一种双面光伏发电系统

技术领域

本申请实施例涉及太阳能领域，尤其涉及一种双面光伏发电系统。

背景技术

近年来，光伏产业技术进步，得到了快速发展。光伏发电系统成为了当前新能源生产方式的主要研究方向之一。

而目前运用最为广泛的光伏发电系统为固定式单面光伏发电系统，由于单面光伏组件只有一面能接受太阳辐射，每日接收的太阳辐射强度有限，且受固定支架的制约，在绝大多数时间里，光伏电板与太阳光线之间的夹角均非最佳功率角，很大程度上限制了组件的发电效率。

即当前的光伏发电系统存在太阳能接受率低的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种双面光伏发电系统，包括：

双面光伏板、移动舵机、光伏支撑架、光伏固定架、光照信息采集器以及控制器；

所述光伏固定架上设置有限位点，通过所述限位点固定所述双面光伏板；

所述光伏支撑架第一端固定在地面上，所述光伏支撑架第二端连接着所述光伏固定架；

所述移动舵机分别连接着所述光伏支撑架与所述光伏固定架，所述移动舵机用于改变所述双面光伏发电系统与太阳的位置角度；

所述光照信息采集器设置于所述光伏固定架上；

所述控制器分别连接所述光照信息采集器和移动舵机。

可选的，所述双面光伏发电系统还包括底座；

所述光伏支撑架通过所述底座固定于地面上。

可选的，所述双面光伏发电系统还包括水平舵机；

所述水平舵机设置于底座上，所述水平舵机用于旋转所述双面光伏发电系统。

可选的，所述移动舵机分别连接着所述光伏支撑架与所述光伏固定架，包括：

所述移动舵机的第一端固定在所述光伏固定架上，所述移动舵机的第二端固定在所述光伏支撑架上，三者形成一个三角形，所述移动舵机用于收缩自身长度，使得所述光伏固定架与所述光伏支撑架之间的角度变化。

可选的，所述光伏支撑架第一端固定在地面上，所述光伏支撑架第二端连接着所述光伏固定架，包括：

所述光伏支撑架第一端固定在地面上，所述光伏支撑架第二端通过斜度夹板连接着所述光伏固定架。

可选的，所述光照信息采集器设置于所述光伏固定架上，包括：

所述光照信息采集器通过限位器于所述光伏固定架上，以使得所述光照信息采集器与所述双面光伏板平行。

可选的，所述光照信息采集器包括光照采集外壳、光照采集模块；

所述光照采集模块位于所述光照采集外壳中，所述光照采集模块与所述控制器连接；

所述光照采集外壳固定于所述光伏固定架上，以使得所述光照采集模块与所述双面光伏板平行。

可选的，所述光照采集模块包括电路板和光敏电阻；

所述电路板中设置有多个接口，光敏电阻以预设接口与角度设置于所述接口中；

所述电路板与所述控制器连接。

可选的，所述光照采集模块包括电路板和四个光敏电阻；

所述四个光敏电阻在所述电路板上对称分布并存在耦合，每个所述光敏电阻都与电路板形成预设角度；

所述电路板与所述控制器连接。

可选的，所述控制器由单片机组成。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

光照信息采集器采集当前的太阳光照射状态，传输到控制器上，控制器分析当前的阳光照射角度是否存在大于预设值的偏差。当存在大于预设值的偏差时，控制器控制移动舵机进行运动。由于移动舵机分别连接着光伏支撑架与光伏固定架，移动舵机会改变光伏支撑架与光伏固定架之间的夹角，使得双面光伏板随着光伏固定架运动，改变双面光伏板与太阳的角度，提高太阳光接收效率。

附图说明

图1为双面光伏发电系统的一个实施例结构示意图；

图2为电路板上光敏电阻结构分布示意图；

图3为控制器单片机自动控制流程示意图；

图4为双面光伏发电系统的固定结构的正面结构示意图；

图5为双面光伏发电系统的固定结构的侧面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请中的附图，对申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种双面光伏发电系统，用于增加太阳能的接受率。

请参阅图1至图5，本申请实施例提供了一种双面光伏发电系统，包括：

双面光伏板1、移动舵机2、光伏支撑架3、光伏固定架4、光照信息采集器5以及控制器6；

光伏固定架4上设置有限位点，通过限位点固定双面光伏板1；

光伏支撑架3第一端固定在地面上，光伏支撑架3第二端连接着光伏固定架4；

移动舵机2分别连接着光伏支撑架3与光伏固定架4，移动舵机2用于改变双面光伏发电系统与太阳的位置角度；

光照信息采集器5设置于光伏固定架4上；

控制器6分别连接光照信息采集器5和移动舵机2。

本实施例中，光照信息采集器5采集当前的太阳光照射状态，传输到控制器6上，控制器6分析当前的阳光照射角度是否存在大于预设值的偏差。当存在大于预设值的偏差时，控制器6控制移动舵机2进行运动。由于移动舵机2分别连接着光伏支撑架3与光伏固定架4，移动舵机2会改变光伏支撑架3与光伏固定架4之间的夹角，使得双面光伏板1随着光伏固定架4运动，改变双面光伏板1与太阳的角度，提高太阳光接收效率。

