專利名稱：一種多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置及方法。這是一種機電控制相結(jié)合的清潔能源收集與利用裝置。裝置配備自動跟蹤旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電池板對太陽光的自動跟蹤，提高太陽能發(fā)電效率。同時，本裝置內(nèi)置大容量鉛酸蓄電池以及通用USB可調(diào)電壓(DC0-12V)輸出接口，加之裝置整體結(jié)構(gòu)可拆卸及外形美觀，簡單易用且便于攜帶等優(yōu)點，尤其適合日常家庭戶外旅游及高山偏遠地區(qū)農(nóng)牧民使用。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電作為清潔能源的代表正越來越受到人們的關(guān)注，鑒于當前光伏發(fā)電效率不高，以及家庭普及率較低等問題，課題組特別設計制作了一款新型家用太陽能跟蹤發(fā)電裝置，此裝置不僅內(nèi)置太陽光自動跟蹤控制系統(tǒng)，能夠顯著提高發(fā)電效率，同時裝置整體結(jié)構(gòu)可拆卸，具有良好的便攜性能?，F(xiàn)有的跟蹤發(fā)電裝置存在一些不足1.方向旋轉(zhuǎn)控制結(jié)構(gòu)過于復雜、系統(tǒng)太過笨重、制造成本較高。如申請?zhí)枮镃N201120104231. 9發(fā)明名稱為“全天域液壓驅(qū)動太陽能跟蹤系統(tǒng)”通過液壓驅(qū)動太陽能跟蹤系統(tǒng)實現(xiàn)實時跟蹤太陽位置。2.跟蹤控制系統(tǒng)功耗大、成本高。如申請?zhí)枮镃N201020507556. 7發(fā)明名稱為“一種太陽能自動跟蹤發(fā)電裝置”通過GPS芯片接收緯度、經(jīng)度和其它參數(shù)來計算太陽天頂角和太陽方位角，調(diào)整太陽能電池板的角度。3.系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)不可拆卸，便攜性較差。如申請?zhí)枮镃N200510100224. O發(fā)明名稱為“太陽能跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)”滑塊搖桿機構(gòu)驅(qū)動太陽能電池板運動。以及申請?zhí)枮镃N201120104231. 9發(fā)明名稱為“全天域液壓驅(qū)動太陽能跟蹤系統(tǒng)”通過液壓驅(qū)動太陽能跟蹤系統(tǒng)實現(xiàn)實時跟蹤太陽位置。4. 一些發(fā)電系統(tǒng)沒有通用USB可調(diào)電壓輸出接口，不方便家庭日常數(shù)碼產(chǎn)品及其他低壓電器的使用。如申請?zhí)枮镃N201110050821. 2發(fā)明名稱為“一種太陽能跟蹤裝置”僅實現(xiàn)了電池板對太陽光的自動跟蹤，但沒能將蓄電池及電壓輸出系統(tǒng)相結(jié)合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對上述問題提出一種多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置及方法，本發(fā)明特別在裝置整體結(jié)構(gòu)和相關(guān)控制電路上進行了自主設計與實際制作。首先，在整體結(jié)構(gòu)上因本發(fā)明的整體設計靈感來自于向日葵，所以裝置整體結(jié)構(gòu)更加綠色美觀，同時在整體結(jié)構(gòu)設計過程中充分考慮到高山偏遠農(nóng)牧民的頻繁遷移以及家庭外出郊游時的搬運攜帶，將系統(tǒng)設計成整體可拆卸結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)具有良好的便攜性能。除此之外，將鉛酸蓄電池與太陽能電池充電模塊緊密結(jié)合、融為一體，更加方便系統(tǒng)的運輸攜帶。同時，還為系統(tǒng)配備了當前主流的通用USB接口，加之0-12V可調(diào)電壓輸出，更加方便日常數(shù)碼產(chǎn)品及其他低壓直流電器的使用。
