CN105259930B - 全天候太阳方位跟踪方法及装置 - Google Patents
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Abstract
全天候太阳方位跟踪方法及装置，其特征在于以陈列分布的形式分布的n2个光敏元件，n>1，相邻两排和相邻两列的光敏元件间设置有隔板，太阳光线以一定角度斜射向光敏元件时，在隔板的作用下，各个光敏元件会获得不同大小的相对感光量，导致各个光敏元件具有不同的电阻值，通过测量各个光敏元件的电阻值就能获得各个光敏元件的相对感光量，依据各个光敏元件所获得的相对感光量及其在陈列中的位置，就能获得太阳相对于陈列分布的光敏元件的方位及太阳光线与陈列分布的光敏元件的检测面间的夹角。本发明与已有技术相比，具有能有效跟踪太阳光线照射方位的优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种方位跟踪技术，特别是太阳直射光跟踪技术。
背景技术：
本领域技术人员都知道，直射时获得的太阳辐射最强。受太阳光随着时间及季节的变化，其照射的角度的变化是三维的变化，而且，太阳光受大气及云层的影响，照射在太阳能电池板上的光的强度也是随时变化的，因此，很难确定该太阳光是否是直射光，这种情况下，依据太阳光的强度来控制太阳能电池板的姿态使太阳光能直射太阳能电池板是很困难的，因此，现有的普遍使用的太阳能电池板一般是固定不动的，是不能自动追寻太阳改变角度，即使有些具有跟踪功能的太阳能电池板，也仅是依据固定的二维的运动轨迹来转动太阳能电池板，使其能迎着太阳光，即使如此，也不能保证太阳光能直射到太阳能电池板上。
发明内容：
本发明的发明目的在于提供一种能有效跟踪太阳光线照射方位的全天候太阳方位跟踪方法及装置。-
本发明全天候太阳方位跟踪方法是这样实现的，以阵列分布在正方形四边的4b-4个光敏元件，n≥2，横向和竖向相邻的光敏元件间设置有隔板，太阳光线以一定角度斜射向光敏元件时，在隔板的作用下，各个光敏元件会获得不同大小的相对感光量，导致各个光敏元件具有不同的电阻值，通过测量各个光敏元件的电阻值就能获得各个光敏元件的相对感光量，依据各个光敏元件所获得的相对感光量及其在阵列中的位置，就能获得太阳相对于阵列分布的光敏元件的方位及太阳光线与阵列分布的光敏元件的检测面间的夹角。
这里，以阵列分布在正方形四边的4b-4个光敏元件设置在机架或者太阳能电池板上，机架由二轴以上的多维驱动器驱动，太阳能电池板固定在机架上，依据所获得的太阳的方位及太阳光线与阵列分布的光敏元件的检测面间的夹角，通过驱动二轴以上驱动的的多维驱动器使太阳能电池板与太阳光垂直。
本发明的全天候太阳方位跟踪装置包括基板、以阵列分布在正方形四边的4b-4个光敏元件，≥2，横向和竖向相邻的光敏元件间设置有隔板。
这里，设置有由二轴以上驱动的的多维驱动器、由多维驱动器驱动的机架、固定在机架上的太阳能电池板、微控制器，带有光敏元件的基板固定在机架或者太阳能电池板上，各个光敏元件的电信号输出与微控制器的相应的电信号输入相连，微控制器的控制电信号输出与多维驱动器的控制电信号输入相连。
工作时，在隔板的作用下，太阳光线以不同角度斜射向光敏元件，各个光敏元件会获得不同大小的相对感光量，依据各个光敏元件所获得的相对感光量及其在阵列中的位置，通过微控制器就能算出太阳相对于太阳能电池板的方位及太阳光线与太阳能电池板间的夹角，然后，通过微控制器控制多维驱动器转动，使太阳能电池板与直射太阳光线垂直。
本发明与已有技术相比，具有能有效跟踪太阳光线照射方位的优点。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1A点的局部立体图；
图3多维驱动器的结构示意图；
图4为电路控制原理图；
图5为微控制器的CPU电路图；
图6为多维驱动器控制电路图；
图7为指南针模块电路图。
具体实施方式：