可选的，双面光伏发电系统还包括底座；

光伏支撑架3通过底座固定于地面上，增加双面光伏发电系统的稳定性，用于防止大风或其他因素对双面光伏发电系统造成损坏，底座增加了整个双面光伏发电系统的底面积。

可选的，双面光伏发电系统还包括水平舵机；

水平舵机设置于底座上，底座除了稳定双面光伏系统外，还可以与水平舵机进行连接，旋转双面光伏发电系统，增加双面光伏发电系统的受光角度，增加太阳光接收效率，使得无论是正对阳光面还是背对阳光面，都可以吸收太阳能。

可选的，移动舵机2分别连接着光伏支撑架3与光伏固定架4，包括：

移动舵机2的第一端固定在光伏固定架4上，移动舵机2的第二端固定在光伏支撑架3上，三者形成一个三角形，移动舵机2用于收缩自身长度，使得光伏固定架4与光伏支撑架3之间的角度变化。移动舵机2为一个可伸缩电机，通过改变自身的程度，将三者组成的三角形移动舵机2所对应的边的边长增加或是缩短，以使得光伏支撑架3与光伏固定架4之间的角度改变，用于光伏支撑架3始终与地面垂直，所以只是改变了光伏固定架4的位置，即改变了双面光伏板1的面向太阳的角度，提高了太阳光接收效率。

可选的，光伏支撑架3第一端固定在地面上，光伏支撑架3第二端连接着光伏固定架4，包括：

光伏支撑架3第一端固定在地面上，光伏支撑架3第二端通过斜度夹板连接着光伏固定架4。光伏支撑架3与光伏固定架4的连接为可旋转连接，光伏固定架4可以旋转一定的角度，增加双面光伏板1的移动角度范围，斜度夹板用于限制该移动角度的范围，提高了太阳光接收效率。

可选的，光照信息采集器5设置于光伏固定架4上，包括：

光照信息采集器5通过限位器于光伏固定架4上，以使得光照信息采集器5与双面光伏板1平行。光照信息采集器5需要采集到的当前光照的角度，但是通常信号采集器无法直接提供该角度信息，只能提供间接的信息，本实施例中光照信息采集器5通过获取太阳光生产的多个电信号，传输到控制器6 中，控制器6根据电信号进行分析与动作。其中光照信息采集器5需要与双面光伏板1平行，以此达到采集的信号与当前双面光伏板1接收到的太阳光一致。

可选的，光照信息采集器5包括光照采集外壳、光照采集模块；

光照采集模块位于光照采集外壳中，光照采集模块与控制器6连接，光照采集外壳固定于光伏固定架4上，以使得光照采集模块与双面光伏板1平行。

光照信息采集器5具有一个采集外壳，用于更好吸收太阳光，通入光照采集模块上，光照模块通过获取太阳光生产的多个电信号，传输到控制器6 中，控制器6根据电信号进行分析与动作。其中光照信息采集器5需要与双面光伏板1平行，以此达到采集的信号与当前双面光伏板1接收到的太阳光一致。

可选的，光照采集模块包括电路板和光敏电阻；

电路板中设置有多个接口，光敏电阻以预设接口与角度设置于接口中，电路板与控制器6连接。

可选的，光照采集模块包括电路板和四个光敏电阻，四个光敏电阻在电路板上对称分布并存在耦合，每个光敏电阻都与电路板形成预设角度，电路板与控制器6连接。

请参考图2，本实施例中，光敏电阻的夹角可通过计算得出，方式如下：光敏电阻在电路板上呈对称分布，光敏电阻与电路板夹角为α。倾斜角与以下两个指标有关，一是可控的追光区域(表示追光前电路板的法线与轴夹角，满足可控的最大角度(即可以追光的最大角度)；二是追光的误差(表示追光完成时电路板平面的法线与太阳光线的角度)。由于二者的不一致性，导致一项指标改善时，另一项指标会变差，所以本发明中，4个光敏电阻在电路板上呈对称分布，且采用的光敏电阻与电路板夹角为45度。

