CN105892502A - 一种太阳能自动跟踪方法及系统 - Google Patents

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耿晓强
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Abstract

本发明公开了一种太阳能自动跟踪方法及系统，该系统包括太阳能监测装置和支架调节装置，所述的太阳能监测装置包括安装在太阳能板上不透光的盒子以及设置在盒子底部的光敏电阻阵列，在盒子的顶部中央开设有透光孔，所述的光敏电阻阵列是由两个以上的光敏电阻分别和普通金属膜电阻串联而成的并联分压电路，该分压电路与单片机连接；所述的支架调节装置由东西方向调节机构和南北方向调节机构组成。本发明通过太阳能监测装置对太阳能进行实时监测，并通过支架调节装置对太阳能板的角度进行全方位地调节，使得太阳能板在最大限度地节约功耗的基础上尽可能多地接收太阳能，保证了太阳能跟踪的精确性，极大的增加了太阳能的利用效率。

Description

一种太阳能自动跟踪方法及系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能自动跟踪方法及系统，属于太阳能开发利用技术领域。
背景技术
目前，新能源的利用越来越受到社会各界的重视，但是传统的太阳能板都是固定装置，始终面向一个方向，这样就在很大程度上降低了太阳能的收集效率；即使是现在很多可以自动调节角度的太阳能支架也都存在测量装置复杂成本高，机械装置调节不灵活，稳定性不足的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种结构简单、造价成本低、跟踪精度高、稳定性较好的太阳能自动跟踪方法及系统，从而在最大限度地节约功耗的基础上达到实时跟踪太阳能的目的，使太阳能板尽可能多地接收太阳能，提高太阳能的利用率。
本发明的技术方案：一种太阳能自动跟踪方法，首先在太阳能板上安装一个不透光的盒子，在盒子的顶部中央开设一个透光孔，同时在盒子底部布置光敏电阻阵列，使光敏电阻阵列中央的光敏电阻位于透光孔的正下方，然后将该光敏电阻阵列的输出信号连接在单片机上；这样，当通过透光孔的太阳光偏离光敏电阻阵列中央的光敏电阻而照射到其它光敏电阻时，单片机检测到相应光敏电阻的阻值变化后就可以判定为太阳光和太阳能板的夹角值大于给定阈值，这样单片机便可控制支架调节装置调整太阳能板的角度，直至通过透光孔的太阳光再次照射在光敏电阻阵列中央的光敏电阻上，从而达到太阳能板始终与太阳光对正的目的。
上述方法中，所述的单片机通过无线通讯与移动终端连接，单片机启动时，单片机首先检测光敏电阻阵列以及移动终端的输出信号，并以光敏电阻阵列以及移动终端的输出信号作为设定单片机工作模式的依据，且移动终端的命令执行优先级高于光敏电阻阵列。
上述方法中，当单片机没有检测到光敏电阻阵列以及移动终端的输出信号时，单片机切断电机电源，单片机进入睡眠模式，等待中断唤醒。
上述方法中，所述的单片机通过检测一个单独的光敏电阻和普通电阻分压来判断光强，根据光强值大小判断是否为晴天、阴雨天或者天黑，当单片机检测到光敏电阻上的光强大于设定值时，单片机判断此刻的天气为晴天，单片机进入工作模式；当单片机检测到光敏电阻上的光强小于设定值时，同时单片机内部的定时器的时间为9:00～18:00时，单片机判断此刻的天气为阴雨天，否则为天黑，当单片机判断此刻的天气为阴雨天时，单片机将太阳能板的角度固定在当地普通太阳能板的角度；判断为天黑时，单片机将太阳能板的角度调节回初始位置，等待第二天重新跟踪太阳光。
上述方法中，当单片机检测到移动终端的输出信号时，单片机根据信号类型自行设定其工作模式：（a）晴天模式，该模式下单片机根据检测到光敏电阻阵列上相应光敏电阻的阻值变化后，单片机控制支架调节装置自动调整太阳能板的角度；（b）多云模式，该模式下单片机降低调整太阳能板角度的频率；（c）阴雨天模式，该模式下将太阳能板的角度固定在当地普通太阳能板的角度，不再调整其角度，直到单片机进入其他工作模式。
一种用于实现上述方法的太阳能自动跟踪系统，包括太阳能监测装置和支架调节装置，所述的太阳能监测装置包括安装在太阳能板上不透光的盒子以及设置在盒子底部的光敏电阻阵列，在盒子的顶部中央开设有透光孔，所述的光敏电阻阵列是由两个以上的光敏电阻分别和普通金属膜电阻串联而成的并联电路，该电路与单片机连接；所述的支架调节装置由东西方向调节机构和南北方向调节机构组成，所述的东西方向调节机构包括U形支架以及设置在U形支架内的第一转轴，太阳能板固定安装在第一转轴上，第一转轴的端部通过联轴器与第一步进电机的主轴连接；所述的南北方向调节机构包括底座以及平行地设置在底座上的两块支撑板，在两块支撑板的一端设置有贯穿的连接孔，U形支架通过底部一端的第二转轴与连接孔转动连接，在两块支撑板的另一端之间设置有第二步进电机，丝杆的一端通过联轴器与第二步进电机的主轴连接，在丝杆上设置有与丝杆螺纹配合的滑块，所述的滑块与U形支架底部另一端的滑块安装孔固定连接；所述的第一步进电机和第二步进电机分别通过控制线与单片机连接。
