑壳上截出一圆弧形洞口，该圆弧形洞口的圆心位于该圆弧形洞口上；沿圆弧形洞口的边缘设有圆弧形轨道，所述圆弧形轨道上设有三个移动座，该三个移动座中的任意两个移动座之间固定连接有连接杆，且每个移动座与安装座之间固定连接一支撑杆；在所述圆弧形洞口所在的平面内，所述圆弧形洞口的圆心位于三个连接杆所构成的三角形之外；所述三个连接杆所构成的三角形与拨杆的一端固定连接，拨杆的另一端与转轴的一端固定连接，所述转轴的另一端通过联轴器与步进电机的输出轴轴连接，步进电机固定于电机座上；所述转轴垂直于圆弧形洞口所在的平面且经过圆弧形洞口的圆心；所述步进电机分别与电机控制器和蓄电池电连接，球面支撑壳内还设有微处理器以及时间日期模块，所述电机控制器以及时间日期模块分别与微处理器信号连接，微处理器连接蓄电池；所述时间日期模块将每天的时间信息实时发送给所述微处理器，微处理器接收到所述时间日期模块发送来的时间信息后，在每天的设定时间段中以设定的时间间隔向电机控制器发送电机转动命令，电机控制器每次接收到所述电机转动命令后，控制步进电机每次以设定的转动量转动一次，从而在每天的设定时间段内使所述太阳能光伏板在圆弧形轨道的导引下，从面向东边逐渐移动到面向西边；所述微处理器在每天的设定时间段结束时向电机控制器发送电机复位命令，电机控制器接收到所述电机复位命令后控制步进电机反向转动，使太阳能光伏板沿原移动路径的相反方向从面向西边移动到面向东边并进入待机状态，直至待机至第二天的设定时间段开始为止。

上述转轴的中部还通过轴承架设于支撑座上，转轴具体穿过轴承内圈并与轴承内圈固定连接，轴承外圈与支撑座上所设的轴承座相固定。

上述拨杆与转轴的连接点位于圆弧形洞口的圆心上。

上述圆弧形洞口所在的平面与水平面的夹角为30°-60°。

上述球面支撑壳的左端通过竖向板面进行封闭，且竖向板面上设有出入门。

上述蓄电池设于球面支撑壳内，且蓄电池还与建筑物内的用电系统电连接。

上述每天的设定时间段为每天早晨8点至下午6点；所述的设定的时间间隔为15-20分钟；所述微处理器是MSP430单片机。

本发明的有益效果：本发明提供的建筑物高效太阳能光伏发电装置，能够在一天中同时在方位角和俯仰角上进行追日转动，相对于传统的建筑物太阳能光伏发电装置，能够有效地提高光伏发电效率。本发明的整个装置结构简单，造价低，适合于大规模的在建筑物顶部进行推广使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的圆弧形洞口在正视时，其圆弧形轨道、连接杆、拨杆以及移动座之间的连接结构示意图；

