CN103914084A - 一种自动追光装置及其追光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动追光装置，包括控制单元、太阳能电池板、机械底座装置、追光控制器、驱动装置和蓄电池组，其中，所述控制单元分别连接追光控制器和驱动装置，所述驱动装置连接机械底座装置，所述太阳能电池板设置在机械底座装置上，且太阳能电池板连接蓄电池组；该追光控制器包括光敏传感电路和迟滞电压比较器，通过所述光敏传感电路和迟滞电压比较器采集太阳角度信息，并将太阳角度信息发送至所述控制单元；通过控制单元接收太阳角度信息，并控制驱动装置驱动所述机械底座装置动作，通过该机械底座装置带动太阳能电池板转动并吸收太阳光，且通过该太阳能电池板给蓄电池组充电。从而有效提高太阳能的利用率和太阳能电池板的追日状态。

Description

一种自动追光装置及其追光方法

技术领域

本发明太阳能领域，尤其涉及一种基于PLC系统的太阳能电池板自动追光装置及其追光方法。

背景技术

近年来，世界各国都在关注全球变暖的问题，而化石燃料的大量使用均会对全球变暖产生极大的“贡献”，然而化石燃料的危害不仅仅如此，更可怕的是在燃烧过程中生成大量的废渣、废水和废气等污染物，对环境污染和生态破坏具有较大的危害，因此，人们越来越注重发展低碳环保经济，且主要发展新型可再生能源，同时需要提高能源的利用效率。

而且，在现有状况下，一般均会采用太阳能作为现有的新型可大量利用的能源，基于太阳能的能源利用率较低，因此，有必要提高对太阳能资源的有效利用。对于现有技术的一些太阳能设备一般均会采用PLC系统对太阳能电池板进行智能控制，从而使该太阳能电池板大量采集和储存太阳能，并将其转换为电能以供使用。

因此，有必要提出一种结构简单，且能够有效提高太阳能利用率的太阳能电池板的自动追光装置。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种结构简单，能够有效提高太阳利用率的自动追光装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自动追光装置，用于太阳能电池板的追日，该自动追日装置包括控制单元、太阳能电池板、机械底座装置、追光控制器、驱动装置和蓄电池组，其中，所述控制单元分别连接所述追光控制器和所述驱动装置，所述驱动装置连接所述机械底座装置，所述机械底座装置上设置有所述太阳能电池板，且所述太阳能电池板连接所述蓄电池组；所述追光控制器包括光敏传感电路和迟滞电压比较器，通过所述光敏传感电路和所述迟滞电压比较器采集太阳角度信息，并将所述太阳角度信息发送至所述控制单元；所述控制单元接收所述太阳角度信息，并控制所述驱动装置驱动所述机械底座装置动作，通过所述机械底座装置带动所述太阳能电池板转动并吸收太阳光，且通过所述太阳能电池板给所述蓄电池组充电。

较佳地，所述迟滞电压比较器至少包括四组；其中，所述迟滞电压比较器包括三极管、光敏二极管和继电器，所述三极管分别与所述光敏二极管和所述继电器连接；所述光敏传感电路至少包括6个光敏二极管，且所述光敏二极管分别设置在所述太阳能电池板的两侧。通过设置在太阳能电池板两侧不同的光敏二极管感应太阳照射的不同，并由该迟滞电压比较器的光敏二极管和三极管控制继电器的通断从而由PLC控制器控制驱动装置转动，使该太阳能电池板始终朝向太阳。

较佳地，所述驱动装置至少包括第一驱动装置和第二驱动装置，且所述第一驱动装置和所述第二驱动装置分别驱动所述机械底座装置转动；通过这两个驱动装置分别控制该机械底座装置在不同方向进行角度调整，从而与太阳光垂直。

较佳地，所述机械底座装置包括一蜗轮蜗杆传动装置，所述蜗轮蜗杆传动装置通过蜗轮和蜗杆配套连接；其中，所述蜗杆与所述第一驱动装置连接，通过所述第一驱动装置驱动所述蜗杆转动，且所述蜗杆带动所述蜗轮转动；所述蜗轮通过一立轴与所述太阳能电池板连接，并通过所述蜗轮转动带动所述太阳能电池板转动。即通过该蜗轮蜗杆传动装置调整该太阳能电池板的经度位置变化。

