CN104281161A - 一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统，包括：与Y轴上感光器和Y轴下感光器分别电连接的第一电压比较器、与X轴左感光器和X轴右感光器分别电连接的第二电压比较器；第一电压比较器和第二电压比较器分别电连接CPU控制器，CPU控制器连接马达驱动装置；Y轴上感光器与Y轴下感光器为对称结构，X轴左感光器和X轴右感光器为对称结构。该系统的电路结构简单，不需要调零，便于生产，只需满足感光器的对称即可，且实现了对太阳光的精确跟踪。

Description

一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统

技术领域

本发明涉及自动跟踪太阳光系统领域，尤其涉及一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统。

背景技术

由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。目前世界上通用的太阳能跟踪系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，靠计算该固定地点每一时刻的太阳位置以实现跟踪太阳，测得最大光线。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，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新计算参数、设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术和设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。

现有技术中又设计出了加遮光片的太阳能跟踪系统，该系统尽管能滤除部分太阳光的散射，但不能抑制其他光的干扰，强大散射光对于该系统存在一定的干扰，直接影响到太阳光的跟踪效果，不能很好的跟踪太阳。

发明内容

本发明提供了一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统，本发明实现了对太阳光的精确跟踪，详见下文描述：

一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统，包括：Y轴上感光器、Y轴下感光器、X轴左感光器、X轴右感光器，还包括：与所述Y轴上感光器和所述Y轴下感光器分别电连接的第一电压比较器、与所述X轴左感光器和所述X轴右感光器分别电连接的第二电压比较器；

所述第一电压比较器和所述第二电压比较器分别电连接CPU控制器，所述CPU控制器连接马达驱动装置；

所述Y轴上感光器与所述Y轴下感光器为对称结构，所述X轴左感光器和所述X轴右感光器为对称结构。

所述系统还包括：太阳能电池板，所述太阳能电池板固定在太阳能电池板框架上；

所述Y轴上感光器、所述Y轴下感光器为仰角光伏能感光探头，在所述太阳能电池板上下对称排列；

所述X轴左感光器、所述X轴右感光器为水平角光伏能感光探头，在所述太阳能电池板左右对称排列。

所述Y轴上感光器、所述Y轴下感光器、所述X轴左感光器和所述X轴右感光器的电路均包括：光敏三极管，

所述光敏三极管的集电极分别电连接第一电阻和第五电阻，所述光敏三极管的发射极接地；所述第一电阻分别接9V电源、第二电容和第二电阻；所述第二电阻连接第三电阻，所述第二电阻、所述第三电阻为运算放大器第一级放大器的反相输入端的分压电阻，经分压后与运算放大器的第一级运放的反相输入端连接；

所述光敏三极管感应的信号经所述第五电阻输入到运算放大器的第一级运放的同相输入端，同时所述第五电阻连接第六电阻；

所述运算放大器的第一级运放的输出端分别连接第四电阻和第七电阻，所述第四电阻连接运算放大器的第二引脚；第一级放大信号经运算放大器的第一引脚输出，经所述第七电阻输入运算放大器的第二级运放的反相输入端，所述第四电阻为第一级放大的反馈电阻；

运算放大器的第二级运放的同相输入端连接第八电阻，所述第七电阻依次连接第九电阻和第十电阻，所述第八电阻为运算放大器第二级运放的同相输入端提供比较电压；

两次放大的信号经由运算放大器的第二级运放的输出端输出，输入到所述第一电压比较器或所述第二电压比较器中。

所述第一电压比较器和第二电压比较器的电路结构均包括：5V电源，所述5V电源连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极分别连接第十一电阻、第十五电阻和第二十电阻；所述第十一电阻分别连接第一三极管的集电极、第二三极管的基极；第一三极管的基极接两次放大的信号；所述第一三极管的发射极通过第十二电阻接地；第二三极管的发射极接第二二极管的阳极，第二二极管的阴极通过第十三电阻接地，所述第十三电阻为所述第二三极管的发射极偏置电阻；

