CN103135591B

CN103135591B - 一种太阳能自动跟踪系统

Info

Publication number: CN103135591B
Application number: CN201310037182.5A
Authority: CN
Inventors: 谢朝晖
Original assignee: Individual
Current assignee: Ningbo Liyang New Material Co Ltd
Priority date: 2013-01-30
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: CN103135591A

Abstract

本发明公开了一种太阳能自动跟踪系统，包括基座、光伏板组件、控制器、高度角度调节机构、方位角度调节机构，在光伏板的向阳面上设有感光组件，所述感光组件包括带开口的盒体，该盒体的四壁为遮光片，盒体内设置有左光电池、右光电池、上光电池、下光电池。左光电池和右光电池、上光电池和下光电池在光照下产生的电动势输入控制器，经过控制器比较放大后输出控制光伏板转动的信号。本发明一种成本低廉、简单易用、不用计算各地太阳位置数据、不用程序控制的太阳空间定位跟踪仪。它能够不受地域和外部条件的限制，可在移动设备上随时随地准确跟踪太阳的自动跟踪系统。

Description

一种太阳能自动跟踪系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能自动跟踪系统。

背景技术

太阳能发电是一种新兴的可再生能源，而现有的太阳能发电装置普遍采用太阳能光伏板固定一个朝向的低效发电方式，一天中只有中午时分能得到太阳光垂直照射，采集到的光能最多，其余时间无法追随太阳照射的位置而转动，造成光能浪费，利用效率偏低，制约着太阳能利用的进一步发展。

为了提高太阳能光伏板的发电效率，目前有的太阳能装置采用了自动跟踪技术，使光伏板能跟随太阳照射角度转动。采用的方法是根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，根据一年中每个时刻的太阳位置信息编写程序存储到PLC或单片机中，利用程序控制光伏板转动，以实现自动跟踪。该方法采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的数据和设定，原理、电路、技术、设备都很复杂，而且一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数。

因此，亟需一种价格低廉、简单易用，而且不受地域和外部条件限制的太阳能自动跟踪系统。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种不用计算各地太阳位置数据、不用程序控制的太阳能自动跟踪系统，并且要求该太阳能自动跟踪系统具有结构稳定以及控制精确程度高的特点。

本发明为解决技术问题才采用的技术方案是：

一种太阳能自动跟踪系统，包括基座、用于接收太阳能的光伏板组件、检测太阳位置并输出控制信号使光伏板对准太阳的控制器、接收控制器信号并调节光伏板俯仰角度的高度角度调节机构、接收控制器信号并调节光伏板水平角度的方位角度调节机构，接收太阳能的光伏板组件包括光伏板以及为光伏板提供支撑的底板，所述底板位于光伏板的背阳面下方，底板通过轴承可转动的连接在基座上方。

所述方位角度调节机构包括方位角传动电机、接收方位角传动电机输出转矩的方位角滚轮，所述方位角滚轮安装在底板的前端一侧；所述方位角传动电机设在底板底部，其转矩输出轴与方位角滚轮的轮轴连接。

所述高度角度调节机构包括高度角传动电机、接收高度角传动电机输出转矩的蜗杆、与蜗杆配合使用的升降平台；所述蜗杆竖直固定在底板上；所述升降平台具有一中空部分，中空部分设有与蜗杆相啮合的齿纹，升降平台的中空部分套接在蜗杆上，其外沿与光伏板的上端固定连接，而所述光伏板的下端与底板滑动连接；所述高度角传动电机的转矩输出端与蜗杆底端同轴连接。

在光伏板的向阳面上设有感光组件，所述感光组件包括带开口的盒体，该盒体的四壁为遮光片，盒体内设置有左光电池、右光电池、上光电池、下光电池。

控制器包括方位角控制电路和高度角控制电路，方位角控制电路的输入端与左光电池和右光电池连接，输出端与方位角传动电机连接；高度角控制电路的输入端与上光电池和下光电池连接，输出端与高度角传动电机连接。

方位角控制电路和高度角控制电路分别包括依次连接的电压比较电路和电机驱动电路；所述电压比较电路设有接收光电池电动势的电压输入端I和电压输入端II，还包括比较器I和比较器II，电压输入端I连接至比较器I的同相输入端、比较器II的反相输入端，电压输入端II连接至比较器I的反相输入端、比较器II的同相输入端，比较器I、比较器II的输出端分别经过运算放大器连接至电机驱动电路的输入端，电机驱动电路输出控制高度角传动电机和方位角传动电机转动的信号。

