太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，屬于公交站臺技術(shù)領(lǐng)域，系統(tǒng)包括：光伏供電模塊，公交站臺的遮陽板使用太陽能電池組，太陽能通過光電轉(zhuǎn)換存儲電能在蓄電池中，進(jìn)行發(fā)電；智能控制模塊，智能控制模塊連接光伏供電模塊，跟蹤太陽高度角和方位角，測定太陽光線和跟蹤裝置的偏差，調(diào)整遮陽板的位置；驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊連接遮陽板和智能控制模塊，根據(jù)智能控制模塊的調(diào)整指令驅(qū)動遮陽板運(yùn)動，調(diào)整遮陽板位置。本實(shí)用新型通過將光伏電池組件與公交站臺的遮陽面板相結(jié)合，根據(jù)太陽光線的角度調(diào)節(jié)遮陽角度的遮陽板，解決了公交站臺太陽能板固定利用率低的問題，具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型屬于公交站臺技術(shù)領(lǐng)域，涉及太陽能節(jié)能方向，具體涉及一種太陽能 公交站臺自動遮陽系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活日益實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化，隨著家用電器的增加，對于 電力的需求也越來越大，因而無論是企業(yè)還生活都出現(xiàn)了用電緊張的情況，目前科技在不 斷的飛速發(fā)展，人們開始開發(fā)和使用新能源和可再生能源;在新能源和可再生能源的開發(fā) 中，太陽能則是取之不盡、用之不竭的新能源之一，太陽能不會造成環(huán)境污染也能節(jié)約電 能。
[0003] 近來太陽能越來越多的應(yīng)用到公交站臺上，取代傳統(tǒng)的市電供電，節(jié)約能源，但是 目前的公交站臺頂棚基本都是固定的，因?yàn)楸容^狹窄，太陽到達(dá)一定角度時(shí)，是沒有辦法達(dá) 到遮光功能的，太陽光的接收有限，在太陽光偏射時(shí)，太陽能板接收的光線弱不足以產(chǎn)生能 量，太陽能轉(zhuǎn)換率低，需要市電的補(bǔ)償使用，才能保證公交站臺的正常照明功能，不能充分 體現(xiàn)太陽能的節(jié)能目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種太陽能公 交站臺自動遮陽系統(tǒng)，通過將光伏電池組件與公交站臺的遮陽面板相結(jié)合，根據(jù)太陽光線 的角度調(diào)節(jié)遮陽角度的遮陽板，解決了公交站臺太陽能板固定利用率低的問題，具有節(jié)能 環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:一種太陽能公交站臺自 動遮陽系統(tǒng)，所述自動遮陽系統(tǒng)包括:光伏供電模塊，公交站臺的遮陽板使用太陽能電池 組，太陽能通過光電轉(zhuǎn)換存儲電能在蓄電池中，進(jìn)行發(fā)電；智能控制模塊，智能控制模塊連 接光伏供電模塊，跟蹤太陽高度角和方位角，測定太陽光線和跟蹤裝置的偏差，調(diào)整遮陽板 的位置;驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊連接遮陽板和智能控制模塊，根據(jù)智能控制模塊的調(diào)整指令驅(qū) 動遮陽板運(yùn)動，調(diào)整遮陽板位置。
[0006] 上述系統(tǒng)中，所述太陽能電池組包括保護(hù)電路、多個(gè)電池組件串電路和旁路二極 管，每個(gè)電池組件串電路連接一個(gè)旁路二極管，電池組件串電路串聯(lián)旁路二極管后并聯(lián)保 護(hù)電路。所述電池組件串電路由多個(gè)太陽能電池組件電路串聯(lián)組成，太陽能電池組件電路 包括太陽能電池組件和防反充二極管，防反充二極管并聯(lián)在太陽能電池組件的兩端。所述 智能控制模塊中設(shè)有比較電路、放大電路和控制器，太陽能電池組上設(shè)有集熱裝置，跟蹤裝 置中設(shè)有光敏傳感器，光敏傳感器、比較電路和放大電路依次連接傳遞信號，放大電路輸送 信號到控制器，控制器的輸出端連接驅(qū)動模塊。所述光敏傳感器包括圓筒形外殼和多個(gè)光 電阻，圓筒形外殼的外部對稱布置四個(gè)光電阻，圓筒形外殼的內(nèi)部對稱布置四個(gè)光電阻。所 述控制器中設(shè)有延時(shí)器，延時(shí)器中輸入延長反應(yīng)的時(shí)間值。所述控制器中設(shè)有風(fēng)速感應(yīng)器、 雨量感應(yīng)器和溫度感應(yīng)器。
