CN104679033B - 一种太阳光垂直照射跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳光垂直照射跟踪装置，包括支架、正交机构、采光板、信号接收器、控制器、第一驱动电机和第二驱动电机，正交机构和第二驱动电机设置在支架上，且正交机构与第二驱动电机的驱动轴相连，采光板和第一驱动电机设置在正交机构上，且采光板与第一驱动电机的驱动轴相连，信号接收器和控制器设置在采光板上，信号接收器、第一驱动电机和第二驱动电机分别通过导线与控制器相连。本发明能够实现全天候垂直照射、操作简单、应用广泛、成本低廉。

Description

一种太阳光垂直照射跟踪装置

技术领域：

本发明涉及一种太阳光垂直照射跟踪装置。

背景技术：

人们为了节省能源，注意力更多地集中在太阳能充分利用方面，在能化技术相当的情况下，扩大光照面积提高能化器光照强度及延长光照时间，是改进太阳能设备的主方向。其中增大能化器光照面积会增加成本而且还受到采光区域的限制，因此，提高能化器的光照强度延长照射时间成为关键。实验表明，在同样的太阳能装置中，垂直照射比自然照射的光能转化效率要高35%以上。由于太阳光是间歇性分散式照射，要保持太阳光的垂直照射必须把太阳能光照面的运动与太阳移动一致。近阶段国内出现了一些跟踪装置，如，专利申请号为2014203752049的文献中给出了“一种新型光伏双轴跟踪支架”，通过前后两排十字联轴器，为太阳光接收器形成聚光、光伏双轴跟踪支架，采用模块化设计组成双轴跟踪支架方阵；专利申请号为2011203088660的文献中给出了“自行式太阳光跟踪器”，把太阳能电池板固定在减速齿轮箱上，由驱动电机驱动调整太阳能电池板对准太阳，用键盘将当地的位置和当时的具体时间输入到单片机，通过公式计算电机的角度，控制电池板自行跟踪太阳；专利申请号为2011203492090的文献中给出了“一种太阳能电池板取样跟踪传感装置”，所用的传感器是多块太阳能电池板，每块电池板在保持地面和太阳夹角的同时有各自的方向，通过取样跟踪装置提高光电转换效率。它们结构复杂成本较高，适用于电池板的跟踪。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。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，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、设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

为了填补现有太阳能装置中的不足，本发明的目的是，提供一种能够自动调整光能转化器的受光面与太阳光线垂直的太阳光垂直照射跟踪装置，它能在太阳光线方向改变时仍然保持垂直状态，本发明装置带有时钟控制功能，能在无光时让系统回到初始状态，便于下一次的快速跟踪和系统保护。

本发明所采用的技术方案有：

一种太阳光垂直照射跟踪装置，包括支架、正交机构、采光板、信号接收器、控制器、第一驱动电机和第二驱动电机，所述正交机构和第二驱动电机设置在支架上，且正交机构与第二驱动电机的驱动轴相连，采光板和第一驱动电机设置在正交机构上，且采光板与第一驱动电机的驱动轴相连，信号接收器和控制器设置在采光板上，信号接收器、第一驱动电机和第二驱动电机分别通过导线与控制器相连。

进一步地，所述正交机构包括第一转轴、轴管、第二转轴和第一轴承，所述第一转轴设置在轴管下端，两个所述第一轴承对称设置在轴管的侧壁上，第二转轴通过两个所述第一轴承穿接在轴管的侧壁上，所述第一转轴转动设置在支架上。

进一步地，所述支架为可伸缩结构，包括底座、母杆、子杆、调节螺母、圆盘和第二轴承，所述母杆设置在底座上，子杆插接在母杆内，调节螺母设置在子母杆的结合处，圆盘设置在子杆顶端，第二轴承设置在圆盘上，所述正交机构中的第一转轴转动设置在支架上第二轴承内，第二驱动电机设置在圆盘上。

