CN101459394A - 无供电全自动太阳追踪系统 - Google Patents

无供电全自动太阳追踪系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101459394A
CN101459394A CNA2009103000002A CN200910300000A CN101459394A CN 101459394 A CN101459394 A CN 101459394A CN A2009103000002 A CNA2009103000002 A CN A2009103000002A CN 200910300000 A CN200910300000 A CN 200910300000A CN 101459394 A CN101459394 A CN 101459394A
Authority
CN
China
Prior art keywords
angle
solar
driving device
sun
speed reducing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2009103000002A
Other languages
English (en)
Inventor
刘丰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CNA2009103000002A priority Critical patent/CN101459394A/zh
Publication of CN101459394A publication Critical patent/CN101459394A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了太阳能利用领域的一种太阳追踪系统，其特征是以对称位置具有一定夹角的太阳能电池板通过对太阳光投射光线角度差而产生电压差值。再通过电压的差值控制电磁继电器(或电子继电器)产生相应的电路导通状态从而控制以太阳能为电源的减速驱动装置完成对太阳的追踪。其中仰角追踪的减速驱动装置的转动中心经过所支承设备的重心以减少径向运动所需的扭力。并利用环形常闭行程开关解决特殊季节无法产生角度差值的问题及增加仰角追踪的角度限制的功能。本发明可用于光伏发电、太阳光照明、太阳能热水器、太阳能空调等集暖集光系统。可极大地提高太阳能利用率，且具有结构简单性能可靠造价低，无耗能等优点，易于推广。