进一步，运算放大器的输出端均经过续流保护二极管连接有手动控制电路，所述手动控制电路包括手动开关和隔离二极管，所述手动开关一端连接至电源，另一端经过隔离二极管连接至运算放大器的输出端。

进一步，在所述蜗杆的靠近顶端处设有防止升降平台卡死的行程开关I以及靠近底端处设有行程开关II，所述行程开关I和行程开关II并联连接组成自动控制行程开关电路，自动控制行程开关电路与高度角控制电机串联后连接至高度角控制电路的输出端。

进一步，所述电机驱动电路为H桥式驱动电路。

本发明提供的一种太阳能自动跟踪系统的有益效果是：该太阳能自动跟踪系统是一种成本低廉、简单易用、不用计算各地太阳位置数据、不用程序控制的太阳空间定位跟踪仪。它能够不受地域和外部条件的限制，可在移动设备上随时随地准确跟踪太阳的自动跟踪系统，最大限度地提高了太阳光能的利用率，可以广泛运用于各种领域，如把加装了智能太阳跟踪仪的太阳能发电系统安装在高速行驶的汽车、火车，以及通讯应急车、特种军用汽车、军舰或轮船上，不论系统向何方行驶、如何调头、拐弯，该太阳能自动跟踪系统都能保证设备的要求跟踪部位正对太阳。

附图说明

以下结合附图对本发明的实施例作进一步说明，其中：

图1是本发明的侧视图；

图2是本发明的立体视图；

图3是控制器的电路框图；

图4是电压比较电路和电机驱动电路的电路原理图；

图5是自动控制行程开关电路的电路原理图。

具体实施方式

参照图1至图2，本发明的一种太阳能自动跟踪系统，包括基座1、用于接收太阳能的光伏板组件、检测太阳位置并输出控制信号使光伏板对准太阳的控制器5、接收控制器信号并调节光伏板俯仰角度的高度角度调节机构、接收控制器信号并调节光伏板水平角度的方位角度调节机构，接收太阳能的光伏板组件包括光伏板21以及为光伏板21提供支撑的底板22，所述底板22位于光伏板21的背阳面下方，底板22通过轴承23可转动的连接在基座1上方。

所述方位角度调节机构包括方位角传动电机31、接收方位角传动电机31输出转矩的方位角滚轮32，所述方位角滚轮32安装在底板22的前端一侧；所述方位角传动电机31设在底板22底部，其转矩输出轴与方位角滚轮32的轮轴连接。方位角传动电机31输出的转矩带动方位角滚轮32转向太阳的方位，从而调整系统的方位朝向，使光伏板21对准太阳直射的方位。

所述高度角度调节机构包括高度角传动电机41、接收高度角传动电机41输出转矩的蜗杆42、与蜗杆42配合使用的升降平台43；所述蜗杆42竖直固定在底板22上；所述升降平台43具有一中空部分，中空部分设有与蜗杆相啮合的齿纹，升降平台43通过该中空部分套接在蜗杆42上，其外沿与光伏板21的上端固定连接，而光伏板21的下端与底板22滑动连接，为了使光伏板21在底板22上平稳地滑动，在光伏板21的下端设有滑轮，在底板22的两边设有导轨，光伏板21通过滑轮在导轨上滑动；所述高度角传动电机41的转矩输出端与蜗杆42底端同轴连接。高度角传动电机41驱动蜗杆42旋转，升降平台43因与光伏板21一端相连而不能进行水平方向上的旋转。因此，高度角传动电机41驱动涡杆42转动时，升降平台43只能进行上下移动。

在光伏板21的向阳面上设有感光组件，所述感光组件包括带开口的盒体6，该盒体6的四壁为遮光片，盒体6内设置有左光电池61、右光电池62、上光电池63、下光电池64。

参照图3，控制器5包括方位角控制电路51和高度角控制电路52，方位角控制电路51的输入端与左光电池61和右光电池62连接，输出端与方位角传动电机31连接；高度角控制电路52的输入端与上光电池63和下光电池64连接，输出端与高度角传动电机41连接。

