一种光伏发电装置论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种光伏发电装置，包括太阳能光伏板和安装支架。安装支架包括安装底座、支撑杆、托架，设置在安装底座与支撑杆之间的旋转平台，设置在安装底座内、用于驱动旋转平台旋转的旋转齿轮组，固定在安装底座内、且与旋转齿轮组连接的旋转电机，与支撑杆卡箍连接的支撑基板，一端与支撑基板铰接、另一端与托架底部铰接的仰角调整器，设置在旋转平台内、且与仰角调整器采用油管路连接的受油器，设置在安装底座内、且内置液压油的液压油箱，采用油管路连接在液压油箱与受油器之间的油泵，与旋转电机和油泵连接的控制器，与控制器连接的电源接口，以及设置在液压油箱内、用于检测该液压油箱的液位的油位变送器。

主设计要求

1.一种光伏发电装置，包括太阳能光伏板(4)，以及用于安装所述太阳能光伏板(4)的安装支架，其特征在于，所述安装支架包括安装底座(1)，设置在安装底座(1)上的支撑杆(3)，设置在支撑杆(3)上、用于安装太阳能光伏板(4)的托架(16)，设置在安装底座(1)与支撑杆(3)之间的旋转平台(2)，设置在安装底座(1)内、用于驱动所述旋转平台(2)旋转的旋转齿轮组(10)，固定在安装底座(1)内、且与旋转齿轮组(10)连接的旋转电机(6)，与支撑杆(3)卡箍连接的支撑基板(12)，一端与支撑基板(12)铰接、另一端与托架(16)底部铰接、且用于调整所述托架(16)的俯仰角度的仰角调整器(13)，设置在旋转平台(2)内、且与仰角调整器(13)采用油管路连接的受油器(9)，设置在安装底座(1)内、且内置液压油的液压油箱(7)，采用油管路连接在液压油箱(7)与受油器(9)之间、用于液压油打压的油泵(8)，与旋转电机(6)和油泵(8)连接的控制器(5)，与控制器(5)连接的电源接口(11)，以及设置在液压油箱(7)内、用于检测该液压油箱(7)的液位、且与控制器连接的油位变送器U3；所述支撑杆(3)与托架(16)采用铰接；所述控制器包括8位增强型51系列的单片机，输出端与单片机的串行I\/O口P1连接、且至少配置一组模拟信号输入的模数转换芯片U2，连接在单片机的串行I\/O口P0.1与旋转电机之间的旋转电机驱动电路，连接在单片机的串行I\/O口P2.6与油泵电机之间的油泵电机驱动电路，以及分别与单片机的电源输入端VCC、模数转换芯片U2、油位变送器U3、旋转电机驱动电路和油泵电机驱动电路连接的供电电路；所述供电电路的输入与电源接口(11)连接；油位变送器U3与模数转换芯片U2的输入端连接。

设计方案

所述控制器包括8位增强型51系列的单片机，输出端与单片机的串行I\/O口P1连接、且至少配置一组模拟信号输入的模数转换芯片U2，连接在单片机的串行I\/O口P0.1与旋转电机之间的旋转电机驱动电路，连接在单片机的串行I\/O口P2.6与油泵电机之间的油泵电机驱动电路，以及分别与单片机的电源输入端VCC、模数转换芯片U2、油位变送器U3、旋转电机驱动电路和油泵电机驱动电路连接的供电电路；所述供电电路的输入与电源接口(11)连接；油位变送器U3与模数转换芯片U2的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种光伏发电装置，其特征在于，所述仰角调整器(13)包括与受油器(9)连接的自复中组合阀(1301)，以及与自复中组合阀(1301)连接、且一端与支撑基板(12)铰接、另一端与托架(16)底部铰接的油杆枪(1302)；所述自复中组合阀(1301)贴合固定在油杆枪(1302)表面边缘；所述单片机的串行I\/O口P2.1和串行I\/O口P2.0与自复中组合阀连接。

3.根据权利要求2所述的一种光伏发电装置，其特征在于，还包括设置在受油器(9)与油泵(8)之间的逆止阀(14)和常开阀(15)。

4.根据权利要求3所述的一种光伏发电装置，其特征在于，所述旋转电机驱动电路包括栅极与单片机的串行I\/O口P0.1连接、且漏极接地的场效应管VT3，连接在场效应管VT3的栅极与漏极之间的下拉电阻R7，以及辅助锄头连接在场效应管VT3的源极与供电电路之间、且主触头连接在交流市电与旋转电机之间的接触器KM1。

