CN102609005B - 一种全天候高精度太阳跟踪控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种全天候高精度太阳跟踪控制系统，其包括：一基座，该基座作为整个系统的承载装置；一支架，其安装于上述的基座上，于该支架上均匀排布有数个聚光镜；于支架边部上还安装有一可收集太阳光照强度数据以及太阳方位数据的阳光感应器；一减速执行机构，其安装于基座与支架之间，以控制支架的动作；一控制减速执行机构运动的控制器，该控制器安装于基座上，且与阳光感应器形成电性相接。阳光感应器采用分别对应东、南、西、北四个方向的直角棱镜配合光敏二极管和透红外玻璃构成，利用全反射临界角原理高精度跟踪。无论太阳是否出现，光敏二极管都会引导控制器进入相应的光控和时控跟踪模式，实现全天候高精度跟踪太阳。
Description
技术领域：
本发明涉及太阳能应用技术领域，特指一种结构简单、跟踪效果极好的全天候高精度太阳跟踪控制系统。
背景技术：
温室气体排放的全球气候变暖越来越受到国际社会的广泛关注，加强节能减排是应对全球气候变化以及资源短缺和环境容量有限挑战的重要手段，太阳能作为一种可再生能源，其开发利用节约常规能源、保护自然环境、减缓气侯变化等都有着极其重大的意义。与常规能源相比，太阳能还具有总能量大、长久性、普遍性、无污染等诸多优点，但同时它还存在分散性、间歇性合随机性等弱点，使得太阳能的利用难度大而效率低。
在现有技术中，跟踪太阳方式很多，然而实际稳定应用和推广并不多，究其原因，系统成本和可靠性、稳定性以及跟踪精度是制约太阳能跟踪应用的最大问题：可靠性和成本都很难达到要求。也有用液压式结构更复杂，价格更高，而且现行的阳光感应控制系统采用球面透镜感应焦斑或光敏二极管或四象限光电探测器等，结构复杂、成本高、感应容错角小、跟踪精度不高等缺陷。
另外，在复杂的天气情况下，由于太阳光跟踪感应器能够感应的太阳光的感应角度范围小，有可能造成误判并偏离超过感应角度范围后，找不到太阳的情况。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、跟踪效果极好的全天候高精度太阳跟踪控制系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述技术方案：一种全天候高精度太阳跟踪控制系统，其包括：一基座，该基座作为整个系统的承载装置；一支架，其安装于上述的基座上，于该支架上均匀排布有数个聚光镜；于支架边部上还安装有一可收集太阳光照强度数据以及太阳方位数据的阳光感应器；一减速执行机构，其安装于上述的基座与支架之间，以控制支架的动作；一控制上述减速执行机构运动的控制器，该控制器安装于基座上，且与上述的阳光感应器形成电性相接。
进一步而言，上述技术方案中，所述的阳光感应器包括一封装底盒以及封装于该封装底盒中的光学装置；该光学装置包括一透红外玻璃、安装于透红外玻璃上的四个直角棱镜和位于四个直角棱镜之间的电池片以及安装于透红外玻璃侧边的光敏二极管。
进一步而言，上述技术方案中，所述透红外玻璃为一适当厚度的并经过镀有可见光截止红外透过膜的平板玻璃，于其边部设置有一可容纳光敏二极管的安装孔；所述的光敏二极管落入该安装孔中并显露于透红外玻璃外，该光敏二极管通过一数据导线与所述的控制器形成电性相接。
进一步而言，上述技术方案中，所述的直角棱镜通过无影胶封装于透红外玻璃上，其中，每两个直角棱镜为一组按对角相对应布置，即四个直角棱镜分别对应东、南、西、北四个方向。
进一步而言，上述技术方案中，所述的减速执行机构包括安装于所述基座(1)上的转盘，以及安装于转盘上的推杆，其中，推杆顶端与所述的支架(2)相接触，并配合所述的转盘控制支架的运动方向。
