CN103488185B - 基于云台的太阳跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明的基于云台的太阳跟踪装置，主要支撑底座、云台、方位探测组件和控制单元；其中，方位探测组件包括长方体箱体和至少4个方位探测光敏传感器，该长方体箱体包括2个正方形底面和4个长方形侧面，所述4个长方形侧面与正方形底面之一的4条公共边中部分别设置有方位探测光敏传感器，所述方位探测光敏传感器的光敏面露出长方体箱体侧面一定距离D，D的值根据预设探测精度确定，长方体箱体靠近方位探测光敏传感器的正方形底面固定于云台工作面上，所述云台为301云台。解决了机械运转模块存在的成本高、运转精度不高的缺点以及如果控制模块出现异常，发出不正确控制信号可能导致整个装置的损坏的风险。

Description

基于云台的太阳跟踪装置

技术领域

本发明涉及可再生能源的利用，具体涉及太阳能利用技术领域，特别涉及一种基于云台的自动的太阳跟踪装置。

背景技术

当今社会化石燃料的日益枯竭，仅存的化石能源在生产和使用过程中也正对环境造成严重的污染，使得新能源技术越来越被各国重视。太阳能作为一种取之不竭，用之不尽的清洁能源成为全球新能源研究领域的研究热点。

但是太阳光光功率在单位面积上分布低并随时间变化，给目前较为成熟的太阳能利用技术比如光伏发电以及光纤太阳光照明等装置对太阳能的高效利用提出了挑战。为了解决此类问题，各种太阳光跟踪技术被不断提出，这种技术可以有效的提高太阳光利用率。据相关统计，采用太阳光跟踪装置的光伏发电设备产生的电能比没有用太阳光跟踪装置的设备可以多30%以上。但是，现有的跟踪装置通常在机械结构的稳定性等方面存在问题，并且其太阳跟踪的方位探测方案通常存在设计复杂、成本高和后期维护困难等缺点。

发明内容

本发明为了解决现有的太阳跟踪装置机械结构稳定性差、方位探测方案设计复杂、成本高和后期维护困难等缺点，提出了一种基于云台的太阳跟踪装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：基于云台的太阳跟踪装置，包括支架，所述支架包括支撑底座和云台，其中云台包括云台工作面，用于固定太阳能利用设备，其特征在于，所述太阳跟踪装置还包括方位探测组件和控制单元；

其中，方位探测组件包括长方体箱体和至少4个方位探测光敏传感器，该长方体箱体包括2个正方形底面和4个长方形侧面，所述4个长方形侧面与正方形底面之一的4条公共边中部分别设置有方位探测光敏传感器，所述方位探测光敏传感器的光敏面露出长方体箱体侧面一定距离D，D的值根据预设探测精度确定，长方体箱体靠近方位探测光敏传感器的正方形底面固定于云台工作面上；

所述控制单元与云台控制电机相连接，包括比较器和驱动电路，比较器用于比较方位探测光敏传感器的信号强度并输出控制信号至驱动电路，驱动电路根据控制信号输出驱动信号驱动控制电机控制云台旋转。

上述D值的确定方法是：tanθ=2D/L，其中θ为跟踪精度，L为长方体箱体两个正方形底面之间的距离。

为了减小太阳光反射以及对方位探测光敏传感器探测太阳光强度的精度的影响，所述长方体箱体表面为黑色。

进一步的，所述方位探测组件还包括与方位探测光敏传感器数量相同的采样电阻，所述采用电阻分别与方位探测光敏传感器串联，用于将方位探测光敏传感器探测光强对应的电流信号转换为电压信号输送至比较器。

为了解决光线不足的情况下系统额外耗费电能的缺陷，所述跟踪装置还包括光强探测组件，所述光强探测组件包括光强探测光敏传感器、电压比较器和开关单元，所述光强探测光敏传感器安装于长方体箱体远离方位探测光敏传感器的正方形底面中央，所述光强探测光敏传感器与电压比较器的输入端相连接，电压比较器的另一输入端输入阈值电压，所述开关单元包括控制端和开关端，所述开关端串联于方位探测组件的电源输入回路中，所述电压比较器的输出端与开关单元的控制端相连接，用于控制方位探测组件的电源通断。