现结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，本发明的全天候太阳方位跟踪装置包括基板1、以阵列分布在正方形四边的4b-4个光敏元件2，≥2，横向和竖向相邻的光敏元件间设置有隔板3。
这里，n最好是3，采用4块2—3（一般是2.5）厘米左右高度的隔板3，2块横，2块竖，垂直放置在太阳能电池板所在的平面，形成9个小隔间。在这9个小隔间内除中间的小隔间分别放置光敏电阻2。如此，这8个光敏电阻均相互被隔板3分隔，形成光敏元件的阵列结构。并且光敏元件阵列在太阳能电池板所在的平面上，随着太阳能电池板的移动而移动。光敏电阻D1，D8，D7为一组；光敏电阻D3，D4，D5为另一组。这两组呈东西方向用于检测太阳方位角的变化。
光敏电阻D1，D2，D3为一组；光敏电阻D7，D6，D5为另一组。这两组呈南北方向用于检测太阳高度角的变化。
太阳能电池板东西方向上的偏移：
当太阳光在太阳电池板的东西方向上略有偏移的时候，如太阳光照射在光敏电阻D3，D4，D5这一组上，而在另一边光敏电阻（D1，D8，D7这一组）由于挡板的作用形成阴影而减弱光强，从而使这两组的光敏电阻感光量不等，总会有电阻值：D3>D1;D4>D8;D5>D7;这使光敏电阻输出的两端电压不同。
经STC12C5A60S2单片机（微控制器）进行电压的采集，然后单片机将采集到各光敏电阻电压进行转换，换算出这两组光敏电阻的电压差值方向和大小后，控制水平方向的电机往光感量强的那一组光敏电阻的方向移动。直到检测太阳方位角的两组光敏电阻的光感量在误差范围内相等（D3=D1;D4=D8;D5=D7），则电机停止。此时太阳光在太阳能板的东西方向上没有偏移。
太阳能电池板南北方向上的偏移：
当太阳光在太阳电池板的南北方向上略有偏移的时候，如太阳光照射在光敏电阻D1，D2，D3这一组上，而在另一边光敏电阻（D7，D6，D5这一组）由于挡板的作用形成阴影而减弱光强，从而使这两组的光敏电阻感光量不等，总会有电阻值：D1>D7;D2>D6;D3>D5;这使光敏电阻输出的两端电压不同。
经STC12C5A60S2单片机进行电压的采集，然后单片机将采集到各光敏电阻电压进行转换，换算出这两组光敏电阻的电压差值方向和大小后，控制垂直方向的电机往光感量强的那一组光敏电阻的方向移动。直到检测太阳高度角的两组光敏电阻的光感量在误差范围内相等（D3=D1;D4=D8;D5=D7），则电机停止。此时太阳光在太阳能板的南北方向上没有偏移。
太阳光在太阳能电池板上没有偏移：
当太阳能板经过东西方向的调整和南北方向的调整后，太阳光垂直照射在太阳能电池板上，同时也垂直照射光敏元件检测阵列，此时光敏元件阵列上所有的光敏电阻的感光量在一定的误差范围内均相等，经单片机采集检测后，所有光敏电阻的电压值在误差范围内均相等，便得知太阳光垂直于太阳能板，太阳能板没有发生偏移。此时水平方向和垂直方向的电机均不动作。
这样，既精确有效地检测太阳相对于阵列分布的光敏元件的方位及太阳光线与阵列分布的光敏元件的检测面间的夹角，同时，检测面又不会很大。
如图1、2、3、4、5所示，设置有由动力为步进电机的二轴以上驱动的的多维驱动器4、由多维驱动器4驱动的机架5、固定在机架5上的太阳能电池板6、微控制器7，带有光敏元件2的基板1固定在机架5或者太阳能电池板6上，各个光敏元件2的电信号输出与微控制器7的相应的电信号输入相连，微控制器7的控制电信号输出与多维驱动器4的控制电信号输入相连。
设置有指南针模块8，指南针模块8的电信号输出与微控制器7的电信号输入相连，采用指南针模块8结合时间控制，先通过微控制器7控制多维驱动器4动作，使太阳能电池板的朝向与太阳的照射方向大致相同，然后，再通过阵列分布的光敏元件进行精确检测，从而快速地调整太阳能电池板的位置调整，使其垂直于太阳照射的方向。
设置有电信号输出与微控制器7的电信号输入相连的地磁感应9、陀螺仪10、三轴角度传感器11，可即时监测光伏板方位角、俯仰角，精度可达0.01°。
