专利名称：一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光伏发电装置，属控制技术领域。
背景技术：
随着全球化学能源的日益枯竭，光伏发电越来越受到人们的重视。光伏发电装置利 用太阳能电池板接受太阳光照射，将光能转换为电能供负载使用。研究表明，太阳能电 池板的发电能力与它所接收的光强成正比，当太阳光强度和太阳能电池板的面积一定时， 太阳能电池板与入射阳光垂直时发电能力最强。但现有光伏发电装置的太阳能电池板一 般是朝向某一特定方向固定安装的，由于太阳的方位不断变化，电池板在发电过程中大 部分时间都不能与阳光垂直，有时甚至还会出现较大偏离，这大大影响了光伏发电装置 的发电能力，限制了发电装置的输出功率。 发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足、提供一种太阳能电池板能够时刻与太阳 光线保持垂直的、具有太阳跟踪功能的光伏发电装置。 本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的
一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置，由太阳能电池板2、水平旋转机构、仰角调
整装置和控制电路组成，所述水平旋转机构由底座5、水平旋转架7和水平旋转架驱动装 置组成，所述水平旋转架驱动装置由水平电机Ml、齿轮组11和立轴10构成，所述立轴 10下端固定于底座5上，上端通过轴承与水平旋转架7旋转连接，所述齿轮组ll套装于 立轴10上并与之固定连接，所述水平电机M1固定于水平旋转架上，并经齿轮组ll、立轴 10与底座5构成传动关系；所述仰角调整装置由蜗轮3、蜗杆4、仰角电机M2和减速器6 构成，所述蜗轮3与太阳能电池板2固定连接，并经轴14固定于水平旋转架7上，所述 仰角电机M2固定于水平旋转架7上，并经减速器6、蜗杆4、蜗轮3与太阳能电池板2构 成传动关系。上述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置，所述控制电路由方位偏差检测电路、单片机 Ul和两个结构相同的电机驱动电路组成；所述方位偏差检测电路由电池板方向传感器1和 四个结构相同的减法器组成，第一减法器JF1的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向 传感器l所输出的西、东信号，第二减法器JF2的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方 向传感器l所输出的东、西信号，第三减法器JF3的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板 方向传感器l所输出的北、南信号，第四减法器JF4的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池 板方向传感器1所输出的南、北信号；四个减法器的输出端分别接单片机Ul的P6. 0 P6. 3 端；各电机驱动电路均由两个驱动光耦和给它们供电的开关电压调节器U2组成，单片机 Ul的P2. 1端接第一电机驱动电路QD-1中开关电压调节器的^/(9/^端，P2. 2端输出的 控制信号接第一电机驱动电路QD-1的第一驱动光耦U3的3脚，并经反向器U5接第一电 机驱动电路QD-1的第二驱动光耦U4的3展卩，第一电机驱动电路QD-1的两个驱动光耦的 输出端分别接水平电机M1的两端；单片机U1的P2.3端接第二电机驱动电路QD-2中开关 电压调节器的^/tFF端，P2.4端输出的控制信号接第二电机驱动电路QD-2的第一驱动 光耦的3展卩，并经反向器接第二电机驱动电路QD-2的第二驱动光耦的3脚，第二电机驱 动电路QD-2的两个驱动光耦的输出端分别接仰角电机M2的两端。
上述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置，增设东限位开关Ke、西限位开关Kw、南限 位开关Ks和北限位开关Kn，它们均安装于水平旋转架7上，触发东限位开关Ke和西限位 开关Kw的限位板安装于底座5上，触发南限位开关Ks和北限位开关Kn的限位板安装于 蜗轮3上，四个限位开关的输出信号分别接单片机Ul的Pl. 0 Pl. 3端。
上述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置，所述电池板方向传感器l由锥形烧瓶状外壳 15以及其内部的东光敏电阻Re、南光敏电阻Rs、西光敏电阻Rw和北光敏电阻Rn构成， 所述外壳15的底面与太阳能电池板2平行，所述四个光敏电阻均布于外壳15的底部四周， 每个光敏电阻均与一个电阻串联连接后接于电源上，每个光敏电阻输出的方向信号接相应 减法器的输入端。
