CN102520731B - 一种自动跟踪太阳光线的方法及自动跟踪系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自动跟踪太阳技术领域，公开一种自动跟踪太阳的方法及自动跟踪系统。包括：光电跟踪系统和跟踪执行机构，所述跟踪执行机构由东西向绕日旋转机构和调节南北向绕日角度旋转机构组成，绕日角度旋转机构由环齿轮4与小齿轮5啮合连接构成，小齿轮5连接步进电机设置在支架座6上，环齿轮4两端与电池板支架8中心设置的主轴7铰接，且主轴7相对于支架座6转动；主轴7上设置的齿轮3与固定在电池板支架8上的步进电机轴上的齿轮9啮合连接，且电池板支架8相对于主轴转动。本发明能自动跟踪太阳光线的运动，保证太阳能设备的能量转换部分所在平面始终与太阳光线垂直，提高接收设备的能量利用率。
Description
【技术领域】
本发明涉及自动跟踪太阳技术领域，尤其涉及一种自动跟踪太阳光线的方法及自动跟踪系统。
【背景技术】
目前，由于石油、煤炭能源的匮乏， 开始寻求新的能源风能、太阳能……，新的能源中尤其是太阳能是人类可以利用的最丰富的能源，据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%，可以说是取之不尽，用之不竭。不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。并且不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。人类利用太阳能进行光热转换、光电转换和光化学转换，由于太阳是运动的，地球上安装的太阳能接收装置是固定的。当太阳能接收装置与太阳光具有角度时，存在太阳能的利用率不高，即太阳能的接收效率一般，能量转换率效果一般的问题。为了使太阳能接收装置与太阳光保持垂直，急需一种自动跟踪太阳的装置。
【发明内容】
为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种自动跟踪太阳光线的方法及自动跟踪系统。能自动跟踪太阳光线的运动，保证太阳能设备的能量转换部分所在平面始终与太阳光线垂直，提高设备的能量利用率。
为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案如下：
一种太阳能自动跟踪系统，包括：光电跟踪系统和跟踪执行机构，所述跟踪执行机构由东西向绕日旋转机构和调节南北向绕日角度旋转机构组成，绕日角度旋转机构由环齿轮4与小齿轮5啮合连接构成，小齿轮5连接步进电机设置在支架座6上，环齿轮4两端与电池板支架8中心设置的主轴7铰接，且主轴7相对于支架座6转动；主轴7上设置的齿轮3与固定在电池板支架8上的步进电机轴上的齿轮9啮合连接，且电池板支架8相对于主轴转动。
一种太阳能自动跟踪系统，所述光电跟踪系统，包括：光电传感器、智能控制器、电源、驱动电路、步进电机，所述光电传感器由东西向一光电传感器组a和由南北向一光电传感器组b组成；东西向一光电传感器组a通过智能控制器、驱动电路与步进电机a相连，南北向一光电传感器组b通过智能控制器、驱动电路与步进电机b相连，智能控制器与电源相连。
一种太阳能自动跟踪系统，所述东西向光电传感器组a由电池板支架8东西向两端分别设置的光电传感器组成，光电传感器采用光敏电阻。
一种太阳能自动跟踪系统，所述南北向光电传感器组b由电池板支架8南北向两端分别设置的光电传感器组成。
一种自动跟踪太阳的方法，是当太阳光线发生偏离时，跟踪控制器将采集太阳由东向西的偏离信号处理后，发出执行信号驱动跟踪执行机构的主轴7步进电机转动，使光电池板体1由东向西旋转与太阳光线对应, 同时跟踪控制器将采集北纬度位置由南向北的偏离角度信号处理后，发出执行信号驱动跟踪执行机构上小齿轮5连接的步进电机转动，使光电池板体1由南向北或由北向南旋转与太阳光线对应,通过以上光电池板体1与太阳光线对应的自动跟踪，使上光电池板体1随时与太阳光线保持垂直，充分利用太阳光源。
一种自动跟踪太阳光线的方法， 跟踪控制系统采用光敏电阻光强比较法对太阳水平、垂直方向的全方位跟踪，晚上自动复位，实现电池板对太阳的跟踪；其步骤如下：
