一种太阳能电池板智能向光系统的制作方法

本实用新型涉及能源采集监控技术领域，更具体的，涉及一种太阳能电池板智能向光系统。

背景技术：

自21世纪以来，能源资源问题成为全世界的共同问题，利用可再生资源代替不可再生资源，实现可持续发展成为当今时代能源发展的主要途径。其中可再生清洁资源利用中，太阳能占据了绝大部分。

目前太阳能利用绝大多数采用了平放或以一定角度放置太阳能电池板进行太阳能转化，利用效率低。为了提高太阳能的利用效率，部分太阳能电池板通过定时法改变倾斜角度跟踪太阳能，误差较大，精度低；部分通过获取当时的天文地理信息准确知道太阳光的方位与高度，精度高，但是装置需要获取当地的天文地理信息，装置复杂成本高。

随着工业4.0与中国制造2025的到来，“工业互联网”实现设备与互联网连接是一大趋势。目前太阳能电池板大多数是单机设备运行，不能进行监视与控制，有小部分通过线缆通信，通信距离短，受地理环境影响，不能实现远程的监视与控制，灵活性低，浪费了大量的人力资源。

技术实现要素：

本实用新型为克服现有的太阳能电池板监控技术，存在无法实现远程的监视与控制，灵活性低，且浪费大量人力资源的技术缺陷，提供一种太阳能电池板智能向光系统。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种太阳能电池板智能向光系统，包括向光装置、控制器、第一无线通信装置、第二无线通信装置、上位机和云服务器；其中：

所述控制器输出端与所述向光装置电性连接；

所述控制器输入端与第一无线通信装置电性连接；

所述第一无线通信装置与所述第二无线通信装置无线通信连接；

所述上位机与所述第二无线通信装置电性连接；

所述云服务器与所述上位机建立网络连接。

上述方案中，系统工作人员通过远程终端连接云服务器，通过云服务器对上位机进行操作，从而实现对控制器的处理，方便对向光装置的监视与控制，且通信距离长，不受地理环境影响，有效提高了系统管理效率。

上述方案中，向光装置可以实时地跟踪太阳光，通过在向光装置上设置太阳能板，便可有效提高太阳能的采集效率，并将采集到的太阳能进行存储；控制器用于控制向光装置的智能向光以及实时反馈装置的运行信息，方便远程工作人员的对装置的监视与控制。

其中，所述向光装置包括电路接口、光敏电阻传感器组、固定支架、俯仰旋转控制装置和水平旋转控制装置；其中：

所述光敏电阻传感器组与所述电路接口输出口电性连接；

所述俯仰旋转控制装置、水平旋转控制装置与所述电路接口输入口电性连接；

所述电路接口、光敏电阻传感器组、俯仰旋转控制装置均设置在所述固定支架上；

所述水平旋转控制装置与所述俯仰旋转控制装置固定连接；

所述电路接口输入口与所述控制器输出端电性连接；

所述电路接口输出口与所述控制器输入端电性连接。

上述方案中，光敏电阻传感器组实时采集光照强度形成电压差，与控制器的预设值进行大小比较，控制器根据比较结果对俯仰旋转控制装置和水平旋转控制装置进行控制，从而实现所述向光装置的智能向光；电路接口用于控制器与向光装置的电路连接。

其中，所述固定支架包括太阳能板和光轴支架；其中：

所述光轴支架与所述太阳能板固定连接；

所述电路接口、光敏电阻传感器组设置在所述太阳能板上；所述俯仰旋转控制装置设置在所述光轴支架上。

上述方案中，太阳能板用于采集太阳光并将太阳能进行转化存储，光轴支架用于给太阳能板提供支撑。

其中，所述光敏电阻传感器组包括第一光敏电阻传感器、第二光敏电阻传感器、第三光敏电阻传感器和第四光敏电阻传感器；其中：

所述第一光敏电阻传感器、第二光敏电阻传感器、第三光敏电阻传感器和第四光敏电阻传感器分别与所述电路接口输入端电性连接；

所述太阳能板上设置有十字挡光板，所述十字挡光板将所述太阳能板分割成东西南北四个区域，所述第一光敏电阻传感器、第二光敏电阻传感器、第三光敏电阻传感器、第四光敏电阻传感器依次设置在不同的区域中。

