CN103336533A - 框架式双轴太阳能跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种框架式双轴太阳能跟踪系统。它包括机械部分和传感器部分。机械部分包括支撑整个系统的固定支架，槽型轨道，电池板组件,电池板安装框架，传动杆，连杆，和直线电动推杆。传感器部分包括安装在电池板固定框架上的倾角传感器和安装在其中的一个电池板上的光电传感器模块以及一个控制器。太阳能电池板在东西方向和南北方向的动作皆由直线电动推杆来实现，保证了机构工作效率高，结构简单。倾角传感器和光敏传感器的同时采用，保证了系统在设计跟踪时间内都能正对太阳，工作安全可靠。

Description

框架式双轴太阳能跟踪系统

技术领域

  本发明涉及一种太阳能跟踪技术，具体说是一种框架式双轴太阳能跟踪系统。

背景技术

 随着人类社会的发展，能源问题已经成为各国议论的焦点，以清洁可再生能源为主的能源结构将是未来发展的必然，太阳能作为一种新型能源，具有储量无限，普遍存在，利用清洁，使用经济等优点。无疑将是未来发展的热点，但是，太阳能也存在着如低密度，间歇性，空间分布不断变换的缺点，这样就使得目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用效率不高。

  据研究，在太阳能发电系统当中，同样的条件下，采用自动跟踪方法的设备要比固定的设备提高发电量的30%。目前大多数的太阳能电池板阵列基本上都是固定安装的，无法实现对阳光的跟踪，因而也就无法最大效率的利用太阳光，即使采用了跟踪阳光技术的光伏阵列，由于种种原因使得其成本大幅上升，跟踪精度也无法保证。

发明内容

 本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷提供一种结构简单，成本低，跟踪准确的框架式双轴太阳能跟踪系统。为达到上述目的，本发明的构思是：本发明包括机械部分和传感器部分。机械部分包括固定支架，槽型轨道，电池板组件，电池板安装框架，传动杆，连接杆，和直线电动推杆。由于固定支架安装在槽型轨道上，因而可以调整电池板安装框架的前后相对位置。负责控制电池板东西方向运动的直线电动推杆固定安装在一平板上，该平板焊接在电池板安装框架上。负责控制电池板南北方向俯仰运动的直线电动推杆安装在中间的槽型导轨上，东西和南北方向的直线电动推杆通过连杆，传动杆来传递运动。传感器部分包括安装在电池板安装框架上的倾角传感器和安装在其中的一个电池板上光电传感器模块。倾角传感器用来测量整个装置南北方向相对于水平面的倾角。当阳光以不垂直于电池板照射时，光电传感器模块中两个光敏电阻接受到的光线会有差异，这种光线的差异会在两个光敏电阻之间产生电压差，该电压差会驱动南北方向的直线电动推杆动作。