进一步而言，上述技术方案中，本跟踪控制系统的工作原理：所述阳光感应器上的光学装置将收集到的太阳光照强度数据发送至所述的控制器，当太阳光强度达到控制器中设定的阀值时，两组直角棱镜判别太阳方位，控制器进入光控跟踪模式，引导减速执行机构跟踪太阳；当光学装置感应到太阳光强度低于控制器中设定的阀值时，控制器进入时控跟踪模式，依据太阳运行速度，引导减速执行机构运行。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明中的阳光感应器采用分别对应东、南、西、北四个方向的直角棱镜配合光敏二极管和透红外玻璃构成，其利用全反射临界角原理，根据太阳光的照射情况以判定太阳的位置，并通过控制器控制减速执行机构运行以达到跟踪太阳的目的。由于全反射临界角是一个突变转折点，所以能使本发明达到非常高的跟踪精度。另外，当光敏二极管感应到太阳光强度低于控制器中设定的阀值时，控制器进入时控跟踪模式，依据太阳运行速度，引导减速执行机构运行。因此，无论太阳是否出现，阳光感应器中的光敏二极管都会引导控制器进入相应的光控或时控跟踪模式，以实现全天候高精度跟踪太阳，且使用起来十分方便。
附图说明：
图1是本发明的立体图；
图2是本发明中阳光感应器的立体分解图；
图3是本发明中阳光感应器在太阳左边入射时的状态图；
图4是本发明中阳光感应器在太阳右边入射时的状态图；
图5是本发明中阳光感应器在太阳垂直入射时的状态图；
附图标记说明：
1基座 2支架 20聚光镜 3阳光感应器
31封装底盒 32光学装置 33透红外玻璃 34直角棱镜
35电池片 36光敏二极管 4减速执行机构 41转盘
42推杆 5控制器
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。
见图1-2所示，一种全天候高精度太阳跟踪控制系统，其包括：一基座1、均匀排布有数个聚光镜20的支架2、安装于支架2边部上阳光感应器3、安装于基座1上的减速执行机构4以及控制器5。
具体而言，所述的基座1作为整个系统的承载装置，所述的支架2安装于上述的基座1上，该支架2上设置有数个抛物弧槽，所述的聚光镜20落入该抛物弧槽中以固定于所述的支架2上，其中，所述的数个均匀排布的聚光镜20于支架2形成一完美的抛物弧聚光面。
所述的支架2边部上还安装有一可收集太阳光照强度数据以及太阳方位数据的阳光感应器3；所述的阳光感应器3包括一封装底盒31以及封装于该封装底盒31中的光学装置32；该光学装置32包括一透红外玻璃33安装于透红外玻璃33上的四个直角棱镜34和位于四个直角棱镜34之间的电池片35以及安装于透红外玻璃33侧边的光敏二极管36。
所述直角棱镜34的角度设计跟棱镜材料的折射率有关，一般选用玻璃类材料。所述透红外玻璃33为一适当厚度的并经过镀有可见光截止红外透过膜的平板玻璃，于其边部设置有一可容纳光敏二极管36的安装孔；所述的光敏二极管36落入该安装孔中并显露于透红外玻璃33外，该光敏二极管36通过一数据导线与所述的控制器5形成电性相接。所述的直角棱镜34通过无影胶封装于透红外玻璃33上，其中，每两个直角棱镜34为一组按对角相对应布置，即四个直角棱镜34分别对应东、南、西、北四个方向。
所述的减速执行机构4包括安装于所述基座1上的转盘41，以及安装于转盘41上的推杆42，其中，推杆42顶端与所述的支架2相接触，并配合所述的转盘41控制支架2的运动方向。
所述的控制器5安装于基座1上，且与上述的阳光感应器3形成电性相接，其还控制所述的减速执行机构4运动动作；控制器5接收由阳光感应控制器3产生的光电差动信号，控制器5结合太阳运行天文公式，以控制减速执行机构4运行。
本跟踪控制系统的工作原理：所述阳光感应器3上的光学装置32将收集到的太阳光照强度数据发送至所述的控制器5，当太阳光强度达到控制器5中设定的阀值时，两组直角棱镜34判别太阳方位，控制器5进入光控跟踪模式，引导减速执行机构4跟踪太阳；当光学装置32感应到太阳光强度低于控制器5中设定的阀值时，控制器5进入时控跟踪模式，依据太阳运行速度，引导减速执行机构4运行。
使用时，见图3-5所示，所述的阳光感应器3中直角棱镜34的棱镜角度A＝arcsin(1/n)，其中，n是棱镜的折射率，即A是棱镜的全反射临界角。透红外玻璃的目的是让太阳的红外光尽量透过，环境及云层散射光等可见光以下的短波光尽可能被阴挡，这样相对而言就增强了太阳直射光的比例。根据全反射原理，当阳光感应器3正对太阳时，左右对应的直角棱镜34同时对直射光发生全反射，此时，太阳能电池片35受光相同，发出相同的电信号。而当太阳出现在左边时，右边的直角棱镜34所受太阳光经折射后到达斜边，其入射角小于全反射临界角，光线透射出了棱镜，而左边的直角棱镜34所受太阳光经折射到达斜边时，入射角大于全反射临界角，光线经全反射到太阳能电池片35，对应两个电池片35产生差异较大的电信号。同理，当太阳出现在右边时，左边太阳光将从直角棱镜34透射出去，右边的太阳光将由于直角棱镜34的作用下到达右边太阳能电池片35，此时，右边产生较高的电信号。
