本实用新型涉及野外光伏装置应用领域，特别是一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置。
背景技术：
安全监测装置通常包括各类传感器、数据处理模块和通信传输模块，而这些安全监测装置经常设置于尾矿库、矿山、大坝等野外监测环境，难以采用市电进行供电，光伏发电成为主要的供电方式。在相同的条件下，光照强度越大，太阳能电池输出功率越大。因而增大太阳能电池受光面的光照强度，就可增大太阳能电池的输出功率。同时，用于野外安全监测装置需要24小时全天候持续监测，太阳能电池储蓄的电能容量对于设备的持续运行十分重要，因此需要光伏装置最大限度地在日照时间进行储能。为了提高光伏装置最大限度地进行储能，采用光伏板跟随太阳直射方向进行转动始终保持光伏板平面与太阳光入射方向垂直是一种有效的方式。
现有的光伏装置跟随太阳光方式通常采用匀速控制方法，即根据太阳的东升西落现象，将光伏装置设置于安装地点后调整至初始方位，根据日出日落时间控制光伏装置的朝向由东向西匀速转动。然而光伏板采用上述匀速控制方案对于用于野外安全装置的光伏装置具有诸多局限：工区环境通常位于山区，山阴山阳面的光照强度显著不同，山体走向与日出日落方向关系并不一致，单轴的光伏跟踪方式并不总是使得光伏装置处于最大受光量的姿态，难以适应应用需求；其二，太阳的方位角只在春分、秋分时为东升西落，其他时间存在一定角度的偏移，光伏装置跟随太阳的方位也需要调整变化。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于：针对现有光伏装置单轴匀速转动跟随太阳方向存在的光电转换效率较低的不足，提供一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置，包括：
支撑杆；
横杆，通过水平转动机构与所述支撑杆连接；
光伏板，通过俯仰转动机构与所述横杆连接；所述光伏板上正交设置有第一遮光板和第二遮光板，所述光伏板被所述第一遮光板和第二遮光板分割为4个象限，4个象限内依次设置有第一至第四光敏传感器；
水平转动电机，用于驱动所述水平转动机构的水平转动；
俯仰转动电机，用于驱动所述俯仰转动机构的俯仰转动；
控制器，其根据接收到的第一和第三光敏传感器反馈的光强信号差值向所述俯仰转动电机发送俯仰转动信号，和/或根据接收到的第二和第四光敏传感器反馈的光强信号差值向所述水平转动电机发送水平转动信号。
所述光伏板被第一遮光板和第二遮光板分割为4个象限，以第一象限为起点顺时针方向依次记为第一象限、第二象限、第三象限和第四象限，其中的光敏传感器对应记为第一光敏传感器、第二光敏传感器、第三光敏传感器和第四光敏传感器。
各个光敏传感器将光强信号以电压信号或者电流信号的形式传输至控制器，控制器根据第一光敏传感器和第三光敏传感器反馈的光强信号差值输出对应比例的转动信号，根据第二光敏传感器和第四光敏传感器反馈的光强信号差值输出对应比例的转动信号。所述第一光敏传感器和第三光敏传感器连线所在方向记为第一方向，所述第二光敏传感器和第四光敏传感器连线所在方向记为第二方向。所述第一方向和第二方向分别任意对应所述光伏装置的水平转动方向和俯仰转动方向。
需要说明的是，所述控制器根据两光敏传感器反馈的光强信号差值输出对应比例的转动驱动信号的控制方法属于本领域公知技术，定性的控制策略是两光敏传感器差值越大，所需的转动角度越大，控制器向转动驱动电机发送的转动控制量越大，具体的控制方法不属于本实用新型的方案范围。
