CN101478264A - 微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统 - Google Patents

微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，包括太阳能电池板机构以及第一电动机，所述第一电动机连接并驱动第一传动机构，且通过微电脑智能经纬度调整模块与GPS(Global Position System全球定位系统/卫星测时测距导航)模块连接，并以电性连接激活第一电动机，使得第一电动机对第一传动机构进行驱动，从而使得第一传动机构对太阳能电池板机构进行角度驱动而进行偏摆，以便根据太阳四季与每日的太阳方位与仰角，按所在地区的经纬度、时间，太阳的方位与仰角实时动态的自动修正太阳能电池板机构角度，达成太阳能电池板机构能永远最大接受太阳辐射面积，从而得到最大的光转电效能。

Description

微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统
技术领域
本发明涉及一种微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，具体来说，是一种根据太阳方位与仰角动态地自动修正太阳能电池板角度的机构。
背景技术
由于太阳能具有取之不尽的特性，而且为清洁能源，不会引起污染，更无燃烧其它自然资源而导致全球温室效应的后遗症，因此成为现代科技所重视的能源。
为有效利用太阳能，设计者在太阳能电池板的增幅光转电效能上，在固定的太阳能电池板上方架设凸透镜来增幅太阳辐射方式，但是此种固定式的太阳能必须通过架设凸透镜等繁琐构造与耗费更大的成本。
另有设计者考虑到由于地球绕太阳公转时，地球本身是以23.5度(地轴角度23.4393-0.0130)椭圆型轨道绕着太阳转动，加上地球自转与所在位置不同，致使太阳日出日没时间与日照角度和方位皆不同，因此实验证明，在同样条件下太阳能电池板的光转电效能，采固定安装方式只能发挥采可调整式(依太阳日照角度调整太阳电池板仰角)安装方式的60％。由此可见，随着太阳日照角度调整太阳能电池板仰角的装置，基于光转电效能的考虑，为太阳能利用者所重视，并且已有多种运用构造与方式投入运行。
采取太阳能电池板机构的光敏开关追日系统的已有技术中，大抵上分为两种主要方式，即单轴式(即单纯以对应太阳而转轴，故称单轴)，但是因为俯仰角度会衍生架设空间(高度)过大与过中午后太阳辐射(因地球自转太阳日照角度改变)降低问题。
而双轴式(除对应太阳的角度所需转轴外，另外具有可以依太阳辐射大小调整太阳能电池板日照角度的转轴，故称双轴)，但存在遇天候不良(阴天)时其调整角度准确度不良的问题，另外后者多采用双轴之一，或者双轴同时地调整太阳能电池板方式，此种方式亦有架设高度过大问题(因为太阳能电池板的水平调整为正23.5度至负23.5度之间，当整片太阳能电池板倾斜23.5度其安装时整体高度，需要考虑太阳能电池板倾斜时所产生的高度)。
因此已知的太阳能电池板机构的追日系统存在着机构繁琐、复杂，耗费成本高，且不能充分利用太阳能的种种问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，使得太阳能电池板能永远得到最佳的太阳日照辐射最佳位置与角度，以便能永远最大接受太阳辐射面积，从而得到最大的光转电效能。
本发明所提供的一种微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，包括太阳能电池板机构，第一电动机和GPS(Global Position System全球定位系统/卫星测时测距导航)模块，其特征在于：所述太阳能电池板机构设有至少一个单元太阳能电池板；所述第一电动机连接并驱动第一传动机构，且所说第一传动机构与太阳能电池板机构构成传动式的连接；所述GPS模块连接微电脑智能经纬度调整模块，且以电性连接所说第一电动机。
在上述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统中所述GPS模块连接一输入单元。
在上述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统中所述输入单元是一键盘。
在上述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统中所述太阳能电池板机构包括板座，所说板座设有复数单元的太阳能电池板，且所说各单元太阳能电池板分别连接所说第一传动机构，所说板座是百叶形式且设有各个单元太阳能电池板；通过所说第一电动机经由微电脑智能经纬度调整模块与GPS模块连接，可以对各个单元太阳能电池板调整其偏摆角度。
在上述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统中所述第一传动机构包括复数对应并且连接各单元太阳能电池板的连动杆，所说各连动杆共同连结于一齿条，所说齿条啮合于所说第一电动机的凸出的齿轮。