[0007] 本實(shí)用新型有益效果是:本實(shí)用新型改變傳統(tǒng)公交站臺固定的遮陽頂棚，將光伏 電池組件與公交站臺的遮陽面板相結(jié)合，可以根據(jù)太陽光線調(diào)節(jié)遮陽角度的智能遮陽系 統(tǒng)，利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，節(jié)能環(huán)保。
【附圖說明】
[0008] 下面對本說明書附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作簡要說明：
[0009] 圖1是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)的工作原理框 圖。
[0010]圖2是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的光伏供電模塊的工作原理框圖。
[0011] 圖3是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的太陽能電池陣列示意圖。
[0012] 圖4是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的太陽能電池組件的電路原理圖。
[0013]圖5是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的跟蹤裝置原理示意圖。
[0014]圖6是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的光敏傳感器的正視圖。
[0015] 圖7是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的光敏傳感器的俯視圖。
[0016] 圖8是本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】的四相步進(jìn)電機(jī)工作原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面對照附圖，通過對實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】如所涉及的各 構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理、制造工 藝及操作使用方法等，作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實(shí)用新型的發(fā)明 構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0018] 太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，如圖1所示，系統(tǒng)包括依次連接的光伏供電模塊、 智能控制模塊和驅(qū)動模塊，光伏供電模塊中，利用太陽能電池組件發(fā)電，光公交站臺的遮陽 板使用太陽能電池組，太陽能通過光電轉(zhuǎn)換存儲電能在蓄電池中，進(jìn)行發(fā)電，智能控制模塊 跟蹤太陽高度角和方位角，測定太陽光線和跟蹤裝置的偏差，輸出調(diào)整指令到驅(qū)動模塊調(diào) 整遮陽板的位置。驅(qū)動模塊連接遮陽板和智能控制模塊，根據(jù)智能控制模塊的調(diào)整指令驅(qū) 動遮陽板運(yùn)動，調(diào)整遮陽板位置。
[0019] 光伏供電模塊是直接利用太陽能，并通過光電轉(zhuǎn)換進(jìn)行發(fā)電的系統(tǒng)，包括太陽能 電池組、太陽能控制單元和蓄電池組三個(gè)部分，如圖2所示。本實(shí)用新型中為了滿足較高電 壓、較大大功率的發(fā)電要求，并與太陽能控制器相匹配，將若干太陽能池組件通過串、并聯(lián) 連接，并用一定的機(jī)械方式固定組合在一起，配以防反充（防逆流)二極管、旁路二極管、電 纜等元件構(gòu)成"太陽能電池陣列"，其整體圖如圖3所示，電路原理如圖4所示。每個(gè)電池配備 一個(gè)旁路二極管會過于昂貴，所以二極管連接于一組電池的兩端，本系統(tǒng)大約需要2~3個(gè) 來保證組件不被熱點(diǎn)破壞。
