專利名稱：一種自動(dòng)跟蹤太陽光線的方法及自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的制作方法
一種自動(dòng)跟蹤太陽光線的方法及自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)跟蹤太陽技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)跟蹤太陽光線的方法及自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，由于石油、煤炭能源的匱乏，開始尋求新的能源風(fēng)能、太陽能……，新的能源中尤其是太陽能是人類可以利用的最豐富的能源，據(jù)估計(jì)，在過去漫長的11億年中，太陽消耗了它本身能量的2%，可以說是取之不盡，用之不竭。不存在運(yùn)輸問題，尤其對(duì)交通不發(fā)達(dá)的農(nóng)村、海島和邊遠(yuǎn)地區(qū)更具有利用的價(jià)值。并且不會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣，也沒有噪音， 更不會(huì)影響生態(tài)平衡。人類利用太陽能進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換，由于太陽是運(yùn)動(dòng)的，地球上安裝的太陽能接收裝置是固定的。當(dāng)太陽能接收裝置與太陽光具有角度時(shí)， 存在太陽能的利用率不高，即太陽能的接收效率一般，能量轉(zhuǎn)換率效果一般的問題。為了使太陽能接收裝置與太陽光保持垂直，急需一種自動(dòng)跟蹤太陽的裝置。

發(fā)明內(nèi)容為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種自動(dòng)跟蹤太陽光線的方法及自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。能自動(dòng)跟蹤太陽光線的運(yùn)動(dòng)，保證太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面始終與太陽光線垂直，提高設(shè)備的能量利用率。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案如下一種太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括光電跟蹤系統(tǒng)和跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)由東西向繞日旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)南北向繞日角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，繞日角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由環(huán)齒輪4 與小齒輪5嚙合連接構(gòu)成，小齒輪5連接步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在支架座6上，環(huán)齒輪4兩端與電池板支架8中心設(shè)置的主軸7鉸接，且主軸7相對(duì)于支架座6轉(zhuǎn)動(dòng)；主軸7上設(shè)置的齒輪3與固定在電池板支架8上的步進(jìn)電機(jī)軸上的齒輪9嚙合連接，且電池板支架8相對(duì)于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
一種太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，所述光電跟蹤系統(tǒng)，包括光電傳感器、智能控制器、電源、驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)，所述光電傳感器由東西向一光電傳感器組a和由南北向一光電傳感器組b組成；東西向一光電傳感器組a通過智能控制器、驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)a相連，南北向一光電傳感器組b通過智能控制器、驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)b相連，智能控制器與電源相連。
一種太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，所述東西向光電傳感器組a由電池板支架8東西向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成，光電傳感器采用光敏電阻。
一種太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，所述南北向光電傳感器組b由電池板支架8南北向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成。
一種自動(dòng)跟蹤太陽的方法，是當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時(shí)，跟蹤控制器將采集太陽由東向西的偏離信號(hào)處理后，發(fā)出執(zhí)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主軸7步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使光電池板體1由東向西旋轉(zhuǎn)與太陽光線對(duì)應(yīng)，同時(shí)跟蹤控制器將采集北緯度位置由南向北的偏離角度信號(hào)處理后，發(fā)出執(zhí)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)上小齒輪5連接的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使光電池板體1由南向北或由北向南旋轉(zhuǎn)與太陽光線對(duì)應(yīng)，通過以上光電池板體1與太陽光線對(duì)應(yīng)的自動(dòng)跟蹤，使上光電池板體1隨時(shí)與太陽光線保持垂直，充分利用太陽光源。
