一种结合太阳能和风能发电的控制电路的制作方法

1.本实用新型涉及户外发电技术领域，特别涉及一种结合太阳能和风能发电的控制电路。


背景技术：

2.太阳能和风能是可持续利用的清洁能源，当前世界面临人口、资源、环境的挑战，在寻求人类社会可持续发展的进程中，为世界各国所重视，太阳能和风能作为高效、无污染的可再生资源，目前各行各业已逐渐习惯利用。这对缓解我国能源紧张状况，减少环境污染，同时提高人们的生活水平，具有非常重要的意义。
3.但目前的太阳能发电装置和风能发电装置都各自独立，仅在特定的地区 (如多风带地区或多阳光地区)使用，对于多风带地区和多阳光地区这两类特定地区之间的地区，使用已有的太阳能发电装置或风能发电装置的发电效果较差，发电量受限且安装成本较高，性价比不高。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种结合太阳能和风能发电的控制电路，可以依据实际环境，对太阳能电池板进行控制，以实现对太阳能和风能两种发电形式的结合，提升发电效果，克服上述技术问题。
5.为了解决上述问题，本实用新型实施例公开了一种结合太阳能和风能发电的控制电路，所述控制电路包括：
6.太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统、电能输出系统、第一驱动模块、第二驱动模块以及风速传感器；其中，
7.所述太阳能方位角追光自动控制系统与所述电能输出系统和所述第一驱动模块分别连接，所述第一驱动模块与所述电能输出系统和步进电机一分别连接，所述步进电机一用于驱动所述电能输出系统中的太阳能电池板沿水平方向旋转，以使所述太阳能电池板始终面向太阳光线；
8.所述太阳能高度角追光自动控制系统与所述电能输出系统和所述第二驱动模块分别连接，所述第二驱动模块与所述电能输出系统和步进电机二分别连接，所述步进电机二用于驱动所述电能输出系统中的太阳能电池板沿竖直方向旋转，以使所述太阳能电池板和地面之间的夹角与太阳能高度角垂直；
9.所述风速传感器与所述太阳能方位角追光自动控制系统、所述太阳能高度角追光自动控制系统分别连接，以在所述风速传感器采集的风速超过预设的触发阈值时，所述太阳能方位角追光自动控制系统控制所述第一驱动模块与所述步进电机一断开连接、所述太阳能高度角追光自动控制系统控制所述第二驱动模块与所述步进电机二断开连接。
10.可选的，所述太阳能方位角追光自动控制系统包括：稳压电路一、单片机一、缓冲门电路一、共阴数码管阵时钟一以及译码器一；其中，
11.所述稳压电路一的vcc端与所述电能输出系统连接，所述稳压电路一的out端与所述单片机一的vcc端连接，所述稳压电路一的gnd端与第一驱动模块的gnd端和第二驱动模块的gnd端分别连接；
12.所述单片机一的vcc端与所述第一驱动模块连接，所述单片机一的多个i/o端与所述缓冲门电路一的输入端一一连接；
13.所述缓冲门电路一的输出端与所述共阴数码管阵时钟一连接，所述译码器一与所述共阴数码管阵时钟一连接。
14.可选的，所述太阳能高度角追光自动控制系统包括：单片机二、稳压电路二、缓冲门电路二、共阴数码管阵时钟二以及译码器二；其中，
15.所述稳压电路二的vcc端与所述电能输出系统连接，所述稳压电路二的out端与所述单片机二的vcc端连接，所述稳压电路二的gnd端与所述单片机二的gnd端连接；
16.所述单片机二的vcc端与所述第二驱动模块连接，所述单片机二的多个i/o端与所述缓冲门电路二的输入端一一连接；
17.所述缓冲门电路二的输出端与所述共阴数码管阵时钟二连接，所述译码器二与所述共阴数码管阵时钟二连接。
18.可选的，所述电能输出系统还包括太阳能电源控制器、交流负载、逆变器、蓄电池以及直流负载；其中，
19.所述太阳能电池板与所述太阳能电源控制器连接；
20.所述逆变器、所述蓄电池以及所述直流负载分别与所述太阳能电源控制器连接，所述交流负载与所述逆变器连接；
21.所述直流负载与所述太阳能方位角追光自动控制系统、所述太阳能高度角追光自动控制系统、所述第一驱动模块以及所述第二驱动模块分别连接。
22.可选的，所述控制电路还包括光度传感器；所述交流负载包括照明设备，其中，所述光度传感器与所述太阳能电源控制器连接。
23.可选的，所述交流负载还包括：基站供电模块，所述基站供电模块与所述太阳能电源控制器连接。