其中，所述光敏电阻传感器包括5v直流电源、分压电阻、光敏电阻和电压采集器，所述5v直流电源、分压电阻、光敏电阻形成串联电路，所述电压采集器与所述电路接口输出口电性连接，用于采集所述光敏电阻两端电压。

上述方案中，四个光敏电阻传感器分成两对，东西一对，南北一对。控制器采集到四个光敏电阻传感器中光敏电阻的电压，同一对进行相减得到压差；第三光敏电阻传感器的光敏电阻电压减第四光敏电阻传感器的光敏电阻电压为一组压差，该压差与预设值进行比较后，控制器控制俯仰旋转控制装置，实现对太阳光高度的追踪；第二光敏电阻传感器的光敏电阻电压减第一光敏电阻传感器的光敏电阻电压为一组压差，该压差与预设值进行比较后，控制器控制水平旋转控制装置，实现对太阳光方位的追踪。

上述方案中，南北组压差值，即第三光敏电阻传感器、第四光敏电阻传感器产生的压差值大于预设值时，分两种情况：当南的电压大于北的电压，说明南的光敏电阻阻值较大，光照强度相比北的要弱，此时控制器控制俯仰旋转控制装置向光正转动作，直至南北组电压的压差值低于不动作的预设值；当北的电压大于南的电压，说明北的光敏电阻阻值较大，光照强度相对于南的较弱，此时控制器控制俯仰旋转控制装置向光反转动作，直至南北组电压的压差值低于不动作的预设值。

上述方案中，东西组压差值，即第一光敏电阻传感器、第二光敏电阻传感器产生的压差值大于预设值时，分两种情况：当西的电压大于东的电压，说明西的光敏电阻阻值较大，光照强度相比东的要弱，此时控制器控制水平旋转控制装置向光动作，直至东西组电压的压差值低于不动作的预设值；当东的电压大于西的电压，说明东的光明电阻阻值较大，光照强度相比西的要弱，此时控制器控制水平旋转控制装置向光动作，直至东西组电压的压差值低于不动作的预设值。

其中，所述俯仰旋转控制装置包括第一光轴、第一轴联器、第一步进电机和支撑底座；其中：

所述第一轴联器设置在所述第一步进电机转动轴上；

所述第一光轴一端与所述第一轴联器固定连接，另一端与所述光轴支架固定连接；

所述第一步进电机设置在所述支撑底座，与支撑底座固定连接；

所述第一步进电机与所述电路接口输出端电性连接。

上述方案中，所述第一轴联器将所述第一步进电机的转动轴延长，实现与第一光轴的连接；所述第一光轴与所述光轴支架固定连接，在第一步进电机转动的时候，通过第一光轴直接带动整个光轴支架进行转动，从而带动太阳能板的转动；所述第一步进电机为贯通式双轴输出的步进电机，可以实现对光轴支架更为稳定的转动控制。

其中，所述水平旋转控制装置包括第二光轴、第二轴联器和第二步进电机；其中：

所述第二轴联器设置在所述第二步进电机转动轴上；

所述第二光轴一端与所述第二轴联器固定连接，另一端与所述支撑底座固定连接；

所述第二步进电机与所述电路接口输出端电性连接。

上述方案中，将水平旋转控制装置直接于俯仰旋转控制装置连接，实现了对俯仰旋转控制装置、固定支架形成的整体在于水平方向的转动控制；所述第二轴联器将所述第二步进电机的转动轴延长，实现与第二光轴的连接；第二光轴与支撑底座固定连接，在第二步进电机转动的时候，通过第二光轴直接带动所述俯仰旋转控制装置进行水平转动，从而带动太阳能板的水平转动。