Description

无供电全自动太阳追踪系统
技术领域：太阳能利用
背景技术：日益紧张的能源问题和太阳能的巨大潜能决定了广泛使用太阳追踪系统的必要性。然而现有的技术并不能达到能够广泛推广的要求。以单片机、高精密传感器、编程控制器为原理的太阳追踪系统由于自身电路的复杂性和户外的工作环境等因素使其性能不稳定，且需要外加电源，一旦断电或强电场干扰(如雷电等)可能需要重新调整甚至维修，维护成本高。消耗电能及电缆材料并且其成本较高不利于推广。而一些成本低的发明如时钟控制等由于设计思路不成熟，造成需要重新调整，追踪精度低和无法解决特殊季节的问题，同样存在需要外加电源的问题，不利于推广使用。
发明内容：针对“背景技术”中所指的缺陷及不足，本发明解决了太阳追踪系统的外加电能消耗问题，电路复杂不稳定的问题及成本高的问题。用巧妙的思路解决了特殊季节环境的应变问题。本发明的构思为：在太阳能设备对称位置安装呈一定夹角的太阳能电池板组，通过对太阳光投射光线角度差而产生电压差值。再通过电压的差值驱动电磁继电器(或电子继电器)产生相应的电路导通状态从而控制以太阳能为电源的减速驱动装置完成对太阳的追踪(其原理框图对照说明书附图图1)。系统由结构原理基本相同的周向追踪(水平方向旋转运动)和仰角追踪(竖直方向的旋转运动)构成，从而能够对太阳进行定位追踪。本发明用太阳能电池板和继电器代替了复杂的传感器及编程控制电路，解决了此类设计中的结构复杂成本高的问题，同时以太阳能为电源解决了电能和电缆材料的消耗问题，进一步节约了成本。
在一年中的大多数时间，太阳运动轨迹不在设备的正上方的时候(太阳高度角未达到90°时)，设备追踪的原理为：当太阳光不垂直于设备受光平面时，两组对称位置太阳能电池板与太阳投射光线夹角产生差值(对照说明书附图图2)：夹角α、β为两组对称位置太阳能电池板与太阳投射光线夹角，夹角γ为设备受光平面与太阳投射光线夹角，θ为太阳能电池板组与设备受光平面夹角。α＝γ—θ，夹角β＝π—γ—θ，20°<θ<50°，0°<γ<π，只有当γ＝π/2时α＝β所以太阳光不垂直于设备工作面时两夹角不相等。由于光产生的能量随光线与受光面的夹角增大而增大，所以夹角大的一边的太阳能电池板比夹角小的一边获得能量多，产生的电压值大于夹角小的一边。当两组太阳能电池板存在电压差值的时候，由这两组太阳能电池板组共同控制的电磁继电器(或电子继电器)K1、K2的动触片SA和SB会根据差值的方向产生相应的电路导通状态，如使电机正转、反转或停止(电气原理如说明书附图图3)，控制由太阳能电池板组为电源的减速驱动装置带动设备受光平面向能够使两组太阳能电池板与太阳光夹角相同的方向运动(既向正对太阳的方向运动)。例如，当太阳在设备受光平面正对方向右侧时，设备周向追踪的太阳能电池板B1与太阳光夹角大于B3，而B2、B4由于在设备背面，太阳光无法直接照射，所以产生电压相同，故B1、B2产生的电压高于B3、B4产生的电压，此时由于电磁继电器(或电子继电器)K1动触片SB在相反方向大小不同磁力的吸引下(或电子继电器的逻辑控制)向左偏转使K1动触片SB中触点P4与P1、P5与P2导通，电机正转带动周向追踪的减速驱动装置向右旋转，直到太阳光垂直投射于设备受光平面。当太阳光垂直投射于设备受光平面时两太阳能电池板组与太阳光投射光线夹角相同，电磁继电器(或电子继电器)平衡，动触片SA和SB断开，减速驱动装置停止运动。同样，当太阳在设备受光平面正对方向左侧时设备同样能进行追踪，仰角追踪原理也完全相同，通过角度差原理在一定限制角度下通过向上或向下运动进行仰角追踪。当一天的追踪完成后，第二天早晨太阳从与落下的相反方向升起，太阳光投射到安装于设备背面的太阳能电池板组，由于相同追踪原理，此时系统会做复位工作：向太阳所在的方向运动直至设备垂直于太阳的投射光线并进入正常工作状态，从而对太阳进行追踪。
为了增加仰角追踪的角度限制和解决特殊季节的问题(在南北回归线之间的用户在夏季的一定时间内，由于太阳高度角达到90°，太阳运动轨迹处在设备正上方，当设备正对太阳后，太阳在运动轨迹上任意位置处都会使周向追踪两组太阳能电池板B1、B2和B3、B4与太阳投射光线产生夹角相同，使系统无法正常周向追踪)。因此针对上述问题设计了常闭行程开关电路ST1、ST2(其结构原理见说明书附图图3中局部放大图)。行程开关ST1由安装在减速驱动装置中环形的静触片和随设备转动轴一起转动的动触片构成，其中静触片有对称的缺口。在安装设备时使缺口方向与特殊季节太阳运动轨迹重合，当太阳运动到特殊季节时动触片运动到缺口位置，行程开关ST1断开使控制电磁继电器(或电子继电器)的一组太阳能电池板B1、B2断路，太阳能电池板B1、B2提供给电磁继电器(或电子继电器)的电压为零，而B3、B4电压不为零，电磁继电器(或电子继电器)K1动触片SB在相反方向大小不同磁力的吸引下(或电子继电器的逻辑控制)向左偏转使K1动触片SB中触点P4与P2、P5与P3导通，电机正转带动周向追踪的减速驱动装置向左旋转，直到行程开关ST1的动触片跨越缺口，从而使设备不会在缺口位置停留(即设备在特殊季节周向追踪自动进行跨越不能产生角度差值的区域)。在特殊季节的一天中，当正午过后太阳运动到设备背面，设备背面的太阳能电池板组会根据太阳能电池板与太阳投射光线夹角差值进行正常周向追踪和仰角追踪。缺口的角度一般为2°～10°(具体视精度要求而定)这样设备在特殊季节的上午只进行仰角追踪，由于周向的偏差在2°～10°范围，并且是在一年中太阳光最强的季节所以不影响使用性能。同样仰角追踪的仰角限制也是采取上述原理，行程开关ST2的结构原理见说明书附图图3中局部放大图。ST2的两缺口根据需要限制的角度而定，安装时使触片断开的两极限位置与限制角度的极限位置相对应，所以当设备径向仰角超过最大或最小限制的瞬间，ST2控制相应的B5、B6或B7、B8断开，使设备无法继续向超出角度限制范围运动以保证仰角在限定范围内。此时系统的周向追踪进行辅助追踪，使太阳光与设备工作面接近或达到垂直。控制周向追踪的减速驱动装置安装于竖直的空心轴上(空心为水管、线路的通道)而仰角追踪的减速驱动装置的旋转中心经过所支承设备的重心，最大程度上减小了径向运动所需的扭力。(两减速驱动装置具体安装位置见说明书附图图4)。