  当本系统开始工作时，根据该跟踪装置的安装地点，向控制器中输入，经度，纬度，以及当天的日期。实时的时间通过DS1302模块来测量，通过天文公式，结合所输入的时间，日期，经纬度，控制器可将任一时刻的太阳理论高度角β计算出来。同时，安装在电池板安装框架上的倾角传感器会测出该框架相对于水平面的倾角α，并将该角度值传送给控制器。控制器通过比较实际测量的角度α和理论计算出来的太阳高度角β，控制南北方向上的直线电动推杆动作，使得α，β满足α+β=90°时，电池板安装框架在南北方向上是垂直于阳光的，此时电池板安装框架和地面之间的夹角为γ。装置在东西方向实现对太阳光线的跟踪是通过安装在其中一个电池板上的光电传感器模块来实现的，当阳光以不垂直于电池板的方向照射时，位于隔板两侧的光敏的电阻所接受的到的光线是不同的，通过比较两侧光敏电阻的电压值，利用电压差来驱动直线电动推杆，实现电池板东西方向的动作，直到电池板在东西方向完全垂直对准阳光，此时两个光敏电阻的电压相等，直线电动推杆停止动作。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种双轴太阳能跟踪系统，包括机械部分和传感器部分。其特征在于：所述机械部分的结构是：数量成对的固定支架分别滑配安装在两侧的槽型轨道上，使固定支架可在槽型轨道上移动；若干电池板安装框架的两端分别转动连接于两侧的固定支架上，在每个电池板安装框架一端下面各焊接一块平板，该平板上固定安装一个直线电动推杆甲，每个电池板安装框架上并排安装若干尺寸相同的太阳能电池板，所述太阳能电池板转动安装在电池板安装框架上并和电池板安装框架之间间隙配合；每个电池板安装框架中的所有电池板下端连接架分别与一根传动杆铰接，一根连杆甲的一端与所述传动杆甲的一端铰接,而另一端与直线电动推杆甲的伸缩端铰接；所述直线电动推杆甲的动作通过连杆甲和传动杆甲带动太阳能电池板转动；一个直线电动推杆乙安装于中间的槽型轨道上，一根连杆乙一端和直线电动推杆乙铰接，而另一端和一根传动杆乙的一端铰接，每个电池板安装框架的下端中部连接架分别铰接在传动杆乙上；直线电动推杆乙的动作通过连杆乙和传动杆乙带动各电池板安装框架转动；所述传感器部分的结构是：一个倾角传感器固定在一个电池板安装框架上，用来测量电池板安装框架相对于地面的倾角α；一个光敏传感器模块安装在一块电池板上，利用该光敏传感器模块中的两个光敏电阻之间的电压差来驱动直线电动推杆甲，使得太阳能电池板在东西方向上转动；一个控制器控制直线电动推杆乙使电池板安装框架作南北方向转动。

所述电池板安装框架上装有倾角传感器用来测量系统在南北方向上相对地面的倾角并将该角度值传送给控制器，根据该系统的安装地点，向控制器中输入，经度，纬度，以及当天的日期，实时的时间通过一个DS1302模块来测量，通过天文公式，结合所输入的时间，日期，经纬度，所述控制器可将任一时刻的太阳理论高度角β计算出来；控制器通过比较倾角传感器测量的角度值α和理论计算出来的角度值β，控制南北方向上的直线电动推杆乙动作，使得倾角传感器测得的角度α与理论计算出来的角度β，满足α+β=90°时，电池板安装框架在南北方向上是垂直于阳光的，此时的电池板安装框架和地面之间的夹角为γ；在电池板组件的其中一个电池板上装有光敏传感器模块，该光敏传感器模块只需两个光敏电阻，中间有隔板将其分离，通过比较两个光敏电阻的电压，利用电压差来驱动直线电动推杆甲，从而实现电池板在东西方向的动作。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进步：

本发明采用双轴双向转动，使太阳能电池板在东西方向和南北方向根据阳光的照射方向和角度而调整朝向太阳；双轴分别由两个直线电动推杆驱动，由控制器接受倾角传感器的信号，并由光敏传感器模块的两个光敏电阻的电压差提供电源控制驱动直线电动推杆而实现自动调整。本发明结构简单，工作效率高，安全可靠。