[0020] 太陽能電池組包括保護(hù)電路、太陽能電池組件T、防反充二極管Db和旁路二極管 Ds，防反充二極管Db并聯(lián)在太陽能電池組件T的兩端構(gòu)成太陽能電池組件電路，多個(gè)太陽能 電池組件電路串聯(lián)后組成電池組件串電路，每個(gè)電池組件串電路串聯(lián)一個(gè)旁路二極管Ds后 并聯(lián)保護(hù)電路，保護(hù)電路由旁路二極管Ds和電感LP連接而成，由保護(hù)電路輸出電壓。
[0021 ]光伏供電模塊中的太陽能控制單元，選用德國phocos太陽能控制器CXN20(帶附件 CXM)，新一代的CXN系列太陽能充放電控制器是phocos公司經(jīng)典的CX系列控制器的共負(fù)極 版本且其價(jià)格適中。CXN除具有帶溫度補(bǔ)償?shù)?階段(強(qiáng)充/吸收充/浮充)PWM串聯(lián)調(diào)節(jié)充電 方式外，還具有液晶顯示，可編程的負(fù)載控制功能以及完善的保護(hù)功能。CXN的液晶顯示器 除了可以顯示蓄電池的剩余電量外，還可以顯示系統(tǒng)的充、放電狀態(tài)及負(fù)載的狀態(tài)（如：過 載、短路、低壓斷開等）<XXN控制器的蓄電池低壓保護(hù)有五種模式可選：電壓控制（兩種）， S0C控制(兩種），自適應(yīng)S0C控制模式。CXN控制器還具有聲音告警功能，以及靈活可編程的 負(fù)載控制功能，CNX控制器性能如表1。
[0022] 表1:CNX控制器性能表
[0023]
[0024]~光伏供電模塊中的蓄電池組是為保證太陽光照連續(xù)低于平均值的情況下負(fù)載仍 然可以正常工作，是獨(dú)立型光伏供電模塊的一個(gè)重要的組成部分。根據(jù)負(fù)載的用電量、太陽 能電池組的發(fā)電量，本系統(tǒng)采用了鷹特閥控式密封鉛酸蓄電池FM200。且考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò) 充性，為了更好地吸收太陽能電池發(fā)電量，預(yù)留多24V DC30W，運(yùn)行每小時(shí)的直流負(fù)載用電 量。采用3天的自給天數(shù)，并使用深循環(huán)電池，放電深度為50%，所以系統(tǒng)蓄電池采用2只12V 200AH串聯(lián)的形式。
[0025] 智能控制模塊中設(shè)有跟蹤裝置、比較電路、放大電路和控制器，太陽能電池組上設(shè) 有集熱裝置，跟蹤裝置選用光電式太陽跟蹤裝置，使用光敏傳感器來測定入射太陽光線和 跟蹤裝置主光軸間的偏差，光敏傳感器、比較電路和放大電路依次連接傳遞信號，放大電路 輸送信號到控制器，控制器的輸出端連接驅(qū)動模塊。使用光敏傳感器來測定入射太陽光線 和跟蹤裝置主光軸間的偏差，當(dāng)偏差超過設(shè)定的閉值時(shí)，驅(qū)動模塊調(diào)整遮陽板的位置，直到 使太陽光線與集熱裝置光軸重新平行，實(shí)現(xiàn)對太陽高度角和方位角的跟蹤，這種跟蹤器可 通過反饋消除誤差，控制較精確，其工作原理如圖5所示。
[0026] 如圖6和7所不，光敏傳感器包括圓筒形外殼和多個(gè)光電阻，圓筒形外殼的外部對 稱布置四個(gè)光電阻，圓筒形外殼的內(nèi)部對稱布置四個(gè)光電阻。在圓筒外部，東、南、西、北四 個(gè)方向上分別布置4只光電阻；其中一對光電阻(P1，P3)東西對稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來 粗略的檢測太陽由東往西運(yùn)動的偏轉(zhuǎn)角度即方位角；另一對光電阻(P2，P4)南北對稱安裝 在圓筒的兩側(cè)，用來粗略檢測太陽的視高度即高度角;在圓筒內(nèi)部，東、南、西、北四個(gè)方向 上也分別布置4只光電阻;其中一對光電阻(P5，P7)東西對稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來精確 檢測太陽由東往西運(yùn)動的偏轉(zhuǎn)角度;另一對光電阻(P6，P8)南北對稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用 來精確檢測太陽的視高度。