上述系统中，所述的单片机通过无线通讯与移动终端连接。。
由于采用上述技术方案，本发明的优点在于：本发明通过太阳能监测装置对太阳能进行实时监测，并通过支架调节装置对太阳能板的角度进行全方位地调节，使得太阳能板在最大限度地节约功耗的基础上尽可能多地接收太阳能，保证了太阳能跟踪的精确性，极大的增加了太阳能的利用效率。因此，本发明不仅结构简单，无特殊需求，安装方式不受地理位置的限制，而且使用方便、灵活，解决了太阳能自动跟踪系统应用的经济性和实用性。
附图说明
图1为本发明中盒子的结构示意图；
图2为本发明中光敏电阻阵列的结构示意图；
图3为本发明中东西方向调节机构的结构示意图；
图4为本发明中南北方向调节机构的结构示意图；
图5为本发明中太阳光线和太阳能板夹角分析图；
图6为本发明的工作原理图。
附图标记说明：1-太阳能板，2-盒子，3-透光孔，4-光敏电阻阵列，5-光敏电阻，6-U形支架，7-第一步进电机，8-第一转轴，9-滑块安装孔，10-第二转轴，11-底座，12-支撑板，13-连接孔，14-第二步进电机，15-滑块，16-丝杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的实施例：太阳能自动跟踪系统包括太阳能监测装置和支架调节装置，参见图1及图2，所述的太阳能监测装置包括安装在太阳能板1上不透光的盒子2以及设置在盒子2底部的光敏电阻阵列4，在盒子2的顶部中央开设有透光孔3，所述的光敏电阻阵列4是由15个光敏电阻5分别和普通金属膜电阻串联而成的并联电路，该电路与单片机连接；所述的支架调节装置由东西方向调节机构和南北方向调节机构组成，参见图3，所述的东西方向调节机构包括U形支架6以及设置在U形支架6内的第一转轴8，太阳能板1固定安装在第一转轴8上，第一转轴8的端部通过联轴器与第一步进电机7的主轴连接；参见图4，所述的南北方向调节机构包括底座11以及平行地设置在底座11上的两块支撑板12，在两块支撑板12的一端设置有贯穿的连接孔13，U形支架6通过底部一端的第二转轴10与连接孔13转动连接，在两块支撑板12的另一端之间设置有第二步进电机14，丝杆16的一端通过联轴器与第二步进电机14的主轴连接，在丝杆16上设置有与丝杆16螺纹配合的滑块15，所述的滑块15与U形支架6底部另一端的滑块安装孔9固定连接；所述的第一步进电机7和第二步进电机14分别通过控制线与单片机连接。所述的单片机通过无线通讯与移动终端连接。
本发明的工作原理：参见图5及图6，当通过透光孔3的太阳光偏离光敏电阻阵列4中央的光敏电阻5而照射到其它光敏电阻5时，单片机检测到相应光敏电阻5的阻值变化后就可以判定为太阳光和太阳能板的夹角值大于给定阈值（注：因为本发明不是为了计算夹角，而是为了最大效率的调节支架角度以尽可能多的存储电能，故不需要精确的夹角计算，而是通过阈值判断。其中ω和θ为已知），这样单片机便可控制支架调节装置调整太阳能板1的角度，直至通过透光孔3的太阳光再次照射在光敏电阻阵列4中央的光敏电阻5上，从而达到太阳能板1始终与太阳光对正的目的。
另外，本发明的单片机通过无线通讯与移动终端连接，单片机启动时，单片机首先检测光敏电阻阵列以及移动终端的输出信号，并以光敏电阻阵列以及移动终端的输出信号作为设定单片机工作模式的依据，且移动终端的命令执行优先级高于光敏电阻阵列，即：
（1）当单片机没有检测到光敏电阻阵列4以及移动终端的输出信号时，单片机切断电机电源，单片机进入睡眠模式，等待中断唤醒。
（2）单片机通过检测一个单独的光敏电阻5和普通电阻分压来判断光强，根据光强值大小判断是否为晴天、阴雨天或者天黑，当单片机检测到光敏电阻5上的光强大于设定值时，单片机判断此刻的天气为晴天，单片机进入工作模式；当单片机检测到光敏电阻5上的光强小于设定值时，同时单片机内部的定时器的时间为9:00～18:00时，单片机判断此刻的天气为阴雨天，否则为天黑，当单片机判断此刻的天气为阴雨天时，单片机将太阳能板1的角度固定在当地普通太阳能板的角度；判断为天黑时，单片机将太阳能板1的角度调节回初始位置，等待第二天重新跟踪太阳光。
（3）当单片机检测到移动终端的输出信号时，单片机根据信号类型自行设定其工作模式：（a）晴天模式，该模式下单片机根据检测到光敏电阻阵列4上相应光敏电阻5的阻值变化后，单片机控制支架调节装置自动调整太阳能板1的角度；（b）多云模式，该模式下单片机降低调整太阳能板1角度的频率；（c）阴雨天模式，该模式下将太阳能板1的角度固定在当地普通太阳能板的角度，不再调整其角度，直到单片机进入其他工作模式。

