本发明专利技术公开了一种利用水箱水位调节光伏板倾角的追日装置，它由太阳能电池板、光伏支架、浮球驱动装置、恒流进水装置、虹吸排水装置、PLC反馈控制调节装置构建一个通过浮球的浮力带动太阳能电池板发生东西方向转动，浮球的高度由水箱水位控制，水箱水位由恒流进水装置的流量控制，该流量与地球绕太阳的转动速度有关，浮球带动光伏板移动，完成从日出到日落对太阳的追踪，日落后利用虹吸装置排空水箱中的水，完成一天的光伏板追日，第二天循环往复。该装置与固定式光伏电池板相比，提高了整个光伏提水系统的能量利用率；与双轴精密式太阳能电池板追日装置相比，能提高追日系统的整体稳定性。定性。
【技术实现步骤摘要】
一种利用水箱水位调节光伏板倾角的追日装置
[0001]本专利技术属于水力机械动力
和可再生能源高效利用领域，特别设计一种利用水箱水位调节光伏板倾角的追日装置。
技术介绍
[0002]目前市场太阳能电池板多采用支架固定安装模式，其角度设定为正午时分与太阳光垂直，其它时刻未能随太阳辐射强度变化而改变，太阳能利用不充分，发电量降低，水泵提水量较少。对于许多精密双轴式太阳能电池板追踪装置，分为南北东西两个转轴，分别根据太阳的高度角与方位角共同转动，通过光敏传感器，利用负反馈调节控制机制，可以准确追踪太阳，但是这中双轴太阳能电池板追日装置结构非常复杂，故障率也极其高，结构中的马达成本高耗电量又大，推广较为困难。
技术实现思路
[0003]针对现有固定安装模式的太阳能电池板能量利用率较低的问题，本专利技术提供了一种利用水箱水位调节光伏板倾角的追日装置，通过水泵往水箱中注水，随着水位的不断升高，浮球驱动钢杆带动太阳能电池板由东向西转动，实现机械追日效果，解决太阳能利用率偏低低，光伏水泵提水量不高的问题。
[0004]为实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种利用水箱水位调节光伏板倾角的追日装置，由太阳能电池板、光伏支架、浮球驱动装置、水箱、恒流进水装置、虹吸泄水装置、PLC反馈控制调节装置、控制柜、电线、蓄水池、光伏水泵、输水管网组成。
[0005]所述太阳能电池板的左下方设有水箱，所述水箱内设有浮球驱动装置和液位传感器。
[0006]所述光伏水泵安装在的蓄水池内，其出水口与输水管网连接；所述输水管网包括灌溉主管、第一输水支管、第二输水支管，所述灌溉主管的一端连接光伏水泵，所述第一输水支管与恒流进水装置的进水口连接，所述恒流进水装置的出水口和泄水口分别与水箱和蓄水池连接；所述第二输水支管与水箱连接，其中间安装有电磁阀；所述水箱的出水口通过虹吸泄水装置与蓄水池连接。
[0007]进一步讲，所述浮球驱动装置由浮球、钢杆组成，所述钢杆的一端与太阳能电池板的左边缘中心连接，另一端与浮球连接。
[0008]进一步讲，所述液位传感器、电磁阀分别通过导线与安装在光伏支架上控制柜内的PLC反馈控制调节装置连接。
[0009]进一步讲，所述恒流进水装置包括恒压溢流桶，所述恒压溢流桶被挡板分成溢流槽与泄水槽两部分，所述溢流槽的桶壁靠下处设有出水口，所述泄水槽的底部设有泄水口，所述第一输水支管的出水口处安装有恒流滴头且位于溢流槽的上方。
[0010]进一步讲，所述虹吸泄水装置包括外壳与内管管道，所述外壳前端封闭，末端连接直径相同的三通，在外壳中套入内径较小的内管，内管前端与外壳前端留有一定间隙，一端
连接直角弯管，另一端连接内管末端，另一端连接水箱的出水口，所述直角弯管的另一端通过虹吸泄水支管与蓄水池连接。
[0011]进一步讲，所述光伏支架由两根横梁和北高南低的两根立柱组成，所述横梁与立柱活动铰接，所述两根立柱下方为正方形框架结构，所述横梁与太阳能电池板连接。
[0012]太阳能电池板的自东向西旋转角度μ的确定：
[0013]以水平面方向角度为原点，向东为负，向西为正；
[0014]太阳高度角α计算公式：
[0015][0016]式中：为地理纬度；ω为太阳时角；δ为赤纬角。
[0017]太阳方位角λ计算公式：
[0018][0019]太阳时角ω：
[0020][0021]t
s
＝t0+E
±4×
(120
‑
J) (4)
[0022]E＝0.028
‑
1.9857sinθ+9.9059sin 2θ
‑
7.0924cosθ
‑
0.6882cos 2θ
[0023]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0024][0025]t＝N
‑
N0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0026]N0＝79.6764+0.2422
×
(年份
‑
1985)
‑
INT[(年份
‑
1985)/4][0027]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8) 式中：t
s
为某地的真太阳时；t0为北京时间；E为时差；θ为日角；N为积日，日期在一年中的顺序号；
[0028]采用Cooper算法来计算赤纬角δ：
[0029][0030]上下午光伏水泵开始启动的辐射强度的阈值为E，对应当地真太阳时为t
s1
、 t
s2
；由公式(3)、(4)可计算出对应的北京时间与太阳时角为t
01
、t
02
，ω1、ω2；由公式(9)可知太阳赤纬角为δ1、δ2。
[0031]在上午与下午太阳能电池板与地平面的夹角为τ，则该角与太阳高度角互余，计算公式如下：
[0032]cosμ＝sinα
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0033]则自东向西τ的取值范围为：
[0034]‑
μ1≤τ≤μ1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0035]圆柱水箱的地面半径为r，则太阳能电池板自西向东需要进水体积为V
体
，计算公式如下：
[0036]V
体
＝πr2H
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0037]式中：H为出水口到虹吸装置内管的高度。
[0038]浮球上升的线速度为υ，计算公式为：
[0039][0040]恒流进水装置的流量Q的计算公式：
[0041][0042]由薄壁孔口自由出流(图2)理论计算公式：
[0043]薄壁：l<3d
[0044]小孔口：d<H0/10
[0045][0046][0047]式中：C
C
为收缩系数，取值为0.62
‑
0.63；C
V
为流速系数，取值为0.97
‑
0.98； A
C
为孔口收缩断面面积；A为孔口面积，H0为挡板到孔口中心的高度。
[0048]根据流量Q的大小来确定H0与A取值大小。
[0049]本专利技术采用一种南北方向少数固定转动角度的基于流量调节的单轴机械追日装置，通过溢流恒压与孔口出流装置，保证水箱进水口的流量恒定，使得水箱中浮球随着水位的增加带动太阳能电池板东西方向转动；水箱中装有液位传感器，针对特殊气候条件下，光伏水泵未能连续工作，此时通过液位传感器判断液位，通过PLC控制电磁阀开闭，使得水箱水位迅速到达预定位置，电磁阀关闭，通过恒流控制器继续工作，完成机械追日，有效避免了电磁阀的经常性关闭缩短其使用寿命。
[0050]与现有技术相比较，本专利技术具有以下有益效果：
[0051]1.本专利技术利用采用水的浮力作用实现太阳能电池板的追日效果，在水箱中设有浮本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种利用水箱水位调节光伏板倾角的追日装置，其特征在于：由太阳能电池板(1)、光伏支架(2)、浮球驱动装置(3)、水箱(4)、恒流进水装置(5)、虹吸泄水装置(6)、PLC反馈控制调节装置(7)、控制柜(8)、电线(9)、蓄水池(10)、光伏水泵(11)、输水管网(12)组成；所述太阳能电池板(1)的左下方设有水箱(4)，所述水箱(4)内设有浮球驱动装置(3)和液位传感器(73)；所述光伏水泵(11)安装在的蓄水池(10)内，其出水口与输水管网(12)连接；所述输水管网(12)包括灌溉主管(121)、第一输水支管(122)、第二输水支管(123)，所述灌溉主管(121)的一端连接光伏水泵(11)，所述第一输水支管(122)与恒流进水装置(5)的进水口连接，所述恒流进水装置(5)的出水口和泄水口分别与水箱(4)和蓄水池(10)连接；所述第二输水支管(123)与水箱(4)连接，其中间安装有电磁阀(72)；所述水箱(4)的出水口通过虹吸泄水装置(6)与蓄水池(10)连接；所述浮球驱动装置(3)由浮球(31)、钢杆(32)组成，所述钢杆(32)的一端与太阳能电池板(1)的左边缘中心连接，另一端与浮球(31)连接；所述液位传感器(73)、电磁阀(72)分别通过导线(9)与安...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱德兰，赵航，梁志超，焦宁，朱金福，葛茂生，刘祥和，刘全明，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：
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