其中，所述控制器包括微处理器、a/d转换模块、电机驱动模块和电源模块；其中：

所述a/d转换模块与所述微处理器输入端电性连接；

所述电机驱动模块与所述微处理器输出端电性连接；

所述电源模块为所述微处理器、a/d转换模块、电机驱动模块供电；

所述微处理器与所述第一无线通信装置电性连接；

所述控制器通过电机驱动模块与所述电路接口输入口电性连接；

所述控制器通过所述a/d转换模块与所述电路接口输出口电性连接。

上述方案中，为了将降低分压电阻在较强的光照强度时电压饱和现象，提高精度，光敏电阻在室外无直射光照下的阻值与分压电阻阻值相近。

上述方案中，所述的两个步进电机相互独立，互不影响，同时工作；所述装置对于太阳光方位和高度追踪是一个闭环的双轴控制系统，双轴控制能够实时准确地对太阳光进行追踪，让装置始终垂直于太阳光。

其中，所述第一无线通信装置、第二无线通信装置的主体为zigbee无线通信模块。

上述方案中，第一无线通信装置的zigbee无线通信模块配置为zigbee路由器节点，第二无线通信装置的zigbee无线通信模块配置为zigbee协调器节点；控制器采集到向光装置的实时信息通过zigbee路由器节点、zigbee协调器节点后与上位机连接通信，pc上位机通过网络与云服务器连接通信。

其中，所述微处理器为单片机或plc微处理器。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型提供了一种太阳能电池板智能向光系统，通过将远程终端连接到云服务器，利用云服务器对上位机进行操作，从而对控制器的远程控制，同时可实时得监控向光装置的信息，大大方便了对向光装置的监视与控制，且通信距离长，不受地理环境影响，有效提高了系统管理效率。

附图说明

图1为本系统的模块连接示意图；

图2为向光装置的结构示意图；

图3为光敏电阻的位置示意图；

图4位控制器电路原理图；

其中：1、向光装置；11、电路接口；12、光敏电阻传感器组；121、第一光敏电阻传感器；122、第二光敏电阻传感器；123、第三光敏电阻传感器；124、第四光敏电阻传感器；13、固定支架；131、太阳能板；132、光轴支架；14、俯仰旋转控制装置；141、第一光轴；142、第一轴联器；143、第一步进电机；144、支撑底座；15、水平旋转控制装置；151、第二光轴；152、第二轴联器；153、第二步进电机；154、支撑底座；2、控制器；21、微处理器；22、a/d转换模块；23、电机驱动模块；24、电源模块；3、第一无线通信装置；4、第二无线通信装置；5、上位机；6、云服务器。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种太阳能电池板智能向光系统，包括向光装置1、控制器2、第一无线通信装置3、第二无线通信装置4、上位机5和云服务器6；其中：

所述控制器2输出端与所述向光装置1电性连接；

所述控制器2输入端与第一无线通信装置3电性连接；

所述第一无线通信装置3与所述第二无线通信装置4无线通信连接；

所述上位机5与所述第二无线通信装置4电性连接；

所述云服务器6与所述上位机5建立网络连接。

在具体实施过程中，系统工作人员通过远程终端连接云服务器6，通过云服务器6对上位机5进行操作，从而实现对控制器2的处理，方便对向光装置1的监视与控制，且通信距离长，不受地理环境影响，有效提高了系统管理效率。

在具体实施过程中，向光装置1可以实时地跟踪太阳光，通过在向光装置1上设置太阳能板，便可有效提高太阳能的采集效率，并将采集到的太阳能进行存储；控制器2用于控制向光装置1的智能向光以及实时反馈装置的运行信息，方便远程工作人员的对装置的监视与控制。