5.根据权利要求4所述的一种光伏发电装置，其特征在于，所述油泵电机驱动电路包括栅极与单片机的串行I\/O口P2.6连接、且漏极接地的场效应管VT4，连接在场效应管VT4的栅极与漏极之间的下拉电阻R8，以及辅助锄头连接在场效应管VT4的源极与供电电路之间、且主触头连接在交流市电与油泵电机之间的接触器KM2。

6.根据权利要求5所述的一种光伏发电装置，其特征在于，所述供电电路包括具有两输入端两输出端、且两输入端与交流市电连接的桥式整流器D1，具有电源输入端VIN、接地端GND、使能接地端EPAD、升压电容端BOOT、高偏功率源极PH和反馈电压端VSEN引脚的电源转换芯片U1，一端分别连接在桥式整流器D1的一输出端与电源转换芯片U1的电源输入端VIN之间的分压电阻R1、分压电阻R3和充电电容C1，源极与桥式整流器D1的另一输出端连接、漏极与电源转换芯片U1的使能接地端EPAD连接的场效应管VT1，一端与场效应管VT1的栅极连接、且另一端与分压电阻R1的另一端连接的分压电阻R2，输出端与分压电阻R3的另一端连接的二极管D2，一端与二极管D2的输入端连接、且另一端与场效应管VT1的源极连接的分压电阻R4，栅极连接在二极管D2与分压电阻R4之间、源极连接在分压电阻R1与分压电阻R2之间、漏极与场效应管VT1的源极连接的场效应管VT2，连接在电源转换芯片U1的升压电容端BOOT与高偏功率源极PH之间的滤波电容C2，串联后一端与电源转换芯片U1的高偏功率源极PH连接、且另一端与电源转换芯片U1的反馈电压端VSEN连接的滤波电感L1和分压电阻R5，一端与电源转换芯片U1的反馈电压端VSEN连接、且另一端接地的滑动电阻R6，以及一端连接在滤波电感L1与分压电阻R5之间、且另一端接地的稳压电容C3；

所述单片机的电源输入端VCC、模数转换芯片U2、油位变送器U3、接触器KM1和接触器KM2均连接在滤波电感L1与分压电阻R5之间；

所述电源转换芯片U1的使能接地端EPAD与接地端GND连接并接地；所述充电电容C1的另一端与电源转换芯片U1的使能接地端EPAD连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及光伏技术领域，尤其是一种光伏发电装置。

背景技术

近年来，威胁人类生存并且被人类意识到的主要环境问题包括全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、淡水资源匮乏等等。随着国家对新能源战略的逐步推进，太阳能光伏产业已逐步扩大，典型代表就是山西大同熊猫光伏电站，其装机规模为100兆瓦。一个100兆瓦的熊猫电站在25年内可提供32亿度的绿色电力，相当于节约煤炭105.6万吨、减少二氧化碳排放274万吨。但是，现有的光伏板安装朝向是固定的，不能随意调节器朝向太阳的角度，因此，太阳能光伏板利用太阳能的效率不能做到最大化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光伏发电装置，主要解决现有技术中存在的无法最大化的利用太阳能照射，直射时间相对固定的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种光伏发电装置，包括太阳能光伏板，以及用于安装所述太阳能光伏板的安装支架。其中，所述安装支架包括安装底座，设置在安装底座上的支撑杆，设置在支撑杆上、用于安装太阳能光伏板的托架，设置在安装底座与支撑杆之间的旋转平台，设置在安装底座内、用于驱动所述旋转平台旋转的旋转齿轮组，固定在安装底座内、且与旋转齿轮组连接的旋转电机，与支撑杆卡箍连接的支撑基板，一端与支撑基板铰接、另一端与托架底部铰接、且用于调整所述托架的俯仰角度的仰角调整器，设置在旋转平台内、且与仰角调整器采用油管路连接的受油器，设置在安装底座内、且内置液压油的液压油箱，采用油管路连接在液压油箱与受油器之间、用于液压油打压的油泵，与旋转电机和油泵连接的控制器，与控制器连接的电源接口，以及设置在液压油箱内、用于检测该液压油箱的液位、且与控制器连接的油位变送器U3。其中，所述支撑杆与托架采用铰接。

