智能太阳能车棚及其自动维护方法

1.本发明涉及遮阳装置技术领域，特别是一种智能太阳能车棚及其自动维护方法。


背景技术：

2.随着汽车工业的技术革新和人类生活水平的显著提高，拥有舒适、便捷、快速等优点的汽车逐渐成为每个家庭不可或缺的交通工具。由于汽车保有量的爆炸式增加，能源紧缺和环境污染等问题日益突出，开发新能源汽车及相关辅助装置迫在眉睫。为了避免汽车遭受日晒、雨雪、冰雹等自然环境因素的损害，并为新能源汽车提供充电功能，太阳能车棚应运而生，太阳能车棚的顶部设有多块太阳能板，一方面可将太阳能转化为电能储存，用于新能源汽车充电，另一方面可为新能源汽车提供庇护，避免恶劣天气对汽车的损害。
3.现有的太阳能车棚在实际使用过程中，存在以下不足之处：1、一部分太阳能车棚的太阳能板之间没有设置间隙，太阳能板固连在车棚顶部。这类太阳能车棚虽然具有较高的车棚顶部面积利用率，发电效率相对较高，但相邻的太阳能板之间排布紧密，没有可供太阳能板转动的空间，在恶劣天气(暴雨雪、冰雹、沙尘暴)到来时，无法通过转动太阳能板规避损害。另一部分太阳能车棚的太阳能板带有翻转功能，在恶劣天气到来时，翻转太阳能板使受光面朝下，即可有效规避损害，但为了预留出足够的翻转空间，相邻的太阳能板之间需要设置较大间隙，导致车棚顶部面积利用率偏低，发电效率相对较低。
4.2、太阳能车棚的太阳能板在大部分情况下都是受光面朝上，使用一段时间后容易落灰，导致太阳能板的电能转化效率降低。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种智能太阳能车棚及其自动维护方法，它解决了现有太阳能车棚的太阳能板受光面易落灰，导致其电能转化效率降低的问题，还解决了现有太阳能车棚的太阳能板难以兼顾车棚顶部面积利用率和保护性结构设计的问题。
6.本发明的技术方案是：智能太阳能车棚，包括主体框架、太阳能板、翻转升降机构、蓄电池和充电桩；主体框架内部设有容纳汽车的停车区域，主体框架至少一侧设有连通至停车区域的汽车进出口；多块太阳能板分别通过对应的翻转升降机构活动安装在主体框架上端，并位于停车区域的正上方，并呈矩形阵列布置；太阳能板一侧表面为受光面，太阳能板在翻转升降装置的驱动下进行翻转和/或升降；当太阳能板翻转时，其受光面与水平面所成夹角在0～180
°
之间变化，当太阳能板升降时，其与相邻的太阳能板在水平高度上形成错位；蓄电池和充电桩均安装在主体框架停车区域的下端侧边处，蓄电池与太阳能板电连接，充电桩与蓄电池电连接。
7.本发明进一步的技术方案是：其还包括喷淋清洗机构；喷淋清洗机构包括雨水槽、储水罐、微型水泵、出水管、分水接头、喷淋头和进水管；雨水槽设在主体框架上端，并向停车区域外侧伸出，雨水槽上端设有敞口，底部设有下水口；储水罐安装在停车区域内，其上设有出水口和进水口；微型水泵安装在停车区域内，其进水端通过管道与储水罐的出水口连通，其出水端与出水管的前端连通；分水接头一端设有一个入口，另一端设有多个出口，入口与出水管的后端连通，出口分别通过管道与喷淋头连通；多个喷淋头间隔安装在主体框架上端，并与太阳能板形成一一对应关系；进水管前端与雨水槽的下水口连通，后端与储水罐的进水口连通。
8.本发明再进一步的技术方案是：储水罐和微型水泵均安装在停车区域的下端侧边处。
9.本发明更进一步的技术方案是：太阳能板在相对的两条侧边的中部和端部分别设有对称布置的第一铰接部和对称布置的第二铰接部；翻转升降机构对称布置在每个太阳能板的两侧；翻转升降机构包括升降组件和翻转组件；升降组件包括电机a和凸轮；电机a固定安装在主体框架上端，其机轴水平伸出，并与凸轮固定连接；翻转组件包括滑轨、连杆a、连杆b、连杆c和电机b；滑轨的数量为两条，两条滑轨相互平行呈竖直状态安装在主体框架上端；连杆a可滑动的安装在两条滑轨之间，其上端铰接在太阳能板一侧边的第一铰接部上，其下端与凸轮相抵，其随着凸轮的滚动而上升或下降移动；连杆b的两端分别设有第三铰接部和第四铰接部，连杆b通过第三铰接部铰接在连杆a的中部；连杆c一端与连杆b的第四铰接部铰接，另一端铰接在太阳能板一侧边的第二铰接部上；电机b固定安装在主体框架上端，其机轴水平伸出，并与连杆b的第三铰接部连接，以驱动连杆b绕第三铰接部转动。