本发明由相同结构原理的周向追踪和仰角追踪构成，根据使用性能的要求，可以选择单独使用和配合使用。要求低的设备(如太阳能热水器)可以单独使用周向追踪配合适当的固定角度，要求高的设备可以选择同时安装使用仰角追踪和周向追踪系统，可以极大的提高太阳能利用率。
基于上述原理，构成了无供电全自动太阳追踪系统。无供电全自动太阳追踪系统具有结构简单、性能可靠、无耗能和成本低的优点易于推广使用，能够极大地提高太阳能利用率，一定程度上可以减少温室气体排放和缓和能源不足的问题。解决了太阳追踪系统结构复杂成本高的问题，同时以太阳能为电源解决了电能和电缆材料的消耗问题，进一步节约了成本。
附图说明：
图1采用框图的形式表达了系统进行追踪的基本原理。
图2为平面示意图，表达了角度差产生的原理。
图3为电气原理图，表达了系统的电气原理图，在其左侧有两个局部放大图，分别表达了ST1、ST2的结构原理。
图4采用主、左视图的表达方法，表达了各太阳能电池板和减速驱动装置的安装位置还有设备机架的形态。
图5采用主视图局部剖视、俯视图局部剖视图，表达了减速驱动装置的内部结构。
具体实施方式：无供电全自动太阳追踪系统的主要部件(参照说明书附图图4、5)：(1)底座，(2)静支承轴，(3)周向追踪减速驱动装置，(4)动支承轴，(5)仰角追踪减速驱动装置，(6)设备受光平面，(7)太阳能电池板组，(8)轴承，(9)限位销钉，(10)静支承轴齿轮，(11)键1，(12)动触片，(13)静触片，(14)固定板，(15)固定孔，(16)键2，(17)机壳盖板，(18)直流电机，(19)减速齿轮组，(20)传动蜗杆，(21)传动蜗轮，(22)减速齿轮，(23)机壳，(24)齿轮轴。
设备各部件的装配关系(参照说明书附图图4、5)：其中(1)底座用于设备的固定，其上方安装空心的(2)静支承轴，(2)静支承轴上是(3)周向追踪减速驱动装置，(3)周向追踪减速驱动装置上安装了(4)动支承轴，(4)动支承轴上端与(5)仰角追踪减速驱动装置上的(14)固定板通过(15)固定孔进行螺纹连接固定。(5)仰角追踪减速驱动装置的(2)静支承轴固定与(6)设备受光平面固定；(4)动支承轴与(6)设备受光平面用滚动轴承配合；同时(6)设备受光平面四个边框中间位置的前后分别安装太阳能电池板组，每组太阳能电池板组与设备受光平面呈20°～50°(安装位置见说明书附图图4)。
在(3)周向追踪减速驱动装置(5)和仰角追踪减速驱动装置中，(2)静支承轴通过(8)轴承与(4)动支承轴配合，并且在(9)限位销钉的作用下轴向定位；通过(11)键1与(10)静支承轴齿轮固定；同时在(2)静支承轴上还固定有(13)静触片。(4)动支承轴一端与(23)机壳通过(16)键2进行径向和轴向的固定。减速驱动装置的(23)机壳与(17)机壳盖板进行螺纹连接，(17)机壳盖板上固定有(12)动触片、(18)直流电机、(19)减速齿轮组、(20)传动蜗杆、(24)齿轮轴及、电磁继电器(或电子继电器)电路。在(24)齿轮轴上安装有(21)传动蜗轮、(22)减速齿轮，(18)直流电机旋转通过(19)减速齿轮组进行初级的减速增加扭矩后，再经过(20)传动蜗杆传递给(21)传动蜗轮，(21)传动蜗轮、(22)减速齿轮为双联齿轮，其小齿轮与(22)减速齿轮大齿轮啮合，(22)减速齿轮小齿轮与(10)静支承轴齿轮啮合，从而推动(4)动支承轴相对(2)静支承轴旋转运动。
太阳能电池板组分别安装在设备受光平面四个边框中间位置的前后，其中太阳能电池板B1、B2、B3、B4安装在受光平面左右边框中点前后，在周向追踪中控制电磁继电器(或电子继电器)K1；B5、B6安装在受光平面上下边框中点前方，在仰角追踪中控制电磁继电器(或电子继电器)K2。B7、B8、B9、B10安装在受光平面左右边框中点前后，为减速驱动装置电源(电气原理图见说明书附图图3)。B2、B4、B8、B10安装在设备背面可以使设备能够在背对太阳光时可以接受太阳光并判断太阳方位从而进行追踪，电池板的安装位置保证了系统不管处于任何位置都能正常受接光照，进行追踪，并使系统做复位工作。
电磁继电器(或电子继电器)K1、K2的电气原理如说明书附图图3，由两组对称太阳能电池组提供电压共同控制两组线圈，线圈内有铁芯，当线圈内有电流时，两组线圈在相反方向共同吸引动触片，动触片的偏移方向取决于哪组线圈产生的磁力大，也就是哪组线圈中电流和电压大。在设备安装时通过微调电阻R1、R2、R3、R4的调节，使两组对称太阳能电池组在与太阳投射光线夹角相同时电磁继电器(或电子继电器)两端接受的电压相同。当两组太阳能电池组电压相同时电磁继电器动触片SA和SB在大小相同方向相反磁力的吸引力(或电子继电器的逻辑控制)达到平衡，动触片SA和SB在自身弹性回复力作用下断开，从而使减速驱动装置中直流电动机m1、m2与太阳能电池板B7、B8、B9、B10断开，减速驱动装置停止运动。当两组太阳能电池组电压不相同时，继电器动触片SA和SB在大小不同方向相反磁力的吸引力下(或电子继电器的逻辑控制)，根据两组太阳能电池组电压差值的方向产生相应的偏转，从而使减速驱动装置中直流电动机m1、m2以相应的极性与太阳能电池板B7、B8、B9、B10导通，产生相应不同回转方向。