配置LCD人机界面程序，可通过触摸屏设置各种参数。可以通过包括蓝牙在内的无线通信12进行远距离监测与控制。
本发明的全天候太阳方位跟踪方法是这样实现的，太阳光线以一定角度斜射向光敏元件时，在隔板的作用下，各个光敏元件会获得不同大小的相对感光量，导致各个光敏元件具有不同的电阻值，通过测量各个光敏元件的电阻值就能获得各个光敏元件的相对感光量，依据各个光敏元件所获得的相对感光量及其在阵列中的位置，就能获得太阳相对于阵列分布的光敏元件的方位及太阳光线与阵列分布的光敏元件的检测面间的夹角。
依据所获得的太阳的方位及太阳光线与阵列分布的光敏元件的检测面间的夹角，通过驱动二轴以上驱动的的多维驱动器使太阳能电池板与太阳光垂直。全天候跟踪精度可达0.1°。
通过GPS自动获取经纬度、海拔高度、当地时间，计算太阳方位角与高度角，配合所获得的太阳的方位及太阳光线与阵列分布的光敏元件的检测面间的夹角，就能精确控制太阳能电池板的姿态，使其随时都与太阳光线垂直。
Claims (6)
1.全天候太阳方位跟踪装置的全天候太阳方位跟踪方法，其特征在于包括基板、以阵列分布的形式分布在基板上的n2个光敏元件，n>1，相邻两排和相邻两列的光敏元件间设置有隔板，设置有由二轴以上驱动的多维驱动器、由多维驱动器驱动的机架、固定在机架上的太阳能电池板、微控制器，带有光敏元件的基板固定在机架或者太阳能电池板上，各个光敏元件的电信号输出与微控制器的相应的电信号输入相连，微控制器的控制电信号输出与多维驱动器的控制电信号输入相连，依据所获得的太阳的方位及太阳光线与阵列分布的光敏元件的检测面间的夹角，通过驱动二轴以上驱动的多维驱动器使太阳能电池板与太阳光垂直，n是3，采用4块2—3厘米高度的隔板，2块横隔板，2块竖隔板，2块横隔板交叉设置在2块竖隔板上并垂直放置在太阳能电池板所在的平面，形成9个小隔间，在这9个小隔间内除中间的小隔间外分别放置光敏元件，光敏元件即是光敏电阻，如此，这8个光敏电阻均相互被隔板分隔，形成光敏元件的阵列结构，并且光敏元件阵列在太阳能电池板所在的平面上，随着太阳能电池板的移动而移动，光敏电阻D1，D8，D7为一组；光敏电阻D3，D4，D5为另一组，这两组呈东西方向用于检测太阳方位角的变化，
光敏电阻D1，D2，D3为一组，光敏电阻D7，D6，D5为另一组，这两组呈南北方向用于检测太阳高度角的变化，
太阳能电池板东西方向上的偏移：
当太阳光在太阳能电池板的东西方向上略有偏移的时候，太阳光照射在光敏电阻D3，D4，D5这一组上，而在另一边光敏电阻D1，D8，D7由于挡板的作用形成阴影而减弱光强，从而使这两组的光敏电阻感光量不等，总会有电阻值：D3>D1;D4>D8;D5>D7;这使光敏电阻输出的两端电压不同，
经微控制器进行电压的采集，然后微控制器将采集到各光敏电阻电压进行转换，换算出这两组光敏电阻的电压差值方向和大小后，控制水平方向的电机往光感量强的那一组光敏电阻的方向移动，直到检测太阳方位角的D3，D4，D5和D1，D8，D7两组光敏电阻的光感量在误差范围内相等，则电机停止，此时太阳光在太阳能电池板的东西方向上没有偏移，
太阳能电池板南北方向上的偏移：
当太阳光在太阳能电池板的南北方向上略有偏移的时候，太阳光照射在光敏电阻D1，D2，D3这一组上，而在另一边光敏电阻D7，D6，D5由于挡板的作用形成阴影而减弱光强，从而使这两组的光敏电阻感光量不等，总会有电阻值：D1>D7;D2>D6;D3>D5;这使光敏电阻输出的两端电压不同，
经微控制器进行电压的采集，然后微控制器将采集到各光敏电阻电压进行转换，换算出D1，D2，D3和D7，D6，D5这两组光敏电阻的电压差值方向和大小后，控制垂直方向的电机往光感量强的那一组光敏电阻的方向移动，直到检测太阳高度角的两组光敏电阻的光感量在误差范围内相等，则电机停止，此时太阳光在太阳能电池板的南北方向上没有偏移，
太阳光在太阳能电池板上没有偏移：