较佳地，所述机械底座装置还包括一滑动螺旋副传动装置，所述滑动螺旋副传动装置包括一丝杆和螺母；其中，所述丝杆连接所述第二驱动装置，所述螺母连接所述太阳能电池板；通过所述第二驱动装置驱动所述丝杆转动，并通过所述螺母的相对运动带动所述太阳能电池板绕所述丝杆旋转。即通过该滑动螺旋副传动装置调整该太阳能电池板的纬度位置变化。

较佳地，所述控制单元和所述驱动装置之间设置有一驱动控制器和直流升压电路，所述控制单元接收所述追光控制器采集的太阳位置信息，并根据所述太阳位置信息发送一控制信号给所述驱动控制器和直流升压电路，通过所述直流升压电路和所述驱动控制器控制所述机械底座装置转动；由于蓄电池的工作电压为12V，因此，通过该直流升压电路将蓄电池的12V电压升压到24V以供给驱动控制器的工作电源和作为驱动装置的电源。

较佳地，所述太阳能电池板和所述蓄电池组之间设置有充电控制器，且所述蓄电池组连接一交流逆变器，通过所述交流逆变器将所述蓄电池组的直流输出电压转换为交流输出电压。

较佳地，所述控制单元包括一PLC控制器，所述PLC控制器用于接收所述追光控制器采集的太阳角度信息，并根据所述太阳角度信息控制所述机械底座装置带动所述太阳能电池板转到与太阳光垂直位置。

本发明还提供了一种自动追光方法，通过自动追光装置调节太阳能电池板的角度垂直于太阳光，具体包括如下步骤：

步骤1：通过所述追光控制器采集太阳的位置信息，并将采集到的太阳角度信息发送到PLC控制器；

步骤2：所述PLC控制器接收所述太阳角度信息，并根据所述太阳角度信息发送一控制信号给所述驱动控制器，通过所述驱动控制器驱动所述驱动装置带动所述机械底座装置转动；

步骤3：所述机械底座装置转动并将所述太阳能电池板转动至与太阳光垂直的位置，并通过所述太阳能电池板将太阳能转换为电能给所述蓄电池组充电；

步骤4：所述追光控制器实时采集太阳位置信息，并重复步骤1至步骤3。

解决，所述驱动装置至少包括第一驱动装置和第二驱动装置，且所述步骤2进一步包括：

步骤21：所述第一驱动装置驱动所述蜗杆转动，通过所述蜗杆带动所述蜗轮转动，并通过所述蜗轮带动与所述太阳能电池板连接的立轴转动，从而使所述太阳能电池板的经度发生变化；

步骤22：所述第二驱动装置驱动所述滑动螺旋副的丝杆旋转，与该丝杆配合的螺母与该丝杆相对运动，并带动所述太阳能电池板旋转，从而使所述太阳能电池板的纬度发生变化。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明太阳能电池板的自动追光装置通过设置机械底座装置，并通过蜗轮蜗杆传动和滑动螺旋副传动，从而使该两个传动装置在PLC系统的控制下由驱动装置带动并进行水平方向和竖直方向的机械传动，同时带动与该机械底座装置连接的太阳能电池板进行经纬度的位置变化，从而根据太阳角度位置信息将该太阳能电池板转到与太阳光成直角的位置，能够有效利用太阳能，提高太阳能的利用效率。

2、本发明太阳能电池板的自动追光装置通过设置追光控制器，使通过该追光控制器能够采集太阳能的位置信息，具体的，在太阳能电池板两侧分别设置不同的光敏二极管，使太阳在不停偏移过程中，由于垂直太阳能电池板两侧光照度的强弱不断交替变化，使驱动装置进行交替工作，从而使太阳能电池板始终面朝太阳；从而能够通过该追光控制器使该自动追光装置更加精确并实时调整太阳能电池板的位置实现追日的目的。

