專利名稱：向日葵式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動控制領(lǐng)域，特別是嵌入式計算機的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近幾年國際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，2007年全球太陽能新裝容量達2826麗p，其中 德國約占47 % ，西班牙約占23%，日本約占8%，美國約占8%，我國還不足1 % 。 2007年， 在太陽能光電產(chǎn)業(yè)鏈中有大量的投資集中到新產(chǎn)能的提升上。除此之外，太陽能光電企業(yè) 在2007年間的貸款融資金額增長了近IOO億美元，使得該產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。2008年全球 光伏市場增至5. 5GW，其中，按地區(qū)排名西班牙名列首位，德國第二。 2008年，全球太陽能安 裝總量已累計達15GW，西班牙新裝量為2. 5GW，約占2008年新增安裝量的一半。中國是一 個能源生產(chǎn)和消費大國。 在我國的過去一段時間內(nèi)，對可再生能源的開發(fā)和利用情況不容樂觀。伴隨著世 界能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移，再加上我國可再生能源如水能、風能、太陽能等資源豐富，實施我國的 能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移是可行的，同時也是必要的。 由于在開發(fā)利用太陽能發(fā)電中所需要的成本很高，所以我國在利用太陽能發(fā)電上 一直沒有很好的發(fā)展，但中國卻又是一個太陽能發(fā)電板研發(fā)及生產(chǎn)排在前面的國家，在這 些生產(chǎn)好的發(fā)電板中只有少數(shù)的一些留在了本土使用，約有90%的數(shù)量都是出口國外，之 后由國外繼續(xù)加工成多種發(fā)電系統(tǒng)返銷國內(nèi)。 目前民用太陽能系列產(chǎn)品中，其太陽能電池板多采用固定傾角安裝方式，大型太 陽能發(fā)電站由于管理、技術(shù)等方面的原因也普遍采用固定方陣發(fā)電形式，而這將影響太陽 能發(fā)電站的發(fā)電量。為了最大限度的采集和利用太陽能，本發(fā)明向日葵式太陽能發(fā)電系統(tǒng) 就是為了實現(xiàn)太陽能電池板對太陽光照最強點的自動追蹤，采用該系統(tǒng)可較大幅度的提高 太陽能發(fā)電系統(tǒng)的有效發(fā)電量，有利于推動我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明向日葵式太陽能發(fā)電系統(tǒng)中采用光敏電阻作光強感應部分，以ARM7微處 理器及其外圍電路作控制器，結(jié)合雙軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的太陽能支架，實現(xiàn)設(shè)置在其上面的太陽 能電池板始終朝向太陽光照強度最大的方向，使有效發(fā)電量得到了較大幅度的提高。
核心控制器，包括嵌入式微處理器ARM7、步進電機驅(qū)動電路、光強采集電路、電壓 電流采集電路和蓄電池充放電電路。 光強采集電路連接到安裝在一鐵管內(nèi)四個方向和管外對應四個方向的共八只光 敏電阻構(gòu)成的光強采集器。 雙軸式太陽能支架是由軸承、鋼管、渦輪蝸桿及帶螺紋桿的步進電機構(gòu)成的可以 沿水平和垂直兩個方向轉(zhuǎn)動的雙軸支架。 LCD液晶顯示屏，通過核心處理器的SPI串行外圍接口連接，是一串行輸入的單色 帶中文字庫的128*64點陣液晶屏。
蓄電池充放電電路，主要是根據(jù)對太陽能電池板的當前輸出電壓和輸出電流進行
數(shù)據(jù)采集，之后利用嵌入式微處理器通過PID算法來調(diào)節(jié)充電開關(guān)的P麗占空比，最終實現(xiàn)
太陽能電池板的最大功率輸出；在放電部分則主要包括過流和防低壓輸出保護。 本發(fā)明一天跟蹤完成后，自動恢復到等待次日太陽升起的狀態(tài)，實現(xiàn)日循環(huán)運行。
此外，由于此系統(tǒng)集成了 LCD液晶顯示屏和利用最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)的蓄電池充放
電電路，打破了傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)多個獨立單元的構(gòu)成模式。這樣的設(shè)計減小了設(shè)備
的體積和重量，更為重要的是減少了整個系統(tǒng)的運行功耗。


下面結(jié)合附圖與實施案例進一步說明本發(fā)明。 圖1向日葵式太陽能發(fā)電系統(tǒng)模塊圖； 圖2向日葵式太陽能發(fā)電系統(tǒng)主視圖； 圖3向日葵式太陽能發(fā)電系統(tǒng)俯視圖、剖面圖。 圖中標號 1、軸承 2、太陽能電池板 3、渦輪蝸桿式電機 4、升降式電機 5、螺桿 6、光強采集器圓筒7、光敏電阻
具體實施例方式