[0027] 跟蹤裝置對太陽的高度角和方位角進(jìn)行雙軸跟蹤，當(dāng)太陽光線以與傳感器板垂直 的方向照射到傳感器上，兩組光電阻(P1，P3)，（P5，P7)接收到的光照度相同，比較電路的輸 出值為零。當(dāng)太陽光偏離垂直方向一個(gè)較小的角度時(shí)，（P1，P3)這一對光電阻可能受環(huán)境散 射光的影響，不會反應(yīng)出太陽光線的變化;而(P5，P7)這一對光電阻受到了圓筒對環(huán)境散射 光的屏蔽保護(hù)，它們接收的照度會出現(xiàn)差值，這就是偏離信號。該信號經(jīng)放大后送入控制單 元，控制器開始工作，控制遮陽板調(diào)整太陽光接收裝置的角度，直到太陽光接收裝置對準(zhǔn)太 陽。太陽光接收裝置是太陽能電池組件的一部分，太陽能電池組件裝在遮陽板的頂部的，遮 陽板是電池組件的載體但同時(shí)是起到遮光的作用，所以本實(shí)用新型中用遮陽板代指太陽能 電池組件。當(dāng)太陽光偏離了一個(gè)較大的角度時(shí)，筒內(nèi)的傳感器可能接收不到太陽光，筒外的 傳感器就能反應(yīng)出照度差值，該信號經(jīng)放大后送入控制單元，控制遮陽板開始工作。高度角 的跟蹤基本原理及工作方式相似，同時(shí)需要考慮遮陽需求等人性化角度，控制角度的臨界 值。
[0028] 智能控制模塊中的控制器是基于氣候的控制器，是一個(gè)完整的氣候站系統(tǒng)，裝置 有風(fēng)速、雨量、溫度感應(yīng)器和延時(shí)器，延時(shí)器中輸入延長反應(yīng)的時(shí)間值，控制器出廠之前已 經(jīng)輸入基本程序包括風(fēng)力和延長反應(yīng)時(shí)間的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以根據(jù)地方和所需而隨時(shí)更 換。而"延長反應(yīng)時(shí)間"這一功能使遮陽構(gòu)件不會因?yàn)樘柟獾男⌒「淖兌⒖套龀龇磻?yīng)， 從而控制遮陽板在雨雪及大風(fēng)天氣做出正確的調(diào)節(jié)。
[0029] 本實(shí)用新型中的驅(qū)動模塊采用四相步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行公交站臺遮陽板角度的調(diào)節(jié)，通 過智能控制模塊調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，同時(shí)采用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)相結(jié)合的方式，使遮陽板的 方向角和水平角都能達(dá)到較大角度。如圖8所示，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹?線位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的 頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距 角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)用于遮陽 板角度的調(diào)節(jié)十分合適。
[0030] 太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)的控制方法，方法步驟包括：
[0031] 步驟一、檢測入射太陽光線和跟蹤裝置主光軸間的偏差值。跟蹤裝置對太陽的高 度角和方位角進(jìn)行雙軸跟蹤，跟蹤裝置中光敏傳感器內(nèi)設(shè)有圓筒形外殼，在圓筒形外殼的 外部，東西方向?qū)ΨQ設(shè)置一對光電阻用來檢測太陽由東往西運(yùn)動的偏轉(zhuǎn)角度;南北方向?qū)?稱設(shè)置另一對光電阻用來檢測太陽的視高度，圓筒形外殼內(nèi)部四個(gè)方向上設(shè)有四個(gè)光電阻 用來精確檢測太陽的偏轉(zhuǎn)角度和視高度。
[0032] 偏差值的檢測方法具體步驟為：當(dāng)太陽光線以與傳感器板垂直的方向照射到傳感 器上，同一方向上的兩組光電阻接收到的光照度相同，比較電路的輸出值為零；當(dāng)太陽光偏 離垂直方向一個(gè)較小的角度時(shí)，光敏傳感器內(nèi)部的光電阻檢測太陽光線的偏差值信號;信 號經(jīng)放大后送入控制器，控制遮陽板調(diào)整太陽光接收裝置的角度，直到太陽光接收裝置對 準(zhǔn)太陽；當(dāng)太陽光偏離一個(gè)較大的角度時(shí)，光敏傳感器內(nèi)部的光電阻接收不到太陽光，光敏 傳感器外部的光電阻檢測太陽光線的照度差值信號，該信號經(jīng)放大后送入控制器，控制遮 陽板開始調(diào)整。