 

附图说明

图1为本发明自动追光装置整体结构框图；

图2为本发明自动追光装置实施的追光控制器的电路结构示意图；

图3为本发明自动追光装置实施的外形结构示意图；

图4为本发明自动追光装置实施的升压电路结构示意图；

图5为本发明自动追光装置实施的充电控制器的电路原理图。

符号列表：

11-追光控制器，12直流升压电路，13-充电控制器，14-蓄电池组，15-PLC控制器，16-驱动控制器，17-太阳能电池板，18-逆变器，19-驱动装置，20-蜗轮蜗杆传动装置。

 

具体实施方式：

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细的描述本发明。然而，本发明可以以不同形式、规格等实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有关本技术领域的人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚可见，可能放大或缩小了相对尺寸。

现参考图1至图5详细描述根据本发明实施的自动追光装置，如图1所示，本发明提供的自动追光装置，用于太阳能电池板的追日，该自动追日装置包括控制单元、太阳能电池板17、机械底座装置、追光控制器11、驱动装置19和蓄电池组14，其中，该控制单元分别连接追光控制器11和驱动装置19，该驱动装置19分别通过第一驱动装置和第二驱动装置连接该机械底座装置，且该机械底座装置上设置有太阳能电池板17，该太阳能电池板17通过一充电控制器13连接到蓄电池组14为该蓄电池组14充电；该追光控制器11包括光敏传感电路和迟滞电压比较器，通过该追光控制器11的光敏传感电路和迟滞电压比较器采集太阳角度信息，并将该角度信息发送到控制单元，该控制单元接收太阳角度信息，并控制该驱动装置19驱动该机械底座装置动作，进而由该机械底座装置带动该太阳能电池板17转动并与太阳光成直角，从而能够使该太阳能电池板17有效吸收太阳光热量，并转换为电能为蓄电池组14充电，同时也可以直接为负载供电。从而有效提高太阳能的利用率，并实时使太阳能电池板17处于追日状态。

其中，该太阳能电池板17可为多晶硅太阳能电池，通过封装、胶装形成板式结构的太阳能电池板17，并将该太阳能电池板17安装固定在机械底座装置上。该机械底座装置包括蜗轮蜗杆传动装置20和滑动螺旋副传动装置，该蜗轮蜗杆传动装置20包括蜗轮和蜗杆，且该蜗轮和蜗杆配套连接，该蜗杆与第一驱动装置连接，通过该第一驱动装置驱动该蜗杆转动，并由该蜗杆带动该蜗轮转动，该蜗轮通过一立轴与太阳能电池板17连接，并通过该蜗轮转动带动该太阳能电池板17经度转动，从而使该太阳能电池板17经度位置发生变化；该滑动螺旋副传动装置包括一丝杆和螺母，该螺母连接太阳能电池板17，该丝杆连接第二驱动装置，通过该第二驱动装置带动该丝杆转动并使该螺母相对于丝杆转动，并由该螺母带动该太阳能电池板17绕丝杆旋转，即通过滑动螺旋副传动装置调整该太阳能电池板17纬度位置变化。从而通过该第一驱动装置和第二驱动装置分别驱动该机械底座装置使该太阳能电池板17经纬度发生变化，使该太阳能电池板17能够根据太阳位置变化进行角度位置调整，使其始终与太阳光垂直，最大限度的吸收太阳能。