一種自動(dòng)跟蹤太陽光線的方法，跟蹤控制系統(tǒng)采用光敏電阻光強(qiáng)比較法對(duì)太陽水平、垂直方向的全方位跟蹤，晚上自動(dòng)復(fù)位，實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽的跟蹤；其步驟如下1)、當(dāng)太陽的水平位置或垂直位置發(fā)生偏移時(shí)，東西向光電傳感器組a的光敏電阻R1、 R2，或南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3、R4，必有一個(gè)受陽光照射，通過跟蹤控制器，確認(rèn)太陽運(yùn)動(dòng)的方向；跟蹤控制器的系統(tǒng)流程開始一上電復(fù)位，系統(tǒng)初始化，初始化之后，光電傳感器跟蹤， 系統(tǒng)首先判斷當(dāng)時(shí)是白天還是黑夜，白天日出或落日時(shí)，當(dāng)東西向光電傳感器組a的光敏電阻Rl是否小于R2，判斷電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3是否小于R4，判斷電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；2)若是黑夜，則返回，系統(tǒng)啟用中斷處理程序，系統(tǒng)進(jìn)入光電追蹤模式的等待狀態(tài)。
由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性一種自動(dòng)跟蹤太陽光線的方法及自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，采用了光電追蹤方式，可實(shí)現(xiàn)大范圍、 高精度跟蹤。具有結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低。兩個(gè)方向的跟蹤都利用齒輪副傳遞動(dòng)力，能在使用功率較小的馬達(dá)的同時(shí)傳遞足夠大的動(dòng)力，使用功率較小的馬達(dá)降低了其能源成本和制造成本；由于使用半個(gè)齒圈，能在緊湊的結(jié)構(gòu)下得到較大的傳動(dòng)比。結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)空間大。
本發(fā)明是基于單片機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用光電檢測追蹤模式，每時(shí)每刻都能配合機(jī)械裝置使接收系統(tǒng)始終保持與太陽光垂直，接收收集更多方向上的太陽光，太陽光照角度與太陽能收收率的關(guān)系，是與非太陽跟蹤能量的接收率相差37. 7%，因此精確的跟蹤太陽可使接收器的接收效率大大提高，進(jìn)而提高了太陽能裝置的太陽能利用率，拓寬了太陽能的利用領(lǐng)域。

圖1是太陽跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是光電跟蹤系統(tǒng)的電路原理方框圖；圖中1、光電池板體，2、傳感器，3、主軸齒輪，4、環(huán)齒輪，5、小齒輪，6、支架座，7、主軸，8、電池板支架，9、電機(jī)齒輪。
具體實(shí)施方式如圖1、2所示，一種太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括光電跟蹤系統(tǒng)和跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)由東西向繞日旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)南北向繞日角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，繞日角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由環(huán)齒輪4與小齒輪5嚙合連接構(gòu)成，小齒輪5連接步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在支架座6上，環(huán)齒輪4兩端與電池板支架8中心設(shè)置的主軸7鉸接，且主軸7相對(duì)于支架座6轉(zhuǎn)動(dòng)；主軸7上設(shè)置的齒輪3與固定在電池板支架8上的步進(jìn)電機(jī)軸上的齒輪9嚙合連接，且電池板支架 8相對(duì)于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
所述光電跟蹤系統(tǒng)，包括光電傳感器、智能控制器、電源、驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)，所述光電傳感器由東西向一光電傳感器組a和由南北向一光電傳感器組b組成；東西向一光電傳感器組a通過智能控制器、驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)a相連，南北向一光電傳感器組b通過智能控制器、驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)b相連，智能控制器與電源相連。4
所述東西向光電傳感器組a由電池板支架8東西向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成，光電傳感器采用光敏電阻。
所述南北向光電傳感器組b由電池板支架8南北向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成。
