專利名稱：一種太陽電池發(fā)電演示儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光電利用領(lǐng)域，具體涉及一種太陽電池發(fā)電演示儀器。
背景技術(shù)：
太陽電池是指將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種器件。自1954年發(fā)明太 陽電池至今，太陽電池的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入高速增長時(shí)期，近些年的年增長率均超過 50%。
標(biāo)志太陽電池發(fā)電能力大小的指標(biāo)是發(fā)電效率。人們研制不同的材料或工藝 來制作的各種不同類型的太陽電池，其最主要的目的是提高發(fā)電效率，或者說是 提高太陽電池吸收和利用太陽能的效率。在具體應(yīng)用時(shí)，必須盡可能地使太陽光 線垂直入射到太陽電池，以提高太陽電池的發(fā)電效率和總發(fā)電量。
然而在一般情況下，太陽電池總是在固定的地點(diǎn)進(jìn)行固定的安裝，如固定式 的太陽光伏電站。因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)，太陽每天東升西落，導(dǎo)致入射到太陽電池的太 陽輻射能量存在周日變化。地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)，導(dǎo)致入射到太陽電池的太陽輻射 能量存在周年變化。
傳統(tǒng)的太陽電池發(fā)電演示裝置，都是僅僅演示太陽電池能夠發(fā)電(如點(diǎn)亮一 個(gè)小燈泡)，不能演示太陽輻射的周日和周年變化，當(dāng)然就不能演示太陽電池周 年發(fā)電量的變化及其原理。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種太陽電池發(fā)電演示儀，該儀器能夠演示太陽電池發(fā) 電，同時(shí)還可以演示太陽輻射的周日和周年變化。
本發(fā)明提供的一種太陽電池發(fā)電演示儀器，包括有地球模型、模擬太陽、地 球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道(即模擬黃道)、機(jī)械機(jī)構(gòu)和電氣控制機(jī)構(gòu)，所述地球 模型上設(shè)置有太陽電池和太陽電池指示燈，所述機(jī)械機(jī)構(gòu)包括公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī) 構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述電氣控制機(jī)構(gòu)通過接口控制公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī)構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 的運(yùn)動而帶動地球模型繞模擬太陽按照日地關(guān)系在地球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道 上進(jìn)行模擬運(yùn)動。本發(fā)明提供的太陽電池發(fā)電演示儀器還包括有基座、中心軸和外殼，所述外 殼設(shè)置在基座的上部，所述地球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道設(shè)置在外殼上，所述中心 軸穿過外殼后垂直固定在基座上，所述公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在中心軸上并可繞所述中心 軸轉(zhuǎn)動，所述地軸機(jī)構(gòu)安裝在所述公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，并且支撐所述的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述 的公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī)構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分別與各自的驅(qū)動電機(jī)相連，通過各自的驅(qū)動 電機(jī)驅(qū)動，所述模擬太陽設(shè)置在所述中心軸的頂端，所述地球模型安裝在所述自 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。
本發(fā)明所述的太陽電池設(shè)置在所述地球模型的外表面，其位置與所述模擬太 陽的位置相適配，用于接收模擬太陽的輻射能量而產(chǎn)生電能，驅(qū)動太陽電池指示 燈。
本發(fā)明所述太陽電池指示燈為LED燈，LED指示燈由太陽電池所發(fā)的電能 直接驅(qū)動點(diǎn)亮。