附图说明

  图1为本发明的结构示意图。

  图2为图1中电池板组件及其安装示意图。

  图3为图1中电池板安装框架结构示意图。

  图4为图1中去掉电池板后的结构示意图。

  图5为图1中光敏传感器模块安装示意图。

  图6为系统在南北方向上的跟踪原理图。

  图7为系统控制框图。

具体实施方式

  下面结合附图对本发明的优选实施例作详细说明：

实施例一：

参见图1~图7，本框架式双轴太阳能跟踪系统，包括机械部分和传感器部分。其特征在于：所述机械部分的结构是：数量成对的固定支架（2）分别安装在两侧的槽型轨道(1)上，使固定支架（2）可在槽型轨道（1）上移动；若干电池板安装框架（3）转动连接于两侧的固定支架（2）上，在每个电池板安装框架（3）一端下面各焊接一块平板（12），该平板（12）上固定安装一个直线电动推杆甲(5)，每个电池板安装框架（3）上并排安装若干尺寸相同的太阳能电池板（4），所述太阳能电池板（4）转动安装在电池板安装框架（3）上并和电池板安装框架（3）之间间隙配合；每个电池板安装框架（3）中的所有电池板（4）下端连接架分别与一根传动杆（7）铰接，一根连杆甲（8）一端与所述传动杆甲（7）的一端铰接,而另一端与直线电动推杆甲(5)的伸缩端铰接；所述直线电动推杆甲（5）的动作通过连杆（8）和传动杆甲（7）带动太阳能电池板（4）转动；一个直线电动推杆乙（6）安装于中间的槽型轨道(1??)上，一根连杆乙（13）一端和直线电动推杆乙（6）铰接，而另一端和一根传动杆乙（14）的一端铰接，每个电池板安装框架（3）的下端中部连接架分别铰接在传动杆乙（14）上；直线电动推杆乙（6）动作通过连杆乙（13）和传动杆乙（14）带动各电池板安装框架（3）转动；所述传感器部分的结构是：一个倾角传感器（9）固定在一个电池板安装框架（3）上，用来测量电池板安装框架（3）相对于地面的倾角α；一个光敏传感器模块（10）安装在一块电池板（4）上，利用该光敏传感器模块（10）中的两个光敏电阻(11)之间的电压差来驱动直线电动推杆甲（5），使得太阳能电池板（4）在东西方向上转动；一个控制器控制直线电动推杆乙（6）使电池板安装框架（3）作南北方向转动。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：所述电池板安装框架（3）上装有倾角传感器（9）用来测量系统在南北方向上相对地面的倾角并将该角度值传送给控制器，根据该系统的安装地点，向控制器中输入，经度，纬度，以及当天的日期，实时的时间通过一个DS1302模块来测量，通过天文公式，结合所输入的时间，日期，经纬度，所述控制器可将任一时刻的太阳理论高度角β计算出来；控制器通过比较倾角传感器（9）测量的角度值α和理论计算出来的角度值β，控制南北方向上的直线电动推杆乙（6）动作，使得倾角传感器（9）测得的角度α与理论计算出来的角度β，满足α+β=90°时，电池板安装框架（3）在南北方向上是垂直于阳光的，此时的电池板安装框架（3）和地面之间的夹角为γ；在电池板组件的其中一个电池板上装有光敏传感器模块（10），该光敏传感器模块只需两个光敏电阻（11），中间有隔板将其分离，通过比较两个光敏电阻（11）的电压，利用电压差来驱动直线电动推杆甲（5），从而实现电池板（4）在东西方向的动作。

实施例三：

 参见图1~图7，本框架式双轴太阳能跟踪系统,包括机械部分和传感器的布置。机械部分包括支撑整个系统的固定支架（2）槽型轨道（1），电池板组件（4）电池板安装框架（3），连杆（8）（13），传动杆（7）（14），直线电动推杆（6）固定支架安装在槽型轨道（1）上，用来控制电池板安装框架（3）在南北方向上俯仰运动，还可以方便的调整直线电动推杆（6）相对于整个太阳能跟踪装置的前后位置。负责控制电池板东西方向运动的直线电动推杆（5）安装在电池板安装框架（3）下方的平板（12）上，东西方向的直线电动推杆（5）通过连接杆（8），传动杆（7）来传递运动。南北方向的直线电动推杆（6）通过连接杆（13），传动杆（14）来带动电池板组件（3）的动作。传感器部分包括安装在电池板安装框架（3）上的倾角传感器（9）和安装在其中的一个电池板上光电传感器模块（10）。倾角传感器（9）用来测量电池板安装框架（3）在南北方向相对于水平面的倾角α，通过和控制器计算出来的太阳理论高度角β比较来驱动南北方向的直线电动推杆（6）动作，最终使得α，β满足α+β=90°，此时电池板安装框架在南北方向上是垂直于阳光的。光电传感器模块（10）通过采用两个光敏电阻(11)来比较东西方向上的光线差异，通过两个光敏电阻（11）的电压差来驱动直线电动推杆（5），从而带动电池板组件（4）在东西方向动作，直到电池板（4）在东西方向完全垂直对准阳光，此时两个光敏电阻（11）接受到的光线相同，电压相等，直线电动推杆（5）停止动作。 

