CN105425834A - 一种阳光追踪装置及其追踪阳光的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阳光追踪装置及其追踪阳光的方法，其中阳光追踪装置，包括旋转板、旋转驱动机构、翻转板、翻转驱动机构、驱动控制器、实时时钟和微处理器；所述旋转驱动机构驱动旋转板转动；所述翻转驱动机构固定在旋转板上，并驱动翻转板转动；所述翻转板的转动轴水平设置；所述驱动控制器控制旋转驱动机构和翻转驱动机构动作；所述驱动控制器和实时时钟均与微处理器电连接。本发明通过实时时钟为微处理器提供时间信息，通过输入太阳能接收装置的所在地的经纬度信息即可计算出太阳的准确方向，然后通过驱动控制器控制旋转驱动机构和翻转驱动机构动作，使太阳能接收装置在任何情况下都能准确地对准太阳，结构简单，成本低。

Description

一种阳光追踪装置及其追踪阳光的方法

技术领域

本发明涉及一种阳光追踪装置及其追踪阳光的方法。

背景技术

在许多太阳能接收装置上，都希望最大效率地接收太阳能，自动跟踪太阳的方位，往往采用若干个光电接收装置，判断太阳的方位。这种方式在太阳被遮挡时，会失去方向，在遮挡解除后，由于太阳的方向已经改变，往往不能找到新的太阳方向。因此有必要设计一种在任何情况下都能使太阳能接收装置准确地对准太阳的阳光追踪装置，使太阳能接收装置发挥最大效能。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种在任何情况下都能使太阳能接收装置准确地对准太阳的阳光追踪装置。

实现本发明第一个目的的技术方案是：阳光追踪装置，包括旋转板、旋转驱动机构、翻转板、翻转驱动机构、驱动控制器、实时时钟和微处理器；所述旋转驱动机构驱动旋转板转动；所述翻转驱动机构固定在旋转板上，并驱动翻转板转动；所述翻转板的转动轴水平设置；所述驱动控制器控制旋转驱动机构和翻转驱动机构动作；所述驱动控制器和实时时钟均与微处理器电连接。

所述旋转驱动机构包括底板和旋转驱动电机；所述旋转驱动电机固定在底板上，并驱动旋转板转动；所述旋转驱动电机与驱动控制器电连接。

所述翻转驱动机构包括翻转支架和翻转驱动电机；所述翻转支架固定在旋转板上；所述翻转板的两端与翻转支架转动连接；所述翻转驱动电机固定在翻转支架上，并驱动翻转板转动；所述翻转驱动电机与驱动控制器电连接。

所述驱动控制器采用继电器。

优选的技术方案：还包括GPS模块；所述GPS模块与微处理器电连接。

本发明的第二个目的是提供一种阳光追踪装置追踪阳光的方法，使太阳能接收装置在任何情况下都能准确地对准太阳。

实现本发明第二个目的的技术方案是：阳光追踪装置追踪阳光的方法，包括以下步骤：

①、将阳光追踪装置水平放置，并校对实时时钟的时间；

②、微处理器(7)获取经纬度信息、以及日期和时间信息，并计算出阳光相对于的地平面上经线方向的夹角Ψ和阳光与的地平面法线的夹角Θ；

③、以子午线方向为基准方向，计算出翻转板(3)对准阳光所需的翻转板(3)的仰角和旋转板(1)的方向角；

④、通过驱动控制器(5)控制旋转驱动机构(2)和翻转驱动机构(4)动作，使翻转板(3)对准太阳。

所述步骤②中微处理器(7)获取的经纬度信息为手动输入或者通过增加GPS模块(8)来自动获取。

所述步骤②中计算阳光相对于的地平面上经线方向的夹角Ψ和阳光与的地平面法线的夹角Θ的具体计算公式为：

cosΨ＝cosωtsin(θ-β+Ωt)-sinωtcos(θ-β+Ωt)cosα，

cosΘ＝-cosωtcosψcos(θ-β+Ωt)

