一种基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其机械部分包括两套液压撑杆辅助支架、两套液压传动装置及液压撑杆、两套旋转支撑架、以及两套旋转齿轮组件；两套旋转齿轮组件之间的安装夹角与太阳高度角相关联；太阳能板支撑架安装在太阳能板的背面，旋转齿轮组件由相啮合的齿轮和齿条组成，旋转支撑架与太阳能板支撑架相连接，并通过齿轮转动；液压撑杆辅助支架经由安装底座固定在旋转支撑架上，液压传动装置及液压撑杆安装在液压撑杆辅助支架，并与齿条相连接；由于采用了双旋转齿轮和双液压撑杆构成动力和传动装置，且其安装夹角与太阳高度角相关联，结构精巧、体积小，精度高，运行平稳可靠，适合大规模推广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统
本专利技术涉及太阳能发电系统领域，尤其涉及的是一种基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统。
技术介绍
在太阳能组件效率和其他条件都相同的情况下，相比固定太阳能发电系统，向日跟踪的太阳能发电系统可将发电量提高30-40％。如今国内外的太阳能向日跟踪系统，若按照驱动装置的不同，可以分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统；单轴太阳能自动跟踪系统是仅可以在水平方向上跟踪太阳，在高度上根据地理纬度和季节的变化，采用人为的进行调节固定，单轴太阳能自动跟踪系统的优点是体积小造价低，缺点是跟踪精度比双轴太阳能自动跟踪系统要低；而双轴太阳能自动跟踪系统除了可以跟踪太阳的方位角，还可以跟踪太阳的高度角，优点是跟踪精度高，缺点是比单轴太阳能自动跟踪系统的体积大、造价高。若按照跟踪控制系统的不同，可以将太阳能向日跟踪系统分为光电传感器跟踪系统和视日运动轨迹跟踪(时间跟踪)系统；光电传感器跟踪系统是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离太阳能板法线，当太阳光线偏离太阳能板法线时，光电传感器发出偏差信号，经运算放大后输出到控制执行装置，使跟踪装置重新对准太阳，这种跟踪装置灵敏度高，但是在遇到长时间阴天或乌云遮日时则会影响运行，因而受天气变化影响大，应用有局限性；而视日运动轨迹跟踪(时间跟踪)系统，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预先设定的程序进行跟踪，这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，缺点是精度不是很高，但是符合实际运行情况。目前，市面上的向日跟踪太阳能系统，通常采用价格昂贵的伺服电机或者步进电机，由市电驱动，普遍存在体积大、笨重、自身能耗过大、受天气变化影响大、精度不高、造价成本过高、运行不稳定等问题，大规模推广应用有局限性。因此，现有技术尚有待改进和发展。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，结构精巧、体积小，精度高，运行平稳可靠，适合大规模推广。本专利技术的技术方案如下：一种基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其机械部分包括：太阳能板、太阳能板支撑架、安装底座、两套液压撑杆辅助支架、两套液压传动装置及液压撑杆、两套旋转支撑架、以及两套旋转齿轮组件；两套旋转齿轮组件之间的安装关系为相交的关系，其夹角与太阳高度角相关联；太阳能板支撑架安装在太阳能板的背面，旋转齿轮组件由相啮合的齿轮和齿条组成，旋转支撑架与太阳能板支撑架相连接，并通过齿轮转动；安装底座固定在旋转支撑架上，液压撑杆辅助支架固定在安装底座上，液压传动装置及液压撑杆安装在液压撑杆辅助支架，并与齿条相连接。所述的基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其电气部分包括：太阳能MPPT控制器、储能电池组、微型锂电池组、单片机主控单元、电机驱动及继电器、以及两个直流电机；其中，所述太阳能MPPT控制器的电能输入端与太阳能板相连接，太阳能MPPT控制器的输出端分为两路，一路连接至储能电池组，另一路连接至微型锂电池组；所述微型锂电池组用于给单片机主控单元和两个直流电机提供电能；所述单片机主控单元通过电机驱动及继电器控制连接两个直流电机，两个直流电机通过两套液压传动装置及液压撑杆控制太阳能板的运动。所述的基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其中：所述单片机主控单元中设置有视日运动轨迹跟踪程序软体。所述的基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其中，所述视日运动轨迹跟踪程序软体的具体跟踪过程包括以下步骤：步骤S310、设置当地时区、日期、经纬度、电机转速以及电机驱动输出脉冲时长；步骤S320、系统计算出时角、赤纬角、方位角，以及推杆行程和太阳能板每隔30分钟的转动角度；步骤S330、计算日出时刻、日落时刻；步骤S340、计算真太阳时刻；步骤S350、判断是否真太阳时刻≥日出时刻，若是则进入步骤S360，否则返回步骤S340；步骤S360、检测太阳光强度，判断当前太阳光的强度是否满足启动电机时的光强度，若是则进入步骤S370，否则继续检测太阳光强度；步骤S370、单片机主控单元发出指令给电机驱动及继电器，继电器闭合，电机启动，带动两套液压传动装置及液压撑杆运动，使得太阳能板转动到初始位置，继电器断开，电机停止；步骤S380、延时30分钟，太阳位置发生变化；步骤S390、单片机主控单元发出指令给电机驱动及继电器，继电器闭合，电机启动，带动两套液压传动装置及液压撑杆运动，使得太阳能板转动到步骤S320中的预定位置，继电器断开，电机停止；步骤S400、单片机主控单元对位于太阳能板隔板两边垂直分布的四个光敏电阻的信号强弱进行采样和判断；步骤S410、延时10秒；步骤S420、单片机主控单元发出指令给电机驱动及继电器，继电器闭合，电机启动，带动两套液压传动装置及液压撑杆运动，对太阳能板的高度角和方位角进行微调，使得太阳能板运行至其法线与照射到太阳能板上的太阳光线基本重合，继电器断开，电机停止，进入步骤S430的同时返回步骤S380；步骤S430、通过系统自带的风速传感器实时监测环境风速，判断当实际风速是否达到预设强度；是则返回步骤S370，否则进入步骤S440；步骤S440、判断是否真太阳时刻＝日落时刻，是则结束跟踪，系统停止工作，否则返回步骤S370。