更具体的，如图2所示，所述向光装置1包括电路接口11、光敏电阻传感器组12、固定支架13、俯仰旋转控制装置14和水平旋转控制装置15；其中：

所述光敏电阻传感器组12与所述电路接口11输出口电性连接；

所述俯仰旋转控制装置14、水平旋转控制装置15与所述电路接口11输入口电性连接；

所述电路接口11、光敏电阻传感器组12、俯仰旋转控制装置14均设置在所述固定支架13上；

所述水平旋转控制装置15与所述俯仰旋转控制装置14固定连接；

所述电路接口11输入口与所述控制器2输出端电性连接；

所述电路接口11输出口与所述控制器2输入端电性连接。

在具体实施过程中，光敏电阻传感器组12实时采集光照强度形成电压差，与控制器2的预设值进行大小比较，控制器2根据比较结果对俯仰旋转控制装置14和水平旋转控制装置15进行控制，从而实现所述向光装置1的智能向光；电路接口11用于控制器2与向光装置1的电路连接。

更具体的，所述固定支架13包括太阳能板131和光轴支架132；其中：

所述光轴支架132与所述太阳能板131固定连接；

所述电路接口11、光敏电阻传感器组12设置在所述太阳能板131上；所述俯仰旋转控制装置14设置在所述光轴支架132上。

在具体实施过程中，太阳能板131用于采集太阳光并将太阳能进行转化存储，光轴支架132用于给太阳能板131提供支撑。

更具体的，如图3所示，所述光敏电阻传感器组12包括第一光敏电阻传感器121、第二光敏电阻传感器122、第三光敏电阻传感器123和第四光敏电阻传感器124；其中：

所述第一光敏电阻传感器121、第二光敏电阻传感器122、第三光敏电阻传感器123和第四光敏电阻传感器124分别与所述电路接口11输入端电性连接；

所述太阳能板131上设置有十字挡光板，所述十字挡光板将所述太阳能板131分割成东西南北四个区域，所述第一光敏电阻传感器121、第二光敏电阻传感器122、第三光敏电阻传感器123、第四光敏电阻传感器124依次设置在不同的区域中。

更具体的，所述光敏电阻传感器12包括5v直流电源、分压电阻、光敏电阻和电压采集器，所述5v直流电源、分压电阻、光敏电阻形成串联电路，所述电压采集器与所述电路接口11输出口电性连接，用于采集所述光敏电阻两端电压。

在具体实施过程中，四个光敏电阻传感器分成两对，东西一对，南北一对。控制器2采集到四个光敏电阻传感器中光敏电阻的电压，同一对进行相减得到压差；第三光敏电阻传感器123的光敏电阻电压减第四光敏电阻传感器124的光敏电阻电压为一组压差，该压差与预设值进行比较后，控制器2控制俯仰旋转控制装置14，实现对太阳光高度的追踪；第二光敏电阻传感器122的光敏电阻电压减第一光敏电阻传感器121的光敏电阻电压为一组压差，该压差与预设值进行比较后，控制器2控制水平旋转控制装置15，实现对太阳光方位的追踪。

在具体实施过程中，南北组压差值，即第三光敏电阻传感器123、第四光敏电阻传感器124产生的压差值大于预设值时，分两种情况：当南的电压大于北的电压，说明南的光敏电阻阻值较大，光照强度相比北的要弱，此时控制器2控制俯仰旋转控制装置14向光正转动作，直至南北组电压的压差值低于不动作的预设值；当北的电压大于南的电压，说明北的光敏电阻阻值较大，光照强度相对于南的较弱，此时控制器2控制俯仰旋转控制装置14向光反转动作，直至南北组电压的压差值低于不动作的预设值。

在具体实施过程中，东西组压差值，即第一光敏电阻传感器、第二光敏电阻传感器产生的压差值大于预设值时，分两种情况：当西的电压大于东的电压，说明西的光敏电阻阻值较大，光照强度相比东的要弱，此时控制器2控制水平旋转控制装置15向光动作，直至东西组电压的压差值低于不动作的预设值；当东的电压大于西的电压，说明东的光明电阻阻值较大，光照强度相比西的要弱，此时控制器2控制水平旋转控制装置15向光动作，直至东西组电压的压差值低于不动作的预设值。