1）、当太阳的水平位置或垂直位置发生偏移时，东西向光电传感器组a的光敏电阻R1、R2，或南北向光电传感器组b的光敏电阻R3、R4，必有一个受阳光照射，通过跟踪控制器，确认太阳运动的方向；
跟踪控制器的系统流程：开始—上电复位，系统初始化，初始化之后，光电传感器跟踪，系统首先判断当时是白天还是黑夜，白天日出或落日时，当东西向光电传感器组a的光敏电阻R1是否小于R2，判断电机正转或反转；当南北向光电传感器组b的光敏电阻R3是否小于R4，判断电机正转或反转；
2）若是黑夜，则返回，系统启用中断处理程序，系统进入光电追踪模式的等待状态。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：
一种自动跟踪太阳光线的方法及自动跟踪系统，采用了光电追踪方式，可实现大范围、高精度跟踪。具有结构简单，造价低。两个方向的跟踪都利用齿轮副传递动力，能在使用功率较小的马达的同时传递足够大的动力，使用功率较小的马达降低了其能源成本和制造成本；由于使用半个齿圈，能在紧凑的结构下得到较大的传动比。结构紧凑，运动空间大。
本发明是基于单片机的自动控制系统，采用光电检测追踪模式，每时每刻都能配合机械装置使接收系统始终保持与太阳光垂直，接收收集更多方向上的太阳光，太阳光照角度与太阳能收收率的关系，是与非太阳跟踪能量的接收率相差37.7%，因此精确的跟踪太阳可使接收器的接收效率大大提高，进而提高了太阳能装置的太阳能利用率，拓宽了太阳能的利用领域。
【附图说明】
图1是太阳跟踪装置的结构示意图；
图2是光电跟踪系统的电路原理方框图；
图中: 1、光电池板体, 2、传感器,3、主轴齿轮，4、环齿轮，5、小齿轮，6、支架座，7、主轴，8、电池板支架，9、电机齿轮。
【具体实施方式】
如图1、2所示， 一种太阳能自动跟踪系统，包括：光电跟踪系统和跟踪执行机构，所述跟踪执行机构由东西向绕日旋转机构和调节南北向绕日角度旋转机构组成，绕日角度旋转机构由环齿轮4与小齿轮5啮合连接构成，小齿轮5连接步进电机设置在支架座6上，环齿轮4两端与电池板支架8中心设置的主轴7铰接，且主轴7相对于支架座6转动；主轴7上设置的齿轮3与固定在电池板支架8上的步进电机轴上的齿轮9啮合连接，且电池板支架8相对于主轴转动。
所述光电跟踪系统，包括：光电传感器、智能控制器、电源、驱动电路、步进电机，所述光电传感器由东西向一光电传感器组a和由南北向一光电传感器组b组成；东西向一光电传感器组a通过智能控制器、驱动电路与步进电机a相连，南北向一光电传感器组b通过智能控制器、驱动电路与步进电机b相连，智能控制器与电源相连。
所述东西向光电传感器组a由电池板支架8东西向两端分别设置的光电传感器组成，光电传感器采用光敏电阻。
所述南北向光电传感器组b由电池板支架8南北向两端分别设置的光电传感器组成。
一种自动跟踪太阳的方法，是当太阳光线发生偏离时，跟踪控制器将采集太阳由东向西的偏离信号处理后，发出执行信号驱动跟踪执行机构的主轴7步进电机转动，使光电池板体1由东向西旋转与太阳光线对应, 同时跟踪控制器将采集北纬度位置由南向北的偏离角度信号处理后，发出执行信号驱动跟踪执行机构上小齿轮5连接的步进电机转动，使光电池板体1由南向北或由北向南旋转与太阳光线对应,通过以上光电池板体1与太阳光线对应的自动跟踪，使上光电池板体1随时与太阳光线保持垂直，充分利用太阳光源。
跟踪控制系统采用光敏电阻光强比较法对太阳水平、垂直方向的全方位跟踪，晚上自动复位，实现电池板对太阳的跟踪；其步骤如下：
1）、当太阳的水平位置或垂直位置发生偏移时，东西向光电传感器组a的光敏电阻R1、R2，或南北向光电传感器组b的光敏电阻R3、R4，必有一个受阳光照射，通过跟踪控制器，确认太阳运动的方向；
跟踪控制器的系统流程：开始—上电复位，系统初始化，初始化之后，光电传感器跟踪，系统首先判断当时是白天还是黑夜，白天日出或落日时，
当东西向光电传感器组a的光敏电阻R1是否小于R2，判断电机正转或反转；
当南北向光电传感器组b的光敏电阻R3是否小于R4，判断电机正转或反转；
2）若是黑夜，则返回，系统启用中断处理程序，系统进入光电追踪模式的等待状态。