10.本发明更进一步的技术方案是：当所有太阳能板的受光面均转动至竖直朝上且处在同一水平高度时，相邻太阳能板之间的间隙量为0～1mm。
11.本发明更进一步的技术方案是：其还包括追光控制机构；追光控制机构包括支架、安装台、光敏传感器、a/d模数转换器和控制芯片；支架固定安装在主体框架上端侧边处；安装台固定连接在支架上端，其上设有多个朝上布置的安装面，各安装面与水平面所成夹角各不相同；多个光敏传感器分别安装在安装台的各个安装面上，以使每个光敏传感器与水平面所成夹角各不相同；a/d模数转换器直接或间接固定安装在支架上，并分别与各个光敏传感器电连接；控制芯片直接或间接固定安装在支架上，并分别与a/d模数转换器、电机a及电机b电连接。
12.本发明更进一步的技术方案是：安装台为水平放置的正十六棱柱体，所述安装面为正十六棱柱体的16个侧壁面中，方向朝上布置的8个侧壁面。
13.本发明进一步的技术方案是：一种太阳能车棚自动维护方法，基于智能太阳能车棚，包括自动喷淋清洗方法和自动规避恶劣天气损害方法；自动喷淋清洗方法用于清洗太阳能板，步骤如下：s01、下雨时，雨水被收集在雨水槽内，雨水槽内的存水作为储水罐的补充水源；需要清洗太阳能板时，用户通过控制器启动喷淋清洗功能，控制器一方面通过液位检测模块a检测储水罐内的水位是否达到液位检测模块a的高度，另一方面通过汽车检测单元检测停车区域内是否停放有车辆；若达到高度且未停放车辆，则进入下一步骤；
s02、将呈矩形阵列布置的所有太阳能板分为a、b两组，a组的每一块太阳能板周围直接相邻的太阳能板均为b组的太阳能板，b组的每一块太阳能板周围直接相邻的太阳能板均为a组的太阳能板；控制器控制a组的每一块太阳能板对应的翻转升降机构的电机a启动，使a组的每一块太阳能板上升至最高；控制器控制b组的每一块太阳能板对应的翻转升降机构的电机a启动，使b组的每一块太阳能板下降至最低；从而使每一块太阳能板均与周围相邻的太阳能板形成高度位错，进而为每一块太阳能板留出足够的翻转空间；s03、控制器控制每一块太阳能板对应的翻转升降机构的电机b启动，使每一块太阳能板均进行翻转，从而使每一块太阳能板的受光面朝下并与水平面呈35～55
°
夹角，此时，每一块太阳能板的受光面均朝向对应的喷淋头；s04、控制器控制微型水泵启动，使储水罐内的水通过出水管和分水接头输送至喷淋头，从喷淋头中喷出，清洗太阳能板的受光面；污水则顺着太阳能板的受光面向下流淌，并从太阳能板的下边沿滴落，微型水泵启动1～3min后关闭，停止清洗；s05、控制器控制每一块太阳能板对应的翻转升降机构的电机b启动，使每一块太阳能板均进行翻转，从而使每一块太阳能板的受光面竖直朝上；s06，控制器控制每一块太阳能板对应的翻转升降机构的电机a启动，使a组的太阳能板下降，b组的太阳能板上升，直至所有的太阳能板齐平；自动规避恶劣天气损害方法用于保护太阳能板免遭恶劣天气损害，步骤如下：每间隔1h，控制芯片通过互联网从遥感集市平台获取卫星数据，以实时监测气象，当监测到暴雨及以上、大雪及以上、冰雹、沙尘暴天气时，在上述天气到来前的6h启动规避操作；规避操作如下：a、将呈矩形阵列布置的所有太阳能板分为a、b两组，a组的每一块太阳能板周围直接相邻的太阳能板均为b组的太阳能板，b组的每一块太阳能板周围直接相邻的太阳能板均为a组的太阳能板；控制芯片控制a组的每一块太阳能板对应的翻转升降机构的电机a启动，使a组的每一块太阳能板上升至最高；控制芯片控制b组的每一块太阳能板对应的翻转升降机构对应的电机a启动，使b组的每一块太阳能板下降至最低；从而使每一块太阳能板均与周围相邻的太阳能板形成高度位错，进而为每一块太阳能板留出足够的翻转空间；b、控制芯片控制每一块太阳能板对应的翻转升降机构的电机b启动，使每一块太阳能板均进行翻转，从而使每一块太阳能板的受光面竖直朝下；c、控制芯片控制每一块太阳能板对应的翻转升降机构的电机a启动，使a组的太阳能板下降，b组的太阳能板上升，直至所有的太阳能板齐平。