本实用新型利用水平旋转机构调节太阳能电池板的水平方位，利用仰角调整装置调 节太阳能电池板与水平面的夹角，使太阳能电池板自动跟随太阳旋转，与太阳光线时刻 保持垂直，最大限度地提高了光伏发电装置的发电能力。方位偏差检测电路用于检测太 阳能电池板偏离与太阳光线垂直位置的方向和程度，电机驱动电路可根据单片机的控制
信号控制水平电机和仰角电机间歇性地正向或反向运转，四个限位开关用于设置太阳能 电池板旋转的极限位置，并可提供整个系统的复位信号。总而言之，本实用新型通过上 述结构特点有效保证了其发电效率高的性能。以下结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图； 图2是A-A剖视图3是电池板方向传感器的结构示意图； 图4是控制电路的电原理图。
图中各标号为1、电池板方向传感器；2、太阳能电池板；3、蜗轮；4、蜗杆；5、 底座；6、减速器；7、水平旋转架；8、北限位开关限位板；9、东限位开关限位板；10、 立轴；11、齿轮；12、西限位开关限位板；13、南限位开关限位板；14、中轴；15、锥
形烧瓶状外壳；F、运算放大器；Ul、单片机；QD-1、 QD-2、电机驱动电路；JF-1 JF-4、 减法器；R1 R12、电阻；Re、东光敏电阻；Rs、南光敏电阻；Rw、西光敏电阻；Rn、 北光敏电阻；Ke、东限位开关；Kw、西限位开关；Ks、南限位开关；Kn、北限位开关； U2、开关电压调节器；U3、 U4、驱动光耦，U5、反向器；Ml、水平电机；M2、仰角电机。
具体实施方式
参看图1，本实用新型中的底座5固定于地面上，水平旋转架7可绕安装于底座5
上的立轴IO旋转，带动安装于其上的仰角调整装置和太阳能电池板随之旋转。水平电机
Ml固定于水平旋转架上，并经齿轮组ll、立轴10与底座5构成传动关系，使水平旋转
架7绕立轴10旋转。齿轮组11的直径较大，水平电机M1的输出齿轮直径较小，起到减
速和增扭作用。蜗轮3通过水平安装的中轴14与水平旋转架7连接，它绕中轴14旋转
时可带动与其固定连接的太阳能电池板2绕中轴14旋转，改变太阳能电池板2的仰角。
仰角的调整由仰角电机M2通过减速器6、蜗杆4驱动蜗轮3旋转实现。电池板方向传感
器1的锥形烧瓶状外壳15的底面必须与太阳能电池板2平行，其在太阳能电池板上的安
装位置可视具体情况而定。南限位开关Ks和北限位开关Kn均安装于水平旋转架7上，
触发南限位开关Ks和北限位开关Kn的限位板安装于蜗轮3上，当太阳光与水平面的夹
角变小时，图1中的太阳能电池板将逆时针旋转，南限位开关限位板13与南限位开关
Ks的距离变小，当南限位开关限位板13触及南限位开关Ks时，南限位开关Ks向单片 机发出信号，停止继续向该方向旋转。北限位开关Kn的工作原理与此相同。
参看图2，东限位开关Ke和西限位开关Kw均安装于水平旋转架7上，触发它们的 限位板9和限位板12安装于底座5上，当太阳向西移动时，图2中的水平旋转架7顺时 针跟踪旋转，西限位开关Kw与西限位开关限位板12的距离变小。当西限位开关限位板 12触及西限位开关Kw时，西限位开关Kw向单片机发出信号，停止继续向该方向旋转， 此时太阳处于西方，单片机等待一定的时间后，向电机驱动电路发出复位信号，控制电 池板向东旋转；当电池板旋转到向东方向时，东限位开关Ke触及西限位开关限位板12， 单片机检测到东限位开关Ke所发出的信号后，使电池板停止旋转。具体实施时，限位开 关和限位板的位置可以互换。
参看图3，锥形烧瓶状外壳15由不透明材料制成，太阳光线只能由瓶口射入瓶内， 东光敏电阻Re、南光敏电阻Rs、西光敏电阻Rw和北光敏电阻Rn均布于外壳15的底部 四周，当太阳光线垂直于外壳15的底射入时，四个光敏电阻所接受的阳光强度基本相同， 否则，四个光敏电阻所接受的阳光强度将有差异，这种差异导致各光敏电阻的阻值不同， 所输出的信号也不同，单片机以此为依据，可判断太阳能电池板偏离与太阳光线垂直位 置的方向和程度。
参看图4，电阻R3 R6同运算放大器F—起构成减法器，其输出电压为Vo=Vi+ - Vi-， 图4中，减法器JF-l和JF-2输出的电压大小相等，而符号相反，单片机根据哪个减法 器输出正电压以及电压值的大小，可判断东光敏电阻Re、和西光敏电阻Rw两端的电压 的差值，从而获知哪个光敏电阻电阻所接受的阳光强度更大，当两光敏电阻两端的电压 差达到一定值时，驱动水平电机M1旋转，使两光敏电阻两端的电压差为零。当两光敏电 阻两端的电压差很小时，单片机的P2. l端输出高电平，开关电压调节器U2停止给驱动 光耦U3、 U4供电，水平电机M1停止运转。由于光敏电阻的特性是当接收光照时阻值减 小，因而当A二时，水平电机M1不转，当7时，水平电机M1旋转，控制太
阳能电池板向西旋转。仰角调整的工作原理与此相同。图4中，四个限位开关是常开的， 当某限位开关触及相应的限位板时，该限位开关输出高电平信号，否则输出低电平信号， 电阻R9 R12为下拉电阻。