使用时，因为太阳光的方向是变化的，即太阳从东到西转动，从日出到日落一白天进行的过程，一旦光电传感器发出旋转的差异信号就进行旋转，旋转的差异信号来自太阳电池面板上的差异传感器，差异传感器采用垂直的反光镜相连接，除非反光镜接收不到任何太阳光，不然它会遮挡其中一个面板，而另外一个能够接收到太阳光。使两种差异很大的传感器都能驱动电机跟踪的方向，直到双方的差异传感器都能得到同等阳光。
本发明的跟踪控制器利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处的下方。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时，两个光敏电阻接收到的光强度相同，所以它们的阻值相同，此时电动机不转动。当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时，接收光强多的光敏电阻阻值减少，驱动电动机转动，直至两个光敏电阻上的光照强度相同。其主要部件工作步骤如下：
a)信号采集装置用光敏电阻实现信号采集的电路原理为桥式电路，电路的输出信号只与照射在两个光敏电阻上光强的相对值有关，不受外界环境的影响，增加了装置的抗干扰能力。
b)数据处理采用ARM7单片机处理将采集的差异信号，按设计的旋转方向向驱动电路发出，驱动电动机转动的运转信号；
c)控制执行装置，接收驱动电动机转动的运转信号使步进电机a、步进电机b转动，当接收到两个光敏电阻上的光照强度相同时，太阳光方向与电池板方向垂直，步进电机a、步进电机b停止转动。
Claims (2)
1.一种太阳能自动跟踪系统，其特征在于：包括：光电跟踪系统和跟踪执行机构，所述跟踪执行机构由东西向绕日旋转机构和调节南北向绕日角度旋转机构组成，南北向绕日角度旋转机构由环齿轮（4）与小齿轮（5）啮合连接构成，小齿轮（5）连接步进电机设置在支架座（6）上，环齿轮（4）两端与电池板支架（8）中心设置的主轴（7）铰接，且主轴（7）相对于支架座（6）转动；主轴（7）上设置的齿轮（3）与固定在电池板支架（8）上的步进电机轴上的齿轮（9）啮合连接，且电池板支架（8）相对于主轴转动；
所述光电跟踪系统，包括：光电传感器、智能控制器、电源、驱动电路、步进电机，所述光电传感器由东西向一光电传感器组a和由南北向一光电传感器组b组成；东西向一光电传感器组a通过智能控制器、驱动电路与步进电机a相连，南北向一光电传感器组b通过智能控制器、驱动电路与步进电机b相连，智能控制器与电源相连；
所述东西向光电传感器组a由电池板支架（8）东西向两端分别设置的光电传感器组成，光电传感器采用光敏电阻；
所述南北向光电传感器组b由电池板支架（8）南北向两端分别设置的光电传感器组成。
2.一种自动跟踪太阳的方法，其特征在于：当太阳光线发生偏离时，跟踪控制器将采集太阳由东向西的偏离信号处理后，发出执行信号驱动跟踪执行机构的主轴（7）步进电机转动，使光电池板体（1）由东向西旋转与太阳光线对应, 同时跟踪控制器将采集北纬度位置由南向北的偏离角度信号处理后，发出执行信号驱动跟踪执行机构上小齿轮（5）连接的步进电机转动，使光电池板体（1）由南向北或由北向南旋转与太阳光线对应,通过以上光电池板体（1）与太阳光线对应的自动跟踪，使光电池板体（1）随时与太阳光线保持垂直，充分利用太阳光源；
跟踪控制系统采用光敏电阻光强比较法对太阳水平、垂直方向的全方位跟踪，晚上自动复位，实现电池板对太阳的跟踪；其步骤如下：
1）、当太阳的水平位置或垂直位置发生偏移时，东西向光电传感器组a的光敏电阻R1、R2，或南北向光电传感器组b的光敏电阻R3、R4，必有一个受阳光照射，通过跟踪控制器，确认太阳运动的方向；
跟踪控制器的系统流程：开始—上电复位，系统初始化，初始化之后，光电传感器跟踪，系统首先判断当时是白天还是黑夜，白天日出或落日时，
当日出时，东西向光电传感器组a的光敏电阻R1小于R2，判断主轴步进电机正转；南北向光电传感器组b的光敏电阻R3小于R4，判断连接小齿轮（5）的步进电机正转；
当落日时，东西向光电传感器组a判断主轴步进电机反转；南北向光电传感器组b判断连接小齿轮（5）的步进电机反转；
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20170329 |
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