可选的，本实施例中对于光敏电阻的夹角，使用了如下公式1进行计算：

其中：α和η分别表示θ和δ的归一化权重系数，代表着θ和δ的重要性程度。并且θ和δ具有不一致性，需要对δ取倒数。最终对α进行遍历，可求出倾斜角。考虑实际情况下对整个装置的测试，最终使用4个光敏电阻的分布大致和板面成45度，其原理解释如下：如图2所示，此时4个光敏电阻的分布大致和板面成45°，如果太阳光从左上角45°的角度直射过来，左侧的光敏电阻是正对太阳光，但是右侧的光敏电阻是背对太阳光。所以这一组光敏电阻，它们的阻值相差很大，导致收集到电压和期望电压相比差别很大，可以控制舵机调整接收板的角度，使它朝向太阳，调节效果好。

而当光敏电阻与太阳能发电板夹角为0°时，会造成电路板结束追光后，其板面法线方向与光线方向成较大角度，追光的误差大、效果差。而当光敏电阻垂直于发电板板面即与板面成90°时，追光区域范围会缩小，追光效果也差。本实施例中，使用4个光敏电阻的分布和板面成0～90°中间一适宜值时可以保证电路板在追光区域以及追光的精度的指标达到目标。

可选的，控制器6由单片机组成。

请参考图3，本实施例中，太阳光信号照射到光敏电阻，光敏电阻位于的电路是一个桥式电路，会将太阳信号转变为电阻的阻值变化，从而改变电路中的电压信号，电压信号经过控制器中的51单片机的AD采集为数字信号，数字信号再经过51单片机转变为移动舵机或水平舵机的控制信号，即PWM信号，最终转变为移动舵机或水平舵机的转动信号。

控制器6是基于系统硬件电路来设计的。包含着信号采集，转化与控制过程中的程序设计。同时在设计代码过程中需考虑可维护性以及高效性。

软件设计主要包括电压信息AD采集以及驱动舵机转动两个过程。在软件实现过程中主要考虑3个方面：AD采集与数据处理、舵机控制和死区消抖。

可选的，本实施例中，AD采集采用AD0832串行转换数据，将光敏电阻分压得到的电压值转换成数字值。

可选的，本实施例中，舵机控制采用SG90舵机实现双面光伏板的转动， SG90的转动和PWM波有关。利用AD采集的数字值与期望电压所对应的参考值比较得出舵机的转动方向，产生相应的PWM波，驱动舵机转动。

可选的，本实施例中，死区消抖在控制过程中，当AD给出的采集电压大于期望电压时，移动舵机或水平舵机将双面光伏板转向使采集电压减小的一侧；当AD所采集到电压小于期望电压时，则反之，以此来实现对太阳光的追踪功能。但移动舵机或水平舵机控制精度所限，在稳定位置处，装置会出现非常剧烈的抖动现象。在本实施例中，所采用的移动舵机或水平舵机每次转动的角度是3度，在稳定位置附近处，会出现舵机转动一次之前采集到的电压值与期望电压相比偏大，舵机转动后采集到的电压值与期望电压相比偏小，这样就会出现装置在期望位置附近不断地来回抖动。通过给定期望电压为一死区区间范围，即让采集的电压大于死区上限阈值电压，追光板转动；采集的电压小于死区下限阈值电压，追光板向相反方向转动。这样便可以保证装置不会在稳定位置处抖动，由于死区区间比较小，因此又不会影响追光板正对太阳。

由于整个系统的输入信号是太阳光的位置，利用桥式电路将其转换为压差信号，通过软件编程，利用这一信号判断舵机转动的状态是正转还是反转或者停止运动，再控制舵机相应运动一个角度。然后重复判断移动舵机或水平舵机转动的状态，直至达到期望目标，即双面光伏板与太阳光线处于垂直状态。同时考虑处于两个方向上对光线的追踪，即对水平舵机或移动舵机的控制，所以一次循环，电路板的转动两次，对应水平舵机和移动舵机各转动一个角度。

可选的，本实施例中，主要通过光照信息采集器5采集当前的太阳光照射状态，传输到控制器6上，控制器6控制移动舵机2，光伏固定架4随着移动舵机2运动，使得双面光伏板1朝向与太阳光预设角度的方向运动，提高太阳光接收效率。

本实施例中，双面光伏板1正面接收太阳光直射光发电，背面通过吸收背景的反射光(即透射光的反射光)、地面反射光、大气散射光。屋顶式光伏发电板受空间限制大，若采用双面板，则可在现有可占用空间下增加双面光伏板1的受光面积，从而提高发电量。并且，移动舵机与水平舵机会改变双面光伏板与太阳的照射方向，达到吸收过多太阳能的目的。

移动舵机2应保证电路板在水平和竖直两个方向上的转动，移动舵机2 可以用齿轮和传送带来驱动转动。同时为保证整个双面光伏发电系统的稳定性，水平舵机下增加底座。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。