所述第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接第四二极管的阴极，所述第四二极管的阳极分别连接第五二极管的阴极和第十九电阻；所述第五二极管的阳极接第三三极管的发射极；所述第三三极管的基极分别连接第四三极管的集电极和第二十电阻；所述第四三极管的基极接另一两次放大的信号；所述第四三极管的发射极接第二十一电阻；

所述第一三极管、所述第二三极管、所述第三三极管、所述第四三极管工作在甲类状态，所述第二二极管、所述第五二极管为反向截止二极管；两路光信号经由所述第二三极管、所述第三三极管二次放大后分别与所述第三二极管、所述第四二极管连接。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本系统由于采用了对称感光系统，因此不怕太阳光散射和干扰，对于散射和干扰的太阳光可以彼此抑制抵消，因为干扰和散射光在某个瞬间某个小范围光的强度是相同的，只与电池板与太阳光的形成角度有关系，对太阳光产生角度偏差起作用。该系统的电路结构简单，不需要调零，便于生产，只需满足感光器的对称即可，且实现了对太阳光的精确跟踪。

附图说明

图1为一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统的结构示意图；

图2为感光器的安装示意图；

图3为感光器的电路结构图；

图4为电压比较器的电路结构图；

图5为CPU控制器的电路结构图；

图6为单片机的第十五引脚对外连接示意图；

图7为感光器的部分机械结构示意图；

图8为感光器的完整机械结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：Y轴上感光器；                           2：Y轴下感光器；

3：X轴左感光器；                           4：X轴右感光器；

5：第一电压比较器；                        6：第二电压比较器；

7：CPU控制器；                             8：马达驱动装置；

9：太阳能电池板；                          10：太阳能电池板框架；

11：感光器的电路；                         12：感光器的机械结构；

121：半圆圆柱形避光槽；                    122：避光槽上盖；

123：避光槽下盖；                          124：感光器件孔；

125：透明玻璃插槽；                        126：透明玻璃板；

L1：光敏三极管；                           R1：第一电阻；

R5：第五电阻；                             C2：第二电容；

R2：第二电阻；                             R3：第三电阻；

U1：运算放大器；                           R6：第六电阻；

R4：第四电阻；                             R7：第七电阻；

R8：第八电阻；                             R9：第九电阻；

R10：第十电阻；                            C1：第一电容；

D1：第一二极管；                           R51：第十一电阻；

R55：第十五电阻；                          R60：第二十电阻；

Q1：第一三极管；                           Q2：第二三极管；

R52：第十二电阻；                          D2：第二二极管；

R53：第十三电阻；                          D3：第三二极管；

D4：第四二极管；                           D5：第五二极管；

R59：第十九电阻；                          Q3：第三三极管；

Q4：第四三极管；                           R61：第二十一电阻；

T2：第二光耦；                             T1：第一光耦；

R54：第十四电阻；                          R56：第十六电阻；

R57：第十七电阻；                          R58：第十八电阻；

U5：单片机；                               C10：第四电容；

R75：第二十四电阻；                        X1：晶振；

C11：第五电容；                            C12：第六电容；

R74：第二十三电阻；                        L5：光敏三极管；

R76：第二十五电阻。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统，包括：Y轴上感光器1、Y轴下感光器2、X轴左感光器3、X轴右感光器4，还包括：与Y轴上感光器1和Y轴下感光器2分别电连接的第一电压比较器5、与X轴左感光器3和X轴右感光器4分别电连接的第二电压比较器6、第一电压比较器5和第二电压比较器6分别电连接CPU控制器7，CPU控制器7连接马达驱动装置8。

其中，Y轴上感光器1与Y轴下感光器2为对称结构，X轴左感光器3和X轴右感光器4为对称结构；Y轴上感光器1、Y轴下感光器2、X轴左感光器3和X轴右感光器4的机械结构、电路结构均相同。

其中，第一电压比较器5和第二电压比较器6的电路结构均相同。

参见图2，具体实现时，Y轴上感光器1、Y轴下感光器2为仰角光伏能感光探头，在太阳能电池板9上下对称排列；X轴左感光器3、X轴右感光器4为水平角光伏能感光探头，在太阳能电池板9左右对称排列；太阳能电池板9固定在太阳能电池板框架10上。