具体地，所述控制器包括8位增强型51系列的单片机，输出端与单片机的串行I\/O口P1连接、且至少配置一组模拟信号输入的模数转换芯片U2，连接在单片机的串行I\/O口P0.1与旋转电机之间的旋转电机驱动电路，连接在单片机的串行I\/O口P2.6与油泵电机之间的油泵电机驱动电路，以及分别与单片机的电源输入端VCC、模数转换芯片U2、油位变送器U3、旋转电机驱动电路和油泵电机驱动电路连接的供电电路。其中，所述供电电路的输入与电源接口连接。油位变送器U3的输出与模数转换芯片U2的输入端连接。

进一步地，所述仰角调整器包括与受油器连接的自复中组合阀，以及与自复中组合阀连接、且一端与支撑基板铰接、另一端与托架底部铰接的油杆枪。其中，所述自复中组合阀贴合固定在油杆枪表面边缘，并且所述单片机的串行I\/O口P2.1和串行I\/O口P2.0与自复中组合阀连接。

更进一步地，所述光伏发电装置，还包括设置在受油器与油泵之间的逆止阀和常开阀。

优选地，所述旋转电机驱动电路包括栅极与单片机的串行I\/O口P0.1连接、且漏极接地的场效应管VT3，连接在场效应管VT3的栅极与漏极之间的下拉电阻R7，以及辅助锄头连接在场效应管VT3的源极与供电电路之间、且主触头连接在交流市电与旋转电机之间的接触器KM1。

优选地，所述油泵电机驱动电路包括栅极与单片机的串行I\/O口P2.6连接、且漏极接地的场效应管VT4，连接在场效应管VT4的栅极与漏极之间的下拉电阻R8，以及辅助锄头连接在场效应管VT4的源极与供电电路之间、且主触头连接在交流市电与油泵电机之间的接触器KM2。

进一步地，所述供电电路包括具有两输入端两输出端、且两输入端与交流市电连接的桥式整流器D1，具有电源输入端VIN、接地端GND、使能接地端EPAD、升压电容端BOOT、高偏功率源极PH和反馈电压端VSEN引脚的电源转换芯片U1，一端分别连接在桥式整流器D1的一输出端与电源转换芯片U1的电源输入端VIN之间的分压电阻R1、分压电阻R3和充电电容C1，源极与桥式整流器D1的另一输出端连接、漏极与电源转换芯片U1的使能接地端EPAD连接的场效应管VT1，一端与场效应管VT1的栅极连接、且另一端与分压电阻R1的另一端连接的分压电阻R2，输出端与分压电阻R3的另一端连接的二极管D2，一端与二极管D2的输入端连接、且另一端与场效应管VT1的源极连接的分压电阻R4，栅极连接在二极管D2与分压电阻R4之间、源极连接在分压电阻R1与分压电阻R2之间、漏极与场效应管VT1的源极连接的场效应管VT2，连接在电源转换芯片U1的升压电容端BOOT与高偏功率源极PH之间的滤波电容C2，串联后一端与电源转换芯片U1的高偏功率源极PH连接、且另一端与电源转换芯片U1的反馈电压端VSEN连接的滤波电感L1和分压电阻R5，一端与电源转换芯片U1的反馈电压端VSEN连接、且另一端接地的滑动电阻R6，以及一端连接在滤波电感L1与分压电阻R5之间、且另一端接地的稳压电容C3。

所述单片机的电源输入端VCC、模数转换芯片U2、油位变送器U3、接触器KM1和接触器KM2均连接在滤波电感L1与分压电阻R5之间。

所述电源转换芯片U1的使能接地端EPAD与接地端GND连接并接地。所述充电电容C1的另一端与电源转换芯片U1的使能接地端EPAD连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过设置液压油箱、油泵、受油器、自复中组合阀和油杆枪，实现托架的俯仰角度调整，使太阳能板随太阳位置而改变，以提高太阳能利用率。

(2)本实用新型巧妙地设置旋转平台、旋转齿轮组和旋转电机，实现水平方向360度旋转，并且与俯仰角度调整结合，以延长接收太阳能的时间。

(3)本实用新型巧妙地设置受油器，实现旋转部件的油路连接。

(4)本实用新型采用液压油作为俯仰角度调整的动力源，其与空气相比，具有压缩度较小，调节平稳等优点。

(5)实用新型通过设置供电电路，为电气各部件提供控制所需的直流电，并且在该电路中设置分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、二极管D2、场效应管VT1和场效应管VT2，实现对桥式整流器的保护，有效地的阻断畸形波进入电路中。另外，通过设置滤波电容C2和滤波电感L1，对转换后的直流电进行滤波处理，保证直流电波形平滑。