在上述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统中所述各个单元太阳能电池板设一轴承，且所说轴承连接所说连动杆。
在上述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统中还设有第二电动机以及第二传动机构，所述GPS模块连接一微电脑智能经纬度调整模块，可以就太阳能电池板机构针对所说板座进行整体式转动并且以电性连接激活所说第二电动机，所说第二传动机构包括一轴承，所说轴承与所说板座固设。
在上述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统中所述第二传动机构包括一齿轮组，所说齿轮组通过所说轴承与所说板座固设。
在上述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统中所述太阳能电池板机构连接一电力调节器。
在上述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统中所述电力调节器连接一负载或蓄电池或负载及蓄电池。
根据本发明的一种微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，通过所说第一电动机对第一传动机构进行驱动，所说第一传动机构对太阳能电池板机构进行角度驱动而进行偏摆，使得本发明可以根据太阳四季与每日的太阳方位与仰角，按所在地区的经纬度、时间，太阳的方位与仰角实时动态地自动修正太阳能电池板机构角度，以便太阳能电池板机构能永远最大接受太阳辐射面积，从而得到最大的光转电效能。
根据本发明的一种微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，只要通过所说键盘输入所在地的经纬度与设定最初系统激活时间，本发明便能计算出太阳能电池板机构最佳的面向太阳的方向与仰角，并可动态实时自动的将太阳电池板调整至所说方位与仰角，从而得到最佳的光转电效能。
本发明除可固定安装于一地的太阳能发电系统外，也可要安装在交通工具上(如车、船)的太阳能发电系统，也可通过交通工具本身的GPS全球卫星定位模块随时提供的所在位置经纬度，便能随时随地自动修正太阳能电池板的方位与角度，从而得到最佳日照的方位与仰角。
采用了上述的技术解决方案，本发明使得太阳能电池板能永远得到最佳的太阳日照辐射最佳位置与角度，以便能永远最大接受太阳辐射面积，从而得到最大的光转电效能。本发明既能安装在一固定式地点，又可安装在移动交通工具上，如车、船，因而具有广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的立体架构示意图
图2为本发明的微电脑智能经纬度调整模块的组件与逻辑电路示意图
图3为本发明的第二电动机对应日照的转向示意图
图4为本发明的第一电动机对应日照的转向示意一图
图5为本发明的第一电动机对应日照的转向示意一图
图6为本发明的俯视示意图
图7为本发明的侧视示意图
具体实施方式
以下结合实施例及其附图对本发明作更进一步说明。
请参阅图1、6和7所示，本发明的一种微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，与太阳能发电系统构成微电脑智能经纬度太阳能电池板自动追日发电系统。
本发明的太阳能电池板机构(1)设有板座(11)，所说板座(11)设有固定支架(17)，且设有复数可偏摆角度的单元太阳能电池板(12)，各单元太阳能电池板(12)分别连接第一传动机构(13)，所说第一传动机构(13)包括复数对应并且连接各单元太阳能电池板(12)的各个连动杆(130)，所说各连动杆(130)各设有一轴杆(120)，所说轴杆(120)与各单元太阳能电池板(12)连结，且所说连动杆(130)共同连结于一齿条(131)。
所述第一电动机(2)设有凸出齿轮(132)，所说齿轮(132)啮合所说齿条(131)，所说齿条(131)受齿轮(132)转动，驱使所说连动杆(130)进行前后位移，且对所说连动杆(130)形成前后角度的偏摆。
所述GPS模块(3)连接输入单元(31)(可为一键盘)。据以因时、地不同而输入所在位置的经纬度。
所述微电脑智能经纬度调整模块连接所说GPS模块(3)，计算新的太阳所在方位，并驱动所说第一电动机(2)，并且以电性连接激活所说第一电动机(2)，使得第一电动机(2)对第一传动机构(13)进行驱动，从而所说第一传动机构(13)对各单元太阳能板(12)进行角度驱动而进行偏摆。
为了使角度的偏摆更具多元化(即不同方向)，本发明还可以设第二电动机(5)及第二传动机构(15)，所说第二电动机(5)设于底座(51)上，所说第二电动机(5)也可受到所说GPS模块(3)协同所说微电脑智能经纬度调整模块(4)的电性连接与连动，所说第二传动机构(15)设有齿轮组(150)，所说齿轮组(150)通过轴承(151)与所说板座(11)固设，可利用所说第二电动机(5)驱动所说齿轮组(150)而使所说轴承(151)迫使板座(11)旋转。
