CN102866711B - 太阳能跟踪器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能跟踪器，包括机械部分和控制部分，机械部分包括支撑壳体和设置在支撑壳体内的水平移动装置，控制部分设置在支撑壳体内底部，控制部分包括取样电路、模拟放大电路、模数转换电路、单片机信号处理系统和步进电机驱动电路，取样电路与太阳能面板连接，对太阳能面板的即时充电电流取样，获得模拟电流信号，此信号通过模拟放大电路和模数转换电路转换成数字信号存储至单片机信号处理系统，单片机信号处理系统通过步进电机驱动电路与水平移动装置连接，控制水平移动装置工作。本发明采用取样电路对太阳能面板的即时充电电流进行检测，真实反映太阳能面板的光电转换效果，使太阳能面板始终处于最佳的光电转换状态，调节精度高。

Description

太阳能跟踪器
技术领域
本发明涉及一种太阳能跟踪器，具体地说，涉及一种通过检测整个太阳能面板的光电转换效果调整太阳能面板位置的太阳能跟踪器。
背景技术
由于全球能源紧缺，促使人们去寻找新的替代能源。在当前开发可在生资源中，太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，不受地域的限制，有阳光的地方就可以利用。目前，太阳能设备均采用太阳能面板(光伏面板)将太阳能转化为电能，该面板固定安放，且具有一定的倾斜度。由于地球自转和公转的影响，固定安放的太阳能面板不能根据光线的变化而相应的改变其角度，利用率较低。为了优化太阳能面板对太阳能的利用率，需要将太阳能面板安装在移动结构上，该移动结构可以根据太阳光线的强弱不断的将太阳能面板垂直于太阳定位。现有的跟踪器均利用光电探头检测光线的变换来实现太阳能面板的移动，不能真实反映太阳能面板的光电转换效果，精度差，光电转换效率不高。
发明内容
本发明的目的在于针对太阳能跟踪器存在的上述不足，提供了一种安装方便、工作稳定可靠、承载能力强、光电转换率高的新型太阳能跟踪器。
本发明的技术方案是：一种太阳能跟踪器，该跟踪器包括机械部分和控制部分，机械部分包括支撑壳体和设置在支撑壳体内部的水平移动装置，控制部分设置在支撑壳体内底部，控制部分包括取样电路、模拟放大电路、模数转换电路、单片机信号处理系统和步进电机驱动电路，取样电路与太阳能面板连接，并对太阳能面板的即时充电电流取样，获得模拟电流信号，此信号通过模拟放大电路放大和模数转换电路转换成数字信号存储至单片机信号处理系统，单片机信号处理系统通过步进电机驱动电路与水平移动装置连接，并控制水平移动装置工作。
优选的是，水平移动装置包括水平转动轴、水平步进电机和带制动电磁铁的减速箱，水平转动轴的一端与太阳能面板连接，另一端通过减速箱与水平步进电机连接，水平步进电机与步进电机驱动电路连接。
优选的是，支撑壳体内还设置有竖直移动装置，该竖直移动装置与步进电机驱动电路连接，单片机信号处理系统通过步进电机驱动电路控制竖直移动装置工作。
优选的是，竖直移动装置包括壳体，壳体与水平转动轴连接，壳体内部设置有竖直转动轴、竖直步进电机和带制动电磁铁的减速箱，竖直转动轴的一端与太阳能面板连接，另一端通过减速箱与竖直步进电机连接，竖直步进电机与步进电机驱动电路连接。
优选的是，支撑壳体内在竖直移动装置的转动轴转动的上、下两边最大位置处设置有限位开关。
优选的是，控制部分还设置有环境监测电路，该环境监测电路与单片机信号处理系统连接。
优选的是，环境监测电路与两只反向安放在支撑壳体上的光电二极管连接。
优选的是，单片机信号处理系统的单片机采用AT80C2051系统。
本发明的有益效果是：本发明控制部分采用取样电路对太阳能面板的即时充电电流进行检测，即检测整个太阳能面板的光电转换效果，能够真实反映太阳能面板的光电转换效果，并通过不断检测和判断，使太阳能面板始终处于最佳的光电转换状态，不需要探头，能自动需找强光位置，调节精度高，同时也避免了电机的无效转动；机械部分采用减速箱和步进电机进行转动，转动平稳可靠，安装使用方便，支撑壳体和转动轴也是太阳能面板的承载部分，承载能力强。