本發(fā)明所述電氣控制機(jī)構(gòu)包括控制計(jì)算機(jī)、電源箱和演示機(jī)構(gòu)，所述控制計(jì) 算機(jī)通過接口與演示機(jī)構(gòu)連接，電源箱分別與控制計(jì)算機(jī)及演示機(jī)構(gòu)電連接并向 控制計(jì)算機(jī)及演示機(jī)構(gòu)提供電源。
本發(fā)明所述電氣控制機(jī)構(gòu)的主要工作包括有數(shù)據(jù)采集、地球自轉(zhuǎn)及其定位和 角度校準(zhǔn)、地球公轉(zhuǎn)及其定位和角度校準(zhǔn)、手動定位以及遙控操作。
本發(fā)明太陽電池發(fā)電演示儀器能夠演示太陽電池發(fā)電，演示太陽輻射的周日 和周年變化，以及由此導(dǎo)致的太陽電池周年發(fā)電量的變化及其原理，同時(shí)可以演 示其它的天文相關(guān)知識。參觀者可以親自參與，以手動方式改變儀器的狀態(tài)，并 分析顯示結(jié)果，從而對太陽能光伏發(fā)電等相關(guān)知識具有更深刻的認(rèn)識。本發(fā)明太 陽電池發(fā)電演示儀器是非常好的太陽能光伏轉(zhuǎn)換及天文科普儀器。
圖1為本發(fā)明太陽電池發(fā)電演示儀器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1中的A向局部放大圖3為實(shí)施例之地球模型在夏至位置時(shí)的日地相對位置示意圖； 圖4為實(shí)施例之地球模型在冬至位置時(shí)的日地相對位置示意圖； 圖5為本發(fā)明的電氣控制機(jī)構(gòu)的原理框圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、 2所示，本發(fā)明太陽電池發(fā)電演示儀器，包括有地球模型8、模擬 太陽4、地球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道18、機(jī)械機(jī)構(gòu)和電氣控制機(jī)構(gòu)。地球模型8 上設(shè)置有太陽電池7和太陽電池指示燈9，太陽電池指示燈9采用LED燈，LED 指示燈由太陽電池所發(fā)的電能直接驅(qū)動點(diǎn)亮。機(jī)械機(jī)構(gòu)包括公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī)構(gòu) 和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，電氣控制機(jī)構(gòu)通過接口控制公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī)構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動而 帶動地球模型8繞模擬太陽4按照日地關(guān)系在地球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道18上 進(jìn)行模擬運(yùn)動。
本發(fā)明太陽電池發(fā)電演示儀器還包括有基座16、中心軸3和外殼1，外殼l 設(shè)置在基座16的上部，地球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道18設(shè)置在外殼1上，中心軸 3穿過外殼1后垂直固定在基座16上，公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在中心軸3上并可繞中心 軸3轉(zhuǎn)動，地軸機(jī)構(gòu)安裝在公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，并且支撐自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī) 構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分別與各自的驅(qū)動電機(jī)相連，通過各自的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，模擬太陽 4設(shè)置在中心軸3的頂端，地球模型8安裝在自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。
本發(fā)明的公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括公轉(zhuǎn)軸套17、公轉(zhuǎn)臂5和支撐桿6，公轉(zhuǎn)軸套17套 裝中心軸3，公轉(zhuǎn)軸套17與公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)相連，在驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動下繞中 心軸3轉(zhuǎn)動，公轉(zhuǎn)臂5為與中心軸3呈垂直狀的懸臂梁結(jié)構(gòu)，其固定安裝在公轉(zhuǎn) 軸套17的上部，公轉(zhuǎn)臂5的一端的端部承托所述的地軸機(jī)構(gòu)，其另一端的端部 承托配重2，支撐桿6的一端與公轉(zhuǎn)軸套17相連，其另一端與公轉(zhuǎn)臂5相連， 支撐桿6與公轉(zhuǎn)臂5具有夾角。