下面通過一個實施案例，進一步說明本發(fā)明。 本發(fā)明以ARM7微處理器及其外圍電路作控制器，結(jié)合雙軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的太陽能支 架。支架結(jié)構(gòu)中，固定在支柱外沿上渦輪蝸桿式電機3用于帶動支撐軸8在水平方向轉(zhuǎn)動， 從而帶動太陽能電池板2在水平方向上的轉(zhuǎn)動；而升降式電機4則通過螺桿5用于帶動太 陽能電池板2在垂直方向上的轉(zhuǎn)動。在兩者的綜合作用下，則可實現(xiàn)太陽能電池板2在水 平270度和垂直120度的范圍內(nèi)任意角度的轉(zhuǎn)動。(見圖2) 光強感應器安裝在太陽能電池板平面的中心，設(shè)置有一個圓筒形外殼的光強采集 器圓筒6，在圓筒外部東、南、西、北四個方向上分別放置1只光敏電阻7。(見圖3)其中， P5、P7東西對稱安裝在光強采集器圓筒6的兩側(cè)，用以粗略地檢測太陽由東往西運動時，太 陽能電池板2應該旋轉(zhuǎn)的角度；P6、P8南北對稱安裝在光強采集器圓筒6的兩側(cè)，用以粗略 地檢測太陽的仰視高度(即高度角)；在光強采集器圓筒6內(nèi)部，東、南、西、北四個方向上 也分別放置著1只光敏電阻7，用以精確地檢測太陽由東往西運動時，太陽能電池板2在水 平方向和垂直方向的偏轉(zhuǎn)角度。光敏電阻7采用GM5516，亮電阻為200歐姆，暗電阻為200K 歐姆以上，用于對光強的感應。 本發(fā)明在工作時，控制器會根據(jù)對光強感應器上的外側(cè)四只光敏電阻7的采樣， 在粗略精度上判斷太陽直射點的位置，之后再采樣內(nèi)側(cè)四只的數(shù)據(jù)值，在較細的精度上判 斷太陽直射點的位置，從而驅(qū)動兩只電機作出相應的轉(zhuǎn)動而使太陽能電池板2垂直面向太 陽；對于太陽能電池板2輸出的電能進行蓄電池充電，此時通過控制器對其輸出電壓和輸 出的電流進行數(shù)據(jù)采集，利用數(shù)字PID算法來調(diào)節(jié)充電大功率MOSFET開關(guān)的P麗占空比， 最終實現(xiàn)太陽能電池板的最大功率輸出，同時也可以起到保護蓄電池的作用；對于蓄電池 的輸出同樣是通過一大功率MOSFET開關(guān)調(diào)節(jié)，當輸出電壓和輸出電流超過一定量值時；則關(guān)斷輸出，同樣起到了保護蓄電池的作用。
權(quán)利要求
向日葵式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽能電池板，其特征在于太陽能電池板設(shè)置在雙軸式太陽能支架上，可在水平270度和垂直120度的范圍內(nèi)任意角度轉(zhuǎn)動，由包括嵌入式微處理器ARM7、光強采集電路、步進電機驅(qū)動電路、電壓電流采集電路和蓄電池充放電電路的核心控制器控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述光強采集電路與安裝在一鐵管 內(nèi)四個方向、管外對應四個方向的光敏電阻構(gòu)成的光強采集器連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述雙軸式太陽能支架是由軸承、鋼 管、渦輪蝸桿及帶螺紋桿的步進電機構(gòu)成的可以沿水平、垂直兩個方向轉(zhuǎn)動的雙軸支架。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述蓄電池充放電電路對太陽能電池板的輸出電壓和輸出電流進行數(shù)據(jù)采集，利用嵌入式微處理器通過PID算法來調(diào)節(jié)充電 開關(guān)的P麗占空比，最終實現(xiàn)太陽能電池板的最大功率輸出；在放電部分則主要包括過流 和防低壓輸出保護。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述光敏電阻采用GM5516，亮電阻為 200歐姆，暗電阻為200K歐姆以上，安裝在太陽能電池板平面的中心。
全文摘要
本發(fā)明為向日葵式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，在本系統(tǒng)中采用光敏電阻作光強感應部分，以ARM7微處理器及其外圍電路作控制器，結(jié)合雙軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的太陽能支架，實現(xiàn)了太陽能電池板始終朝向太陽光照強度最大的方向，使有效發(fā)電量得到了較大幅度的提高。一天跟蹤完成后，自動恢復到等待次日太陽升起的狀態(tài)，實現(xiàn)日循環(huán)運行。此外，此系統(tǒng)還集成了LCD液晶顯示屏和利用最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)的蓄電池充放電電路，打破了傳統(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)多個獨立單元的構(gòu)成模式。這樣的設(shè)計減小了設(shè)備的體積和重量，更為重要的是減少了整個系統(tǒng)的運行功耗。
文檔編號G05B19/042GK101741281SQ200910198510
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者彭金文, 李斌, 陳志毅, 黃建一 申請人:上海第二工業(yè)大學