附图说明
附图1为本发明具体实施方式控制部分的电路原理图。
附图2为本发明具体实施方式一的机械部分结构示意图。
附图3为本发明具体实施方式二的机械部分结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式一：如图1、2所示，一种单轴太阳能跟踪器，该跟踪器包括机械部分和控制部分1，机械部分包括支撑壳体2和设置在支撑壳体2内部的水平移动装置，控制部分1设置在支撑壳体2内底部，控制部分包括取样电路、模拟放大电路、模数转换电路、单片机信号处理系统和步进电机驱动电路，单片机信号处理系统的单片机采用AT80C2051系统。取样电路与太阳能面板连接，并对太阳能面板的即时充电电流取样，获得模拟电流信号，此信号通过模拟放大电路放大和模数转换电路转换成数字信号存储至单片机信号处理系统，单片机信号处理系统通过步进电机驱动电路与水平移动装置连接，并控制水平移动装置工作。
上述水平移动装置包括水平转动轴3、水平步进电机4和带制动电磁铁的减速箱5，水平转动轴1的一端与太阳能面板连接，另一端通过减速箱5与水平步进电机4连接，水平步进电机4与步进电机驱动电路连接。
控制部分还设置有环境监测电路，该环境监测电路与单片机信号处理系统连接。环境监测电路与两只反向安放在支撑壳体2上的光电二极管连接。
工作过程：开启太阳能跟踪器，开机时取样电路将太阳能面板的即时充电电流取样，得到一个能反映太阳能板光电转换效果的电流信号A，此信号经模拟放大电路放大和模数转换电路转换成一个数字信号送入单片机内部的寄存器储存，延时60S后单片机发出一个指令使步进电机转动一个步进角度，然后停止。再次取样读取充电电流数据B和上次储存的数据相比较，若A＜B，则单片机再发出一个前进的指令，使太阳能板再前进一个角度，同时把数据B存到单片机延时200ms再次读取数据C再比较，若B＜C，则继续重复上述过程，直到新的取样数据和上一次的数据相等进入待机状态；若B＜A，和上述过程相同只是按相反的方向转动，直到读取的新的数据和上一次储存的数据相等进入待机状态。也就是说，开机后太阳能面板向着光线强的方向转动，转到最强的位置即停止，进入待机状态。进入待机状态后，单片机每隔360S发出一个转动信号让太阳能板转动一个步进单位1.5°，然后读取数据并和上一次存储的数据相比较，若新读取的数据大于储存的数据单片机发出一个正转的指令正转一个角度并再次读取-比较-储存，直到读取的新数据和前一次储存的数据相等。若读取的数据小于储存数据，则单片机发出一个反转的指令反转一个角度并再次读取-比较-储存，直到读取的新数据和前一次储存的数据相等。调整单片机读取和比较的时间间隔可以改变控制的灵敏度。由于本系统是靠检测太阳能面板发电的效果即充电电流的大小来控制转动的，因此，更能真实的反映太阳能板的工作状态，同时也避免了电机的无效转动。
环境监测工作过程：当外部环境是阴天或者晚上黑天时，反向安放的两只光电二极管都检测到无光，环境检测电路给单片机的2脚和3脚都送入一个高电平1，此种状态跟踪器不工作，进入休眠状态。当两只光电二极管受光照不一样时，即两只光电二极管输出电平一高一低时，说明天气正常。此时单片机控制太阳能面板在一定范围内搜寻太阳，在搜寻转动过程中，当转到太阳能面板接近太阳照射时，太阳能面板即可产生12V以上的电压，此电压经中断生成电路给单片机的6脚(P3.2)送入一个中断信号，使太阳能面板停止搜寻转动，进入正常的工作状态即待机状态(同上)。如果在搜寻过程中没有中断信号产生，说明是阴天天气，搜寻转动一段时间以后进入休眠状态。只要当单片机P3.0和P3.1口的电平出现一高一低时，系统再次进入搜寻状态。水平步进电机每次转动之前P3.7脚都要先输出一个信号让制动电磁铁停止制动，转动完成再吸合制动。