通过上述的设计使得整个光伏能电池板自动跟踪太阳光系统的电路简单，不需要调零，便于生产，只需满足感光器的对称即可，每10-20分钟(可调)对太阳能电池板9进行一次调整，步距角为0.9度，在保证跟踪太阳的同时，可以大大节省调整频次，减少因调整而消耗的能量。增加太阳能的吸收和储存。

参见图3，Y轴上感光器1、Y轴下感光器2、X轴左感光器3和X轴右感光器4的电路11均包括：光敏三极管L1，光敏三极管L1的集电极分别电连接第一电阻R1和第五电阻R5，光敏三极管L1的发射极接地；第一电阻R1分别接9V电源、第二电容C2和第二电阻R2，第二电容C2为电源滤波电容，第一电阻R1为光敏三极管L1的分压电阻；第二电阻R2连接第三电阻R3，第二电阻R2、第三电阻R3为运算放大器U1第一级放大器的反相输入端的分压电阻，经分压后与运算放大器U1的第二引脚(即第一级运放的反相输入端)连接；光敏三极管L1感应的信号经第五电阻R5输入到运算放大器U1的第三引脚(即第一级运放的同相输入端)，同时第五电阻R5连接第六电阻R6，第六电阻R6为输入信号偏置电阻；

运算放大器U1的第一引脚(即第一级运放的输出端)分别连接第四电阻R4和第七电阻R7，第四电阻R4连接运算放大器U1的第二引脚；第一级放大信号经运算放大器U1的第一引脚输出，经第七电阻R7输入运算放大器U1的第六引脚(即第二级运放的反相输入端)，第四电阻R4为第一级放大的反馈电阻；

运算放大器U1的第五引脚(即第二级运放的同相输入端)连接第八电阻R8，第七电阻R7依次连接第九电阻R9和第十电阻R10，第八电阻R8为运算放大器U1第二级运放的同相输入端的提供比较电压，第九电阻R9为第二级运放的反馈电阻，第十电阻R10为输出限位电阻；

运算放大器U1的第四引脚(即接地端)接地，第八引脚(即电源端)依次接9V电源和第一电容C1，第一电容C1为电源滤波电容，两次放大的信号经由运算放大器U1的第七引脚(即第二级运放的输出端)输出，输入到第一电压比较器5或第二电压比较器6中(即，实际工作中，若感光器为Y轴上感光器1与Y轴下感光器2，则Y轴的两次放大的信号(上轴或下轴)经由运算放大器U1的第七引脚输出，输入到第一电压比较器5中；若感光器为X轴左感光器3和X轴右感光器4，则X轴两次放大的信号(左轴或右轴)经由运算放大器U1的第七引脚输出，输入到第二电压比较器6中)。

其中，运算放大器U1的型号为LM358A，即整个光伏能电池板自动跟踪太阳光系统需要四个运算放大器U1，四个第一电容C1、四个第二电容C2等，分别组成Y轴上感光器1、Y轴下感光器2、X轴左感光器3和X轴右感光器4。

参见图4，以水平控制电路为例进行说明，第一电压比较器5和第二电压比较器6的电路结构均包括：5V电源，5V电源连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极分别连接第十一电阻R51、第十五电阻R55和第二十电阻R60，第一二极管D1为反向截止二极管；第十一电阻R51分别连接第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的基极；第一三极管Q1的基极接两次放大的信号(X左轴两次放大的信号或右轴两次放大的信号)；第一三极管Q1的发射极通过第十二电阻R52接地，第十一电阻R51、第十二电阻R52为第一三极管Q1的偏置电阻；第二三极管Q2的发射极接第二二极管D2的阳极，第二二极管D2的阴极通过第十三电阻R53接地，第十三电阻R53为第二三极管Q2的发射极偏置电阻；

