CN103792953A

CN103792953A - 一种太阳跟踪控制器

Info

Publication number: CN103792953A
Application number: CN201210422528.9A
Authority: CN
Inventors: 李明; 许成木; 季旭
Original assignee: Yunnan Normal University
Current assignee: Yunnan Normal University
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明涉及一种单轴自动跟踪太阳轨迹的控制器。该控制器设有高精度传感器、低精度传感器和太阳光强传感器。高精度传感器与电机驱动器之间设有屏蔽开关。太阳光强传感器的输出端与传感器电源开关的控制端电连接。跟踪过程包含两个闭环控制模式：粗略-快速模式和精确-低速模式。当聚光器的指向偏离太阳位置的角度较大时，跟踪系统首先进入粗略-快速控制模式，在较短的时间内将聚光器的指向调整到太阳位置的附近后，再进入精确-低速控制模式，从而实现快速精确跟踪太阳的目的。在太阳被云层遮挡、辐射强度很低时，太阳光强传感器将切断高、低精度传感器的电源，使系统停止跟踪，从而保证跟踪控制系统的可靠性和稳定性。

Description

一种太阳跟踪控制器

技术领域

本发明涉及太阳跟踪控制装置，具体地说，是涉及一种单轴自动跟踪太阳运动轨迹的光电传感控制技术，属于太阳能利用技术领域。

在此处键入技术领域描述段落。

背景技术

自上个世纪70年代能源危机以来，太阳能利用的研究和推广日益受到人们的普遍关注和重视。与常规能源不同，太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，要提高入射光的能流密度，必须用聚光装置，使之聚集到较小的接收器上。在太阳能聚光利用技术中，太阳跟踪控制器是不可缺少的重要设备之一。太阳跟踪控制器一般由太阳位置光电传感器和电机驱动器组成，光电传感器实时检测太阳光线的入射角，当入射光线与传感器主光轴的偏差超过设定值时，传感器输出的电信号通过电机驱动器的处理和放大后，控制电机驱动聚光器旋转，减小偏差，从而达到跟踪太阳的目的。但是由于现有太阳跟踪控制器输出的驱动电机的电压或步进脉冲频率一般是不变的，电机每一次转动的转速一般也不会变。这对于采用减速比很大的高精度跟踪系统来说，聚光装置旋转的速度将很慢。当出现云遮太阳较长的时间才转晴、聚光器的指向偏离太阳位置的角度较大的情形时，要经过较长的时间聚光器的指向才能被调整到太阳的位置，这将给太阳能的收集造成很大的损失。另外，传统的太阳位置光电传感器在云遮太阳时，往往会出现跟踪天空最亮区域的现象，极大地影响跟踪的稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种单轴自动跟踪太阳轨迹的控制器。该种控制器在太阳辐射强度较低时能自动切断电源停止跟踪；在聚光器的指向偏离太阳位置的角度较大时能驱动电机作先快后慢转动，使聚光器的指向在较短的时间内就能调整到太阳的精确位置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

该跟踪控制器设有三个光电传感器：其中两个为用于探测太阳位置的高精度传感器和低精度传感器，另一个为用于控制高精度传感器和低精度传感器电源开关的太阳光强传感器。在高精度传感器与电机驱动器之间设有一屏蔽开关。屏蔽开关的控制端与低精度传感器的输出端电连接。当控制端有电压时，屏蔽开关处于关断状态；当控制端无电压时，屏蔽开关处于接通状态。太阳光强传感器的输出端与传感器电源开关的控制端电连接。跟踪过程包含两个闭环控制模式：粗略-快速模式和精确-低速模式。当聚光器的指向偏离太阳位置的角度较大时，跟踪系统首先进入粗略-快速控制模式，低精度传感器输出的电信号通过电机驱动器的处理放大后驱使电机作快速转动，在较短的时间内就将聚光器的指向调整到太阳位置的附近；当低精度传感器停止工作后，屏蔽开关接通，跟踪系统进入精确-低速控制模式，高精度传感器输出的电信号通过电机驱动器的处理放大后驱使电机作低速转动，在较短的时间内就可将聚光器的指向调整到太阳的精确位置；粗略-快速模式和精确-低速模式优势互补，从而实现快速精确跟踪太阳的目的。

在太阳被云层遮挡，辐射强度很低时，太阳光强传感器输出端的电压为零或较低，传感器电源开关处于关断状态，系统将停止跟踪；当太阳的辐射强度较高时，太阳光强传感器输出端的电压较高，传感器电源开关处于接通状态，系统进入跟踪状态。从而保证了跟踪系统的可靠性和稳定性。

太阳光强传感器由一个光敏元器件和一个放大电路构成。低精度传感器的跟踪范围要尽可能的宽，高精度传感器的跟踪范围要大于低精度传感器的精度。

本发明的有益效果是：所增加的低精度传感器、屏蔽开关、传感器电源开关、太阳光强传感器及其它元器件，结构较简单，价格较低廉；跟踪范围宽，跟踪太阳位置速度快。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明控制系统结构方框图。

图2是本发明第一种实施例控制系统结构电路图。

图3是本发明第二种实施例控制系统结构电路图。

图4是本发明第二种实施例的步进脉冲发生器内部结构图。

图5是本发明第二种实施例的脉冲信号放大器内部结构图。

图6是高精度传感器和低精度传感器一体化设计的一种结构示意图。

图7是图6的俯视图。

图中，1.直流电源，2.传感器电源开关，3.太阳光强传感器，4.高精度传感器，5.低精度传感器，6.屏蔽开关，7.电机驱动器，8.电机， 9.整流电桥，10.整流电桥，11.直流电机调速器，12.光敏元器件，13.直流电机，14.步进脉冲发生器，15.脉冲信号放大器，16.步进电机，17.单片机，18.晶体振荡器，19.高精度传感器中的光敏元器件，20.低精度传感器中的光敏元器件，21.通光孔透明盖片，22.遮光片，23.透明外壳。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明作进一步描述。