Claims (2)

1.一种双轴太阳能跟踪系统，包括机械部分和传感器部分。其特征在于：所述机械部分的结构是：数量成对的固定支架（2）分别滑配安装在两侧的槽型轨道(1)上，使固定支架（2）可在槽型轨道（1）上移动；若干电池板安装框架（3）的两端中点分别转动连接于两侧的固定支架（2）上，在每个电池板安装框架（3）一端下面各焊接一块平板（12），该平板（12）上固定安装一个直线电动推杆甲(5)，每个电池板安装框架（3）上并排安装若干尺寸相同的太阳能电池板（4），所述太阳能电池板（4）转动安装在电池板安装框架（3）上，并和电池板安装框架（3）之间间隙配合；每个电池板安装框架（3）中的所有电池板（4）下端连接架分别与一根传动杆（7）铰接，一根连杆甲（8）一端与所述传动杆甲（7）的一端铰接,而另一端与直线电动推杆甲(5)的伸缩端铰接；所述直线电动推杆甲（5）的动作通过连杆甲（8）和传动杆甲（7）带动太阳能电池板（4）转动；一个直线电动推杆乙（6）安装于中间的槽型轨道(1??)上，一根连杆乙（13）一端和直线电动推杆乙（6）铰接，而另一端和一根传动杆乙（14）的一端铰接，每个电池板安装框架（3）的下端中部连接架分别铰接在传动杆乙（14）上；直线电动推杆乙（6）动作通过连杆乙（13）和传动杆乙（14）带动各电池板安装框架（3）转动；所述传感器部分的结构是：一个倾角传感器（9）固定在一个电池板安装框架（3）上，用来测量电池板安装框架（3）相对于地面的倾角α；一个光敏传感器模块（10）安装在一块电池板（4）上，利用该光敏传感器模块（10）中的两个光敏电阻(11)之间的电压差来驱动直线电动推杆甲（5），使得太阳能电池板（4）在东西方向上转动；一个控制器控制直线电动推杆乙（6）使电池板安装框架（3）作南北方向转动。

2.根据权利要求1所述的双轴太阳能跟踪系统，其特征在于：所述电池板安装框架（3）上装有倾角传感器（9）用来测量系统在南北方向上相对地面的倾角并将该角度值传送给控制器，根据该系统的安装地点，向控制器中输入，经度，纬度，以及当天的日期，实时的时间通过一个DS1302模块来测量，通过天文公式，结合所输入的时间，日期，经纬度，所述控制器可将任一时刻的太阳理论高度角β计算出来；控制器通过比较倾角传感器（9）测量的角度值α和理论计算出来的角度值β，控制南北方向上的直线电动推杆乙（6）动作，使得倾角传感器（9）测得的角度α与理论计算出来的角度β，满足α+β=90°时，电池板安装框架（3）在南北方向上是垂直于阳光的，此时的电池板安装框架（3）和地面之间的夹角为γ；在电池板组件的其中一个电池板上装有光敏传感器模块（10），该光敏传感器模块只需两个光敏电阻（11），中间有隔板将其分离，通过比较两个光敏电阻（11）的电压，利用电压差来驱动直线电动推杆甲（5），从而实现电池板（4）在东西方向的动作。

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