(6)本实用新型通过设置模数转换芯片和油位变送器，对液压油箱的油位进行检测，有效地解决油泵抽空的问题。另外，本实用新型采用场效应管驱动接触器，其效应速度快、抗冲击能力强、驱动能力强的优点，与接触器相结合，使驱动动作更可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的液压油路示意图。

图3为本实用新型的控制原图。

图4为本实用新型的接触器KM1的接线图。

图5为本实用新型的接触器KM2的接线图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-安装底座，2-旋转平台，3-支撑杆，4-光伏板，5-控制器，6-旋转电机，7-液压油箱，8-油泵，9-受油器，10-旋转齿轮组，11-电源接口，12-支撑基板，13-仰角调整器，14-逆止阀，15-常开阀，16-托架，1301-自复中组合阀，1302-油杆枪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图5所示，本实施例提供了一种光伏发电装置，解决现有技术中无法调整太阳能光伏板俯仰角度的问题，需要说明的是，本实施例是基于结构的改进，并未对控制器的软件程序进行改进，本领域的技术人员根据本实施例记载的内容，采用常规程序片段组合便能实现。另外，本实施例所涉及的电气元器件选型为现有技术，在此就不予赘述。不仅如此，旋转电机、液压油箱、油泵、受油器、仰角调整器、自复中组合阀和油杆枪均可通过购买获得，本实施例并未对其本身的结构进行改进。其中，液压油箱、油泵、受油器、仰角调整器、自复中组合阀和油杆枪的油管路的管径互相匹配。

在本实施例中，该光伏发电装置包括太阳能光伏板4，以及用于安装所述太阳能光伏板4的安装支架。其中，所述安装支架又包括安装底座1，设置在安装底座1上的支撑杆3，设置在支撑杆3上、用于安装太阳能光伏板4的托架16，设置在安装底座1与支撑杆3之间的旋转平台2，设置在安装底座1内、用于驱动所述旋转平台2旋转的旋转齿轮组10，固定在安装底座1内、且与旋转齿轮组10连接的旋转电机6，与支撑杆3卡箍连接的支撑基板12，一端与支撑基板12铰接、另一端与托架16底部铰接、且用于调整所述托架16的俯仰角度的仰角调整器13，设置在旋转平台2内、且与仰角调整器13采用油管路连接的受油器9，设置在安装底座1内、且内置液压油的液压油箱7，采用油管路连接在液压油箱7与受油器9之间、用于液压油打压的油泵8，与旋转电机6和油泵8连接的控制器5，与控制器5连接的电源接口11，以及设置在液压油箱7内、用于检测该液压油箱7的液位、且与控制器连接的油位变送器U3。需要说明的是，该支撑杆3与托架16采用铰接。在本实施例中，控制器5控制油泵8打压，带压的液压油通过受油器9进入仰角调整器13中。另外，所述仰角调整器13包括与受油器9连接的自复中组合阀1301，以及与自复中组合阀1301连接、且一端与支撑基板12铰接、另一端与托架16底部铰接的油杆枪1302。所述自复中组合阀1301贴合固定在油杆枪1302表面边缘，并且单片机的串行I\/O口P2.1和串行I\/O口P2.0与自复中组合阀连接。另外，在受油器9与油泵8之间还设置有逆止阀14和常开阀15。

在本实施例中，控制器型号为STC12C5A60S2的单片机，输出端D0～D7依次与单片机的串行I\/O口P1.0～P1.7连接、且型号为LM3330的模数转换芯片U2，连接在单片机的串行I\/O口P0.1与旋转电机之间的旋转电机驱动电路，连接在单片机的串行I\/O口P2.6与油泵电机之间的油泵电机驱动电路，以及分别与单片机的电源输入端VCC、模数转换芯片U2、YZ1201油位变送器U3、旋转电机驱动电路和油泵电机驱动电路连接的供电电路；所述供电电路的输入与电源接口11连接。其中，油位变送器U3的输入端A+、A-与模数转换芯片U2的输入端连接。其中，市面在售的油位变送器品种、量程众多，只要满足测量量程在0.5～10cm、精度为0.05级均可。另外，需要说明的是，本实施例是基于结构的改进，并未对单片机使用的程序进行改进，本领域的技术人员根据本实施例记载的内容，采用常规的编译程序片段便能实现，因此，在此不予赘述。