第二二极管D2的阴极连接第三二极管D3的阳极，第三二极管D3的阴极连接第四二极管D4的阴极，第四二极管D4的阳极分别连接第五二极管D5的阴极和第十九电阻R59；第五二极管D5的阳极接第三三极管Q3的发射极；第三三极管Q3的基极分别连接第四三极管Q4的集电极和第二十电阻R60；第四三极管Q4的基极接另一两次放大的信号(X右轴两次放大的信号或左轴两次放大的信号)；第四三极管Q4的发射极接第二十一电阻R61，第二十电阻R60和第二十一电阻R61为第四三极管Q4的偏置电阻；

第十五电阻R55为第二三极管Q2、第三三极管Q3的集电极共用的偏置电阻；第十九电阻R59为第三三极管Q3的发射极偏置电阻；第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4工作在甲类状态，第二二极管D2、第五二极管D5为反向截止二极管，左右两路光信号经由第二三极管Q2、第三三极管Q3二次放大后分别与第三二极管D3、第四二极管D4连接；

当右轴的两次放大的信号强度大于左轴两次放大的信号强度时，右轴的两次放大的信号经由第三二极管D3、第二光耦T2、第十九电阻R59到地，T2导通，右轴的水平角信号输入端CKX2有信号输出到下一部分，CPU控制器7；

当左轴两次放大的信号强度大于右轴的两次放大的信号强度时，左轴两次放大的信号经由第四二极管D4、第一光耦T1、第十三电阻R53到地，T1导通，左轴水平角信号输入端CKX1有信号输出到下一部分，CPU控制器7；

其中，第一光耦T1还连接第十四电阻R54、第十六电阻R56，第十四电阻R54、第十六电阻R56为第一光耦T1的偏置电阻；第二光耦T2还连接第十七电阻R57、第十八电阻R58，第十七电阻R57、第十八电阻R58为第二光耦T2的偏置电阻。

以上为光伏能感光器水平控制电路，仰角控制电路与水平控制电路相同，输出信号为上轴的仰角信号输入端CKY1、下轴的仰角信号输入端CKY2，与CPU控制器7连接。

参见图5，CPU控制器7包括：单片机U5，单片机U5的第一引脚为复位脚，分别与第四电容C10、第二十四电阻R75连接，第四电容C10的正极与5V电源VCC连接，单片机U5的第四引脚还连接晶振X1、第五电容C11和第六电容C12；单片机U5的第六引脚FREE为控制水平角电机工作/停止信号端，单片机U5的第七引脚DIR为控制水平电机方向信号端，单片机U5的第八引脚CP为水平角电机片选信号；单片机U5的第十二引脚FREE1为控制仰角电机工作/停止信号端，单片机U5的第十一引脚DIR1为控制仰角电机方向信号端，单片机U5的第九引脚CP1为仰角电机片选信号端；单片机U5的第十九引脚CKX1、第十八引脚CKX2为水平角信号输入端，单片机U5的第十七引脚CKY1、第十六引脚CKY2为仰角信号输入端，单片机U5的第十五引脚Z为白天/夜晚工作/停止信号输入端；单片机U5的第二引脚、第三引脚、第十三引脚和第十四引脚悬空；其中，单片机U5的第六引脚FREE、单片机U5的第七引脚DIR、单片机U5的第八引脚CP、单片机U5的第十二引脚FREE1、单片机U5的第十一引脚DIR1和单片机U5的第九引脚CP1均和马达驱动装置8对应连接，马达驱动装置8包括水平电机和仰角电机。

参见图6，单片机U5的第十五引脚分别接第二十三电阻R74和光敏三极管L5的发射极，光敏三极管L5的集电极通过第二十五电阻R76连接9V电源，第二十三电阻R74和第二十五电阻R76为偏置电阻。其中，单片机U5的型号为89C2051。

参见图7和图8，Y轴上感光器1、Y轴下感光器2、X轴左感光器3、X轴右感光器4的机械结构12为半圆圆柱形避光结构，包括：半圆圆柱形避光槽121、半圆圆柱形避光槽121顶部设置有避光槽上盖122，半圆圆柱形避光槽121底部设置有避光槽下盖123，避光槽上盖122和避光槽下盖123用以遮挡上下方向的光线；避光槽下盖123上开设一个感光器件孔124，用于放置感光电路11；半圆柱形避光槽121用于遮挡一部分水平方向的光线，在半圆柱形避光槽121上还设置有透明玻璃插槽125，透明玻璃插槽125用于插入透明玻璃板126，使得光线只从透明玻璃板126的这一个方向进入。