-sinωtcosψsin(θ-β+Ωt)cosα+sinωtsinψsinα，

其中是Ω地球自转的角速度，ω是地球公转的角速度，θ是经度，ψ是纬度，α是地轴与黄道面的夹角，β是春分时刻正午的经度，t则是距离春分的时间。

所述步骤③的具体计算公式为：

翻转板(3)的仰角＝π/2-Θ；

旋转板(1)的方向角γ′为： ${\mathrm{tan\γ}}^{\′}=\±\frac{cos\mathrm{\Ψ}}{\sqrt{1-{\cos }^2\mathrm{\Θ}-{\cos }^2\mathrm{\Ψ}}}.$

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明的翻转板用于安装太阳能接收装置，通过实时时钟为微处理器提供时间信息，通过输入太阳能接收装置的所在地的经纬度信息即可计算出太阳的准确方向，然后通过驱动控制器控制旋转驱动机构和翻转驱动机构动作，使太阳能接收装置在任何情况下都能准确地对准太阳，结构简单，成本低。

(2)本发明还设置与微处理器电连接的GPS模块，从而自动获取实时经纬度信息，无需手动输入，使用更加方便。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的实施例1的结构示意图。

图2为本发明的实施例2的结构示意图。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例的阳光追踪装置，包括旋转板1、旋转驱动机构2、翻转板3、翻转驱动机构4、驱动控制器5、实时时钟6和微处理器7。

旋转驱动机构2包括底板21和旋转驱动电机22。旋转驱动电机22固定在底板21上，并驱动旋转板1转动。翻转驱动机构4包括翻转支架41和翻转驱动电机42。翻转支架41固定在旋转板1上。翻转板3的两端与翻转支架41转动连接。翻转驱动电机42固定在翻转支架41上，并驱动翻转板3转动。翻转板3的转动轴水平设置。旋转驱动电机22和翻转驱动电机42均与驱动控制器5电连接。驱动控制器5采用继电器。驱动控制器5和实时时钟6均与微处理器7电连接。

使用时太阳能接收装置安装在翻转板3上。

本实施例阳光追踪装置追踪阳光的方法，包括以下步骤：

①、将阳光追踪装置水平放置，并校对实时时钟的时间；

②、微处理器7获取经纬度信息、以及日期和时间信息，并计算出阳光相对于的地平面上经线方向的夹角Ψ和阳光与的地平面法线的夹角Θ；经纬度信息通过手动输入获取；计算阳光相对于的地平面上经线方向的夹角Ψ和阳光与的地平面法线的夹角Θ的具体计算公式为：

cosΨ＝cosωtsin(θ-β+Ωt)-sinωtcos(θ-β+Ωt)cosα，

cosΘ＝-cosωtcosψcos(θ-β+Ωt)

-sinωtcosψsin(θ-β+Ωt)cosα+sinωtsinψsinα，

其中是Ω地球自转的角速度，ω是地球公转的角速度，θ是经度，ψ是纬度，α是地轴与黄道面的夹角，β是春分时刻正午的经度，t则是距离春分的时间。

(已知北京时间2012年3月20日13时13分春分，此时东经102.75°恰好为正午。以此时刻为时间基点，β＝102.75°。)

③、以子午线方向为基准方向，计算出翻转板3对准阳光所需的翻转板3的仰角和旋转板1的方向角；具体计算公式为：

翻转板3的仰角＝π/2-Θ；

旋转板1的方向角γ′为： ${\mathrm{tan\γ}}^{\′}=\±\frac{cos\mathrm{\Ψ}}{\sqrt{1-{\cos }^2\mathrm{\Θ}-{\cos }^2\mathrm{\Ψ}}}$

④、通过驱动控制器5控制旋转驱动机构2和翻转驱动机构4动作，使翻转板3对准太阳。

(实施例2)