本發(fā)明的地軸機(jī)構(gòu)包括地軸支座15、地軸13和地軸軸套14，地軸支座15 固定安裝在公轉(zhuǎn)臂5的一端的端部，地軸13垂直安裝在所述地軸支座15上，地 軸軸套14套裝所述地軸13，地軸軸套14與地軸機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)相連，在驅(qū)動 電機(jī)驅(qū)動下繞地軸13轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括自轉(zhuǎn)支架12、自轉(zhuǎn)軸IO和自轉(zhuǎn)軸套11,自轉(zhuǎn)支架 12為彎折結(jié)構(gòu)，其具有直邊和折邊，直邊和折邊之間具有夾角，自轉(zhuǎn)支架12的 直邊固定安裝在地軸軸套14的頂端，自轉(zhuǎn)軸10安裝在自轉(zhuǎn)支架12的折邊上， 其與折邊相垂直，自轉(zhuǎn)軸套11套裝自轉(zhuǎn)軸10，自轉(zhuǎn)軸套ll與自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動 電機(jī)相連，在驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動下繞自轉(zhuǎn)軸10轉(zhuǎn)動，地球模型8固定安裝在自轉(zhuǎn)軸 套11上。結(jié)合圖3對本發(fā)明作出說明1)因地球有圍繞太陽運(yùn)行的公轉(zhuǎn)運(yùn)動，這將 導(dǎo)致入射到太陽電池的太陽輻射能量存在周年變化。當(dāng)?shù)厍蜻\(yùn)行到夏至位置時(shí)，
太陽光大角度照射北半球。比如將太陽電池放在北緯23度的廣州位置處，太陽
光在正午時(shí)將直射太陽電池，這將導(dǎo)致進(jìn)入太附電池的太陽輻射量增加，從而太 陽電池的發(fā)電量也相應(yīng)增加。本發(fā)明演示儀器中，在地球模型的北極位置，放置
了一個(gè)LED燈頭，它是由放置在地球模型上的太陽電池所發(fā)的電直接驅(qū)動點(diǎn)亮。 2)地球一天自轉(zhuǎn)一圈，由此導(dǎo)致太陽每天東升西落的現(xiàn)象，也導(dǎo)致入射到太陽 電池的太陽輻射能量存在周日變化。因此LED燈頭的亮度也會有周日變化，在 廣州為正午時(shí)刻，LED燈頭最亮。因?yàn)樵谙募咎柟馐谴蠼嵌日丈浔卑肭?，?此總體上平均來講，同樣的太陽電池在夏季的每天發(fā)電量將多于在其他三個(gè)季節(jié) 的每天發(fā)電量。
結(jié)合圖4對本發(fā)明作出說明1)當(dāng)?shù)厍蜻\(yùn)行到冬至位置時(shí)，太陽光小角度 照射北半球。比如將太陽電池放在北緯23度的廣州位置處，太陽光在正午時(shí)將 不能直射太陽電池，這將導(dǎo)致進(jìn)入太陽電池的太陽輻射量減少，從而太陽電池的 發(fā)電量也相應(yīng)減少。本發(fā)明演示儀器中，在地球模型的北極位置，放置了一個(gè) LED燈頭，它是由放置在地球模型上的太陽電池所發(fā)的電直接驅(qū)動點(diǎn)亮。此時(shí)會 看到，在冬至日的正午時(shí)，LED燈頭顯然不如在夏至?xí)r的正午時(shí)亮。2)因?yàn)樵?冬季太陽光是小角度照射北半球，因此總體上平均來講，同樣的太陽電池在冬季 的每天發(fā)電量將少于在其他三個(gè)季節(jié)的每天發(fā)電量(應(yīng)該是夏季的發(fā)電量最多)。
如圖5所示，本發(fā)明電氣控制機(jī)構(gòu)包括控制計(jì)算機(jī)、電源箱和演示機(jī)構(gòu)，控 制計(jì)算機(jī)通過接口與演示機(jī)構(gòu)連接，電源箱分別與控制計(jì)算機(jī)及演示機(jī)構(gòu)電連接 并向控制計(jì)算機(jī)及演示機(jī)構(gòu)提供電源。電氣控制機(jī)構(gòu)的主要工作包括有數(shù)據(jù)采 集、地球自轉(zhuǎn)及其定位和角度校準(zhǔn)、地球公轉(zhuǎn)及其定位和角度校準(zhǔn)、手動定位以 及遙控操作。本演示儀器的運(yùn)動由核心控制計(jì)算機(jī)控制，通過界面友好的應(yīng)用軟 件控制演示儀的定位、運(yùn)行等，并同步顯示系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)和模擬電站的發(fā)電量。
權(quán)利要求