本發(fā)明一種多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置，具有一套太陽光自動跟蹤系統(tǒng)和一套智能電壓存儲、輸出系統(tǒng)，其中太陽光自動跟蹤系統(tǒng)包括底座、太陽能電池板、光敏感器和單片機，所述智能電壓存儲、輸出系統(tǒng)包括智能光伏控制模塊、穩(wěn)壓模塊和自動跟蹤控制系統(tǒng)，所述太陽光自動跟蹤系統(tǒng)還包括旋轉(zhuǎn)主軸、蝸輪蝸桿減速電機、直流電機驅(qū)動模塊和一級減速齒輪傳動模塊，所述智能電壓存儲、輸出系統(tǒng)還包括充電電壓顯示儀表、鉛酸電池、輸出電壓顯示儀表和USB可調(diào)電壓輸出接口，所述太陽能電池板經(jīng)旋轉(zhuǎn)主軸依次采用花鍵和一級減速齒輪傳動模塊與底座內(nèi)部的蝸輪蝸桿減速電機傳動連接；光敏感器通過傳感器支架對稱地分布在旋轉(zhuǎn)主軸兩側(cè)；單片機根據(jù)實時采集來自光敏感器輸送的電壓信號通過直流電機驅(qū)動模塊驅(qū)動蝸輪蝸桿減速電機依次經(jīng)過一級減速齒輪傳動模塊、花鍵和旋轉(zhuǎn)主軸調(diào)節(jié)太陽能電池板角度；智能光伏控制模塊將太陽能電池板輸送的太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲在鉛酸電池內(nèi)，并通過充電電壓顯示儀表實時顯示充電電壓；鉛酸電池通過USB可調(diào)電壓輸出接口輸出電壓，并通過輸出電壓顯不儀表實時顯不輸出電壓。所述USB可調(diào)電壓輸出接口還設置DC/DC降壓電源模塊。一種多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置的控制方法如下打開電源總開關(guān)，太陽能電池板開始為鉛酸電池充電，此時為靜態(tài)發(fā)電模式，即太陽能電池板不會對太陽光進行自動跟蹤；打開旋轉(zhuǎn)跟蹤控制開關(guān)，自動跟蹤控制系統(tǒng)啟動，太陽能電池板開始自動跟蹤太陽光發(fā)，單片機機根據(jù)實時采集來自光敏感器輸送的電壓信號進行判斷后通過直流電機驅(qū)動模塊驅(qū)動蝸輪蝸桿減速電機依次經(jīng)過一級減速齒輪傳動模塊、花鍵和旋轉(zhuǎn)主軸調(diào)節(jié)太陽能電池板角度；智能光伏控制模塊將太陽能電池板輸送的太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲在鉛酸電池內(nèi)，并通過充電電壓顯示儀表實時顯示充電電壓；鉛酸電池通過USB可調(diào)電壓輸出接口輸出電壓，并通過輸出電壓顯不儀表實時顯不輸出電壓。所述單片機對采集來自光敏傳感器輸送的電壓信號的判斷方法如下光敏感器將采集到的光強值轉(zhuǎn)化為對應的電壓信號并輸送至單片機，單片機對光敏傳感器采集到的光強值進行分析比較，如果兩個傳感器采集到的光強差小于設定的閥值，則不對太陽能電池板進行方向調(diào)整，如果大于設定的閥值若左側(cè)光強值大于右側(cè)，則將太陽能電池板向左轉(zhuǎn)動，若右側(cè)光強值大于左側(cè)，則將太陽能電池板向右轉(zhuǎn)動，最終使太陽能電池板始終達到正對太陽。本發(fā)明的有益效果是這種跟蹤發(fā)電裝置采用超低功耗MSP430單片機結(jié)合BTS7960電機驅(qū)動以及蝸輪蝸桿減速電機進行跟蹤控制。與傳統(tǒng)的控制方式相比，不僅節(jié)約了控制成本，降低了控制系統(tǒng)的自身功耗，同時蝸輪蝸桿減速電機的體積小、質(zhì)量輕以及良好的自鎖性能使得系統(tǒng)自身的便攜性能以及太陽能電池板的方向控制更加穩(wěn)定可靠。


圖1是本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)主視圖；圖2是本發(fā)明裝置整體結(jié)構(gòu)右視圖；圖3是本發(fā)明裝置自動跟蹤及智能充放電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明裝置自動跟蹤子程序控制原理圖；圖中1.太陽能電池板，2.光敏感器，3.傳感器支架，4.帶有花鍵結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)主軸，
5.充電電壓顯示儀表，6.輸出電壓顯示儀表，7.底座，8.輔助軸承，9.主軸承，10.鉛酸蓄電池，11.蝸輪蝸桿減速電機，12. —對嚙合齒輪副，13.花鍵，14.電池板拆裝旋鈕，15.電池板俯仰角調(diào)節(jié)旋鈕，16.直流電壓輸出開關(guān)，17.總開關(guān)，18.自動跟蹤控制開關(guān)，19.通用USB可調(diào)電壓輸出接口。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1至圖4對太陽能跟蹤發(fā)電裝置進行詳細描述本發(fā)明一種多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置包括1.太陽能電池板，2.光敏感器，3.傳感器支架，4.帶有花鍵結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)主軸，5.充電電壓顯示儀表，6.輸出電壓顯示儀表，7.底座，8.輔助軸承，9.主軸承，10.鉛酸蓄電池，11.蝸輪蝸桿減速電機，12. —對嚙合齒輪副，13.花鍵，14.電池板拆裝旋鈕，15.