进一步地，所述第一遮光板与第二遮光板正交点位于所述光伏板中心，所述第一遮光板与第二遮光板长度相等，第一光敏传感器与第三光敏传感器的距离等于第二光敏传感器与第四光敏传感器的距离，并且各个光敏传感器到光伏板中心的距离相等。所述遮光板将各个光敏传感器在空间上予以分割，太阳光入射时与所述遮光板平行，各个光敏传感器的感光量表征了各个象限方向的光强，若太阳垂直照射所述光伏装置，则第一光敏传感器和第三光敏传感器的感光量相等，光强信号差值为0，控制器接收到的光敏传感器反馈的光强信号差值为0，则不输出第一方向的转动控制信号。若太阳光偏移照射，则第一光敏传感器和第三光敏传感器的感光量不等，光强信号差值不为0，控制器接收到的光敏传感器反馈的光强信号差值不为0，输出第一方向的转动控制信号。第二方向的跟随逻辑与第一方向一致。
可选地，所述第一遮光板、第二遮光板和4个光敏传感器均被包裹于透光材料制成的圆柱形腔体之中。采用透光材料的圆柱形腔体将遮光板和光敏传感器包裹，一方面可以保护光敏传感器免于风雨环境的损坏，另一方面圆柱形透光腔体可以保证第一至第四光敏传感器接收的太阳光光路基本一致。
优选地，各个象限内沿光伏板中心向外等距离处还依次设置有第五至第八光敏传感器，第五至第八光敏传感器到光伏板中心的距离大于第一至第四光敏传感器到光伏板中心的距离。
进一步地，所述第一遮光板、第二遮光板和4个光敏传感器均被包裹于不透光材料制成的圆柱形腔体之中。如此设置，不透光腔体中的光敏传感器可以有效屏蔽环境散射光的影响，内层的4个光敏传感器能够更为精确地反映太阳角度的变化。同时，对于清晨、傍晚或者阴雨天等光照强度较低的场合，内层的4个光敏传感器可能接收不到足够的光照，可以通过外层的4个光敏传感器获得两个方向的光强度差值，进而控制器接收该光强信号差值输出对应的转动控制信号。
进一步地，所述光敏传感器为光电池或者光敏电阻。光电池为有源元件，具体地，对光电池串联一采样电阻，通过采样电阻获取光电池的输出电压，光电池的输出电压与受光强度相关。可选地，所述光敏传感器为光敏电阻，光敏电阻的阻值与其受光强度相关。
进一步地，所述水平转动机构的转动角度范围为0°~±45°。由于太阳的方位角在春分、秋分日为东升西落，其余时间会往北或南偏转，因此所述水平转动机构的转动角度适应所述太阳方位角度的转动范围。
进一步地，所述俯仰转动机构的转动角度范围为0°~±60°。俯仰转动机构的转动角度范围达120°。
进一步地，所述遮光板的板面垂直于所述光伏板的板面。
所述控制器设置在所述支撑杆上，可选地，所述控制器还包括时钟模块和日出日落信息存储模块，所述时钟模块检测到日出日落信息存储模块存储的当地当日日出或日落时刻，开启或关闭光强信号检测和跟随控制信号。所述日出日落信息模块内存储有安全监测装置所处的经纬度信息以及根据所述经纬度信息计算得到的当地全年日出日落时刻，根据所述日出日落时刻开启控制器的光强信号检测和跟随控制信号，能够有效减少光伏跟随的功耗。
有益效果：
1、本实用新型通过在光伏板上设置遮光板将光伏板中心附近范围分为4个象限，通过遮光板实现了4个象限光强度的有效分割，进而通过1-3象限和2-4象限的光强分布情况控制光伏板的水平转动和俯仰转动，实现光伏装置随时转动到最佳的受光姿态；
2、通过在内层光敏传感器用遮光材料制成圆柱腔体包裹，避免了用于光强探测光敏传感器被环境散射光的干扰，同时在内层光敏传感器的基础上，设置外层光敏传感器，同时提高了光敏传感器的探测精度和低光照条件下的适应能力；
3、通过控制器的日出日落信息模块内存储的安全监测装置所处的经纬度信息以及根据所述经纬度信息计算得到的当地全年日出日落时刻，根据所述日出日落时刻开启控制器的光强信号检测和跟随控制信号，光伏装置的日出日落信息用作光照检测和转动跟随的触发条件，能够有效减少光伏跟随的功耗。
附图说明
图1为实施例1光伏装置结构图侧视图；
图2为实施例1光伏装置与控制器连接结构图；
图3为实施例1光伏板结构俯视图；
图4位实施例2光伏板结构俯视图；