14.本发明进一步的技术方案是：自动喷淋清洗方法的s04步骤中，随着储水罐内的存水消耗，储水罐内的水位降低，当储水罐内的水位低于液位检测模块b的高度时，启动补水操作；补水操作控制过程如下：控制器控制电磁阀打开，使雨水槽内的存水通过过滤器和进水管补充进入储水罐内；后续分为两种情况：1、电磁阀打开超过1min，储水罐内的液位仍未达到液位检测模块a的高度，表示雨水槽内无水或水量不足或进水管堵塞或过滤器堵塞，补水失败，控制器同时控制电磁阀和微型水泵关闭，停止清洗；2、电磁阀打开未超过1min，当储水罐内的液位达到液位检测模块a的高度时，补水成功，由控制器控制电磁阀关闭。
15.本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、具有自动喷淋清洗太阳能板的功能，所用水源为雨水，节能环保，无需市政供水或消耗自来水，解决了太阳能板的受光面落灰导致其发电效率降低的问题。
16.2、具有使太阳能板自动规避恶劣天气损害的功能，其通过控制芯片监测气象变化情况，并能在恶劣天气(暴雨及以上、大雪及以上、冰雹、沙尘暴)到来之前控制太阳能板自动翻转至受光面朝下，从而使太阳能板规避了恶劣天气造成的损害，延长了太阳能板的使用寿命。
17.3、具有使太阳能板自动追光的功能，其通过追光控制机构监测各个方向的光强，再驱动太阳能板转动相应的角度，以确保太阳能板能始终保持正对光照方向，提高发电效率。
18.4、兼顾了太阳能板的保护性结构和车棚顶部面积利用率之间的矛盾，一方面，太阳能板之间排布紧密，间隙量设计非常小，保证了较大的车棚顶部面积利用率。另一方面，每块太阳能板可单独进行升降和翻转，通过升降可与相邻的太阳能板形成高度错位，从而形成足够翻转的空间，通过翻转可避免太阳能板受到恶劣天气的损害，延长了太阳能板的使用寿命。
19.以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图；图2为主体框架的结构示意图；图3为图2的a部放大图；图4为翻转升降机构与太阳能板的连接结构示意图；图5为喷淋清洗机构中的各部件的水路连接关系示意图；图6为太阳能板自动清洗功能相关的各部件的电路连接关系示意图；图7为太阳能板自动追光功能相关的各部件的电路连接关系示意图；图8为本发明启动喷淋清洗功能时的状态图；图9为本发明自动规避恶劣天气损害时的状态图。
21.说明：图1
‑
3中的光敏传感器未示出。
22.图例说明：主体框架1；停车区域11；汽车进出口12；太阳能板2；受光面21；第一铰接部22；第二铰接部23；电机a31；凸轮32；滑轨33；连杆a34；连杆b35；连杆c36；电机b37；连杆b35；雨水槽40；下水口401；储水罐41；出水口411；进水口412；微型水泵42；出水管43；分水接头44；入口441；出口442；喷淋头45；液位检测模块a461；液位检测模块b462；电磁阀47；过滤器48；汽车检测单元49；控制器400；支架51；安装台52；安装面521；光敏传感器53；a/d模数转换器54；控制芯片55；蓄电池6；充电桩7。
具体实施方式
23.实施例1：如图1
‑
7所示，智能太阳能车棚，包括主体框架1、太阳能板2、翻转升降机构、喷淋清洗机构、追光控制机构、蓄电池6及充电桩7。
24.主体框架1内部设有容纳汽车的停车区域11，主体框架1至少一侧设有连通至停车
区域11的汽车进出口12。