图3为本发明的球面支撑壳在面向其球面正视时，圆弧形洞口在球面支撑壳上的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1、图2及图3，本发明实施例提供了一种建筑物高效太阳能光伏发电装置，包括太阳能光伏板8，所述太阳能光伏板8与蓄电池电连接，太阳能光伏板8的背面设有安装座9，还包括球面支撑壳1，所述球面支撑壳1为一球形壳体被通过其球心的水平平面以及垂直平面所截取的四分之一球形壳体；所述球面支撑壳1固定于建筑物顶部，其球面一侧方向朝南设置，且所述球面支撑壳1的球面被一倾斜斜面所截，使得在球面支撑壳1上截出一圆弧形洞口2，该圆弧形洞口2的圆心位于该圆弧形洞口2上；沿圆弧形洞口2的边缘设有圆弧形轨道3，所述圆弧形轨道3上设有三个移动座4，该三个移动座4中的任意两个移动座4之间固定连接有连接杆6，且每个移动座4与安装座9之间固定连接一支撑杆5；任何时候，所述太阳能光伏板8所在的平面经平移后与所述球面支撑壳1的球面相切，也即太阳能光伏板8在沿着圆弧形洞口2的周向转动到任意位置时，其所在的平面经平移后均与其下方的圆弧形洞口2外边缘处的球面支撑壳1的球面相切；在所述圆弧形洞口2所在的平面内，所述圆弧形洞口2的圆心位于三个连接杆6所构成的三角形之外；所述三个连接杆6所构成的三角形与拨杆7的一端固定连接，拨杆7的另一端与转轴10的一端固定连接，所述转轴10的另一端通过联轴器与步进电机12的输出轴轴连接，步进电机12固定于电机座13上；所述转轴10垂直于圆弧形洞口2所在的平面且经过圆弧形洞口2的圆心；所述步进电机12分别与电机控制器和蓄电池电连接，球面支撑壳1内还设有微处理器以及时间日期模块，所述电机控制器以及时间日期模块分别与微处理器信号连接，微处理器连接蓄电池；所述时间日期模块将每天的时间信息实时发送给所述微处理器，微处理器接收到所述时间日期模块发送来的时间信息后，在每天的设定时间段中以设定的时间间隔向电机控制器发送电机转动命令，电机控制器每次接收到所述电机转动命令后，控制步进电机12每次以设定的转动量转动一次，从而在每天的设定时间段内使所述太阳能光伏板8在圆弧形轨道3的导引下，从面向东边逐渐移动到面向西边；所述微处理器在每天的设定时间段结束时向电机控制器发送电机复位命令，电机控制器接收到所述电机复位命令后控制步进电机12反向转动，使太阳能光伏板8沿原移动路径的相反方向从面向西边移动到面向东边并进入待机状态，直至待机至第二天的设定时间段开始为止。

进一步地，所述转轴10的中部还通过轴承架设于支撑座11上，转轴10具体穿过轴承内圈并与轴承内圈固定连接，轴承外圈与支撑座11上所设的轴承座相固定。

进一步地，所述拨杆7与转轴10的连接点位于圆弧形洞口2的圆心上。

进一步地，所述圆弧形洞口2所在的平面与水平面的夹角为30°-60°。

进一步地，所述球面支撑壳1的左端通过竖向板面进行封闭，且竖向板面上设有出入门。

进一步地，所述蓄电池设于球面支撑壳1内，且蓄电池还与建筑物内的用电系统电连接。

进一步地，所述的每天的设定时间段为每天早晨8点至下午6点；所述的设定的时间间隔为15-20分钟；所述微处理器是MSP430单片机。

本发明的工作原理：本发明装置中，可以首先将太阳能光伏板面面向东边时的方位角设为初始方位角，其时间日期模块将每天的时间信息实时发送给微处理器，微处理器接收到时间日期模块发送来的时间信息后，在每天的设定时间段内(该设定时间段可以设置成白天时段，比如从白天的早晨7点30分到下午7点30分)，以设定的时间间隔(该时间间隔可以设定成10-20分钟)向电机控制器发送电机转动命令，电机控制器每次接收到电机转动命令后，控制步进电机每次以设定的转动量转动一次(该设定的转动量具体设定成太阳能光伏板从东逐渐移动到西的整个移动量区间所对应的整个步进电机转动量除以所设定的时间间隔次数，即为步进电机的设定的转动量)，使得在每天的设定时间段内使太阳能光伏板从面向东边逐渐移动到面向西边，而在该移动过程中，由于圆弧形轨道所在的平面是将球面支撑壳倾斜截取的，因此，圆弧形轨道与水平面之间存在一定的夹角，则在太阳能光伏板沿圆弧形轨道移动的过程中其俯仰角也会逐渐发生变化，从而在俯仰角上也近似的进行追日运动。因此在太阳能电池板每天的运动过程中，其与太阳转动的方位角和俯仰角能够实现大致吻合，从而达到简易追日的目的；当微处理器在每天的设定时间段结束时，向电机控制器发送电机复位命令，电机控制器接收到电机复位命令后控制步进电机反向转动，使太阳能光伏板沿原移动路径的相反方向从面向西边移动到面向东边并进入待机状态，直至待机至第二天的设定时间段开始为止继续循环上述运动。因此，本发明提供的建筑物高效太阳能光伏发电装置，能够在一天中同时在方位角和俯仰角上进行简易的追日转动，相对于传统的建筑物太阳能光伏发电装置，能够有效地提高光伏发电效率。本发明的整个装置结构简单，造价低，适合于大规模的在建筑物顶部进行推广使用。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。