图中标记：1-支撑杆，2-横杆，3-光伏板，31a-第一遮光板，31b-第二遮光板，32a-第一光电池，32b-第二光电池，32c-第三光电池，32d-第四光电池，32aa-第五光电，32bb-第六光电池，32cc-第七光电池，32dd-第八光电池，33-圆柱形腔体，4水平转动电机，5-水平转动机构，6-俯仰转动电机，7-俯仰转动机构，8-控制器。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
实施例1提供一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置如图1所示，包括：
支撑杆1；
横杆2，通过水平转动机构5与所述支撑杆1连接；
光伏板3，通过俯仰转动机构7与所述横杆2连接；所述光伏板3上正交设置有第一遮光板31a和第二遮光板31b，所述光伏板3被所述第一遮光板31a和第二遮光板31b分割为4个象限，4个象限内依次设置有第一光电池至第四光电池31a~31d；
水平转动电机4，用于驱动所述水平转动机构5的水平转动；
俯仰转动电机6，用于驱动所述俯仰转动机构7的俯仰转动；
控制器8根据接收到的第一光电池32a和第三光电池32c反馈的光强信号差值向所述俯仰转动电机6发送俯仰转动信号，以及根据接收到的第二光电池32b和第四光电池32d反馈的光强信号差值向所述水平转动电机发送水平转动信号，所述控制器8与光电池32a~32d以及俯仰转动电机6和水平转动电机4的连接方式如图2所示。
各个光电池31均串联一采样电阻，通过采样电阻采样电压信号的形式将光强信号传输至控制器8，控制器8根据第一光电池32a和第三光电池32c反馈的光强信号差值输出对应比例的转动信号，生成控制信号输出给俯仰转动电机6；控制器8根据第二光电池32b和第四光电池32d反馈的光强信号差值输出对应比例的转动信号，生成水平转动信号输出给水平转动电机4。
如图3所示，所述第一遮光板31a与第二遮光板31b的正交点位于所述光伏板3的中心，所述第一遮光板31a与第二遮光板31b长度相等，第一光电池32a与第三光电池32c的距离等于第二光电池32b与第四光电池32d的距离，并且各个光敏传感器32到光伏板3中心的距离相等。所述遮光板31将各个光电池在空间上予以分割，太阳光入射时与所述遮光板平行，各个光电池的感光量表征了各个象限方向的光强，若太阳垂直照射所述光伏装置，则第一电池32a和第三光电池32c的感光量相等，光强信号差值为0，控制器8接收到的光电池反馈的光强信号差值为0，则不输出俯仰方向的转动控制信号。若太阳光偏移照射，则第一光电池32a和第三光电池32c的感光量不等，光强信号差值不为0，控制器8接收到的光电池反馈的光强信号差值不为0，输出俯仰方向的转动控制信号。水平方向的跟随逻辑与俯仰方向一致。
所述第一遮光板31a、第二遮光板31b和4个光电池32均被包裹于透光材料制成的圆柱形腔体33之中。采用透光材料的圆柱形腔体33将遮光板31和光电池32包裹，一方面可以保护光电池免于风雨环境的损坏，另一方面圆柱形透光腔体33可以保证第一至第四光电池32接收的太阳光光路基本一致。
所述水平转动机构5的转动角度范围为0°~±45°。由于太阳的方位角在春分、秋分日为东升西落，其余时间会往北或南偏转，因此所述水平转动机构5的转动角度适应所述太阳方位角度的转动范围。
所述俯仰转动机构7的转动角度范围为0°~±60°。俯仰转动机构7的转动角度范围达120°。
所述遮光板31的板面垂直于所述光伏板3的板面。
所述控制器8设置在所述支撑杆上，可选地，所述控制器还包括时钟模块和日出日落信息存储模块，所述时钟模块检测到日出日落信息存储模块存储的当地当日日出或日落时刻，开启或关闭光强信号检测和跟随控制信号。所述日出日落信息模块内存储有安全监测装置所处的经纬度信息以及根据所述经纬度信息计算得到的当地全年日出日落时刻，根据所述日出日落时刻开启控制器的光强信号检测和跟随控制信号，能够有效减少光伏跟随的功耗。