[0033] 步驟二、判斷偏差值是否超過設(shè)定的閉值，如果沒超過，驅(qū)動模塊不需要調(diào)整遮陽 板的位置;如果偏差值超過閉值，驅(qū)動模塊調(diào)整遮陽板的位置。
[0034] 步驟三、判斷太陽光線與集熱裝置光軸是否平行；如果平行，則驅(qū)動模塊停止運(yùn) 動;如果不平行，重復(fù)步驟二直到太陽光線與集熱裝置光軸平行。本實(shí)用新型改變傳統(tǒng)公交 站臺固定的遮陽頂棚，根據(jù)太陽光線調(diào)節(jié)遮陽角度的智能遮陽系統(tǒng)，利用太陽能進(jìn)行發(fā)電， 節(jié)能環(huán)保。
[0035] 上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行了示例性描述，顯然本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)并不受 上述方式的限制，只要采用了本實(shí)用新型的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改 進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本實(shí)用新型的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述自動遮陽系統(tǒng)包括： 光伏供電模塊，公交站臺的遮陽板使用太陽能電池組，太陽能通過光電轉(zhuǎn)換存儲電能 在蓄電池中，進(jìn)行發(fā)電； 智能控制模塊，智能控制模塊連接光伏供電模塊，跟蹤太陽高度角和方位角，測定太陽 光線和跟蹤裝置的偏差，調(diào)整遮陽板的位置； 驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊連接遮陽板和智能控制模塊，根據(jù)智能控制模塊的調(diào)整指令驅(qū)動 遮陽板運(yùn)動，調(diào)整遮陽板位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能電池 組包括保護(hù)電路、多個(gè)電池組件串電路和旁路二極管，每個(gè)電池組件串電路連接一個(gè)旁路 二極管，電池組件串電路串聯(lián)旁路二極管后并聯(lián)保護(hù)電路。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述電池組件串 電路由多個(gè)太陽能電池組件電路串聯(lián)組成，太陽能電池組件電路包括太陽能電池組件和防 反充二極管，防反充二極管并聯(lián)在太陽能電池組件的兩端。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制模 塊中設(shè)有比較電路、放大電路和控制器，太陽能電池組上設(shè)有集熱裝置，跟蹤裝置中設(shè)有光 敏傳感器，光敏傳感器、比較電路和放大電路依次連接傳遞信號，放大電路輸送信號到控制 器，控制器的輸出端連接驅(qū)動模塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述光敏傳感器 包括圓筒形外殼和多個(gè)光電阻，圓筒形外殼的外部對稱布置四個(gè)光電阻，圓筒形外殼的內(nèi) 部對稱布置四個(gè)光電阻。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器中設(shè) 有延時(shí)器，延時(shí)器中輸入延長反應(yīng)的時(shí)間值。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能公交站臺自動遮陽系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器中設(shè) 有風(fēng)速感應(yīng)器、雨量感應(yīng)器和溫度感應(yīng)器。
【文檔編號】G05D3/12GK205656505SQ201620393603
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年5月4日 公開號201620393603.7, CN 201620393603, CN 205656505 U, CN 205656505U, CN-U-205656505, CN201620393603, CN201620393603.7, CN205656505 U, CN205656505U
【發(fā)明人】張娟
【申請人】安徽師范大學(xué)