25.多块太阳能板2分别通过对应的翻转升降机构活动安装在主体框架1上端，并位于停车区域11的正上方，并呈矩形阵列布置。太阳能板2一侧表面为受光面21，太阳能板2在相对的两条侧边的中部和端部分别设有对称布置的第一铰接部22和对称布置的第二铰接部23。太阳能板2在翻转升降装置的驱动下进行翻转和/或升降。当太阳能板2翻转时，其受光面21与水平面所成夹角在0～180
°
之间变化，当太阳能板2升降时，其与相邻的太阳能板2在水平高度上形成错位。
26.翻转升降机构对称布置在每个太阳能板2的两侧(即每个太阳能板2对应设有两个用于控制其动作的翻转升降机构)。翻转升降机构包括升降组件和翻转组件。升降组件包括电机a31和凸轮32。电机a31固定安装在主体框架1上端，其机轴水平伸出，并与凸轮32固定连接。翻转组件包括滑轨33、连杆a34、连杆b35、连杆c36和电机b37。滑轨33的数量为两条，两条滑轨33相互平行呈竖直状态安装在主体框架1上端。连杆a34可滑动的安装在两条滑轨33之间，其上端铰接在太阳能板2一侧边的第一铰接部22上，其下端与凸轮32相抵，其随着凸轮32的滚动而上升或下降移动。连杆b35的两端分别设有第三铰接部和第四铰接部，连杆b35通过第三铰接部铰接在连杆a34的中部。连杆c36一端与连杆b35的第四铰接部铰接，另一端铰接在太阳能板2一侧边的第二铰接部23上。电机b37固定安装在主体框架1上端，其机轴水平伸出，并与连杆b35的第三铰接部连接，以驱动连杆b35绕第三铰接部转动。
27.喷淋清洗机构包括雨水槽40、储水罐41、微型水泵42、出水管43、分水接头44、喷淋头45和进水管。雨水槽40设在主体框架1上端，并向停车区域11外侧伸出，雨水槽40上端设有敞口，底部设有下水口401。储水罐41安装在停车区域11下端侧边处，其上设有出水口411和进水口412。微型水泵42安装在停车区域11下端侧边处，其进水端通过管道与储水罐41的出水口411连通，其出水端与出水管43的前端连通。分水接头44一端设有一个入口441，另一端设有多个出口442，入口441与出水管43的后端连通，出口分别通过管道与喷淋头45连通。多个喷淋头45间隔安装在主体框架1上端，并与太阳能板2形成一一对应关系。进水管前端与雨水槽40的下水口401连通，后端与储水罐41的进水口412连通。
28.追光控制机构包括支架51、安装台52、光敏传感器53、a/d模数转换器54和控制芯片55。支架51固定安装在主体框架1上端侧边处。安装台52固定连接在支架51上端，其上设有多个朝上布置的安装面521，各安装面521与水平面所成夹角各不相同。多个光敏传感器53分别安装在安装台52的各个安装面521上，以使每个光敏传感器53的接光面与水平面所成夹角各不相同。a/d模数转换器54直接或间接固定安装在支架51上，并分别与各个光敏传感器53电连接。控制芯片55直接或间接固定安装在支架51上，并分别与a/d模数转换器54、电机a31及电机b37电连接。
29.蓄电池6和充电桩7均安装在主体框架1停车区域11的下端侧边处。蓄电池6与太阳能板2电连接，其用于储存由太阳能板2转化的电能，并为各需电部件提供能源支持。充电桩7与蓄电池6电连接，其为新能源汽车(电动汽车)提供充电功能。
30.优选，当所有太阳能板2的受光面21均转动至竖直朝上且处在同一水平高度时，相邻太阳能板2之间的间隙量为0～1mm(考虑到安装误差和加工误差)。
31.优选，喷淋清洗机构还包括液位检测模块a461、液位检测模块b462、电磁阀47、过滤器48、汽车检测单元49及控制器400。液位检测模块a461和液位检测传感器b462分别安装
在储水罐41内腔上端和下端，其分别用于检测储水罐41内的水量是否达到液位上限和液位下限。电磁阀47安装在进水管的后端与储水罐41的进水口412之间。过滤器48安装在进水管的前端与雨水槽40的下水口401之间。汽车检测单元49安装在停车区域11侧边处，其用于检测停车区域11内是否停放汽车。控制器400分别与微型水泵42、液位检测模块46、电磁阀47及汽车检测单元49电连接。