電池板俯仰角調(diào)節(jié)旋鈕，16.直流電壓輸出開關(guān)，17.總開關(guān)，18.自動跟蹤控制開關(guān)，19.通用USB可調(diào)電壓輸出接口。頂部太陽能電池板在蝸輪蝸桿減速電機驅(qū)動下實現(xiàn)對太陽光的自動跟蹤，同時將所發(fā)電能經(jīng)智能光伏控制器輸送到裝置底部的鉛酸蓄電池內(nèi)進行電能存儲。下面結(jié)合附圖對裝置自動跟蹤系統(tǒng)及智能充放電系統(tǒng)控制方法進行詳細描述如下太陽能電池板I經(jīng)旋轉(zhuǎn)主軸4與基座內(nèi)部的蝸輪蝸桿減速電機11通過一對嚙合齒輪副12及花鍵13進行傳動連接。光敏感器2通過傳感器支架3對稱地分布在旋轉(zhuǎn)主軸兩側(cè)。位于基座內(nèi)部的MSP430單片機會實時米集來自光敏感器輸送的電壓信號,借助單片機的AD轉(zhuǎn)換模塊對兩個光敏傳感器采集到的光強值進行分析比較，如果兩個傳感器采集到的光強差小于程序設定的某個閥值，則不對電池板進行方向調(diào)整，如果大于這個閥值若左側(cè)光強值大于右側(cè)，則將太陽能電池板向左轉(zhuǎn)動，若右側(cè)光強值大于左側(cè)，則將太陽能電池板向右轉(zhuǎn)動，最終使太陽能電池板始終達到正對太陽的效果。打開電源總開關(guān)17，電池板開始為蓄電池充電，充電電壓表5實時顯示當前充電電壓，且此時為靜態(tài)發(fā)電模式，即電池板不會對太陽光進行自動跟蹤。打開旋轉(zhuǎn)跟蹤控制開關(guān)18，裝置內(nèi)部的自動跟蹤控制系統(tǒng)啟動，太陽能電池板開始自動跟蹤太陽光發(fā)電，同時跟蹤時間間隔可以因地區(qū)差異及用戶需要進行調(diào)節(jié)，標準模式為每小時自動調(diào)整一次。打開直流電源輸出開關(guān)16，電壓輸出儀表6顯示當前輸出電壓，同時借助LM2596-ADJ DC/DC降壓電源模塊可以對通用USB接口輸出的電壓進行無級調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為DC0-12V。因此蓄電池儲存的電能一方面為裝置自身旋轉(zhuǎn)跟蹤系統(tǒng)進行供電，同時借助通用USB電壓輸出接口 19將蓄電池儲存的電能進行直流輸出，以供家庭日常低壓電器使用。本發(fā)明采用蝸輪蝸桿減速電機11進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，減小裝置體積、降低制造成本、提高旋轉(zhuǎn)跟蹤穩(wěn)定性；裝置內(nèi)置大容量鉛酸蓄電池10，實現(xiàn)對所發(fā)電能進行實時的存儲及輸出；配備通用USB可調(diào)電壓(DC0-12V)輸出接口 19，更加方便日常家庭使用。選用齒輪副12及蝸輪蝸桿減速電機11傳動結(jié)構(gòu)，傳動結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝維修；具有可拆卸太陽能電池板、花鍵結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)主軸、軸承及齒輪傳動結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)整體機構(gòu)可拆卸，具有良好的便攜性能；以超低功耗MSP430單片機為核心的跟蹤控制系統(tǒng)，最大程度降低自身控制功耗，提高裝置整體發(fā)電效率。通過超低功耗MSP430單片機實時采集來自光敏感器2的光強信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后控制BTS7960電機驅(qū)動模塊來驅(qū)動蝸輪蝸桿減速電機進行電池板的方向控制。配有充、放電電壓監(jiān)測儀表5、6，方便用戶對整個裝置工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測及調(diào)節(jié)。蝸輪蝸桿減速電機、花鍵連接及齒輪傳動控制的旋轉(zhuǎn)跟蹤驅(qū)動結(jié)構(gòu)，成本低廉、安裝維修方便、旋轉(zhuǎn)控制穩(wěn)定性增強。頂部太陽能電池板1、傳感器支架3以及帶有花鍵結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)主軸4等可拆卸結(jié)構(gòu)，具有良好的便攜性能，方便日常家庭野外郊游及農(nóng)牧民的運輸攜帶。
權(quán)利要求