1. 一種太陽電池發(fā)電演示儀器，其特征在于包括有地球模型、模擬太陽、地球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道、機(jī)械機(jī)構(gòu)和電氣控制機(jī)構(gòu)，所述地球模型上設(shè)置有太陽電池和太陽電池指示燈，所述機(jī)械機(jī)構(gòu)包括公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī)構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述電氣控制機(jī)構(gòu)通過接口控制公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī)構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動而帶動地球模型繞模擬太陽按照日地關(guān)系在地球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道上進(jìn)行模擬運(yùn)動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽電池發(fā)電演示儀器，其特征在于還包括有 基座、中心軸和外殼，所述外殼設(shè)置在基座的上部，所述地球繞太陽運(yùn)動的模擬 軌道設(shè)置在外殼上，所述中心軸穿過外殼后垂直固定在基座上，所述公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè) 置在中心軸上并可繞所述中心軸轉(zhuǎn)動，所述地軸機(jī)構(gòu)安裝在所述公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，并 且支撐所述的自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述的公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī)構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分別與各自的驅(qū) 動電機(jī)相連，通過各自的驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，所述模擬太陽設(shè)置在所述中心軸的頂端， 所述地球模型安裝在所述自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽電池發(fā)電演示儀器，其特征在于所述的太 陽電池設(shè)置在所述地球模型的外表面，其位置與所述模擬太陽的位置相適配，用 于接收模擬太陽的輻射能量而產(chǎn)生電能，驅(qū)動太陽電池指示燈。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的太陽電池發(fā)電演示儀器，其特征在于所述 太陽電池指示燈為LED燈，LED指示燈由太陽電池所發(fā)的電能直接驅(qū)動點(diǎn)亮。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的太陽電池發(fā)電演示儀器，其特征在于所述電氣控制機(jī)構(gòu)包括控制計(jì)算機(jī)、電源箱和演示機(jī)構(gòu)，所述控制計(jì)算機(jī)通過接口 與演示機(jī)構(gòu)連接，電源箱分別與控制計(jì)算機(jī)及演示機(jī)構(gòu)電連接并向控制計(jì)算機(jī)及 演示機(jī)構(gòu)提供電源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的太陽電池發(fā)電演示儀器，其特征在于所述電氣控制機(jī)構(gòu)的主要工作包括有數(shù)據(jù)采集、地球自轉(zhuǎn)及其定位和角度校準(zhǔn)、地球公轉(zhuǎn) 及其定位和角度校準(zhǔn)、手動定位以及遙控操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽電池發(fā)電演示儀器，包括有地球模型、模擬太陽、地球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道、機(jī)械機(jī)構(gòu)和電氣控制機(jī)構(gòu)，所述地球模型上設(shè)置有太陽電池和太陽電池指示燈，所述機(jī)械機(jī)構(gòu)包括公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī)構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述電氣控制機(jī)構(gòu)通過接口控制公轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、地軸機(jī)構(gòu)和自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動而帶動地球模型繞模擬太陽按照日地關(guān)系在地球繞太陽運(yùn)動的模擬軌道上進(jìn)行模擬運(yùn)動。本發(fā)明太陽電池發(fā)電演示儀器能夠演示太陽電池發(fā)電，演示太陽輻射的周日和周年變化，以及由此導(dǎo)致的太陽電池周年發(fā)電量的變化及其原理，同時(shí)可以演示其它的天文相關(guān)知識。
文檔編號G09B27/00GK101414418SQ200810219059
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者輝 沈, 王丙祥, 鄧幼俊 申請人:中山大學(xué);北京依奧星科技開發(fā)有限公司