参照图4，方位角控制电路51和高度角控制电路52分别包括依次连接的电压比较电路7和电机驱动电路8；所述电压比较电路7设有接收光电池电动势的电压输入端IV1和电压输入端IIV2，还包括比较器IU1和比较器IIU2，电压输入端IV1连接至比较器IU1的同相输入端、比较器IIU2的反相输入端，电压输入端IIV2连接至比较器IU1的反相输入端、比较器IIU2的同相输入端，比较器IU1、比较器IIU2的输出端分别经过运算放大器101连接至电机驱动电路8的输入端，电机驱动电路8输出控制高度角传动电机和方位角传动电机转动的信号。

太阳能自动跟踪系统在工作时，四片光电池在太阳光的照射下产生电动势。随着白天太阳的方位和高度在变化，由于盒壁遮光片的遮挡，四片光电池获取的太阳能照射强度不一样，因而左光电池61和右光电池62、上光电池63和下光电池64之间会产生一个电位差。左光电池61和右光电池62的电位差经过方位角控制电路51比较放大输出相应的信号，驱动方位角传动电机31朝向太阳方位转动，直至光伏板21对准太阳方位，左光电池61和右光电池62的电位差消失。同理，上光电池63和下光电池64的电位差经过高度角控制电路52比较放大输出相应的信号，驱动高度角传动电机41朝向太阳高度位置转动，直至光伏板21正对太阳高度，上光电池63和下光电池64的电位差消失。

控制器5的具体控制过程为：电压输入端IV1、电压输入端IIV2分别接一片光电池，当输入电压输入端IV1的电压大于电压输入端IIV2的电压时，两电压经过比较放大后，在图中A点输出为高电平，B点为低电平，A点的高电平使三极管Q1、Q4、Q6、Q7导通，电流从左到右流过电机，电机顺时针转动；当输入电压输入端IIV2的电压大于电压输入端IV1的电压时，两电压经过比较放大后，在图中A点输出为低电平，B点为高电平，B点的高电平使三极管Q2、Q3、Q5、Q8导通，电流从右到左流过电机，电机逆时针转动。

在方位角控制电路51中，当左光电池61接收的太阳光比右光电池62多时，左光电池61输出的电动势大于右光电池62输出的电动势，相反，当左光电池61接收的太阳光比右光电池62少时，左光电池61输出的电动势小于右光电池62输出的电动势。两光电池输出的电动势分别经过电压输入端IV1、电压输入端IIV2输入电压比较电路7，然后由电机驱动电路8输出控制方位角传动电机31运转的电流，使方位角传动电机31朝太阳光直射的方向转动，直至电压输入端IV1、电压输入端IIV2两者的输入电压相等。

同理，在高度角控制电路52中，当上光电池63接收的太阳光比下光电池64多时，上光电池63输出的电动势大于下光电池64输出的电动势，相反，当上光电池63接收的太阳光比下光电池64少时，上光电池63输出的电动势小于下光电池64输出的电动势。两光电池输出的电动势分别经过电压输入端IV1、电压输入端IIV2输入电压比较电路7，然后由电机驱动电路8输出控制高位角传动电机41运转的电流，直至电压输入端IV1、电压输入端IIV2两者的输入电压相等。

所述电机驱动电路8为H桥式驱动电路，包括具有开关作用的八个晶体管，从而实现自动控制，此外还包括四个具有续流作用的二极管D3。要使电机运转，必须导通对角线上的三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。

进一步，运算放大器101的输出端均经过续流保护二极管D1连接有手动控制电路，所述手动控制电路包括手动开关S1和隔离二极管D2，所述手动开关一端连接至电源VCC，另一端经过隔离二极管D2连接至运算放大器101的输出端。电路中，手动开关S1是为了调整系统而设计，按下其中一个手动开关S1能使电机顺时针或者逆时针运转，从而调整光伏板21的角度。