32.优选，安装台52为水平放置的正十六棱柱体，所述安装面521为正十六棱柱体的16个侧壁面中，方向朝上布置的8个侧壁面。相应的，光敏传感器53的数量为8个，各光敏传感器53与水平面的夹角分别为11
°
、34
°
、56
°
、79
°
、101
°
、124
°
、146
°
、169
°
。
33.优选，控制芯片55选用stc89c51/52、stm32f103zet6或stm32f407zgt6。
34.简述本发明中的翻转升降机构的工作原理：翻转升降机构可实现太阳能板2的升降和翻转，为进一步实现太阳能板2的自动追光、自动喷淋清洗、自动规避恶劣天气损害功能提供了结构支持。
35.太阳能板翻转功能的控制如下：电机b37启动，驱动连杆b35绕第三铰接部转动，连杆b35通过连杆c36带动太阳能板2绕第一铰接部22转动。
36.太阳能板升降功能的控制如下：电机a31启动，驱动凸轮32转动，凸轮32转动时带动连杆a34沿滑轨33做升降运动，通过连杆a34的升降带动太阳能板2做升降运动。
37.简述本发明中的清洗喷淋机构的工作原理：清洗喷淋机构可实现雨水的收集和使用，为进一步实现太阳能板2的自动喷淋清洗功能提供了结构支持。下雨时，雨水被收集在雨水槽40内，雨水槽40内的存水作为储水罐41的补充水源。
38.喷淋清洗太阳能板的步骤如下：1、用户通过控制器400启动喷淋清洗功能，控制器400一方面通过液位检测模块a461检测储水罐41内的水位是否达到液位检测模块a461的高度，另一方面通过汽车检测单元49检测停车区域11内是否停放有车辆。若达到高度且未停放车辆，则进入下一步骤。
39.2、将呈矩形阵列布置的所有太阳能板2分为a、b两组，a组的每一块太阳能板2周围直接相邻的太阳能板2均为b组的太阳能板2，b组的每一块太阳能板2周围直接相邻的太阳能板2均为a组的太阳能板2。控制器400控制a组的每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机a31启动，使a组的每一块太阳能板2上升至最高。控制器400控制b组的每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机a31启动，使b组的每一块太阳能板2下降至最低。从而使每一块太阳能板2均与周围相邻的太阳能板2形成高度位错，进而为每一块太阳能板2留出足够的翻转空间。
40.3、控制器400控制每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机b37启动，使每一块太阳能板2均进行翻转，从而使每一块太阳能板2的受光面21朝下并与水平面呈35～55
°
夹角，此时，每一块太阳能板2的受光面21均朝向对应的喷淋头45。
41.4、控制器400控制微型水泵42启动，使储水罐41内的水通过出水管43和分水接头44输送至喷淋头45，从喷淋头45中呈雾状喷出，清洗太阳能板2的受光面21；污水则顺着太阳能板2的受光面21向下流淌，并从太阳能板2的下边沿滴落，微型水泵42启动1～3min后关闭，停止清洗。
42.本步骤中，随着储水罐41内的存水消耗，储水罐41内的水位降低，当储水罐41内的
水位低于液位检测模块b462的高度时，启动补水操作。补水操作控制过程如下：控制器400控制电磁阀47打开，使雨水槽40内的存水通过过滤器48和进水管补充进入储水罐41内。后续分为两种情况：1、电磁阀47打开超过1min，储水罐41内的液位仍未达到液位检测模块a461的高度，表示雨水槽40内无水或水量不足或进水管堵塞或过滤器48堵塞，补水失败，控制器400同时控制电磁阀47和微型水泵42关闭，停止清洗；2、电磁阀47打开未超过1min，当储水罐41内的液位达到液位检测模块a461的高度时，补水成功，由控制器400控制电磁阀47关闭。