24.可选的，所述第一驱动模块和所述第二驱动模块均采用tb6600驱动器。
25.本实用新型实施例包括以下优点：
26.本实用新型公开了一种结合太阳能和风能发电的控制电路，该控制电路包括：太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统、电能输出系统、第一驱动模块、第二驱动模块以及风速传感器；基于上述控制电路，本实用新型可以依据实际环境，智能地对太阳能电池板进行控制，将太阳能电池板一物多用，实现了太阳能发电和风能发电两种发电形式的结合，适用于在多风带地区和多阳光地区这两类特定地区之间的地区对太阳能发电装置进行控制，大大提升了发电效果，节约了安装成本。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
28.图1是本实用新型一种结合太阳能和风能发电的控制电路的模块结构图；
29.图2是本实用新型一种结合太阳能和风能发电的控制电路的电路图；
30.图2.1是图2所示太阳能方位角追光自动控制系统的电路图；
31.图2.2是图2所示太阳能高度角追光自动控制系统的电路图；
32.图2.3是图2所示电能输出系统的电路图。
具体实施方式
33.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
34.针对本实用新型的技术问题，本实用新型提出了一种结合太阳能和风能发电的控制电路，参照图1，该控制电路可以包括：
35.太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统、电能输出系统、第一驱动模块、第二驱动模块以及风速传感器；其中，
36.太阳能方位角追光自动控制系统与电能输出系统和第一驱动模块分别连接，第一驱动模块与电能输出系统和步进电机一分别连接，步进电机一用于驱动电能输出系统中的太阳能电池板沿水平方向旋转，以使太阳能电池板始终面向太阳光线；
37.太阳能高度角追光自动控制系统与电能输出系统和第二驱动模块分别连接，第二驱动模块与电能输出系统和步进电机二分别连接，步进电机二用于驱动电能输出系统中的太阳能电池板沿竖直方向旋转，以使太阳能电池板和地面之间的夹角与太阳能高度角垂直；
38.风速传感器与太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统分别连接，以在风速传感器采集的风速超过预设的触发阈值时，太阳能方位角追光自动控制系统控制第一驱动模块与步进电机一断开连接、太阳能高度角追光自动控制系统控制第二驱动模块与步进电机二断开连接。
39.为使得太阳能电池板能够收集更多的太阳能，本实用新型提出了以下两个对太阳能电池板进行控制的方向：一是对太阳能电池板进行太阳能方位角控制，使得太阳能电池板能够跟随太阳光线的变化沿水平方向旋转，保证太阳能电池板始终面向太阳光线；二是对太阳能电池板进行太阳高度角控制，使得太阳能电池板能够跟随太阳光线的变化沿竖直方向旋转，保证太阳能电池板和地面之间的夹角与太阳能高度角垂直，即让太阳能电池板接收的太阳光线的面积最大。基于上述两个控制方向，本实用新型的控制电路包括了两组控制线路，一是太阳能方位角追光自动控制线路，二是太阳能高度角追光自动控制线路。具体而言：
40.太阳能方位角追光自动控制线路包括太阳能方位角追光自动控制系统、第一驱动模块、步进电机一以及电能输出系统。其中，电能输出系统中包括太阳能电池板，太阳能电池板用于采集太阳能，并将太阳能转化为电能。电能输出系统与太阳能方位角追光自动控制系统和第一驱动模块分别连接，如此电能输出系统中的太阳能电池板将太阳能转化为电
能后，电能输出系统能够将电能输出至太阳能方位角追光自动控制系统和第一驱动模块，为太阳能方位角追光自动控制系统的控制工作提供电能，以及为第一驱动模块的驱动工作提供电能。
41.太阳能方位角追光自动控制系统与第一驱动模块连接，如此，太阳能方位角追光自动控制系统可以依据内部预先设定的太阳能方位角追光程序对第一驱动模块进行控制；而第一驱动模块与步进电机一连接，步进电机一用于驱动电能输出系统中的太阳能电池板沿水平方向旋转，如此，在太阳能方位角追光自动控制系统的控制下，第一驱动模块可以通过步进电机一实现对太阳能电池板的驱动，使得太阳能电池板能够跟随太阳光线的变化而转动，保证太阳能电池板始终面向太阳光线。关于太阳能电池板的具体结构，本实用新型在此不作限制，而步进电机一实现对太阳能电池板的驱动的机械结构，由于不是本实用新型的发明重点，本实用新型在此也不作限定。