权利要求1、一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置，其特征是，它由太阳能电池板(2)、水平旋转机构、仰角调整装置和控制电路组成，所述水平旋转机构由底座(5)、水平旋转架(7)和水平旋转架驱动装置组成，所述水平旋转架驱动装置由水平电机(M1)、齿轮(11)和立轴(10)构成，所述立轴(10)下端固定于底座(5)上，上端通过轴承与水平旋转架(7)旋转连接，所述齿轮(11)套装于立轴(10)上并与之固定连接，所述水平电机(M1)固定于水平旋转架上，并经齿轮组(11)、立轴(10)与底座(5)构成传动关系；所述仰角调整装置由蜗轮(3)、蜗杆(4)、仰角电机(M2)和减速器(6)构成，所述蜗轮(3)与太阳能电池板(2)固定连接，并经轴(14)固定于水平旋转架(7)上，所述仰角电机(M2)固定于水平旋转架(7)上，并经减速器(6)、蜗杆(4)、蜗轮(3)与太阳能电池板(2)构成传动关系。
2、 根据权利要求1所述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置，其特征是，所述控制电 路由方位偏差检测电路、单片机'(U1)和两个结构相同的电机驱动电路组成，所述方位偏 差检测电路由电池板方向传感器(1)和四个结构相同的减法器组成，第一减法器(JF1) 的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向传感器(1)所输出的西、东信号，第二减法 器(JF2)的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向传感器(1)所输出的东、西信号， 第三减法器(JF3)的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向传感器(1)所输出的北、 南信号，第四减法器(JF4)的正、负输入端Vi+、 Vi-分别接电池板方向传感器(1)所输 出的南、北信号；四个减法器的输出端分别接单片机(m)的P6.0 P6.3端；各电机驱 动电路均由两个驱动光耦和给它们供电的开关电压调节器(U2)组成，单片机(Ul)的P2. 1 端接第一电机驱动电路QD-1中开关电压调节器的^/tFF端，P2.2端输出的控制信号接 第一电机驱动电路QD-1的第一驱动光耦U3的3脚，并经反向器U5接第一电机驱动电路 QD-1的第二驱动光耦U4的3脚，第一电机驱动电路(QD-1)的两个驱动光耦的输出端分 别接水平电机(Ml)的两端；单片机(Ul)的P2.3端接第二电机驱动电路(QD-2)中开 关电压调节器的^/6FF端，P2.4端输出的控制信号接第二电机驱动电路(QD-2)的第一 驱动光耦的3脚，并经反向器接第二电机驱动电路(QD-2)的第二驱动光耦的3脚，第二 电机驱动电路(QD-2)的两个驱动光耦的输出端分别接仰角电机(M2)的两端。
3、 根据权利要求1或2所述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置，其特征是，增设东 限位开关(Ke)、西限位开关(Kw)、南限位开关(Ks)和北限位开关(Kn)，它们均安装 于水平旋转架(7)上，触发东限位开关(Ke)和西限位开关(Kw)的限位板安装于底座(5)上，触发南限位开关(Ks)和北限位开关(Kn)的限位板安装于蜗轮(3)上，四个限位开关的输出信号分别接单片机(Ul)的P1.0 P1.3端。
4、 根据权利要求3所述具有太阳跟踪功能的光伏发电装置，其特征是，所述电池板 方向传感器(l)由锥形烧瓶状外壳(15)以及其内部的东光敏电阻(Re)、南光敏电阻(Rs)、 西光敏电阻(Rw)和北光敏电阻(Rn)构成，所述外壳(15)的底面与太阳能电池板(2) 平行，所述四个光敏电阻均布于外壳(15)的底部四周，每个光敏电阻均与一个电阻串联 连接后接于电源上，每个光敏电阻输出的方向信号接相应减法器的输入端。
专利摘要一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置，属控制技术领域，用于提高发电效率。其技术方案是它由太阳能电池板、水平旋转机构、仰角调整装置和控制电路组成，所述水平旋转机构由底座、水平旋转架和水平旋转架驱动装置组成，所述水平旋转架驱动装置由水平电机、齿轮和立轴构成，所述水平电机固定于水平旋转架上，并经齿轮、立轴与底座构成传动关系；所述仰角调整装置由蜗轮、蜗杆、仰角电机和减速器构成，仰角电机经减速器、蜗杆、蜗轮与太阳能电池板构成传动关系。本实用新型能自动跟踪太阳的方位，使太阳能电池板能时刻保持与太阳光线垂直，有效保证了光伏发电装置的发电能力。
文档编号H02N6/00GK201207625SQ200820077289
公开日2009年3月11日 申请日期2008年5月23日 优先权日2008年5月23日
发明者李光辉, 石新春 申请人:华北电力大学