通过上述设计，使得光线只从一个方向进来，经透明玻璃板126射入到感光电路11上，感光电路11将感应到的光信号输出到CPU控制器7。

本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统，其特征在于，包括：Y轴上感光器、Y轴下感光器、X轴左感光器、X轴右感光器，还包括：与所述Y轴上感光器和所述Y轴下感光器分别电连接的第一电压比较器、与所述X轴左感光器和所述X轴右感光器分别电连接的第二电压比较器；

所述第一电压比较器和所述第二电压比较器分别电连接CPU控制器，所述CPU控制器连接马达驱动装置；

所述Y轴上感光器与所述Y轴下感光器为对称结构，所述X轴左感光器和所述X轴右感光器为对称结构。

2.根据权利要求1所述的一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统，其特征在于，所述系统还包括：太阳能电池板，所述太阳能电池板固定在太阳能电池板框架上；

所述Y轴上感光器、所述Y轴下感光器为仰角光伏能感光探头，在所述太阳能电池板上下对称排列；

所述X轴左感光器、所述X轴右感光器为水平角光伏能感光探头，在所述太阳能电池板左右对称排列。

3.根据权利要求1所述的一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统，其特征在于，所述Y轴上感光器、所述Y轴下感光器、所述X轴左感光器和所述X轴右感光器的电路均包括：光敏三极管，

所述光敏三极管的集电极分别电连接第一电阻和第五电阻，所述光敏三极管的发射极接地；所述第一电阻分别接9V电源、第二电容和第二电阻；所述第二电阻连接第三电阻，所述第二电阻、所述第三电阻为运算放大器第一级放大器的反相输入端的分压电阻，经分压后与运算放大器的第一级运放的反相输入端连接；

所述光敏三极管感应的信号经所述第五电阻输入到运算放大器的第一级运放的同相输入端，同时所述第五电阻连接第六电阻；

所述运算放大器的第一级运放的输出端分别连接第四电阻和第七电阻，所述第四电阻连接运算放大器的第二引脚；第一级放大信号经运算放大器的第一引脚输出，经所述第七电阻输入运算放大器的第二级运放的反相输入端，所述第四电阻为第一级放大的反馈电阻；

运算放大器的第二级运放的同相输入端连接第八电阻，所述第七电阻依次连接第九电阻和第十电阻，所述第八电阻为运算放大器第二级运放的同相输入端提供比较电压；

两次放大的信号经由运算放大器的第二级运放的输出端输出，输入到所述第一电压比较器或所述第二电压比较器中。

4.根据权利要求1所述的一种光伏能电池板自动跟踪太阳光系统，其特征在于，所述第一电压比较器和第二电压比较器的电路结构均包括：5V电源，

所述5V电源连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极分别连接第十一电阻、第十五电阻和第二十电阻；所述第十一电阻分别连接第一三极管的集电极、第二三极管的基极；第一三极管的基极接两次放大的信号；所述第一三极管的发射极通过第十二电阻接地；第二三极管的发射极接第二二极管的阳极，第二二极管的阴极通过第十三电阻接地，所述第十三电阻为所述第二三极管的发射极偏置电阻；

所述第二二极管的阴极连接第三二极管的阳极，所述第三二极管的阴极连接第四二极管的阴极，所述第四二极管的阳极分别连接第五二极管的阴极和第十九电阻；所述第五二极管的阳极接第三三极管的发射极；所述第三三极管的基极分别连接第四三极管的集电极和第二十电阻；所述第四三极管的基极接另一两次放大的信号；所述第四三极管的发射极接第二十一电阻；

所述第一三极管、所述第二三极管、所述第三三极管、所述第四三极管工作在甲类状态，所述第二二极管、所述第五二极管为反向截止二极管；两路光信号经由所述第二三极管、所述第三三极管二次放大后分别与所述第三二极管、所述第四二极管连接。