进一步，参照图5，当升降平台43到达涡杆42的顶端（或底端）时，如果升降平台43仍要继续往上（或往下）移动，由于已经是最顶端（或底端），这个时候很容易卡死，为解决这个问题，在蜗杆42的靠近顶端处设有防止升降平台43卡死的行程开关IS3以及在靠近底端处设有行程开关IIS4，所述行程开关IS3和行程开关IIS4并联连接组成自动控制行程开关电路9，自动控制行程开关电路9与高度角控制电机41串联后连接至高度角控制电路52的输出端。当光伏板21处于倾斜状态时，行程开关IS3和行程开关IIS4都闭合，当光伏板21处于接近水平状态，即蜗杆42的旋点到达底端时，光伏板21向下移动过程中触碰行程开关IIS4使其断开，高度角传动电机41无电流经过，所以停止继续向下运动，但由于行程开关IS3仍闭合，所以高度角传动电机41能接收反向的电流，即光伏板21能向上运动。同理，当光伏板21处于接近垂直状态，即蜗杆42的旋点到达顶端时，光伏板21向上移动过程中触碰行程开关IS3使其断开，高度角传动电机41无电流经过，所以停止继续向上运动，但由于行程开关IIS4仍闭合，所以高度角传动电机41能接收反向电流，即光伏板21能向下运动。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能自动跟踪系统，包括基座（1）、用于接收太阳能的光伏板组件、检测太阳位置并输出控制信号使光伏板对准太阳的控制器（5）、接收控制器信号并调节光伏板俯仰角度的高度角度调节机构、接收控制器信号并调节光伏板水平角度的方位角度调节机构，其特征在于：

接收太阳能的光伏板组件包括光伏板（21）以及为光伏板（21）提供支撑的底板（22），所述底板（22）位于光伏板（21）的背阳面下方，底板（22）通过轴承（23）可转动的连接在基座（1）上方；

所述方位角度调节机构包括方位角传动电机（31）、接收方位角传动电机（31）输出转矩的方位角滚轮（32），所述方位角滚轮（32）安装在底板（22）的前端一侧；所述方位角传动电机（31）设在底板（22）底部，其转矩输出轴与方位角滚轮（32）的轮轴连接；

所述高度角度调节机构包括高度角传动电机（41）、接收高度角传动电机（41）输出转矩的蜗杆（42）、与蜗杆（42）配合使用的升降平台（43）；所述蜗杆（42）竖直固定在底板（22）上；所述升降平台（43）具有一中空部分，中空部分设有与蜗杆相啮合的齿纹，升降平台（43）通过该中空部分套接在蜗杆（42）上，其外沿与光伏板（21）的上端固定连接,而所述光伏板（21）的下端与底板（22）滑动连接；所述高度角传动电机（41）的转矩输出端与蜗杆（42）底端同轴连接；

在光伏板（21）的向阳面上设有感光组件，所述感光组件包括带开口的盒体（6），该盒体（6）的四壁为遮光片，盒体（6）内设置有左光电池（61）、右光电池（62）、上光电池（63）、下光电池（64）；

控制器（5）包括方位角控制电路（51）和高度角控制电路（52），方位角控制电路（51）的输入端与左光电池（61）和右光电池（62）连接，输出端与方位角传动电机（31）连接；高度角控制电路（52）的输入端与上光电池（63）和下光电池（64）连接，输出端与高度角传动电机（41）连接；

方位角控制电路（51）和高度角控制电路（52）分别包括依次连接的电压比较电路（7）和电机驱动电路（8）；所述电压比较电路（7）设有接收光电池电动势的电压输入端I（V1）和电压输入端II（V2），还包括比较器I（U1）和比较器II（U2），电压输入端I（V1）连接至比较器I（U1）的同相输入端、比较器II（U1）的反相输入端，电压输入端II（V2）连接至比较器I（U1）的反相输入端、比较器II（U2）的同相输入端，比较器I（U1）、比较器II（U2）的输出端分别经过运算放大器（101）连接至电机驱动电路（8）的输入端，电机驱动电路（8）输出控制高度角传动电机和方位角传动电机转动的信号。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能自动跟踪系统，其特征在于：运算放大器（101）的输出端均经过续流保护二极管（D1）连接有手动控制电路，所述手动控制电路包括手动开关（S1）和隔离二极管（D2），所述手动开关（S1）一端连接至电源（VCC），另一端经过隔离二极管（D2）连接至运算放大器（101）的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能自动跟踪系统，其特征在于：在所述蜗杆（42）的靠近顶端处设有防止升降平台（43）卡死的行程开关I（S3）以及靠近底端处设有行程开关II（S4），所述行程开关I（S3）和行程开关II（S4）并联连接组成自动控制行程开关电路（9），自动控制行程开关电路（9）与高度角控制电机（41）串联后连接至高度角控制电路（52）的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能自动跟踪系统，其特征在于：所述电机驱动电路（8）为H桥式驱动电路。