进一步地，所述采光板包括平板和两梯形立板，所述梯形立板垂直设置在采光板下端面两侧，所述梯形立板上设有轴孔，采光板通过轴孔转动设置在正交机构的第二转轴上。

进一步地，所述信号接收器包括矩形体框架、输出接口和五个光感器，所述五个光感器分别设置在矩形体框架的底面和四侧面上，输出接口分别与每个光感器相连。

进一步地，所述控制器包括中央处理单元以及分别对应连接在中央处理单元控制端的单元处理器、时钟控制器、第一输出接口和第二输出接口，所述信号接收器上的输出接口分别与单元处理器对应连接，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别通过导线与控制器的第一输出接口和第二输出接口相连。

本发明具有如下有益效果：

本发明操作简单，只要组装固定好装置调整好初始位，启动控制器控制正交机构，使得采光板转到与光线垂直的位置；全天候跟踪，采光板会随太阳移动连续地保持与光线垂直，垂直照射误差小时间长；功能齐全，设有时钟控制器，只要设置好时间，采光板面会在无光线照射时回位到初始状态，便于有光时的快速跟踪及系统保护；应用广泛，在载荷限度内，采光板上能放置任何形式的光能转化器；成本低廉，所用材料较为普通，成本低廉，容易购买、制作和加工。

附图说明：

图 1 为本发明结构图。

图 2 为本发明中正交机构结构图。

图 3 为本发明中支架结构图。

图 4 为本发明中平板结构图。

图 5 为本发明中信号接收器结构图。

图 6 为本发明中控制器结构框图。

其中

1-支架；11-底座；12-母杆；13-子杆；14-调节螺母；15-圆盘；16-第二轴承；2-正交机构；21-第一转轴；22-轴管；23-第二转轴；24-第一轴承；3-采光板；31-平板；32-梯形立板；33-轴孔；34-圆孔；4-信号接收器；40-矩形体框架；41-光感器；46-输出接口；5-控制器；6-第一驱动电机；7-第二驱动电机。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

请参照图1所示，本发明一种太阳光垂直照射跟踪装置, 包括支架1、正交机构2、采光板3、信号接收器4、控制器5、第一驱动电机6和第二驱动电机7，正交机构2和第二驱动电机7设置在支架1上，且正交机构2通过齿轮配合（图中未画出）与第二驱动电机7的驱动轴相连；采光板3和第一驱动电机6设置在正交机构2上，且采光板3通过齿轮配合（图中未画出）与第一驱动电机6的驱动轴相连；信号接收器4和控制器5设置在采光板3上，信号接收器4、第一驱动电机6和第二驱动电机7分别通过导线与控制器5相连。

如图2，正交机构2包括第一转轴21、轴管22、第二转轴23和第一轴承24，第一转轴21设置在轴管22下端，两个第一轴承24对称设置在轴管22的上段侧壁上，第二转轴23通过两个第一轴承24穿接在轴管22的侧壁上。正交机构2通过第一转轴21转动设置在支架1上。第一驱动电机6设置在轴管22上，且第一驱动电机6的驱动轴通过齿轮配合（图中未画出）与第二转轴23转动连接。

如图3，支架1为可伸缩结构，包括底座11、母杆12、子杆13、调节螺母14、圆盘15和第二轴承16，母杆12设置在底座11上，子杆13插接在母杆12内，调节螺母14设置在子母杆的结合处，圆盘15设置在子杆13顶端，第二轴承16设置在圆盘15上，正交机构2中的第一转轴21转动设置在支架1上第二轴承16内。第二驱动电机7设置在圆盘15上，且第二驱动电机7的驱动轴通过齿轮配合（图中未画出）与正交机构2上的第一转轴21转动连接。

如图4，采光板3包括平板31和两梯形立板32，两梯形立板32垂直设置在采光板3下端面两侧，在两个梯形立板32上设有轴孔33，采光板3通过该述轴孔33转动设置在正交机构2的第二转轴23上。

如图5，信号接收器4包括矩形体框架40、输出接口46和五个光感器41，五个光感器41分别设置在矩形体框架40底面和四侧面上，输出接口46设置在矩形体框架40底棱上，输出接口46分别与每个光感器相连。

如图6，控制器5包括中央处理单元以及分别对应连接在中央处理单元控制端的时钟控制器、第一输出接口、第二输出接口和五个单元处理器，信号接收器4上的输出接口46分别与五个单元处理器对应连接，第一驱动电机6和第二驱动电机7分别通过导线与控制器6的第一输出接口和第二输出接口相连。