所述的基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其中：在步骤S320中计算时角、赤纬角和方位角时，根据以下公式进行计算：SINα＝COSγ＝SINΦSINθ+COSΦCOSθCOSω；SINβ＝COSθSINω/COSα；θ＝23.45SIN360°(N+284)/365；其中，α代表太阳高度角，γ代表地平面法线与太阳照射到太阳能板上的直射光线之间的夹角，Φ代表所在地区的纬度，θ代表赤纬角，ω代表时角，β代表太阳方位角，N是一年中的日期序号(1-365)的取值。所述的基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其中：步骤S360中检测太阳光强度时，检测光电传感器的电阻值是否大于满足电机启动条件时的电阻值。所述的基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其中：该系统为100-5000W范围内的太阳能发电系统。本专利技术所提供的一种基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，由于采用了双旋转齿轮组件和双液压撑杆构成动力和传动装置，且其安装夹角与太阳高度角相关联，结构精巧、体积小，精度高，运行平稳可靠，适合大规模推广。附图说明图1是本专利技术基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统实施例的机械结构俯视图；图2是本专利技术基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统实施例的机械结构后视图；图3是本专利技术基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统实施例的机械结构右视图；图4是本专利技术基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统实施例的电气结构原理图；图5是本专利技术基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统实施例的算法流程图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的具体实施方式。如图1至3所示，图1是本专利技术基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统实施例的机械结构俯视图，图2是本专利技术基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统实施例的机械结构后视图，图3是本专利技术基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统实施例的机械结构右视图，本专利技术基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其特征在于，其机械部分包括：太阳能板、太阳能板支撑架、安装底座、两套液压撑杆辅助支架、两套液压传动装置及液压撑杆、两套旋转支撑架、以及两套旋转齿轮组件；两套旋转齿轮组件之间的安装关系为相交的关系，其夹角与太阳高度角相关联；太阳能板支撑架安装在太阳能板的背面，旋转齿轮组件由相啮合的齿轮和齿条组成，旋转支撑架与太阳能板支撑架相连接，并通过齿轮转动；安装底座固定在旋转支撑架上，液压撑杆辅助支架固定在安装底座上，液压传动装置及液压撑杆安装在液压撑杆辅助支架，并与齿条相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其特征在于，其机械部分包括：太阳能板、太阳能板支撑架、安装底座、两套液压撑杆辅助支架、两套液压传动装置及液压撑杆、两套旋转支撑架、以及两套旋转齿轮组件；两套旋转齿轮组件之间的安装关系为相交的关系，其夹角与太阳高度角相关联；太阳能板支撑架安装在太阳能板的背面，旋转齿轮组件由相啮合的齿轮和齿条组成，旋转支撑架与太阳能板支撑架相连接，并通过齿轮转动；安装底座固定在旋转支撑架上，液压撑杆辅助支架固定在安装底座上，液压传动装置及液压撑杆安装在液压撑杆辅助支架，并与齿条相连接。2.根据权利要求1所述的基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其特征在于，其电气部分包括：太阳能MPPT控制器、储能电池组、微型锂电池组、单片机主控单元、电机驱动及继电器、以及两个直流电机；其中，所述太阳能MPPT控制器的电能输入端与太阳能板相连接，太阳能MPPT控制器的输出端分为两路，一路连接至储能电池组，另一路连接至微型锂电池组；所述微型锂电池组用于给单片机主控单元和两个直流电机提供电能；所述单片机主控单元通过电机驱动及继电器控制连接两个直流电机，两个直流电机通过两套液压传动装置及液压撑杆控制太阳能板的运动。3.根据权利要求2所述的基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其特征在于：所述单片机主控单元中设置有视日运动轨迹跟踪程序软体。4.根据权利要求3所述的基于向日跟踪的高转化率太阳能发电系统，其特征在于，所述视日运动轨迹跟踪程序软体的具体跟踪过程包括以下步骤：步骤S310、设置当地时区、日期、经纬度、电机转速以及电机驱动输出脉冲时长；步骤S320、系统计算出时角、赤纬角、方位角，以及推杆行程和太阳能板每隔30分钟的转动角度；步骤S330、计算日出时刻、日落时刻；步骤S340、计算真太阳时刻；步骤S350、判断是否真太阳时刻≥日出时刻，若是则进入步骤S360，否则返回步骤S340；步骤S360、检测太阳光强度，判断当前太阳光的强度是否满足启动电机时的光强度，若是则进入步骤S370，否则继续检测太阳光强度；步骤S370、单片机主控单...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世清，
申请(专利权)人：深圳市如器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44