而且，如图2所示，该追光控制器11包括迟滞电压比较器和光敏传感电路，其中，该追光控制器11至少包括四组迟滞电压比较器，且该迟滞电压比较器均有三极管、光敏二极管和继电器组成；该光敏传感电路至少包括光敏二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，且该光敏二极管D1、D2、D6安装在该太阳能电池板17的一侧，该光敏二极管D3、D4、D5安装在该太阳能电池板17的另一侧；当该光敏二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6同时受到环境自然光线作用时，该迟滞电压比较器的三极管Q1和Q2的基极电压不变；当该光敏二极管D1、D2、D6受到太阳光照射，而该光敏二极管D3、D4、D5必然处在阴影之中，则该光敏二极管D1、D2、D6的内阻减小，同时该光敏二极管D3、D4、D5的内阻增大，而三极管Q1的基极电压升高，从而使该三极管Q1饱和导通，该继电器K1线圈连接电源并使该继电器K1的转换触点闭合。而此时三极管Q2的基极电压降低，继电器K2不动作，其转换触点断开，从而发送一信号给PLC控制器15的控制单元，由该PLC控制器15控制该驱动装置19正转；同理，如果该光敏二极管D3、D4、D5受太阳光照射，继电器K2导通，该继电器K1断开，则该PLC控制器15将控制该驱动装置19反转；从而使太阳不停地偏移过程中，垂直太阳能电池板两侧光照度的强弱不断地交替变化，随之该驱动装置也会进行交替转动，并使该太阳能电池板始终面朝太阳。同时，在具体实施过程中，由于考虑到太阳第一天从西边下山此时太阳能电池板板面朝西，而第二天太阳从东边升起，此时阳光正对该太阳能电池板17的背面，如果该太阳能电池板17的背面没有光敏二极管，则该装置无法正常运行，因此，该太阳能电池板17的背面还设置有两个光敏二极管D15和D16。而且在具体实施过程中，该迟滞电压比较器如图所示分别有三极管、继电器和光敏二极管组成，具体的该四组迟滞电压比较器交叉放置，从而使该三极管Q1基极电压升高时，该三极管Q2基极电压降低，该三极管Q2基极电压升高时，该三极管Q1的基极电压降低，从而能够使该驱动装置正反转动既干脆又可靠，并且能够直接避免将光敏二极管引至蔽阴处的麻烦。

另外，将该追光控制器11安装在太阳能电池板17上，可使该太阳能电池板17在PLC控制器15和驱动装置19的控制下根据太阳光的位置运动，当太阳偏转一定角度时（一般5-10分钟左右），该PLC控制器15发出指令，使该驱动装置19旋转一段时间，从而使该太阳能电池板17达到正对太阳位置时停止，等待下一个太阳偏转角度，一直这样间歇式运动；当阴天或晚上没有太阳出现时可停止动作。从而无需人工干预，使该太阳能电池板17在东西向和南北向二维控制，且该追光控制器11使用直流电源电压为6-24V。

在具体实施过程中，该PLC控制器15与驱动装置19还设置有一驱动控制器16和直流升压电路12，具体的，该PLC控制器15发送给该驱动控制器16控制信号，并由该驱动控制器16分别驱动第一驱动装置和第二驱动装置驱动该机械底座装置的动作；该直流升压电路12如图4所示，该直流升压电路12包括一LM2577芯片、热敏二极管、若干电阻和电容，具体的，如图所示该电阻R1和电阻R2形成一外接的反馈电路，该反馈电路将输出电压按比例反馈至误差放大器的反相端，误差放大器把此电压与1．23V基准电压之差放大，误差放大器的输出与电流传感电压(此电压与vT导通时的电流成正比)进行比较。当负载变化引起输出电压变化时，若输出电压偏低，则比较器的输出通过逻辑电路控制开关晶体管导通时间延长，占空比增大，电感线圈转移能量增加，输出电压上升；若输出电压偏高，则晶体管导通时间缩短，占空比减小，输出电压下降，如此实现输出电压的稳定输出。过流时，内部过流电阻反馈信号关断开关晶体管VT，实现对电路的保护；温度过高时，器件内部热敏元件反馈信号关断开关晶体管VT，实现对电路的过温保护。输入电压过低时，相应的检测电路禁止开关晶体管VT导通。通过该直流升压电路12，将12V的蓄电池的电压进行升压得到24V左右的直流电压，并将该24V的直流电压作为驱动装置的工作电压以及驱动控制器16的控制电压，从而保证该驱动装置19的正常工作。