Claims (6)

  1. 【权利要求1】无供电全能太阳追踪系统，其特征是以对称位置具有一定夹角的太阳能电池板通过对太阳光投射光线角度差而产生电压差值。再通过电压的差值控制电磁继电器(或电子继电器)产生相应的电路导通状态从而控制以太阳能为电源的减速驱动装置完成对太阳的追踪。其中仰角追踪的减速驱动装置的转动中心经过所支承系统的重心以减少径向运动所需的扭力。并利用环形常闭行程开关解决特殊季节无法产生角度差值及增加仰角追踪的角度限制的功能。
  2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的对称位置具有一定夹角的太阳能电池板通过对太阳光投射光线角度差而产生电压差值。其特征是太阳能电池板组分别安装在设备受光平面四个边框中间位置的前后，每组太阳能电池板与设备受光平面呈20°～50°，当太阳光不垂直于设备受光平面时，对称太阳能电池板组与太阳投射光线夹角产生差值，从而产生电压差值。
  3. 【权利要求3】根据权利要求1所述的通过电压的差值控制电磁继电器(或电子继电器)产生相应的电路导通状态从而控制以太阳能为电源的减速驱动装置完成对太阳的追踪。其特征是利用当两组太阳能电池板存在电压差值的时候由两组太阳能电池板共同控制电磁继电器(或电子继电器)，产生相应的电路导通状态从而控制由太阳能为电源的减速驱动装置向能够使两组太阳能电池板与太阳光夹角相同的方向运动(既向正对太阳的方向运动)。当水平方向和竖直方向的对称的太阳能电池组与太阳光投射光线夹角相同时太阳光垂直投射于设备受光表面，电磁继电器(或电子继电器)平衡，减速驱动装置停止运动，从而进行追踪。
  4. 【权利要求4】根据权利要求1所述的以太阳能为电源的减速驱动装置，其特征是减速驱动装置以安装在系统前后的太阳能电池板为电源，使设备运转无需外加电力，保证了处于任何位置都能正常接收光照并进行追踪。
  5. 【权利要求5】根据权利要求1所述的仰角追踪的减速驱动装置的转动中心经过所支承设备的重心以减少径向运动所需的扭力。其特征是仰角追踪的减速驱动装置的旋转中心经过所支承设备的重心，最大程度上减小了径向运动所需的扭力。
  6. 【权利要求6】根据权利要求1所述的利用环形常闭行程开关解决特殊季节无法产生角度差值及增加仰角追踪的角度限制的功能。其特征为行程开关由环形的静触片和随设备转动轴一起转动的动触片构成，其中静触片有对称的缺口。当动触片运动到缺口位置时，行程开关ST1断开使其中一组控制电磁继电器(或电子继电器)的一组太阳能电池板B1、B2断路，电磁继电器(或电子继电器)失去平衡，控制系统继续运转直到行程开关ST1的动触片跨越缺口，从而使系统不会再缺口位置停留。这样太阳能追踪系统就可以直接跨越不能产生角度差值的区域。ST2的两缺口大小及位置与限制角对应，所以当系统径向仰角超过最大或最小限制的瞬间，ST2控制相应的B5或B6断开，使系统无法继续向超出角度限制范围运动以保证仰角在限定范围内。
CNA2009103000002A 2009-01-04 2009-01-04 无供电全自动太阳追踪系统 Pending CN101459394A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2009103000002A CN101459394A (zh) 2009-01-04 2009-01-04 无供电全自动太阳追踪系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNA2009103000002A CN101459394A (zh) 2009-01-04 2009-01-04 无供电全自动太阳追踪系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101459394A true CN101459394A (zh) 2009-06-17

