CN106369545A - 一种可用于太阳光光纤照明系统的太阳追踪装置 - Google Patents

一种可用于太阳光光纤照明系统的太阳追踪装置 Download PDF

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赵杰
吴坤
杨智
刘红涛
曹勇
王潇漫
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    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00—Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • F21S11/002—Non-electric lighting devices or systems using daylight characterised by the means for collecting or concentrating the sunlight, e.g. parabolic reflectors or Fresnel lenses
    • F21S11/005—Non-electric lighting devices or systems using daylight characterised by the means for collecting or concentrating the sunlight, e.g. parabolic reflectors or Fresnel lenses with tracking means for following the position of the sun

Abstract

本发明提供了一种可用于太阳光光纤照明系统的太阳追踪装置，包括底座、支撑体、追踪板、驱动机构及控制器，所述支撑体下端固定在所述底座上，所述追踪板安装在所述支撑体上端，所述追踪板与所述支撑体之间设有球面副，所述追踪板上表面设有四个与所述控制器电性连接的光电传感器、且按照东、南、西、北四个方向进行布置，所述驱动机构包括安装在所述底座上端的驱动电机、与所述驱动电机输出端连接的带轮及一端与所述带轮连接的绳索，所述驱动电机与所述控制器电性连接，所述绳索另一端与所述追踪板连接，所述驱动机构为四个、且分别与所述四个光电传感器布置位置的方向相对应。该太阳追踪装置结构简单，精度高，响应快，能够实时跟踪太阳的位置。