另外，在具体实施过程中，该太阳能电池板19和蓄电池组14之间设置有充电控制器13，通过该充电控制器13防止该蓄电池组14过充电或过放电，从而有效保护该蓄电池组14；且该蓄电池组14连接一交流逆变器，通过该交流逆变器将该蓄电池组14的直流输出电压转换为交流输出电压，并供给交流负载电源。同时，如图5所示，该充电控制器13包括依次连接的脉冲信号单元、充电开关单元以及充电单元，该脉冲信号单元和充电开关单元分别与太阳能电池板连接，该充电单元与蓄电池连接；如图5所示，在具体实施过程中，该脉冲信号单元包括第一运算放大器IC1A，该充电开关单元包括第一三极管T1，该充电单元包括充电电感L1；该第一运算放大器IC1A的同相输入端接入太阳能电池板，第一运算放大器IC1A的反向输入端接地，且第一运算放大器IC1A输出脉冲信号到第一三极管T1的基极；该第一三极管T1的发射极与太阳能电池板连接，第一三极管T1的集电极与充电电感L1的一端连接，且该充电电感L1的另一端与蓄电池的正极连接；该脉冲信号控制该第一三极管T1不间断导通，且第一三极管T1的不间断导通控制充电电感L1不间断对蓄电池充电。在本实施例中，充电电感L1与蓄电池的正极之间串联了一肖特基二极管D2，该肖特基二极管D2用于防止反充电；相对于使用普通二极管来说，该肖特基二极管D2的压降比更低，防止反充电效果更好；此外，也可以将该肖特基二极管D2更换为三极管，不过该三极管的压降比更低，但是控制电路较复杂（在此不再赘述）。

具体的，如图3所示，为该自动追光装置的具体实施的结构图，通过该自动追光装置调节太阳能电池板的角度垂直于太阳光，其具体的自动追光方法包括以下步骤：

步骤1：通过追光控制器采集太阳的位置信息，并将采集到的太阳角度信息发送到PLC控制器；

步骤2：该PLC控制器接收太阳角度信息，并根据该太阳角度信息发送一控制信号给驱动控制器，通过该驱动控制器驱动该驱动装置带动机械底座装置转动；

具体的，该步骤2还进一步包括：

步骤21：所述第一驱动装置驱动所述蜗杆转动，通过所述蜗杆带动所述蜗轮转动，并通过所述蜗轮带动与所述太阳能电池板连接的立轴转动，从而使所述太阳能电池板的经度发生变化；

步骤22：所述第二驱动装置驱动所述滑动螺旋副的丝杆旋转，与该丝杆配合的螺母与该丝杆相对运动，并带动所述太阳能电池板旋转，从而使所述太阳能电池板的纬度发生变化；

步骤3：该机械底座装置转动并将该太阳能电池板转动至与太阳光垂直的位置，并通过该太阳能电池板将太阳能转换为电能给蓄电池组充电；

步骤4：该追光控制器实时采集太阳位置信息，并重复步骤1至步骤3。

通过本发明提供的太阳能电池板的自动追光装置以及自动追光方法，通过光敏二极管、驱动电机以及机械底座装置进行太阳能电池板的转动，使其能够与太阳光垂直，从而有效吸收太阳能并将其转化为电能使用，不仅有效提高了太阳能的利用效率，而且有效改善了太阳能电池板的自动跟踪和环境污染。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动在内。

Claims (10)

1.一种自动追光装置，用于太阳能电池板的追日，其特征在于，包括控制单元、太阳能电池板、机械底座装置、追光控制器、驱动装置和蓄电池组，其中，所述控制单元分别连接所述追光控制器和所述驱动装置，所述驱动装置连接所述机械底座装置，所述机械底座装置上有所述太阳能电池板，且所述太阳能电池板连接所述蓄电池组；

所述追光控制器包括光敏传感电路和迟滞电压比较器，通过所述光敏传感电路和所述迟滞电压比较器采集太阳角度信息，并将所述太阳角度信息发送至所述控制单元；所述控制单元接收所述太阳角度信息，并控制所述驱动装置驱动所述机械底座装置动作，通过所述机械底座装置带动所述太阳能电池板转动并吸收太阳光，且通过所述太阳能电池板给所述蓄电池组充电。