Family

ID=40770064

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2009103000002A Pending CN101459394A (zh) 2009-01-04 2009-01-04 无供电全自动太阳追踪系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101459394A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102376810A (zh) * 2010-08-10 2012-03-14 采钰科技股份有限公司 太阳能电池系统及其追日方法
CN107256035A (zh) * 2017-06-19 2017-10-17 西安理工大学 单轴光伏跟踪支架抗风用电动销紧装置及其控制方法
RU189890U1 (ru) * 2018-12-19 2019-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" Солнечная энергоустановка
CN110833408A (zh) * 2019-11-28 2020-02-25 西安交通大学 用于皮肤的肌肉信号进行肌电图记录的传感器设备
CN111752311A (zh) * 2020-06-10 2020-10-09 武汉理工大学 一种光伏板位置优化调节系统
CN112271990A (zh) * 2020-10-28 2021-01-26 无锡昊阳新能源科技有限公司 光伏系统、调节支架子系统、控制组件及光伏系统的工作方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102376810A (zh) * 2010-08-10 2012-03-14 采钰科技股份有限公司 太阳能电池系统及其追日方法
CN102376810B (zh) * 2010-08-10 2014-03-26 采钰科技股份有限公司 太阳能电池系统及其追日方法
CN107256035A (zh) * 2017-06-19 2017-10-17 西安理工大学 单轴光伏跟踪支架抗风用电动销紧装置及其控制方法
RU189890U1 (ru) * 2018-12-19 2019-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" Солнечная энергоустановка
CN110833408A (zh) * 2019-11-28 2020-02-25 西安交通大学 用于皮肤的肌肉信号进行肌电图记录的传感器设备
CN110833408B (zh) * 2019-11-28 2021-02-19 西安交通大学 用于皮肤的肌肉信号进行肌电图记录的传感器设备
CN111752311A (zh) * 2020-06-10 2020-10-09 武汉理工大学 一种光伏板位置优化调节系统
CN112271990A (zh) * 2020-10-28 2021-01-26 无锡昊阳新能源科技有限公司 光伏系统、调节支架子系统、控制组件及光伏系统的工作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102778896B (zh) 一种太阳自动跟踪装置
CN201207625Y (zh) 一种具有太阳跟踪功能的光伏发电装置
CN101459394A (zh) 无供电全自动太阳追踪系统
CN102195527B (zh) 由电动推杆控制的双轴自动跟踪太阳的光伏发电装置
CN106130456A (zh) 一种太阳能电池板光线方向自动跟随系统
CN103412578B (zh) 一种太阳能用黄道跟踪器
CN202838034U (zh) 一种太阳自动跟踪装置
CN202406063U (zh) 一种电动推杆—涡轮电机控制的对日双轴跟踪光伏发电装置
CN102566587A (zh) 一种光伏组跟踪装置
CN201717805U (zh) 太阳能三维自动跟踪装置
CN105245178B (zh) 一种自动跟踪太阳的光伏发电装置
CN202102316U (zh) 一种赤道式光伏电池跟踪装置
CN201821298U (zh) 光敏式单轴跟踪太阳能光伏发电装置
CN103092215A (zh) 双轴跟踪太阳位置装置及其预测扰动控制方法
CN201956932U (zh) 一种光伏组跟踪装置
CN102645036B (zh) 一种日照轨迹同步器
KR101529881B1 (ko) 태양광 발전장치
CN104793639A (zh) 极轴坐标系蝶式发电双轴跟踪结构的控制方法
CN200947181Y (zh) 强聚光太阳能电池板模糊全自动跟踪控制系统
CN205142098U (zh) 一种随太阳光入射角自动旋转的光伏组件支架
CN104914881A (zh) 基于极轴的光伏发电双轴跟踪结构的控制方法
CN101893896B (zh) 一种太阳能板的定时追日装置
CN203732996U (zh) 光控型太阳光追踪装置
CN220894631U (zh) 一种日光跟踪定位机构
CN202709507U (zh) 一种日照轨迹同步器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20090617

C20 Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned