CN105974945A - 一种太阳光跟踪装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳光跟踪装置，由底座(1)、转轴(2)、支架、电路保护装置、电源、太阳光采光装置和驱动装置串联组成，其中驱动装置是伺服电机(3)，转轴(2)和支架被伺服电机(3)驱动，电源为外接电源或内置蓄电池，太阳光采光装置包括太阳光感光元件(4)和测角组件，所述支架是一块下端有中间突出连接块的平面板(5)，所述测角组件位于平面板(5)中心线或以平面板(5)中心线为重力矩中心轴左右对称分布，或两个以上测角组件以该平面板(5)中心线为中心轴左右扭力矩相等分布排列，但不在平面板(5)和转轴(2)相交线上；所述平面板(5)和水平面夹角为(180‑66‑34/60)度。本发明适用于太阳能应用领域。

Description

一种太阳光跟踪装置
技术领域
本发明涉及一种太阳光跟踪装置，属于太阳能应用领域。
背景技术
随着光伏技术的普及应用，太阳能能源成为一种普及应用的生态能源，光伏电装置随之产生，其原理主要是利用太阳光对地球照射产生的能量转换为电能。由于人们对太阳光照时间及人们认识的差异，不能简单精准高效地利用太阳光能量。
地球绕太阳公转的面叫黄道平面，通过地心与地球自转垂直的平面叫赤道平面。黄道平面和赤道平面的夹角简称为黄赤交角。目前黄道赤角是23度26分，在一定时期内可以视为定值。太阳光和黄道平面平行。和黄道平面垂直的面是和水平面成(180-66-34/60)度角的面。地球绕地轴时刻以大约15度的速度顺时针转动；另外，太阳光在传播到地球表面的过程中，因受到一些客观因素的影响如空气中的介质、地磁场、引力波等因素的影响发生折射和反射等现象导致照射角位移。根据这一自然现象，太阳光采光装置位于和黄道平面垂直的平面上，以和地球自转同方向同速度绕和地轴平行的垂直轴转动，并不能吸收光能最大。只有精确测量出因太阳光传输过程中因一些客观因素影响垂直照到地球时角发生的丝微变化，才能消除因不定客观因素导致的光线位移，吸收的太阳能就全天时时最强，产生的电能或集热化也就最大。现有专利在利用上述自然现象的同时，结构不合理，成本高，灵敏度差，测量精度低，测量跟踪太阳光耗时长。如实用新型专利CN201520873120.2公开了一种太阳光跟踪系统，包括控制器、双轴转动台、电机控制模块、采光台、采光筒和感光器件，采光台的侧壁上，以采光台的中心轴为对称轴对称设置有至少两组 感光器件，感光筒筒底的上端面上，以采光筒的中心轴为对称轴也对称设置有至少两组感光器件，电机控制模块及感光器件均与控制器相连，电机控制模块还分别与双轴转动台上的电机相连，双轴转动台通过电机控制模块控制双轴转动台上的电机以实现双轴转动台沿水平和竖直方向的转动。以解决现有太阳光跟踪系统原理、结构等都十分复杂，使用十分不便，需专业人士操作，且一旦安装不便移动或拆除，每次移动需重新设定数据、调整参数等问题。该实用新型属于光跟踪控制领域。又如实用新型专利CN201420693903.8公开了一种能自动校准的太阳光跟踪机构，包括底座、光伏组件、固定设置在底座上的方位角组件和与方位角组件连接的高度角组件，方位角组件的上部设置有方位角转轴，方位角转轴的上端与高度角组件相连接。该实用新型一种自动校准太阳光跟踪机构，其能实时测量光伏板相对太阳光的角度，通过实时调整后，可以保证跟踪精度。
为了解决上述问题，本发明根据上述自然现象，提供了一种软件智能模块控制的太阳光跟踪装置，能用最短的时间测出地球自转速和因太阳光传播过程中受介质影响而发生的角位移，也就是太阳能采光装置的转速及和水平面成(180-66-34/60)度的角的偏移量，它由底座1、转轴2、支架、电路保护装置、电源、太阳光采光装置和驱动装置串联组成，其中驱动装置是伺服电机3，转轴2和底座1垂直，转轴2和支架连接，转轴2和支架被伺服电机3驱动，支架是一块下端有中间突出连接块的平面板5并和水平面夹角为(180-66-34/60)度并通过紧固件8和转轴2活动连接，伺服电机3驱动太阳光采光装置运动的工作原理等同于电动驱动机器人手臂动作原理，伺服电机3带传感组件，传感组件是两个伺服环9和10，两个伺服环9和10分别通过连接平面板5下端中间突出连接块和转轴2的紧固件固定在两者两端，对称排列，并通过导线或无线和伺服电机相连，伺服环9和10能够保证根伺服电机3精准控制支架的角位移和转速， 保证采光装置全方位平稳转动采光且快速精准测出采光装置最佳转动速度及其和水平面最佳夹角；太阳光采光装置包括太阳光感光元件4、测角组件和计时秒表，测角组件是GPS定位仪6或角传感元件7，太阳光感光元件4和GPS定位仪6或角传感元件7位于平面板5中心线或以平面板5中心线为重力矩中心轴左右相等分布，但太阳光感光元件4或都不在转轴2和平面板5相交点；或总共三个以上太阳光感光元件4和GPS定位仪6或角位移传感元件7的组合以该平面板5中心线为重力矩中心轴左右相等分布排列，但太阳光感光元件4不在平面板5和转轴2相交线上，GPS定位仪6或角传感元件7分别用于测转速及用于测平面板5和水平面夹角；保证了整个装置结构简单，转动平稳，测值准确，误差小。
两个伺服环9和10和所述平面板5下端中间突出连接块插在转轴2上端或所述两个伺服环9和10及转轴2插在水平板5下端中间突出连接块并通过紧固件8活动连接，便于维护和包装。
采用外接电源或内置蓄电池，保证太阳光跟踪装置能在各种场合被方便使用。
太阳光跟踪装置带计时秒表，能够避免人工计时操作误差，配合软件智能模块精准测量太阳光采光装置的转速。
电路保护装置保证整个太阳光跟踪装置串联电路中各元件不因电路短路被烧坏。
转轴2下端通过配套件和伺服电机3输出端可活动连接，高度等于或小于伺服电机3输出端到和平面板5底边平行的底座1的边的距离，伺服电机3输出端出现在底座1中间上表面。不仅能保证整个装置转动平稳，且能够保证折叠尺寸最小，便于包装和携带。
太阳光感光元件4和GPS定位仪6或角传感元件7有显示仪表并在底座内或出现在底座表面，便于测量和观察同步进行。
太阳光跟踪装置由软件智能模块控制，能保证操作简单和自动快速准确测量、计算和控制调整采光装置的转速及其和水平面的夹角，测量值误差小。
整个太阳光跟踪装置各组成部分可分，便于操作、维护和包装。
本发明的太阳光跟踪装置可以单独使用，也可以直接将太阳光感光元件4和GPS定位仪6或角传感元件7放置在利用太阳能集热、充电和发电的采光装置相应位置上使用。
附图说明
图 1是原理图。
图 2是原理图。
图 3是整个太阳光装置跟踪装置结构示意图。
图 4是平面板5下端中间突出连接块和转轴2及两个伺服环9和10连接局部剖面图。
具体实施方式
实施例1为优选例，采用太阳光感光元件4和角传感元件7固定在平面板5中心线且不在其和转轴2相交点上，打开伺服电机3开关，打开太阳光感光元件4、计时秒表和角传感元件7的显示仪表开关，用角传感元件7测出平面板5和水平面的夹角为(180-66-34/60)度，让平面板5绕其和转轴2连接的紧固件8上下缓慢移动，当出现多个高峰值时，关闭伺服电机3开关，关闭太阳光感光元件4、计时秒表和角传感元件7的显示仪表开关，读出光强度多个高峰值的角度值，取多个峰值点角度值的平均值，就是太阳光采光装置和水平面的最佳角。
打开伺服电机3开关，打开太阳光感光元件4和角传感元件7的显示仪表开关，让支架水平转动，观察显示仪表，当出现多个高峰值时，关闭伺服电动3开关，关闭太阳光感光元件4、计时秒表和角传感元件7的显示仪表开关，读出光强度多个高峰值的纬度和时间，将两峰值点的纬度差除以时间的商，即为地球自转的速度，也就是太阳光采光装置最佳采光转速。
实施例2为优选例，采用太阳光感光元件4和GPS定位仪6在平面板5中心线且不在其中心线和转轴2相交点上；打开伺服电机3开关，打开太阳光感光元件4和GPS定位仪6的显示仪表开关，用GPS定位仪6测出水平板5和水平面成(180-66-34/60)度，让平面板5绕其和转轴2连接的紧固件8上下缓慢移动，当出现多个高峰值时，关闭伺服电机3开关，关闭太阳光感光元件4、计时秒表和GPS定位仪6的显示仪表开关，读出光强度多个高峰值的经度，取多个峰值点的经度值的平均值，就是太阳光采光装置和水平面的最佳角。
打开伺服电机3开关，打开太阳光感光元件2和GPS定位仪6的显示仪表开关，让平面板5水平转动，观察显示仪表，当出现多个高峰值时，关闭伺服电机3开关，关闭太阳光感光元件4、计时秒表和GPS定位仪7的显示仪表开关，读出光强度多个高峰值的纬度和时间，将两峰值点的纬度差除以时间的商，即为地球自转的速度也就是太阳光采光装置最佳采光转速。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种太阳光跟踪装置，由底座(1)、转轴(2)、支架、电路保护装置、电源、太阳光采光装置和驱动装置串联组成，其中驱动装置是伺服电机(3)，转轴(2)和底座(1)垂直，转轴(2)被伺服电机(3)驱动，转轴(2)和支架连接，电源为外接电源或内置蓄电池，太阳光采光装置包括太阳光感光元件(4)和测角组件，其特征在于：所述太阳光跟踪装置带计时秒表，所述支架是一块下端有中间突出连接块的平面板(5)，所述测角组件是GPS定位仪(6)或角传感元件(7)，所述太阳光感光元件(4)和GPS定位仪(6)或角传感元件(7)各为一个，位于平面板(5)中心线或以平面板(5)中心线为重力矩中心轴左右相等分布，但太阳光感光元件(4)不在转轴(2)和平面板(5)相交点上；或总共三个以上太阳光感光元件(4)和GPS定位仪(6)或角传感元件(7)的组合以该平面板(5)中心线为重力中心轴左右相等分布排列，但太阳光感光元件(4)不在平面板(5)和转轴(2)相交线上；所述平面板(5)和水平面夹角为(180-66-34/60)度并通过紧固件(8)和转轴(2)活动连接，所述伺服电机带传感组件。
2.根据权利要求1所述太阳光跟踪装置，其特征在于：所述一个GPS定位仪(6)或一个角传感元件(7)不在转轴(2)和平面板(5)相交点上。
3.根据权利要求1所述太阳光跟踪装置，其特征在于：所述传感组件是两个伺服环(9)和(10)，所述两个伺服环(9)和(10)分别通过连接平面板(5)下端中间突出连接块和转轴(2)的紧固件(8)固定在两者两端，对称排列，并通过导线或无线和伺服电机(3)相连。
4.根据权利要求2所述太阳光跟踪装置，其特征在于：所述两个伺服环(9)和(10)和所述平面板(5)下端中间突出连接块插在转轴(2)上端或所述两个伺服环(9)和(10)及转轴(2)插在水平板(5)下端中间突出连接块并通过紧固件(8)活动连接。
5.根据权利要求3所述太阳光跟踪装置，其特征在于：所述转轴(2)下端通过配套件和伺服电机(3)输出端可活动连接，高度等于或小于伺服电机(3)输出端到和平面板(5)底边平行的底座(1)的边的距离，伺服电机(3)输出端出现在底座(1)中间上表面。
6.根据权利要求2所述太阳光跟踪装置，其特征在于：所述太阳光感光元件(4)和GPS定位仪(6)或角传感元件(7)有显示仪表，其在底座内并出现在底座表面。
7.根据权利要求1至5任一项权利要求所述太阳光跟踪装置，其特征在于：所述太阳光跟踪装置由软件智能模块控制。
8.根据权利要求6所述太阳光跟踪装置，其特征在于：所述太阳光跟踪装置各组成部件可拆。
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