42.太阳能高度角追光自动控制线路包括太阳能高度角追光自动控制系统、第二驱动模块、步进电机二以及电能输出系统。其中，电能输出系统与太阳能高度角追光自动控制系统和第二驱动模块分别连接，如此，电能输出系统中的太阳能电池板将太阳能转化为电能后，电能输出系统能够将电能输出至太阳能高度角追光自动控制系统和第二驱动模块，为太阳能高度角追光自动控制系统的控制工作提供电能，以及为第二驱动模块的驱动工作提供电能。
43.太阳能高度角追光自动控制系统与第二驱动模块连接，如此，太阳能高度角追光自动控制系统可以依据内部预先设定的太阳能高度角追光程序对第二驱动模块进行控制；而第二驱动模块与步进电机二连接，步进电机二用于驱动电能输出系统中的太阳能电池板沿竖直方向旋转，如此，在太阳能高度角追光自动控制系统的控制下，第二驱动模块可以通过步进电机二实现对太阳能电池板的驱动，使得太阳能电池板能够跟随太阳光线的变化而转动，保证太阳能电池板和地面之间的夹角与太阳能高度角垂直。关于步进电机二实现对太阳能电池板的驱动的机械结构，由于不是本实用新型的发明重点，本实用新型在此也不作限定。
44.如图1所示，本实用新型的控制电路中还包括风速传感器，风速传感器是用来测量风速的设备,外形小巧轻便，便于组装，能有效获得风速信息，壳体采用优质铝合金型材或聚碳酸酯复合材料，防雨水，耐腐蚀，抗老化，是一种使用方便，安全可靠的智能仪器仪表。
45.本实用新型在太阳能方位角追光自动控制系统和太阳能高度角追光自动控制系统内分别设置有触发阈值，同时将风速传感器与太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统分别连接，如此，风速传感器采集的风速信号可以实时传输给太阳能方位角追光自动控制系统与太阳能高度角追光自动控制系统。太阳能方位角追光自动控制系统与太阳能高度角追光自动控制系统各自将收到的风速信号与内部设置的触发阈值进行比较，当风速信号超过预设的触发阈值时，则太阳能方位角追光自动控制系统控制第一驱动模块与步进电机一断开连接、太阳能高度角追光自动控制系统控制第二驱动模块与步进电机二断开连接。此种情况下，由于步进电机一和步进电机二均失去控制，不会再对太阳能电池板施加驱动力，如此太阳能电池板处于能自由转动状态，可在风力作用下随风转动，实现将风能转换为电能，并由电能输出系统对该电能进行存储以及向太阳能方位角追光自动控制系统与电能输出系统进行供电。
46.上述内容对如何将太阳能发电转换为风能发电进行了说明，关于如何将风能发电转换为太阳能发电，可以有多种实现手段，本实用新型以以下三种示例简单说明，不作过多限制。
47.示例一：在太阳能电池板随风自由转动的过程中，风速传感器仍然会自动将当前采集的风速信号分别发送给太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统，太阳能方位角追光自动控制系统和太阳能高度角追光自动控制系统各自会将所接收到的风速信号与内部设置触发阈值进行实时比较，一旦风速信号小于该触发阈值，则太阳能方位角追光自动控制系统控制第一驱动模块与步进电机一重新连接、太阳能高度角追光自动控制系统控制第二驱动模块与步进电机二重新连接，如此可重新实现对太阳能电池板的控制，使太阳能电池板由风能发电模式转换为太阳能发电模式。
48.示例二：太阳能高度角追光自动控制系统与电能输出系统内部可设置定时自动连接程序，可于每日早晨固定时间点，太阳能方位角追光自动控制系统控制第一驱动模块与步进电机一重新连接、太阳能高度角追光自动控制系统控制第二驱动模块与步进电机二重新连接。
49.示例三：本实用新型的控制电路还包括光度传感器，光度传感器与太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统分别连接，如此，当光度传感器所采集的光度信号低于太阳能高度角追光自动控制系统与电能输出系统各自内部设定的预设光度值时，太阳能方位角追光自动控制系统控制第一驱动模块与步进电机一重新连接、太阳能高度角追光自动控制系统控制第二驱动模块与步进电机二重新连接。
50.综上，基于上述所述的控制电路，本实用新型可以依据实际环境，智能地对太阳能电池板进行控制，将太阳能电池板一物多用，实现了太阳能发电和风能发电两种发电形式的结合，适用于在多风带地区和多阳光地区这两类特定地区之间的地区对太阳能发电装置进行控制，大大提升了发电效果，节约了安装成本。
51.需要说明的是，本实用新型主要是对太阳能电池板如何实现太阳能方位角追光、如何实现太阳能高度角追光，以及如何实现太阳能发电与风能发电之间转换的整个控制电路进行保护。关于上述所提及的太阳能方位角追光程序、以及太阳能高度角追光程序可参照相关技术，本实用新型在此不多叙述。而在太阳能方位角追光自动控制系统与太阳能高度角追光自动控制系统内设置相应阈值，将一信号(如风速信号)与相应阈值(如所述的触发阈值) 进行比较，是由太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统本身自带的功能可实现的，本实用新型也在此不多限制。
52.上述对本实用新型结合太阳能和风能发电的控制电路的各个模块之间的连接关系进行了详细说明。接下来，本实用新型对各个模块的可选结构进行简单说明。
53.在本实用新型一实施例中，参照图2和图2.1，太阳能方位角追光自动控制系统可以包括以下电路结构：稳压电路一、单片机一、缓冲门电路一、共阴数码管阵时钟一以及译码器一；其中，稳压电路一的vcc端与电能输出系统连接，稳压电路一的out端与单片机一的vcc端连接，稳压电路一的gnd端与第一驱动模块的gnd端和第二驱动模块的gnd端分别连接；单片机一的vcc端与第一驱动模块连接，单片机一的多个i/o端与缓冲门电路一的输入端一一连接；缓冲门电路一的输出端与共阴数码管阵时钟一连接，译码器一与共阴数码管阵时钟一连接。
54.在本实用新型一实施例中，参照图2和图2.2，太阳能高度角追光自动控制系统可以包括以下电路结构：单片机二、稳压电路二、缓冲门电路二、共阴数码管阵时钟二以及译码器二；其中，稳压电路二的vcc端与电能输出系统连接，稳压电路二的out端与单片机二的vcc端连接，稳压电路二的gnd端与单片机二的gnd端连接；单片机二的vcc端与第二驱动模块连接，单片机二的多个i/o端与缓冲门电路二的输入端一一连接；缓冲门电路二的输出端与共阴数码管阵时钟二连接，译码器二与共阴数码管阵时钟二连接。
55.其中，单片机一和单片机二均可选择stc89c51系列。stc89c51是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有以下标准功能：8k字节flash， 512字节ram，32位i/o口线，看门狗定时器，内置4kb eeprom， max810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量 4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构)，全双工串行口。另外 stc89c51可降至0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
56.其中，缓冲门电路一和缓冲门电路二均可采用74hc245芯片，该芯片是兼容ttl器件引脚的高速cmos总线收发器(bus transceiver)，是典型的 cmos型三态缓冲门电路，具有八路信号收发器，以此可与单片机的多个i/o 端一一连接。以缓冲门电路一为例，74hc245芯片的a0～a7引脚与 stc89c51单片机的p0 0～7引脚一一对应连接。
57.译码器一和译码器二均可采用74ls138译码器。以太阳能方位角追光自动控制系统为例，本实用新型通过将缓冲门电路一的输出端与共阴数码管阵时钟一连接，译码器一与共阴数码管阵时钟一连接，能实现时钟功能，使得太阳能方位角追光自动控制系统中的单片机一可以实时确定当前时间，并基于预设的太阳赤纬、当地纬度，依照太阳能方位角追光程序对第一驱动模块进行控制。