一種自動(dòng)跟蹤太陽的方法，是當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時(shí)，跟蹤控制器將采集太陽由東向西的偏離信號(hào)處理后，發(fā)出執(zhí)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主軸7步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使光電池板體1由東向西旋轉(zhuǎn)與太陽光線對(duì)應(yīng)，同時(shí)跟蹤控制器將采集北緯度位置由南向北的偏離角度信號(hào)處理后，發(fā)出執(zhí)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)上小齒輪5連接的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使光電池板體1由南向北或由北向南旋轉(zhuǎn)與太陽光線對(duì)應(yīng)，通過以上光電池板體1與太陽光線對(duì)應(yīng)的自動(dòng)跟蹤，使上光電池板體1隨時(shí)與太陽光線保持垂直，充分利用太陽光源。
跟蹤控制系統(tǒng)采用光敏電阻光強(qiáng)比較法對(duì)太陽水平、垂直方向的全方位跟蹤，晚上自動(dòng)復(fù)位，實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽的跟蹤；其步驟如下1)、當(dāng)太陽的水平位置或垂直位置發(fā)生偏移時(shí)，東西向光電傳感器組a的光敏電阻R1、 R2，或南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3、R4，必有一個(gè)受陽光照射，通過跟蹤控制器，確認(rèn)太陽運(yùn)動(dòng)的方向；跟蹤控制器的系統(tǒng)流程開始一上電復(fù)位，系統(tǒng)初始化，初始化之后，光電傳感器跟蹤， 系統(tǒng)首先判斷當(dāng)時(shí)是白天還是黑夜，白天日出或落日時(shí)，當(dāng)東西向光電傳感器組a的光敏電阻Rl是否小于R2，判斷電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)； 當(dāng)南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3是否小于R4，判斷電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；2)若是黑夜，則返回，系統(tǒng)啟用中斷處理程序，系統(tǒng)進(jìn)入光電追蹤模式的等待狀態(tài)。
使用時(shí)，因?yàn)樘柟獾姆较蚴亲兓?，即太陽從東到西轉(zhuǎn)動(dòng)，從日出到日落一白天進(jìn)行的過程，一旦光電傳感器發(fā)出旋轉(zhuǎn)的差異信號(hào)就進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的差異信號(hào)來自太陽電池面板上的差異傳感器，差異傳感器采用垂直的反光鏡相連接，除非反光鏡接收不到任何太陽光，不然它會(huì)遮擋其中一個(gè)面板，而另外一個(gè)能夠接收到太陽光。使兩種差異很大的傳感器都能驅(qū)動(dòng)電機(jī)跟蹤的方向，直到雙方的差異傳感器都能得到同等陽光。
本發(fā)明的跟蹤控制器利用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理，將兩個(gè)完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太陽光垂直照射太陽能電池板時(shí)，兩個(gè)光敏電阻接收到的光強(qiáng)度相同，所以它們的阻值相同，此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)太陽光方向與電池板垂直方向有夾角時(shí)，接收光強(qiáng)多的光敏電阻阻值減少，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至兩個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同。其主要部件工作步驟如下a)信號(hào)采集裝置用光敏電阻實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集的電路原理為橋式電路，電路的輸出信號(hào)只與照射在兩個(gè)光敏電阻上光強(qiáng)的相對(duì)值有關(guān)，不受外界環(huán)境的影響，增加了裝置的抗干擾能力。
b)數(shù)據(jù)處理采用ARM7單片機(jī)處理將采集的差異信號(hào)，按設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)方向向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)；c)控制執(zhí)行裝置，接收驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)a、步進(jìn)電機(jī)b轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)接收到兩個(gè)光敏電阻上的光照強(qiáng)度相同時(shí)，太陽光方向與電池板方向垂直，步進(jìn)電機(jī)a、步進(jìn)電機(jī)b停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包括光電跟蹤系統(tǒng)和跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)由東西向繞日旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)南北向繞日角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，繞日角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由環(huán)齒輪4與小齒輪5嚙合連接構(gòu)成，小齒輪5連接步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在支架座6上，環(huán)齒輪4兩端與電池板支架8中心設(shè)置的主軸7鉸接，且主軸7相對(duì)于支架座6轉(zhuǎn)動(dòng)；主軸7上設(shè)置的齒輪3與固定在電池板支架8上的步進(jìn)電機(jī)軸上的齒輪9嚙合連接，且電池板支架 