实施例2
实施例2提供一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置，如图4所示，其与实施例1的区别在于：各个象限内沿光伏板3中心向外等距离处还依次设置有第五光电池32aa、第六光电池32bb、第七光电池32cc和第八光电池32dd，第五至第八光电池到光伏板3中心的距离大于第一至第四光电池到光伏板3中心的距离。
所述第一遮光板32a、第二遮光板32b和第一至第四光电池均被包裹于不透光材料制成的圆柱形腔体33之中。如此设置，不透光腔体中的光电池32a~32d可以有效屏蔽环境散射光的影响，内层的4个光电池能够更为精确地反映太阳角度的变化。同时，对于清晨、傍晚或者阴雨天等光照强度较低的场合，内层的4个光电池32a~32d可能接收不到足够的光照，可以通过外层的4个光电池32aa~32dd获得两个方向的光强度差值，进而控制器接收该光强信号差值输出对应的转动控制信号。外层的4个光电池32aa~32dd与控制器的连接方式与内层的4个光电池32a~32d与控制器的连接方式一致，第五光电池32aa和第七光电池32cc为一组，对应俯仰转动方位；第六光电池32bb和第八光电池32dd为另一组，对应水平转动方位。本领域技术人员应当理解，采用外层光电池32aa~32dd作为检测光强信号的触发条件是内层光电池32a~32d的感应光强度低于某一设定的阈值强度。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种跟随太阳方向持续发电的光伏装置，其特征在于，包括：
支撑杆；
横杆，通过水平转动机构与所述支撑杆连接；
光伏板，通过俯仰转动机构与所述横杆连接；所述光伏板上正交设置有第一遮光板和第二遮光板，所述光伏板被所述第一遮光板和第二遮光板分割为4个象限，4个象限内依次设置有第一至第四光敏传感器；
水平转动电机，用于驱动所述水平转动机构的水平转动；
俯仰转动电机，用于驱动所述俯仰转动机构的俯仰转动；
控制器，其根据接收到的第一和第三光敏传感器反馈的光强信号差值向所述俯仰转动电机发送俯仰转动信号，和/或根据接收到的第二和第四光敏传感器反馈的光强信号差值向所述水平转动电机发送水平转动信号。
2.根据权利要求1所述的光伏装置，其特征在于：所述第一遮光板与第二遮光板正交点位于所述光伏板中心，所述第一遮光板与第二遮光板长度相等，第一光敏传感器与第三光敏传感器的距离等于第二光敏传感器与第四光敏传感器的距离，并且各个光敏传感器到光伏板中心的距离相等。
3.根据权利要求2所述的光伏装置，其特征在于：所述第一遮光板、第二遮光板和4个光敏传感器均被包裹于透光材料制成的圆柱形腔体之中。
4.根据权利要求2所述的光伏装置，其特征在于：各个象限内沿光伏板中心向外等距离处还依次设置有第五至第八光敏传感器，第五至第八光敏传感器到光伏板中心的距离大于第一至第四光敏传感器到光伏板中心的距离。
5.根据权利要求4所述的光伏装置，其特征在于：所述第一遮光板、第二遮光板和4个光敏传感器均被包裹于不透光材料制成的圆柱形腔体之中。
6.根据权利要求1-5任一项所述的光伏装置，其特征在于：所述光敏传感器为光电池或者光敏电阻。
7.根据权利要求6所述的光伏装置，其特征在于：所述水平转动机构的转动角度范围为0°~±45°。
8.根据权利要求6所述的光伏装置，其特征在于：所述俯仰转动机构的转动角度范围为0°~±60°。
9.根据权利要求1所述的光伏装置，其特征在于：所述遮光板的板面垂直于所述光伏板的板面。
10.根据权利要求1所述的光伏装置，其特征在于：所述控制器还包括时钟模块和日出日落信息存储模块，所述时钟模块检测到日出日落信息存储模块存储的当地当日日出或日落时刻，开启或关闭光强信号检测和跟随控制信号。
技术总结