进一步的，所述光强探测光敏传感器与一采样电阻串联，所述采样电阻的输出端连接于电压比较器的输入端。

进一步的，所述光强探测组件还包括可调电压组件，所述可调电压组件输出端电压可调，并作为阈值电压输出至电压比较器。

进一步的，所述云台为301云台。

为了确保信号的稳定性、合理安排装置组件的空间结构，所述控制单元安装于云台工作面的背面与方位探测组件相对的位置处。

本发明的有益效果：本发明的太阳跟踪装置通过采用特有的太阳探测模块和较为成熟的控制模块，并将其与已经非常成熟、制作成本低、性能稳定且带有限位的功能的工业云台技术结合。解决了机械运转模块存在的成本高、运转精度不高的缺点以及如果控制模块出现异常，发出不正确控制信号，例如一直发出向一个方向转动的指令导致机械转动模块在这种情况下可能导致整个装置的损坏的风险。

附图说明

图1是本发明实施例的跟踪装置结构原理图；

图2是本发明实施例的跟踪装置的方位探测组件及光强探测组件俯视图；

图3是本发明实施例的跟踪装置的方位探测组件及光强探测组件主视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。

为了便于理解，以下结合与本发明方案原理相同的一种基于云台的太阳跟踪装置的结构对本发明的原理作详细描述。

如图1所示，本实施例的基于云台的太阳跟踪装置，包括支架，所述支架包括支撑底座6和云台，其中云台包括云台工作面3、云台垂直转轴4以及云台水平转轴5，云台工作面3用于固定太阳能利用设备。这里的太阳能利用设备泛指需要利用本太阳跟踪装置来提高太阳能转换效率的装置，包括但不限于光伏电池板、太阳能热水器等，所述太阳跟踪装置还包括方位探测组件1和控制单元2。

如图2及图3所示，上述的方位探测组件包括长方体箱体13和至少4个方位探测光敏传感器11，该长方体箱体包括2个正方形底面和4个长方形侧面，所述4个长方形侧面与正方形底面之一的4条公共边中部分别设置有方位探测光敏传感器，所述方位探测光敏传感器的光敏面露出长方体箱体侧面一定距离D，D的值根据预设探测精度确定，长方体箱体靠近方位探测光敏传感器的正方形底面固定于云台工作面上。需要注意，在上述方位探测组件的具体结构中，长方体箱体的作用在于当箱体的正方形地面没有正对太阳时（在装置精度范围内正对），其中一个或两个侧面上的方位探测光敏传感器将会被遮挡，其探测到的太阳光强降低。通过比较各个侧面上的方位探测光敏传感器，可以得到太阳方位与长方体箱体的相对方位，进而可输出控制信号做出方位调整。

所述控制单元与云台控制电机相连接，包括比较器和驱动电路，比较器用于比较方位探测光敏传感器的信号强度并输出控制信号至驱动电路，驱动电路根据控制信号输出驱动信号驱动控制电机控制云台旋转。

上述D值的确定方法是：tanθ=2D/L，其中θ为跟踪精度，L为长方体箱体两个正方形底面之间的距离。不难看出，可以通过调节D和L的大小来控制跟踪精度，如果要跟踪精度高则可以把正方形盒子的4个面设计的长一些，即通过增大L来解决，也可以将光敏管露出的距离缩小，即通过缩小D来降低θ。

以下为上述实施例的优选方案：为了减小太阳光反射以及对方位探测光敏传感器探测太阳光强度的精度的影响，所述长方体箱体表面为黑色。方位探测组件还包括与方位探测光敏传感器数量相同的采样电阻，所述采用电阻分别与方位探测光敏传感器串联，用于将方位探测光敏传感器探测光强对应的电流信号转换为电压信号输送至比较器。

由于上述的方位探测组件的控制条件只是对方位探测传感器的探测强度进行比较，通过二者差值判断方向，所以还无法识别阴天或者夜间等设备无需工作的情况，如果在阴天或者夜间工作，将导致能量额外损耗。为了解决光线不足的情况下系统额外耗费电能的缺陷，所述跟踪装置还包括光强探测组件，所述光强探测组件包括光强探测光敏传感器、电压比较器和开关单元，所述光强探测光敏传感器安装于长方体箱体远离方位探测光敏传感器的正方形底面中央，所述光强探测光敏传感器12与电压比较器的输入端相连接，如图2及图3所示。电压比较器的另一输入端输入阈值电压，所述开关单元包括控制端和开关端，所述开关端串联于方位探测组件的电源输入回路中，所述电压比较器的输出端与开关单元的控制端相连接，用于控制方位探测组件的电源通断。优选的，所述光强探测光敏传感器与一采样电阻串联，所述采样电阻的输出端连接于电压比较器的输入端。