更具体的，所述俯仰旋转控制装置14包括第一光轴141、第一轴联器142、第一步进电机143和支撑底座144；其中：

所述第一轴联器142设置在所述第一步进电机143转动轴上；

所述第一光轴141一端与所述第一轴联器142固定连接，另一端与所述光轴支架132固定连接；

所述第一步进电机143设置在所述支撑底座144，与支撑底座144固定连接；

所述第一步进电机143与所述电路接口11输出端电性连接。

在具体实施过程中，所述第一轴联器142将所述第一步进电机143的转动轴延长，实现与第一光轴141的连接；所述第一光轴141与所述光轴支架132固定连接，在第一步进电机143转动的时候，通过第一光轴141直接带动整个光轴支架132进行转动，从而带动太阳能板131的转动；所述第一步进电机为143贯通式双轴输出的步进电机，可以实现对光轴支架132更为稳定的转动控制。

更具体的，所述水平旋转控制装置15包括第二光轴151、第二轴联器152和第二步进电机153；其中：

所述第二轴联器152设置在所述第二步进电机153转动轴上；

所述第二光轴151一端与所述第二轴联器152固定连接，另一端与所述支撑底座144固定连接；

所述第二步进电机153与所述电路接口11输出端电性连接。

在具体实施过程中，将水平旋转控制装置15直接于俯仰旋转控制装置14连接，实现了对俯仰旋转控制装置14、固定支架13形成的整体在于水平方向的转动控制；所述第二轴联器152将所述第二步进电机153的转动轴延长，实现与第二光轴151的连接；第二光轴151与支撑底座144固定连接，在第二步进电机153转动的时候，通过第二光轴151直接带动所述俯仰旋转控制装置14进行水平转动，从而带动太阳能板131的水平转动。

更具体的，如图4所示，所述控制器2包括微处理器21、a/d转换模块22、电机驱动模块23和电源模块24；其中：

所述a/d转换模块22与所述微处理器21输入端电性连接；

所述电机驱动模块23与所述微处理器21输出端电性连接；

所述电源模块24为所述微处理器21、a/d转换模块22、电机驱动模块23供电；

所述微处理器21与所述第一无线通信装置3电性连接；

所述控制器2通过电机驱动模块23与所述电路接口11输入口电性连接；

所述控制器2通过所述a/d转换模块24与所述电路接口11输出口电性连接。

在具体实施过程中，为了将降低分压电阻在较强的光照强度时电压饱和现象，提高精度，光敏电阻在室外无直射光照下的阻值与分压电阻阻值相近。

在具体实施过程中，所述的两个步进电机相互独立，互不影响，同时工作；所述装置对于太阳光方位和高度追踪是一个闭环的双轴控制系统，双轴控制能够实时准确地对太阳光进行追踪，让装置始终垂直于太阳光。

更具体的，所述第一无线通信装置3、第二无线通信装置4的主体为zigbee无线通信模块。

在具体实施过程中，第一无线通信装置3的zigbee无线通信模块配置为zigbee路由器节点，第二无线通信装置4的zigbee无线通信模块配置为zigbee协调器节点；控制器2采集到向光装置1的实时信息通过zigbee路由器节点、zigbee协调器节点后与上位机5连接通信，pc上位机5通过网络与云服务器6连接通信。

实施例2

在具体实施过程中，所述微处理器为21为三菱fx1n-40mtplc，所述a/d转换模块22为fx2n-4ad数模采集模块；fx2n-4ad数模采集模块采集向光装置1四个光敏电阻传感器对应的电压，根据电压差比较出光照强度，由三菱fx1n-40mtplc进行比较并控制向光装置智能向光；控制器2获取到向光装置的光照强度与光照电压等状态。

在具体实施过程中，所述pc上位机5采用labview作为上位机，可直接访问和写入plc中的软元件内存，以监视和控制向光装置1的状态；所述labview具有web发布功能，启动与配置web服务器可讲vi发布到网页上，便可以直接在局域网上实现控制。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。