58.其中，稳压电路一和稳压电路二均可采用lm7805三端稳压器件，该三端稳压器件的输出电压正好匹配stc89c51系列所需电压，输出波纹很小，还可以微调，使用起来比较稳定。以稳压电路一为例，稳压电路一的vcc 端与电能输出系统中太阳能电源控制器的正极连接，稳压电路一的out端与单片机一的vcc端连接，稳压电路一的gnd端与第一驱动模块的gnd 端和第二驱动模块的gnd端，以及电能输出系统中太阳能电源控制器的负极分别连接。
59.如图2所示，第一驱动模块和第二驱动模块均可采用tb6600驱动器。 tb6600是一款专业的两相步进电机驱动器，兼容多种主控器，可实现电机正反转控制，旋转角度控制等功能。以第一驱动模块为例，tb6600驱动器的两个正反转驱动端a 与a-与步进电机一的a 与a-接入端一一连接， tb6600驱动器的b 、b-两个正反转驱动端与步进电机一的b 、b-接入端一一连接。
60.关于太阳能高度角追光自动控制系统中，单片机二、稳压电路二、缓冲门电路二、共阴数码管阵时钟二、译码器二以及示波器二之间的具体连接结构和实现原理，可参照太阳能方位角追光自动控制系统的相关结构，本实施例在此不多赘述。
61.此外，在太阳能方位角追光自动控制系统和太阳能高度角追光自动控制系统中，还可包括示波器，例如参照图2.1，单片机一的i/o端与示波器一连接；参照图2.2，单片机二的i/o端与示波器二连接。通过观察相应示波器的变化，可测出相应单片机当前信号的情况，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等，便于维修和调整。
62.在本实用新型一实施例中，参照图2和图2.3，电能输出系统还包括太阳能电源控制器、交流负载、逆变器、蓄电池以及直流负载；其中，太阳能电池板与太阳能电源控制器连接；逆变器、蓄电池以及直流负载分别与太阳能电源控制器连接，交流负载与逆变器连接；直流负载与太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统、第一驱动模块以及第二驱动模块分别连接。在本实施例中，太阳能电源控制器又称为太阳能充放电控制器，是用于太阳能发电系统中，控制太阳能电池板对蓄电池充电以及控制蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。其中，太阳能电源控制器将电能转换为直流电压，并通过直流负载向太阳能方位角追光自动控制系统、太阳能高度角追光自动控制系统、第一驱动模块以及第二驱动模块提供电能。
63.在本实用新型一实施例中，本实用新型的控制电路还可以包括光度传感器 (图未示出)；电能输出系统中的交流负载包括照明设备，其中，光度传感器与太阳能电源控制器连接。实现时，光度传感器定时将采集的光度信号传输给太阳能电源控制器，太阳能电源控制器对光度信号进行判断，可以在光度信号中的光度值低于预设光度阈值时，控制蓄电池向照明设备这一交流负载供电，从而在依据本实用新型的控制电路能实现太阳能发电和风能发电的太阳能发电装置的基础上，进一步增加了照明效果，能在夜间为行人提供方向。关于太阳能电源控制器将光度信号与预设光度阈值进行比对的方法，可参见相关技术，不属于本实用新型的保护要点，在此不作限定。
64.在本实用新型一实施例中，交流负载还可以包括：基站供电模块，基站供电模块与所述太阳能电源控制器连接。本实施例在具体实现过程中，通过将依据本实用新型的控制电路能实现太阳能发电和风能发电的太阳能发电装置安装于基站设备上，并将基站设备的基站供电模块与本实用新型的太阳能电源控制器连接，如此，太阳能电源控制器可向基站供电模块供电，特别适用于对偏远地区的基站设备进行供电，能极大减少电力架设成本。
65.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
66.还需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，诸如“第一”和“第二”之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
67.以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型，在具体实施方式及应用范围上均会有不同形式的改变之处，这里无需也无
法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。