Description

一种可用于太阳光光纤照明系统的太阳追踪装置
技术领域
本发明涉及太阳能应用领域，尤其涉及一种可用于太阳光光纤照明系统的太阳能追踪装置。
背景技术
目前世界各国都面临着能源短缺和环境保护的双重压力，大力开发、使用新能源是实现经济社会可持续发展的必然选择。太阳能作为新能源的代表以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势，其开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源。现阶段，世界范围内太阳能利用的方式包括：太阳能-热能转换、太阳能-电能转换、太阳能-氢能转换、太阳能-生物质能转换、太阳能-机械能转换等，其中，太阳能-电能转换技术开发利用及其推广应用突飞猛进，但是该应用模式需要先通过太阳能电池板转化为电能再给用电装置供电，效率非常低不足20%。当太阳能电池用于照明时，转换效率低，价格高昂等缺点更加明显，这成为太阳能照明没能普及的重要原因。为了解决能源短缺问题，各国对太阳能的开发利用也给予了极大关注，突出表现在各国政府推出的光伏计划，如德国的“千顶计划”，日本的“朝日七年计划”以及美国的“百万屋顶计划”等。以色列在其房屋太阳能热水器安装率达80%的情况下，更是明文规定，凡新建房屋必须配置太阳能热水器。我国太阳能开发利用有其成功之处，但也存在诸多问题和不足。上世纪八十年代末，美国首先发明了光导管照明系统，在九十年代应用于民用住宅，因为光照效果明显，使用成本低，故被广泛宣传，开启了太阳光直接照明的征程。为了弥补光导管的不足，1979年8月日本率先将太阳光通过光纤直接导入室内进行照明，将太阳光直接照明技术提升了一个台阶。
现阶段，太阳光光纤照明技术在国外日趋成熟而在国内的发展却举步维艰，主要原因是由于国内生产的整个照明系统对光的利用率不够高，跟踪装置的稳定性不够好，且价格昂贵。目前，市场上大部分太阳光跟踪装置为串联机构，存在累计误差、跟踪精度较低，装置运行不稳定、维护成本偏高等缺点。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种结构简单的太阳能追踪装置。
本发明提供了一种可用于太阳光光纤照明系统的太阳追踪装置，其特征在于：包括底座、支撑体、追踪板、驱动机构及控制器，所述支撑体下端固定在所述底座上，所述追踪板安装在所述支撑体上端，所述追踪板与所述支撑体之间设有球面副，所述追踪板上表面设有四个与所述控制器电性连接的光电传感器、且按照东、南、西、北四个方向进行布置，所述驱动机构包括安装在所述底座上端的驱动电机、与所述驱动电机输出端连接的带轮及一端与所述带轮连接的绳索，所述驱动电机与所述控制器电性连接，所述绳索另一端与所述追踪板连接，所述驱动机构为四个、且分别与所述四个光电传感器布置位置的方向相对应。
作为本发明的进一步改进，所述支撑体上端设有支座，所述支座上端设有支撑杆，所述球面副安装在所述支撑杆上端。
作为本发明的进一步改进，所述球面副包括安装在所述支撑杆上端的球体及与所述追踪板固定连接的球窝，所述支撑杆为双头螺杆，所述支座设有第一螺纹孔，所述球体下端设有第二螺纹孔，所述支撑杆下端与所述第一螺纹孔连接，所述支撑杆上端与所述第二螺纹孔连接。
作为本发明的进一步改进，所述支撑体为中空结构、且上端一侧开有缺口。
作为本发明的进一步改进，所述绳索通过螺纹锁紧环与所述追踪板连接。
作为本发明的进一步改进，所述绳索为钢丝绳。
作为本发明的进一步改进，所述电机为步进电机。
作为本发明的进一步改进，所述底座设有支撑脚，所述支撑脚下端设有固定螺栓孔。
作为本发明的进一步改进，该太阳追踪装置还包括GPS模块，所述GPS模块与所述控制器电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述追踪板为圆形结构。
本发明的有益效果是：该太阳追踪装置结构简单，精度高，响应快，能够实时跟踪太阳的位置。
附图说明
图1是本发明一种太能追踪装置的结构示意图；
图2是本发明一种太能追踪装置的局部结构示意图；
图3是本发明一种太能追踪装置的支座的结构示意图。
附图标记：1-底座 2-支撑体 3-追踪板 4-驱动机构 5-球面副 6-支座 7-支撑杆11-支撑脚 31-光电传感器 41-驱动电机 42-带轮 43-绳索 44-电机座 51-球体 52-球窝。
具体实施方式
如图1至图3所示，本发明公开了一种太阳追踪装置，包括底座1、支撑体2、追踪板3、驱动机构4、控制器及电源，所述底座1固定在预装位置处，所述支撑体2下端通过螺栓固定在底座1上端，所述追踪板3安装在所述支撑体2上端，所述追踪板3与所述支撑体2之间设有球面副5，方便追踪板3多自由度旋转，从而更精准的跟踪太阳的位置，所述追踪板3上设有四个与控制器电性连接的光电传感器31，四个所述光电传感器31按照东南西北四个方向布置，方便控制器对其角度进行确认，所述驱动机构4包括安装在所述底板上端的驱动电机41、与所述驱动电机41输出端连接的带轮42及一端与所述带轮42连接的绳索43，所述驱动电机41与所述控制器电性连接，所述绳索43另一端与所述追踪板3连接，所述驱动机构4为四个、且分别与所述四个光电传感器31布置位置的方向相对应，当有太阳光照射时，如果跟踪板与太阳光线不垂直，则四个方位的光电传感器31接收到的光强存在差异，就会产生不同大小的电流，将这四个电流流经比较器可以得知太阳的方位，比较器的结果送给控制器，由控制器控制不同方位的四个电机旋转不同的角度，这样带轮42缠绕绳索43，从而实现对追踪板3的角度控制，直到四个方位的传感器接受到的光强近似相等，则电机停止工作，实现对太阳的实时跟踪，其结构简单，旋转自由度大精度更高。
该太阳追踪装置还包括GPS模块，所述GPS模块与所述控制器电性连接，GPS模块能够辅助追踪太阳的实时位置，进一步增强太阳追踪的效果。
所述支撑体2上端设有支座6，所述支座6上端设有支撑杆7，所述球面副5安装在所述支撑杆7上端，方便球面副5的拆装。
所述球面副5包括安装在所述支撑杆7上端的球体51及与所述追踪板3固定连接的球窝52，所述支撑杆为双头螺杆，所述支座设有第一螺纹孔，所述球体下端设有第二螺纹孔，所述支撑杆下端与第一螺纹孔连接，所述支撑杆上端与所述第二螺纹孔连接，方便拆装。
所述支撑体2为中空结构、且上端一侧开口缺口，这样光纤能够通过缺口及支撑体内到达底座，能够保护光纤而且重量轻，方便安装，且成本更低。
所述绳索43通过螺纹锁紧环与所述追踪板3连接，连接方便，所述绳索43为钢丝绳，稳定性更好。
所述驱动电机41为步进电机，方便对其进行控制，所述驱动电机41安装在所述电机座44上，所述电机座44固定在所述底座1上端。
所述底座1设有支撑脚11，所述支撑脚11下端设有固定螺栓孔，安装时通过固定螺栓进行固定，使其更稳定。
所述追踪板3为圆形结构，方便汇聚透镜的布置。
本发明结构简单，通过在追踪板3上设置四个方位的光电传感器31能够对接收到的光的强弱进行判断，并通过比较器进行比较，从而得知太阳的方位，比较器将结果输送给控制器，控制器控制四个方位的驱动电机41转动，从而带动绳索43拉动追踪板3转动，直至四个光电传感器31感受到的光的强弱相同，从而完成对太阳位置的追踪，进而能够达到对太阳能利用最大化。
本发明通过光电传感器与GPS共同作用，利用并联机构的优点以期达到提高追踪装置的光接受效率、精度、稳定性，降低生产成本的目的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可用于太阳光光纤照明系统的太阳追踪装置，其特征在于：包括底座、支撑体、追踪板、驱动机构及控制器，所述支撑体下端固定在所述底座上，所述追踪板安装在所述支撑体上端，所述追踪板与所述支撑体之间设有球面副，所述追踪板上表面设有四个与所述控制器电性连接的光电传感器、且按照东、南、西、北四个方向进行布置，所述驱动机构包括安装在所述底座上端的驱动电机、与所述驱动电机输出端连接的带轮及一端与所述带轮连接的绳索，所述驱动电机与所述控制器电性连接，所述绳索另一端与所述追踪板连接，所述驱动机构为四个、且分别与所述四个光电传感器布置位置的方向相对应。
2.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于：所述支撑体上端设有支座，所述支座上端设有支撑杆，所述球面副安装在所述支撑杆上端。
3.根据权利要求2所述的太阳追踪装置，其特征在于：所述球面副包括安装在所述支撑杆上端的球体及与所述追踪板固定连接的球窝，所述支撑杆为双头螺杆，所述支座设有第一螺纹孔，所述球体下端设有第二螺纹孔，所述支撑杆下端与所述第一螺纹孔连接，所述支撑杆上端与所述第二螺纹孔螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于：所述支撑体为中空结构、且上端一侧开有缺口。
5.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于：所述绳索通过螺纹锁紧环与所述追踪板连接。
6.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于：所述绳索为钢丝绳。
7.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于：所述驱动电机为步进电机。
8.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于：所述底座设有支撑脚，所述支撑脚下端设有固定螺栓孔。
9.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于：该太阳追踪装置还包括GPS模块，所述GPS模块与所述控制器电性连接。
10.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于：所述追踪板为圆形结构。
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