在本实施例中，为了精准、快速的控制光伏板角度动作，通过设置旋转电机驱动电路，实现带动旋转平台沿水平方向旋转的旋转电机的旋转控制。具体来说，该旋转电机驱动电路包括栅极与单片机的串行I\/O口P0.1连接、且漏极接地的场效应管VT3，连接在场效应管VT3的栅极与漏极之间的下拉电阻R7，以及辅助锄头连接在场效应管VT3的源极与供电电路之间、且主触头连接在交流市电与旋转电机之间的接触器KM1。在旋转平台调整时，单片机向串行I\/O口P0.1下发高电平，使得场效应管VT3得电导通，进而使接触器KM1得电，旋转电机上电运转。另外，本实施例还提供了油泵电机的驱动电路，该油泵电机驱动电路包括栅极与单片机的串行I\/O口P2.6连接、且漏极接地的场效应管VT4，连接在场效应管VT4的栅极与漏极之间的下拉电阻R8，以及辅助锄头连接在场效应管VT4的源极与供电电路之间、且主触头连接在交流市电与油泵电机之间的接触器KM2。同理地，光伏板调整仰角时，单片机向串行I\/O口P2.6下发高电平。

在本实施例中，为了获取稳定、平滑的直流电，巧妙地设置供电电路。该电电路包括具有两输入端两输出端、且两输入端与交流市电连接的桥式整流器D1，具有电源输入端VIN、接地端GND、使能接地端EPAD、升压电容端BOOT、高偏功率源极PH和反馈电压端VSEN引脚的电源转换芯片U1，一端分别连接在桥式整流器D1的一输出端与电源转换芯片U1的电源输入端VIN之间的分压电阻R1、分压电阻R3和充电电容C1，源极与桥式整流器D1的另一输出端连接、漏极与电源转换芯片U1的使能接地端EPAD连接的场效应管VT1，一端与场效应管VT1的栅极连接、且另一端与分压电阻R1的另一端连接的分压电阻R2，输出端与分压电阻R3的另一端连接的二极管D2，一端与二极管D2的输入端连接、且另一端与场效应管VT1的源极连接的分压电阻R4，栅极连接在二极管D2与分压电阻R4之间、源极连接在分压电阻R1与分压电阻R2之间、漏极与场效应管VT1的源极连接的场效应管VT2，连接在电源转换芯片U1的升压电容端BOOT与高偏功率源极PH之间的滤波电容C2，串联后一端与电源转换芯片U1的高偏功率源极PH连接、且另一端与电源转换芯片U1的反馈电压端VSEN连接的滤波电感L1和分压电阻R5，一端与电源转换芯片U1的反馈电压端VSEN连接、且另一端接地的滑动电阻R6，以及一端连接在滤波电感L1与分压电阻R5之间、且另一端接地的稳压电容C3。所述充电电容C1的另一端与电源转换芯片U1的使能接地端EPAD连接。其中，所述单片机的电源输入端VCC、模数转换芯片U2、油位变送器U3、接触器KM1和接触器KM2均连接在滤波电感L1与分压电阻R5之间。另外，电源转换芯片U1的使能接地端EPAD与接地端GND连接并接地。

下面简要说明本实施例的动作过程：

安装准备工作：根据安装的经纬度、安装地点等要求，结合太阳能光伏板安装施工标准，在单片机内预设水平旋转、俯仰角度调整的每一次调整的起始时间、结束时间。其中预设的时间节点均为现有技术，其表现形式为单片机定时驱动旋转电机和油泵，其使用的定时程序也是常规程序片段，在此就不予赘述。

调整过程：

俯仰角度减小：单片机向串行I\/O口P2.6下发高电平，使场效应管VT3导通，油泵电源接通，实现液压油打压，带压的液压油依次通过逆止阀、常开阀进入受油器内，该受油器是旋转部件的油路连接重要部件。单片机向串行I\/O口P2.0下发高电平，控制自复中组合阀的阀芯向右移动，带压的液压油从油杆枪的下油缸进入，不带压的液压油从上油杆经自复中组合阀、受油器返回至液压油箱内。调整结束后，油泵打压结束、且自复中组合阀自动复中。

同理地，俯仰角度增大，只需要向单片机的串行I\/O口P2.0下发高电平，以控制自复中组合阀的阀芯向左移动即可。另外，通过单片机向串行I\/O口P0.1下发高电平，即可驱动旋转电机运转，进而，实现旋转平台旋转。

综上所述，本实用新型能实现太阳能光伏板俯仰角度和水平方向调整，延长光伏板接收太阳能的时间，进而提高太阳能的利用率。可以说，本实用新型具有结构简单、调整简便、接受太阳能直射时间长等优点，与现有技术相比，具有实质性的特点和进步，在光伏技术领域具有很高的实用价值和推广价值。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，但凡采用本实用新型的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本实用新型的保护范围之内。

设计图

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