见图2，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：还包括GPS模块8。

GPS模块8与微处理器7电连接。微处理器7获取的经纬度信息通过GPS模块8自动获取。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.阳光追踪装置，其特征在于：包括旋转板(1)、旋转驱动机构(2)、翻转板(3)、翻转驱动机构(4)、驱动控制器(5)、实时时钟(6)和微处理器(7)；所述旋转驱动机构(2)驱动旋转板(1)转动；所述翻转驱动机构(4)固定在旋转板(1)上，并驱动翻转板(3)转动；所述翻转板(3)的转动轴水平设置；所述驱动控制器(5)控制旋转驱动机构(2)和翻转驱动机构(4)动作；所述驱动控制器(5)和实时时钟(6)均与微处理器(7)电连接。

2.根据权利要求1所述的阳光追踪装置，其特征在于：所述旋转驱动机构(2)包括底板(21)和旋转驱动电机(22)；所述旋转驱动电机(22)固定在底板(21)上，并驱动旋转板(1)转动；所述旋转驱动电机(22)与驱动控制器(5)电连接。

3.根据权利要求1所述的阳光追踪装置，其特征在于：所述翻转驱动机构(4)包括翻转支架(41)和翻转驱动电机(42)；所述翻转支架(41)固定在旋转板(1)上；所述翻转板(3)的两端与翻转支架(41)转动连接；所述翻转驱动电机(42)固定在翻转支架(41)上，并驱动翻转板(3)转动；所述翻转驱动电机(42)与驱动控制器(5)电连接。

4.根据权利要求1所述的阳光追踪装置，其特征在于：所述驱动控制器(5)采用继电器。

5.根据权利要求1所述的阳光追踪装置，其特征在于：还包括GPS模块(8)；所述GPS模块(8)与微处理器(7)电连接。

6.阳光追踪装置追踪阳光的方法，其特征在于：包括以下步骤：

①、将阳光追踪装置水平放置，并校对实时时钟的时间；

②、微处理器(7)获取经纬度信息、以及日期和时间信息，并计算出阳光相对于的地平面上经线方向的夹角Ψ和阳光与的地平面法线的夹角Θ；

③、以子午线方向为基准方向，计算出翻转板(3)对准阳光所需的翻转板(3)的仰角和旋转板(1)的方向角；

④、通过驱动控制器(5)控制旋转驱动机构(2)和翻转驱动机构(4)动作，使翻转板(3)对准太阳。

7.根据权利要求6所述的阳光追踪装置追踪阳光的方法，其特征在于：所述步骤②中微处理器(7)获取的经纬度信息为手动输入或者通过增加GPS模块(8)来自动获取。

8.根据权利要求6所述的阳光追踪装置追踪阳光的方法，其特征在于：所述步骤②中计算阳光相对于的地平面上经线方向的夹角Ψ和阳光与的地平面法线的夹角Θ的具体计算公式为：

cosΨ＝cosωtsin(θ-β+Ωt)-sinωtcos(θ-β+Ωt)cosα，

cosΘ＝-cosωtcosψcos(θ-β+Ωt)

-sinωtcosψsin(θ-β+Ωt)cosα+sinωtsinψsinα，

其中是Ω地球自转的角速度，ω是地球公转的角速度，θ是经度，ψ是纬度，α是地轴与黄道面的夹角，β是春分时刻正午的经度，t则是距离春分的时间。

9.根据权利要求8所述的阳光追踪装置追踪阳光的方法，其特征在于：所述步骤③的具体计算公式为：

翻转板(3)的仰角＝π/2-Θ；

旋转板(1)的方向角γ′为： ${\mathrm{tan\γ}}^{\′}=\±\frac{cos\mathrm{\Ψ}}{\sqrt{1-{\cos }^2\mathrm{\Θ}-{\cos }^2\mathrm{\Ψ}}}.$