本发明为了使产生的电力充分吸收与利用，本发明的各个单元太阳能电池板(12)直接或间接连接设有电力调节器(8)，可以作为电力收集的调节，所说电力调节器连接负载(6)作为应用，或者将所说电力输往蓄电池(7)，或者同时提供负载(6)应用而将余电力输往蓄电池(7)贮存。
如图3、4和5所示，所述微电脑智能经纬度调整模块(4)，会依GPS模块(3)随时间与地点的变动而进行移动模式，或者以输入单元(31)输入固定模式输入新的所在位置经纬度，计算新的太阳所在方位并驱动太阳能电池板360度方位调整第一电动机(2)，或者以所述第二电动机(5)驱动所说齿轮组(150)而使所说轴承(151)迫使板座(11)旋转，或者二者皆进行调整，使得太阳能电池板机构(1)的板座(11)进行整体转动或者各单元太阳能电池板(12)进行偏转。
当地球因自转因素，太阳在每日的日出日落时间，会依时间的不同有正负23.5度角度移动现象，本发明的微电脑智能经纬度调整模块(4)，会自动计算此位置(此经纬度)每日的日出日落时间，与每个时间点面向太阳仰角角度(太阳能电池板机构或是各单元太阳能电池板面向太阳的角度)，微电脑智能经纬度调整模块(4)亦能动态地变动经纬度(及不同位置)，重新计算每日的日出日落时间，与每个时间点面向太阳仰角角度。微电脑智能经纬度调整模块(4)将计算结果驱动所述第一电动机(2)或第二电动机(5)，或是两者皆驱动，经由第一传动机构(13)或是第二传动机构(15)，或是二者皆动作，获取太阳能电池板的最佳日照角度，动作图如图4和图5所示。
本发明的微电脑智能经纬度调整模块(4)的组件如图2所示，它的组成与逻辑电路动作说明：微处理器(MCU)(41)、LCD显示屏(42)、电源开关(43)、设定开关(44)、键盘讯号输入端(45)、GPS讯号输入端(46)、电池(47)。
本发明的微电脑智能经纬度调整模块(4)可以利用高性能8位微处理器MCU(41)为核心，内含LCD驱动器，核心部分CPU的运算器由8位的累加器、8位的变址寄存器、5位的条件码寄存器、13位的堆栈指针、16位程控器组成。另外还有算术/逻辑单元。
算术/逻辑单元用于完成指令所要求的算数和逻辑运算，大多数二进制算数运算器均用加法完成，减法采用负的加法实现，乘法是在CPU逻辑电路的控制下，使用一系列加法和移位操作来完成的，乘法指令(MUL)需11个内部处理周期来完成这一串运算，CPU控制电路控制ALU的逻辑部件以完成所需的操作，定时器控制逻辑产生串行字节操作的定时和控制信号，该逻辑模块产生的有移位元信号、比较信号；产生或检测开始；结束条件，接收发送应答位，控制主从方式，包括插断要求和总线请求。并以数学模型编码逻辑电路，来根据不同纬度与系统激活所设定的标准时间，计算当地时区的时间与所处位置、时间的太阳仰角、方位、及日出日落的时间，以此结果动态实时控制第一电动机(2)或第二电动机(5)，或是两者皆驱动太阳能电池板360度方位调整电动机(A05)，以此调整太阳能电池板方位与角度，使太阳能电池板能永远得到最佳的太阳日照辐射最佳位置与角度。
微电脑智能经纬度调整模块逻辑电路数学模型如下述：
时间的换算计算：
T＝UT/15+Zone
T＝新的所在地24小时制时间，UT＝旧的所在地时间，Zone＝时区数上面的计算以度为单位，即180°＝12小时，因此需要转化为以小时表示的时间，另外位置在东半球时经度Long为正数Zone亦为正数，位置在西半球时经度Long为负数Zone亦为负数经度Long每15度为一时区每时区相差1小时(即每1度为4分钟)，所以当输入新的经度(所在位置经度)即可计算出新的当时区的时间。经度与时区如下表：
 
编号 时差 中称 经度涵盖范围 中心经度
Y UTC-12 西十二区 西经180度00分～西经172度30分 西经180度00分
X UTC-11 西十一区 西经172度30分～西经157度30分 西经165度00分
W UTC-10 西十区 西经157度30分～西经142度30分 西经150度00分
V UTC 9 西九区 西经142度30分～西经127度30分 西经135度00分
U UTC-8 西八区 西经127度30分～西经112度30分 西经120度00分
T UTC-7 西七区 西经112度30分～西经097度30分 西经105度00分
S UTC-6 西六区 西经097度30分～西经082度30分 西经090度00分
R UTC-5 西五区 西经082度30分～西经067度30分 西经075度00分
Q UTC4 西四区 西经067度30分～西经052度30分 西经060度00分
P UTC-3 西三区 西经052度30分～西经037度30分 西经045度00分
0 UTC-2 西二区 西经037度30分～西经022度30分 西经030度00分
N UTC-1 西一区 西经022度30分～西经007度30分 西经015度00分
Z UTC 国际标准时区 西经007度30分～东经007度30分 000度00分(本初经度)
A UTC+1 东一区 东经007度30分～东经022度30分 东经015度00分
B UTC+2 东二区 东经022度30分～东经037度30分 东经030度00分
C UTC+3 东三区 东经037度30分～东经052度30分 东经045度00分
D UTC+4 东四区 东经052度30分～东经067度30分 东经060度00分