1.一種多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置，具有一套太陽光自動跟蹤系統(tǒng)和一套智能電壓存儲、輸出系統(tǒng)，其中太陽光自動跟蹤系統(tǒng)包括底座、太陽能電池板、光敏感器和單片機，所述智能電壓存儲、輸出系統(tǒng)包括智能光伏控制模塊、穩(wěn)壓模塊和自動跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于:所述太陽光自動跟蹤系統(tǒng)還包括旋轉(zhuǎn)主軸、蝸輪蝸桿減速電機、直流電機驅(qū)動模塊和一級減速齒輪傳動模塊，所述智能電壓存儲、輸出系統(tǒng)還包括充電電壓顯示儀表、鉛酸電池、輸出電壓顯示儀表和USB可調(diào)電壓輸出接口，所述太陽能電池板經(jīng)旋轉(zhuǎn)主軸依次采用花鍵和一級減速齒輪傳動模塊與底座內(nèi)部的渦輪蝸桿減速電機傳動連接；光敏感器通過傳感器支架對稱地分布在旋轉(zhuǎn)主軸兩側(cè)；單片機根據(jù)實時采集來自光敏感器輸送的電壓信號通過直流電機驅(qū)動模塊驅(qū)動渦輪蝸桿減速電機依次經(jīng)過一級減速齒輪傳動模塊、花鍵和旋轉(zhuǎn)主軸調(diào)節(jié)太陽能電池板角度；智能光伏控制模塊將太陽能電池板輸送的太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲在鉛酸電池內(nèi)，并通過充電電壓顯示儀表實時顯示充電電壓；鉛酸電池通過USB可調(diào)電壓輸出接口輸出電壓，并通過輸出電壓顯示儀表實時顯示輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置，其特征在于:所述USB可調(diào)電壓輸出接口還設置DC/DC降壓電源模塊。
3.—種如權(quán)利要求1所述的多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置的控制方法，其特征在于:所述方法如下:打開電源總開關(guān)，太陽能電池板開始為鉛酸電池充電，此時為靜態(tài)發(fā)電模式，即太陽能電池板不會對太陽光進行自動跟蹤；打開旋轉(zhuǎn)跟蹤控制開關(guān)，自動跟蹤控制系統(tǒng)啟動，太陽能電池板開始自動跟蹤太陽光發(fā)，單片機根據(jù)實時采集來自光敏感器輸送的電壓信號進行判斷后通過直流電機驅(qū)動模塊驅(qū)動渦輪蝸桿減速電機依次經(jīng)過一級減速齒輪傳動模塊、花鍵和旋轉(zhuǎn)主軸調(diào)節(jié)太陽能電池板角度；智能光伏控制模塊將太陽能電池板輸送的太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲在鉛酸電池內(nèi)，并通過充電電壓顯示儀表實時顯示充電電壓；鉛酸電池通過USB可調(diào)電壓輸出接口輸出電壓，并通過輸出電壓顯示儀表實時顯示輸出電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置的控制方法，其特征在于:所述單片機對采集來自光敏傳感器輸送的電壓信號的判斷方法如下:光敏感器將采集到的光強值轉(zhuǎn)化為對應的電壓信號并輸送至單片機，單片機對光敏傳感器采集到的光強值進行分析比較，如果兩個傳感 器采集到的光強差小于設定的閥值，則不對太陽能電池板進行方向調(diào)整，如果大于設定的閥值:若左側(cè)光強值大于右側(cè)，則將太陽能電池板向左轉(zhuǎn)動，若右側(cè)光強值大于左側(cè)，則將太陽能電池板向右轉(zhuǎn)動，最終使太陽能電池板能始終達到正對太陽。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多功能便攜式太陽能跟蹤發(fā)電裝置及方法，所述裝置由陽光自動跟蹤系統(tǒng)和智能電壓存儲、輸出系統(tǒng)構(gòu)成。所述方法單片機機根據(jù)實時采集來自光敏感器輸送的電壓信號進行判斷后通過直流電機驅(qū)動模塊驅(qū)動蝸輪蝸桿減速電機依次經(jīng)過一級減速齒輪傳動模塊、花鍵和旋轉(zhuǎn)主軸調(diào)節(jié)太陽能電池板角度；智能光伏控制模塊將太陽能電池板輸送的太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲在鉛酸電池內(nèi)，并通過充電電壓顯示儀表實時顯示充電電壓；鉛酸電池通過USB可調(diào)電壓輸出接口輸出電壓，并通過輸出電壓顯示儀表實時顯示輸出電壓。本發(fā)明外形美觀、操作方便、結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定可拆卸、便攜性能良好，具有很好的實際推廣價值。
文檔編號H02J7/00GK103078557SQ201310042358
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者王琪, 李亞輝, 陳四杰, 羅光亮, 王珂, 孫健, 湯傳樂 申請人:江蘇科技大學