于此，当阳光达到控制器5设定的阀值时，相对应的，一组直角棱镜34就可以清楚地分清太阳在左边或右边，且高灵敏度地将光信号转换成电信号，以控制减速执行机构4的运动，以达到跟踪太阳的目的，此成为光控跟踪模式。因为全反射临界角是一个突变转折点，所以能达非常高的跟踪精度。
另外，天气会出现各种复杂的状况，本发明中阳光感应器3的光敏二极管36可以判定太阳光的强度，当太阳光的强度达到控制器5设定阀值时，控制器5通过直角棱镜34发出的信号控制减速执行机构4以跟踪太阳；当太阳光的强度小于控制器5设定阀值时，比如阴雨天或云层遮挡等，直角棱镜34发出的信号极弱时，控制器5中的单片机根据其中的时钟芯片计时和太阳运行公式以控制减速执行机构4的运行，模拟跟踪太阳，此称为时控跟踪模式。当太阳一出来，本发明又进入光控跟踪模式。
无论太阳是否出现，阳光感应器3中的光敏二极管36都会引导控制器5进入相应的光控和时控跟踪模式，因此可以实现全天候高精度跟踪太阳。
当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (5)
1.一种全天候高精度太阳跟踪控制系统，其特征在于：包括：
一基座(1)，该基座(1)作为整个系统的承载装置；
一支架(2)，其安装于上述的基座(1)上，于该支架(2)上均匀排布有数个聚光镜(20)；于支架(2)边部上还安装有一可收集太阳光照强度数据以及方位数据的阳光感应器(3)；
一减速执行机构(4)，其安装于上述的基座(1)与支架(2)之间，以控制支架(2)的动作；
一控制上述减速执行机构(4)运动的控制器(5)，该控制器(5)安装于基座(1)上，且与上述的阳光感应器(3)形成电性相接；
所述的阳光感应器(3)包括一封装底盒(31)以及封装于该封装底盒(31)中的光学装置(32)；该光学装置(32)包括一透红外玻璃(33)、安装于透红外玻璃(33)上的四个直角棱镜(34)和位于四个直角棱镜(34)之间的电池片(35)以及安装于透红外玻璃(33)侧边的光敏二极管(36)。
2.根据权利要求1所述的一种全天候高精度太阳跟踪控制系统，其特征在于：所述透红外玻璃(33)为一适当厚度的并经过镀有可见光截止红外透过膜的平板玻璃，于其边部设置有一可容纳光敏二极管(36)的安装孔；所述的光敏二极管(36)落入该安装孔中并显露于透红外玻璃(33)外，该光敏二极管(36)通过一数据导线与所述的控制器(5)形成电性相接。
3.根据权利要求1所述的一种全天候高精度太阳跟踪控制系统，其特征在于：所述的直角棱镜(34)通过无影胶封装于透红外玻璃(33)上，其中，每两个直角棱镜(34)为一组按对角相对应布置，即四个直角棱镜(34)分别对应东、南、西、北四个方向。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种全天候高精度太阳跟踪控制系统，其特征在于：所述的减速执行机构(4)包括安装于所述基座(1)上的转盘(41)，以及安装于转盘(41)上的推杆(42)，其中，推杆(42)顶端与所述的支架(2)相接触，并配合所述的转盘(41)控制支架(2)的运动方向。
5.根据权利要求2或3所述的一种全天候高精度太阳跟踪控制系统，其特征在于：本跟踪控制系统的工作原理：所述阳光感应器(3)上的光敏二极管(36)将收集到的太阳光照强度数据发送至所述的控制器(5)，当太阳光强度达到控制器(5)中设定的阀值时，两组直角棱镜(34)判别太阳方位，控制器(5)进入光控跟踪模式，引导减速执行机构(4)跟踪太阳；当光敏二极管(36)感应到太阳光强度低于控制器(5)中设定的阀值时，控制器(5)进入时控跟踪模式，依据太阳运行速度，引导减速执行机构(4)运行。
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Granted publication date: 20141217 |