在图2所示的实施例中，直流电机（13）的电机驱动器（7）由二极管D₁至D₈、开关K₂至K₆、整流电桥（9）和（10）、变阻器R₁和R₂以及直流电机调速器（11）组成。太阳光强传感器（3）由电阻器R₃至R₇、运放管A、光敏元器件（12）组成。直流固态继电器SSR₁为传感器电源开关（2）。K₁为屏蔽开关（6）。直流电机调速器（11）中的BRAKE、COM为再生制动控制端子：当制动开关闭合时，调速器将以再生制动的方式快速制动电机转速，使其刹车；EN、COM为使能控制端子：控制电机的启动和停止；DIR、COM为方向控制端子：通过方向控制开关的接通和断开可以选择电机的转向；S₁至S₃为电机速度调整控制端子；BAT+、GND为电源端子；OUT+、OUT–为连接电机电源线端子。高精度传感器（4）中的“+”、“–”分别为电源的正、负端，O1、O2为输出端。低精度传感器（5）中的“+”、“–”分别为电源的正、负端，O3、O4为输出端。高精度传感器的输出端 O1与整流电桥（9）的一输入端电连接，O2通过开关K₁与整流电桥（9）的另一输入端电连接；低精度传感器的输出端O3、O4分别与开关K₁的控制端和整流电桥（10）的输入端电连接。直流固态继电器SSR₁的控制端与太阳光强传感器（3）的输出端电连接。高精度传感器（4）和低精度传感器（5）的电源负端通过直流固态继电器SSR₁与直流电源（1）的输出负极电连接。

在图3至图5所示的实施例中，步进电机（16）的电机驱动器（7）由步进脉冲发生器（14）和脉冲信号放大器（15）组成。太阳光强传感器（3）由电阻器R₃至R₇、运放管A、光敏元器件（12）组成。高精度传感器（4）中的“+”、“–”分别为电源的正、负端，O1、O2为输出端。低精度传感器（5）中的“+”、“–”分别为电源的正、负端，O3、O4为输出端。直流固态继电器SSR₁为传感器电源开关（2）。K₁为屏蔽开关（6）。步进脉冲发生器（14）中的IN1至IN4为输入端子；OUT1至OUT4为脉冲信号输出端子、COM为脉冲信号输出的公共端。脉冲信号放大器（15）中的IN1至IN4为脉冲信号输入端子、COM为脉冲输入的公共端；BAT+、GND为电源端子；A+、A–和B+、B–为连接步进电机A、B相的端子。高精度传感器的输出端O1与整流电桥（9）的一输入端电连接，O2通过开关K₁与整流电桥（9）的另一输入端电连接；低精度传感器的输出端O3、O4分别与开关K₁的控制端和整流电桥（10）的输入端电连接。直流固态继电器SSR₁的控制端与太阳光强传感器（3）的输出端电连接。高精度传感器（4）和低精度传感器（5）的电源负端通过直流固态继电器SSR₁与直流电源（1）的输出负极电连接。步进脉冲发生器（14）由单片机（17）、晶体振荡器（18）、二极管D₉至D₁₂、电磁继电器K₇至K₁₀、电容器C₁和C₂、电阻器R₈组成。K₇接通，单片机产生低频步进脉冲电信号；K₈接通，单片机产生低频反向步进脉冲电信号；K₉接通，单片机产生高频步进脉冲电信号；K₁₀接通，单片机产生高频反转步进脉冲电信号。步进脉冲发生器（14）输出的脉冲信号功率太低，需经脉冲信号放大器（15）放大后才能驱动步进电机。脉冲信号放大器（15）由直流固态继电器SSR₂至SSR₉连接而成的两个逆变桥组成，其中的直流固态继电器也可以使用常开式电磁继电器、场效应晶体管。

屏蔽开关K₁为常闭电磁继电器。传感器电源开关为直流固态继电器、常开式电磁继电器、为场效应晶体管。

直流固态继电器SSR₁至SSR₉中的“+”、“–”分别为控制端的正、负端子，“C+”、“E–”分别为输出端的正、负端子。

高精度传感器（4）和低精度传感器（5）为分开设计，或采用合二为一的方式设计。在图6所示的高精度传感器和低精度传感器一体化设计的结构图中，遮光片（22）的宽度应与两光敏元器件（20）之间的距离基本相等，通光孔透明盖片用平板玻璃片或线性会聚透镜做成，通光孔最好做成狭长的结构。图6中的“+”、“–”分别为电源的正、负端，O1、O2为高精度传感器输出端，O3、O4为低精度传感器输出端。

Claims

1.一种太阳跟踪控制器，其特征是：设有用于探测太阳位置的一个高精度传感器、一个低精度传感器和一个能探测太阳光强弱的太阳光强传感器；高精度传感器与电机驱动器之间设有屏蔽开关；低精度传感器的输出端与电机驱动器和屏蔽开关的控制端直接电连接；高精度传感器和低精度传感器与直流电源之间设有一个传感器电源开关，传感器电源开关的控制端与太阳光强传感器的输出端电连接。

2.根据权利要求1所述的太阳跟踪控制器，其特征是：所述的屏蔽开关为常闭式电磁继电器。

3.根据权利要求1所述的太阳跟踪控制器，其特征是：所述的传感器电源开关为直流固态继电器，或为常开式电磁继电器，或为场效应晶体管。