E UTC+5 东五区 东经067度30分～东经082度30分 东经075度00分
F UTC+6 东六区 东经082度30分～东经097度30分 东经090度00分
G UTC+7 东七区 东经097度30分～东经112度30分 东经105度00分
H UTC+8 东八区 东经112度30分～东经127度30分 东经120度00分
I UTC+9 东九区 东经127度30分～东经142度30分 东经135度00分
K UTC+10 东十区 东经142度30分～东经157度30分 东经150度00分
L UTC+11 东十一区 东经157度30分～东经172度30分 东经165度00分
M UTC+12 东十二区 东经172度30分～东经180度00分 东经180度00分
磁偏角计算：
地球绕太阳公转的平面(黄道面)与地球其间有23.45□的差异，加上地球绕太阳公转的轨道(黄道)是椭圆形，因此会产生磁偏角(solar declination)又称赤纬角。全年之中每一天太阳和地球的联机与天体圆赤道之间所形成的夹角，也就是所谓的磁偏角δ都不相同，会在+23.450与-23.450之间变化。
δ(磁偏角)＝23.45°sin[360(284+n)/365]
n(days)＝每年1月1日至当日日期天数(例2月15日n＝46days)
时角计算：
地球自转一周约24小时，太阳每小时大约自东往西移动15□(360□/24)，定义正午的时角为0□；W为正表示偏东，W为负表示偏西。
W(时角)＝15°[12-H]
H＝24小时制时间(例：T为17:00 H＝17)
Figure A200810001328D00101
ψ＝Glat(当地纬度)，δ＝磁偏角
Hr(日出时间)＝12—Wr/15°
Wf(日落时角)＝-Wr(日出时角)
Hf(日落时间)＝12—Wf/15°
入射角与方位角计算：
站在地球上的观看者，其头顶正上方与天体圆的交点，与观看者所看到太阳，两者之间的夹角就是入射角θZ。观看者所看到太阳和天顶之间的联机，与自天顶往天体球赤道(正南方)延伸线之间的夹角，即为方位角A。方位角A的值0□表示南方，上午采用正值表示偏东，下午需用负值表示偏西。
Figure A200810001328D00102
α(太阳的高度角)＝90°—θZ
需要说明的是：以上仅用以说明本发明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或者局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，包括太阳能电池板机构，第一电动机和GPS模块，其特征在于：
所述太阳能电池板机构设有至少一个单元太阳能电池板；
所述第一电动机连接第一传动机构，且所说第一传动机构与太阳能电池板机构构成传动式的连接；
所述GPS模块连接微电脑智能经纬度调整模块，且以电性连接所说第一电动机。
2、如权利要求1所述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述GPS模块连接一输入单元。
3、如权利要求1所述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述输入单元是一键盘。
4、如权利要求1所述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述太阳能电池板机构包括板座，所说板座设有复数单元的太阳能电池板，且所说各单元太阳能电池板分别连接所说第一传动机构。
5、如权利要求1所述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述第一传动机构包括复数对应并且连接各单元太阳能电池板的连动杆，且所说各连动杆共同连结于一齿条，且所说齿条啮合于所说第一电动机的凸出的齿轮。
6、如权利要求5所述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述各个单元太阳能电池板设一轴承，且所说轴承连接所说连动杆。
7、如权利要求1所述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，其特征在于：还设有第二电动机以及第二传动机构，所述GPS模块连接一微电脑智能经纬度调整模块，并且以电性连接激活所说第二电动机，所说第二传动机构包括一轴承，且所说轴承与所说板座固设。
8、权利要求7所述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述第二传动机构包括一齿轮组，所说齿轮组通过所说轴承与所说板座固设。
9、如权利要求1所述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述太阳能电池板机构连接一电力调节器。
10、利要求9所述的微电脑智能经纬度太阳能电池板追日系统，其特征在于：所述电力调节器连接一负载或蓄电池或负载及蓄电池。
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