上述光强探测组件还可以包括可调电压组件，可调电压组件输出端电压可调，并作为阈值电压输出至电压比较器。云台优选为301云台。为了确保信号的稳定性、合理安排装置组件的空间结构，所述控制单元安装于云台工作面的背面与方位探测组件相对的位置处。

下面结合图1对本发明实施例的工作过程做进一步详述：

方位探测组件1固定云台工作面3上侧，用于接收太阳方位信息。控制单元2位于云台工作面3下侧与探测组件相对的位置，如图1所示。方位探测组件1将探测到的太阳方位信息传递给控制单元2，控制单元2随后向云台的控制端发出控制信号控制云台的垂直转轴4和云台水平转轴5转动。301云台控制端口包括六个控制端口，分别是自动、向左、向右、向上、向下和公共。301云台电源为交流电，即在公共端口和其他任意一个端口接上交流电时云台就产生对应的动作，如向左和公共接交流电则云台向左转。本发明的实施例只用到向左、向右、向上、向下和公共五个端口。电机控制模块采用的是直流电，而301云台采用的是交流电，因此电机控制模块不能直接控制301云台，中间需要通过继电器实现。云台底座6用于固定云台。云台的转动精度通过调整云台电机的上电接通时间来控制。如果每次控制单元2发出的电机接通时间长，则每次电机转动角度大，跟踪精度差，若每次控制单元2发出的电机接通时间短，则每次电机转动角度小，跟踪精度高。

301云台还有个特点就是具有限位的功能，当301云台水平电机和垂直电机转动到极限位置时，内部会触发到限位按钮，则云台停止运转，此时云台只能向反方向运转，这样可以避免因控制端的误操作发生的机械故障，有效的保证了整个跟踪装置的稳定性。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，本领域的技术人员将会理解，在本发明所揭露的技术范围内，可以对本发明进行各种修改、替换和改变。因此本发明不应由上述事例来限定，而应以权力要求书的保护范围来限定。

Claims (4)

1.基于云台的太阳跟踪装置，包括支架，所述支架包括支撑底座和云台，其中云台包括云台工作面，用于固定太阳能利用设备，其特征在于，所述太阳跟踪装置还包括方位探测组件和控制单元；

其中，方位探测组件包括长方体箱体和至少4个方位探测光敏传感器，该长方体箱体包括2个正方形底面和4个长方形侧面，所述4个长方形侧面与正方形底面之一的4条公共边中部分别设置有方位探测光敏传感器，所述方位探测光敏传感器的光敏面露出长方体箱体侧面一定距离D，D的值根据预设探测精度确定，长方体箱体靠近方位探测光敏传感器的正方形底面固定于云台工作面上；

所述控制单元与云台控制电机相连接，包括比较器和驱动电路，比较器用于比较方位探测光敏传感器的信号强度并输出控制信号至驱动电路，驱动电路根据控制信号输出驱动信号驱动控制电机控制云台旋转；

所述跟踪装置还包括光强探测组件，所述光强探测组件包括光强探测光敏传感器、电压比较器和开关单元，所述光强探测光敏传感器安装于长方体箱体远离方位探测光敏传感器的正方形底面中央，所述光强探测光敏传感器与电压比较器的输入端相连接，电压比较器的另一输入端输入阈值电压，所述开关单元包括控制端和开关端，所述开关端串联于方位探测组件的电源输入回路中，所述电压比较器的输出端与开关单元的控制端相连接，用于控制方位探测组件的电源通断；

所述D值的确定方法是：tanθ＝2D/L，其中θ为跟踪精度，L为长方体箱体两个正方形底面之间的距离；

所述长方体箱体表面为黑色；

所述方位探测组件还包括与方位探测光敏传感器数量相同的采样电阻，所述采样电阻分别与方位探测光敏传感器串联，用于将方位探测光敏传感器探测光强对应的电流信号转换为电压信号输送至比较器；

所述光强探测光敏传感器与一采样电阻串联，所述采样电阻的输出端连接于电压比较器的输入端。

2.根据权利要求1所述的基于云台的太阳跟踪装置，其特征在于，所述光强探测组件还包括可调电压组件，所述可调电压组件输出端电压可调，并作为阈值电压输出至电压比较器。

3.根据权利要求1所述的基于云台的太阳跟踪装置，其特征在于，所述云台为301云台。

4.根据权利要求1所述的基于云台的太阳跟踪装置，其特征在于，所述控制单元安装于云台工作面的背面与方位探测组件相对的位置处。