8相對(duì)于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述光電跟蹤系統(tǒng)， 包括光電傳感器、智能控制器、電源、驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)，所述光電傳感器由東西向一光電傳感器組a和由南北向一光電傳感器組b組成；東西向一光電傳感器組a通過智能控制器、驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)a相連，南北向一光電傳感器組b通過智能控制器、驅(qū)動(dòng)電路與步進(jìn)電機(jī)b相連，智能控制器與電源相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述東西向光電傳感器組a由電池板支架8東西向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成，光電傳感器采用光敏電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述南北向光電傳感器組b由電池板支架8南北向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成。
5.一種自動(dòng)跟蹤太陽的方法，其特征在于是當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時(shí)，跟蹤控制器將采集太陽由東向西的偏離信號(hào)處理后，發(fā)出執(zhí)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主軸7步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使光電池板體1由東向西旋轉(zhuǎn)與太陽光線對(duì)應(yīng)，同時(shí)跟蹤控制器將采集北緯度位置由南向北的偏離角度信號(hào)處理后，發(fā)出執(zhí)行信號(hào)驅(qū)動(dòng)跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)上小齒輪5連接的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使光電池板體1由南向北或由北向南旋轉(zhuǎn)與太陽光線對(duì)應(yīng)，通過以上光電池板體1與太陽光線對(duì)應(yīng)的自動(dòng)跟蹤，使上光電池板體1隨時(shí)與太陽光線保持垂直，充分利用太陽光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自動(dòng)跟蹤太陽的方法，其特征在于跟蹤控制系統(tǒng)采用光敏電阻光強(qiáng)比較法對(duì)太陽水平、垂直方向的全方位跟蹤，晚上自動(dòng)復(fù)位，實(shí)現(xiàn)電池板對(duì)太陽的跟蹤；其步驟如下1)、當(dāng)太陽的水平位置或垂直位置發(fā)生偏移時(shí)，東西向光電傳感器組a的光敏電阻R1、 R2，或南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3、R4，必有一個(gè)受陽光照射，通過跟蹤控制器，確認(rèn)太陽運(yùn)動(dòng)的方向；跟蹤控制器的系統(tǒng)流程開始一上電復(fù)位，系統(tǒng)初始化，初始化之后，光電傳感器跟蹤， 系統(tǒng)首先判斷當(dāng)時(shí)是白天還是黑夜，白天日出或落日時(shí)，當(dāng)東西向光電傳感器組a的光敏電阻Rl是否小于R2，判斷電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3是否小于R4，判斷電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；2)、若是黑夜，則返回，系統(tǒng)啟用中斷處理程序，系統(tǒng)進(jìn)入光電追蹤模式的等待狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及自動(dòng)跟蹤太陽技術(shù)領(lǐng)域，公開一種自動(dòng)跟蹤太陽的方法及自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。包括光電跟蹤系統(tǒng)和跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)由東西向繞日旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)南北向繞日角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成，繞日角度旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由環(huán)齒輪4與小齒輪5嚙合連接構(gòu)成，小齒輪5連接步進(jìn)電機(jī)設(shè)置在支架座6上，環(huán)齒輪4兩端與電池板支架8中心設(shè)置的主軸7鉸接，且主軸7相對(duì)于支架座6轉(zhuǎn)動(dòng)；主軸7上設(shè)置的齒輪3與固定在電池板支架8上的步進(jìn)電機(jī)軸上的齒輪9嚙合連接，且電池板支架8相對(duì)于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明能自動(dòng)跟蹤太陽光線的運(yùn)動(dòng)，保證太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面始終與太陽光線垂直，提高接收設(shè)備的能量利用率。
文檔編號(hào)G05D3/00GK102520731SQ20121000499
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者王亞楠, 黃繼成 申請(qǐng)人:洛陽沃德節(jié)電科技開發(fā)有限公司, 黃繼成