具体实施方式二：如图1、3所示，一种双轴太阳能跟踪器，该跟踪器包括机械部分和控制部分1，机械部分包括支撑壳体2，支撑壳体2内部设置有水平移动装置和竖直移动装置，控制部分1设置在支撑壳体2内底部，控制部分1包括取样电路、模拟放大电路、模数转换电路、单片机信号处理系统和步进电机驱动电路，单片机信号处理系统的单片机采用AT80C2051系统。取样电路与太阳能面板连接，并对太阳能面板的即时充电电流取样，获得模拟电流信号，此信号通过模拟放大电路放大和模数转换电路转换成数字信号存储至单片机信号处理系统，单片机信号处理系统通过步进电机驱动电路分别与水平移动装置和竖直移动装置连接，并控制水平移动装置和竖直移动装置工作。
上述水平移动装置包括水平转动轴3、水平步进电机4和带制动电磁铁的减速箱5，水平转动轴3的一端与太阳能面板连接，另一端通过减速箱5与水平步进电机4连接，水平步进电机4与步进电机驱动电路连接。
上述竖直移动装置包括壳体6，壳体6与水平转动轴3连接，壳体6内部设置有竖直转动轴7、竖直步进电机8和带制动电磁铁的减速箱9，竖直转动轴7的一端与太阳能面板连接，另一端通过减速箱9与竖直步进电机8连接，竖直步进电机8与步进电机驱动电路连接。壳体6内在竖直转动轴转动的上、下两边最大位置处设置有限位开关。
控制部分还设置有环境监测电路，该环境监测电路与单片机信号处理系统连接。环境监测电路与两只反向安放在支撑壳体2上的光电二极管连接。
其工作过程和环境监测工作过程同具体实施方式一。但水平转动装置和竖直转动装置的控制是分时进行的，即水平控制一段时间再竖直控制一段时间。水平步进电机的控制信号在单片机的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7脚输出，竖直步进电机的控制信号在单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3脚输出，它们的工作时间为：水平控制120分钟，竖直控制24分钟，即P1.4-P1.7输出120分钟，P1.4-P1.7工作24分钟，这样依次循环。

Claims (6)

1.一种太阳能跟踪器，该跟踪器包括机械部分和控制部分，其特征在于：机械部分包括支撑壳体和设置在支撑壳体内部的水平移动装置，控制部分设置在支撑壳体内底部，控制部分包括取样电路、模拟放大电路、模数转换电路、单片机信号处理系统和步进电机驱动电路，取样电路与太阳能面板连接，并对太阳能面板的即时充电电流取样，获得模拟电流信号，此信号通过模拟放大电路放大和模数转换电路转换成数字电流信号存储至单片机信号处理系统，单片机信号处理系统通过步进电机驱动电路与水平移动装置连接，并控制水平移动装置工作；水平移动装置包括水平转动轴、水平步进电机和带制动电磁铁的减速箱，水平转动轴的一端与太阳能面板连接，另一端通过减速箱与水平步进电机连接，水平步进电机与步进电机驱动电路连接；控制部分还设置有环境监测电路，该环境监测电路与单片机信号处理系统连接。
2.如权利要求1所述的太阳能跟踪器，其特征在于：支撑壳体内还设置有竖直移动装置，该竖直移动装置与步进电机驱动电路连接，单片机信号处理系统通过步进电机驱动电路控制竖直移动装置工作。
3.如权利要求2所述的太阳能跟踪器，其特征在于：竖直移动装置包括壳体，壳体与水平转动轴连接，壳体内部设置有竖直转动轴、竖直步进电机和带制动电磁铁的减速箱，竖直转动轴的一端与太阳能面板连接，另一端通过减速箱与竖直步进电机连接，竖直步进电机与步进电机驱动电路连接。
4.如权利要求3所述的太阳能跟踪器，其特征在于：壳体内在竖直移动装置的转动轴转动的上、下两边最大位置处设置有限位开关。
5.如权利要求1所述的太阳能跟踪器，其特征在于：环境监测电路与两只反向安放在支撑壳体上的光电二极管连接。
6.如权利要求1至5任意一项所述的太阳能跟踪器，其特征在于：单片机信号处理系统的单片机采用AT80C2051系统。
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