当太阳能电池板经过东西方向的调整和南北方向的调整后，太阳光垂直照射在太阳能电池板上，同时也垂直照射光敏元件检测阵列，此时光敏元件阵列上所有的光敏电阻的感光量在一定的误差范围内均相等，经微控制器采集检测后，所有光敏电阻的电压值在误差范围内均相等，便得知太阳光垂直于太阳能电池板，太阳能电池板没有发生偏移，此时水平方向和垂直方向的电机均不动作。
2.根据权利要求1 所述的全天候太阳方位跟踪方法，其特征在于设置有指南针模块，指南针模块的电信号输出与微控制器的电信号输入相连。
3.根据权利要求2所述的全天候太阳方位跟踪方法，其特征在于设置有电信号输出与微控制器的电信号输入相连的地磁感应、陀螺仪、三轴角度传感器。
4.根据权利要求1或2或3所述的全天候太阳方位跟踪方法，其特征在于通过包括蓝牙在内的无线通信进行远距离监测与控制。
5.根据权利要求1或2或3所述的全天候太阳方位跟踪方法，其特征在于太阳光线以一定角度斜射向光敏元件时，在隔板的作用下，各个光敏元件会获得不同大小的相对感光量，导致各个光敏元件具有不同的电阻值，通过测量各个光敏元件的电阻值就能获得各个光敏元件的相对感光量，依据各个光敏元件所获得的相对感光量及其在阵列中的位置，就能获得太阳相对于阵列分布的光敏元件的方位及太阳光线与阵列分布的光敏元件的检测面间的夹角。
6.根据权利要求4所述的全天候太阳方位跟踪方法，其特征在于太阳光线以一定角度斜射向光敏元件时，在隔板的作用下，各个光敏元件会获得不同大小的相对感光量，导致各个光敏元件具有不同的电阻值，通过测量各个光敏元件的电阻值就能获得各个光敏元件的相对感光量，依据各个光敏元件所获得的相对感光量及其在阵列中的位置，就能获得太阳相对于阵列分布的光敏元件的方位及太阳光线与阵列分布的光敏元件的检测面间的夹角。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wu Binghe Inventor after: Zhang Caixia Inventor after: Gong Aiqun Inventor after: Wang Xiangdong Inventor before: Wu Binghe Inventor before: Zhang Caixia Inventor before: Gong Aiqun |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhang Caixia Inventor after: Wu Binghe Inventor after: Gong Aiqun Inventor after: Wang Xiangdong Inventor before: Wu Binghe Inventor before: Zhang Caixia Inventor before: Gong Aiqun Inventor before: Wang Xiangdong |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191230 Address after: Room 1402g, block 4, No.28, Jihua 1st Road, Chancheng District, Foshan City, Guangdong Province Patentee after: Foshan cainatiancheng Biotechnology Research Institute Co., Ltd Address before: 528000 Jiangwan Road, Guangdong, No. 18, No. Patentee before: Foshan Science &. Technology College |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180223 Termination date: 20191125 |