43.5、控制器400控制每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机b37启动，使每一块太阳能板2均进行翻转，从而使每一块太阳能板2的受光面21竖直朝上。
44.6、控制器400控制每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机a31启动，使a组的太阳能板2下降，b组的太阳能板2上升，直至所有的太阳能板2齐平。
45.简述本发明中的追光控制机构的工作原理：追光控制机构可实现太阳能板2在恶劣天气到来之前自动翻转以规避损害，还能实现太阳能板2在晴天时随日照方向自动转动以追踪日光。
46.太阳能板规避恶劣天气损害的方法如下：1、每间隔1h，控制芯片55通过互联网从遥感集市平台获取卫星数据，以实时监测气象，当监测到暴雨及以上、大雪及以上、冰雹、沙尘暴天气时，在上述天气到来前的6h启动规避操作。
47.2、规避操作如下：a、将呈矩形阵列布置的所有太阳能板2分为a、b两组，a组的每一块太阳能板2周围直接相邻的太阳能板2均为b组的太阳能板2，b组的每一块太阳能板2周围直接相邻的太阳能板2均为a组的太阳能板2；控制芯片55控制a组的每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机a31启动，使a组的每一块太阳能板2上升至最高；控制芯片55控制b组的每一块太阳能板2对应的翻转升降机构对应的电机a31启动，使b组的每一块太阳能板2下降至最低；从而使每一块太阳能板2均与周围相邻的太阳能板2形成高度位错，进而为每一块太阳能板2留出足够的翻转空间；b、控制芯片55控制每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机b37启动，使每一块太阳能板2均进行翻转，从而使每一块太阳能板2的受光面21竖直朝下；c、控制芯片55控制每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机a31启动，使a组的太阳能板2下降，b组的太阳能板2上升，直至所有的太阳能板2齐平。
48.太阳能板自动追光方法如下：1、每间隔1h，控制芯片55通过互联网从遥感集市平台获取卫星数据，以实时监测气象，当前天气为晴天时，启动自动追光操作。
49.自动追光操作如下：a、控制芯片55通过a/d模数转换器54同时读取每个光敏传感器53的数据，再通过逐次比较并标记的算法定位到此时光强最大的光敏传感器53。
50.b、根据太阳能板2的当前角度计算太阳能板2所需转动的角度及方向。
51.c、将呈矩形阵列布置的所有太阳能板2分为a、b两组，a组的每一块太阳能板2周围直接相邻的太阳能板2均为b组的太阳能板2，b组的每一块太阳能板2周围直接相邻的太阳
能板2均为a组的太阳能板2；控制芯片55控制a组的每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机a31启动，使a组的所有的太阳能板2上升至最高；控制芯片控制b组的每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机a31启动，使b组的所有的太阳能板2下降至最低；从而使每一块太阳能板2均与周围相邻的太阳能板2形成高度位错，进而为每一块太阳能板2留出足够的翻转空间。
52.d、控制芯片55控制每一块太阳能板2对应的翻转升降机构的电机b37启动，使太阳能板2转动相应的角度。在该角度下，太阳能板2的受光面21与水平面所成夹角为a，此时光强最大的光敏传感器53的接光面与水平面所成夹角为b，a=b。