Claims (7)

1.一种太阳能自动跟踪方法，其特征在于：首先在太阳能板上安装一个不透光的盒子，在盒子的顶部中央开设一个透光孔，同时在盒子底部布置光敏电阻阵列，使光敏电阻阵列中央的光敏电阻位于透光孔的正下方，然后将该光敏电阻阵列的输出信号连接在单片机上；这样，当通过透光孔的太阳光偏离光敏电阻阵列中央的光敏电阻而照射到其它光敏电阻时，单片机检测到相应光敏电阻的阻值变化后就可以判定为太阳光和太阳能板的夹角值大于给定阈值，这样单片机便可控制支架调节装置调整太阳能板的角度，直至通过透光孔的太阳光再次照射在光敏电阻阵列中央的光敏电阻上，从而达到太阳能板始终与太阳光对正的目的。
2.根据权利要求1所述的太阳能自动跟踪方法，其特征在于：所述的单片机通过无线通讯与移动终端连接，单片机启动时，单片机首先检测光敏电阻阵列以及移动终端的输出信号，并以光敏电阻阵列以及移动终端的输出信号作为设定单片机工作模式的依据，且移动终端的命令执行优先级高于光敏电阻阵列。
3.根据权利要求2所述的太阳能自动跟踪方法，其特征在于：当单片机没有检测到光敏电阻阵列以及移动终端的输出信号时，单片机切断电机电源，单片机进入睡眠模式，等待中断唤醒。
4.根据权利要求2所述的太阳能自动跟踪方法，其特征在于：所述的单片机通过检测一个单独的光敏电阻和普通电阻分压来判断光强，根据光强值大小判断是否为晴天、阴雨天或者天黑，当单片机检测到光敏电阻上的光强大于设定值时，单片机判断此刻的天气为晴天，单片机进入工作模式；当单片机检测到光敏电阻上的光强小于设定值时，同时单片机内部的定时器的时间为9:00～18:00时，单片机判断此刻的天气为阴雨天，否则为天黑；当单片机判断此刻的天气为阴雨天时，单片机将太阳能板的角度固定在当地普通太阳能板的角度；判断为天黑时，单片机将太阳能板的角度调节回初始位置，等待第二天重新跟踪太阳光。
5.根据权利要求2所述的太阳能自动跟踪方法，其特征在于：当单片机检测到移动终端的输出信号时，单片机根据信号类型自行设定其工作模式：（a）晴天模式，该模式下单片机根据检测到光敏电阻阵列上相应光敏电阻的阻值变化后，单片机控制支架调节装置自动调整太阳能板的角度；（b）多云模式，该模式下单片机降低调整太阳能板角度的频率；（c）阴雨天模式，该模式下将太阳能板的角度固定在当地普通太阳能板的角度，不再调整其角度，直到单片机进入其他工作模式。
6.一种用于实现权利要求1～5任意一项所述方法的太阳能自动跟踪系统，包括太阳能监测装置和支架调节装置，其特征在于：所述的太阳能监测装置包括安装在太阳能板（1）上不透光的盒子（2）以及设置在盒子（2）底部的光敏电阻阵列（4），在盒子（2）的顶部中央开设有透光孔（3），所述的光敏电阻阵列（4）是由两个以上的光敏电阻（5）分别和普通金属膜电阻串联而成的并联电路，该电路与单片机连接；所述的支架调节装置由东西方向调节机构和南北方向调节机构组成，所述的东西方向调节机构包括U形支架（6）以及设置在U形支架（6）内的第一转轴（8），太阳能板（1）固定安装在第一转轴（8）上，第一转轴（8）的端部通过联轴器与第一步进电机（7）的主轴连接；所述的南北方向调节机构包括底座（11）以及平行地设置在底座（11）上的两块支撑板（12），在两块支撑板（12）的一端设置有贯穿的连接孔（13），U形支架（6）通过底部一端的第二转轴（10）与连接孔（13）转动连接，在两块支撑板（12）的另一端之间设置有第二步进电机（14），丝杆（16）的一端通过联轴器与第二步进电机（14）的主轴连接，在丝杆（16）上设置有与丝杆（16）螺纹配合的滑块（15），所述的滑块（15）与U形支架（6）底部另一端的滑块安装孔（9）固定连接；所述的第一步进电机（7）和第二步进电机（14）分别通过控制线与单片机连接。
7.根据权利要求6所述的太阳能自动跟踪系统，其特征在于：所述的单片机通过无线通讯与移动终端连接。
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