2.根据权利要求1所述的自动追光装置，其特征在于，所述迟滞电压比较器至少包括四组；其中，所述迟滞电压比较器包括三极管、光敏二极管和继电器，所述三极管分别与所述光敏二极管和所述继电器连接；所述光敏传感电路至少包括6个光敏二极管，且所述光敏二极管分别设置在所述太阳能电池板的两侧。

3.根据权利要求1所述的自动追光装置，其特征在于，所述驱动装置至少包括第一驱动装置和第二驱动装置，且所述第一驱动装置和所述第二驱动装置分别驱动所述机械底座装置转动。

4.根据权利要求3所述的自动追光装置，其特征在于，所述机械底座装置包括一蜗轮蜗杆传动装置，所述蜗轮蜗杆传动装置通过蜗轮和蜗杆配套连接；其中，所述蜗杆与所述第一驱动装置连接，通过所述第一驱动装置驱动所述蜗轮转动，且所述蜗轮带动所述蜗杆转动；所述蜗轮通过一立轴与所述太阳能电池板连接，并通过所述蜗轮转动带动所述太阳能电池板转动。

5.根据权利要求4所述的自动追光装置，其特征在于，所述机械底座装置还包括一滑动螺旋副传动装置，所述滑动螺旋副传动装置包括一丝杆和螺母；其中，所述丝杆连接所述第二驱动装置，所述螺母连接所述太阳能电池板；通过所述第二驱动装置驱动所述丝杆转动，并通过所述螺母的相对运动带动所述太阳能电池板绕所述丝杆旋转。

6.根据权利要求1所述的自动追光装置，其特征在于，所述控制单元和所述驱动装置之间设置有一驱动控制器和直流升压电路，所述控制单元接收所述追光控制器采集的太阳位置信息，并根据所述太阳位置信息发送一控制信号给所述驱动控制器和直流升压电路，通过所述直流升压电路和所述驱动控制器控制所述机械底座装置转动。

7.根据权利要求1所述的自动追光装置，其特征在于，所述太阳能电池板和所述蓄电池组之间设置有充电控制器，且所述蓄电池组连接一交流逆变器，通过所述交流逆变器将所述蓄电池组的直流输出电压转换为交流输出电压。

8.根据权利要求1所述的自动追光装置，其特征在于，所述控制单元包括一PLC控制器，所述PLC控制器用于接收所述追光控制器采集的太阳角度信息，并根据所述太阳角度信息控制所述机械底座装置带动所述太阳能电池板转到与太阳光垂直位置。

9.一种自动追光方法，利用如权利要求1所述的自动追光装置调节太阳能电池板的角度垂直于太阳光，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过所述追光控制器采集太阳的位置信息，并将采集到的太阳角度信息发送到PLC控制器；

步骤2：所述PLC控制器接收所述太阳角度信息，并根据所述太阳角度信息发送一控制信号给所述驱动控制器，通过所述驱动控制器驱动所述驱动装置带动所述机械底座装置转动；

步骤3：所述机械底座装置转动并将所述太阳能电池板转动至与太阳光垂直的位置，并通过所述太阳能电池板将太阳能转换为电能给所述蓄电池组充电；

步骤4：所述追光控制器实时采集太阳位置信息，并重复步骤1至步骤3。

10.根据权利要求9所述的自动追光方法，其特征在于，所述驱动装置至少包括第一驱动装置和第二驱动装置，且所述步骤2进一步包括：

步骤21：所述第一驱动装置驱动所述蜗杆转动，通过所述蜗杆带动所述蜗轮转动，并通过所述蜗轮带动与所述太阳能电池板连接的立轴转动，从而使所述太阳能电池板的经度发生变化；

步骤22：所述第二驱动装置驱动所述滑动螺旋副的丝杆旋转，与该丝杆配合的螺母与该丝杆相对运动，并带动所述太阳能电池板旋转，从而使所述太阳能电池板的纬度发生变化。