本发明的工作原理是平面的绕定点运动、壁阻挡定向性及光电感应。平面绕点运动：有限平面以自身上某点的垂直直线为轴旋转，能改变平面法向量的方向角，方向角的改变可以通过平面转轴转角得到控制。壁阻挡定向性：两个有限不透明垂直平面，其中一个能够阻挡不同方向的光线照射另一个平面或局部；两个有限不透明平行平面，其中一个能够阻挡不同方向的光线照射另一个平面或局部。光电感应：有些材料或电子元器件，经一定强度的太阳光照射能发出信号（如电流），光强度较低或没有光照射信号弱或不产生信号。

本发明中，正交机构2的独立转动使得采光板3上端面法线方向改变，通过控制第一电机6和第二电机7的转速达到控制采光板3方向；长方体状信号接收器4，其内壁是互相垂直且侧壁是对面平行，由于侧壁的阻挡，射入到信号接收器4内部的光线，五个光感器中就有一到三个被照射，光线的方向不同被感知的光感器位置组合不同，信号接收器4就会发出不同的信号，并传输给控制器5中的单元处理器，经由单元处理器传输至中央处理单元，中央处理单元控制第一驱动电机6和第二驱动电机7不同的速度组合运转，使采光板3调整到与太阳光垂直的方向。控制器5中的时钟控制器，只需预先设置好时间，采光板3会在无光线照射时回位到初始状态，便于有光时的快速跟踪及系统保护。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种太阳光垂直照射跟踪装置，其特征在于：包括支架（1）、正交机构（2）、采光板（3）、信号接收器（4）、控制器（5）、第一驱动电机（6）和第二驱动电机（7），所述正交机构（2）和第二驱动电机（7）设置在支架（1）上，且正交机构（2）与第二驱动电机（7）的驱动轴相连，采光板（3）和第一驱动电机（6）设置在正交机构（2）上，且采光板（3）与第一驱动电机（6）的驱动轴相连，信号接收器（4）和控制器（5）设置在采光板（3）上，信号接收器（4）、第一驱动电机（6）和第二驱动电机（7）分别通过导线与控制器（5）相连；

所述信号接收器（4）包括矩形体框架（40）、输出接口（46）和五个光感器（41），所述五个光感器（41）分别设置在矩形体框架（40）的底面和四侧面上，输出接口（46）分别与每个光感器相连；

所述正交机构（2）包括第一转轴（21）、轴管（22）、第二转轴（23）和第一轴承（24），所述第一转轴（21）设置在轴管（22）下端，两个所述第一轴承（24）对称设置在轴管（22）的侧壁上，第二转轴（23）通过两个所述第一轴承（24）穿接在轴管（22）的侧壁上，所述第一转轴（21）转动设置在支架（1）上；

所述支架（1）为可伸缩结构，包括底座（11）、母杆（12）、子杆（13）、调节螺母（14）、圆盘（15）和第二轴承（16），所述母杆（12）设置在底座（11）上，子杆（13）插接在母杆（12）内，调节螺母（14）设置在子母杆的结合处，圆盘（15）设置在子杆（13）顶端，第二轴承（16）设置在圆盘（15）上，所述正交机构（2）中的第一转轴（21）转动设置在支架（1）上第二轴承（16）内，第二驱动电机（7）设置在圆盘（15）上。

2.根据权利要求1所述的太阳光垂直照射跟踪装置, 其特征在于：所述采光板（3）包括平板（31）和两梯形立板（32），所述梯形立板（32）垂直设置在采光板（3）下端面两侧，所述梯形立板（32）上设有轴孔（33），采光板（3）通过轴孔（33）转动设置在正交机构（2）的第二转轴（23）上。

3.根据权利要求2所述的太阳光垂直照射跟踪装置，其特征在于：所述控制器（5）包括中央处理单元以及分别对应连接在中央处理单元控制端的单元处理器、时钟控制器、第一输出接口和第二输出接口，所述信号接收器（4）上的输出接口（46）分别与单元处理器对应连接，所述第一驱动电机（6）和第二驱动电机（7）分别通过导线与控制器（6）的第一输出接口和第二输出接口相连。