CN107015576B - 一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统,包括追光板、支撑柱、轴承、伸缩管和基座,其特征在于,追光板上设有圆形的光电盘,其底部铺有光伏发电片,并与盘底圆心等距离均匀地分隔出2n个感光块,盘外围立着一圈反光条;支撑柱立于基座上,并在重心点处通过轴承支撑起追光板;伸缩管平行于支撑柱设立,并与支撑柱轴心等距离均匀排列,其内部由若干个电磁胶囊首尾串接在一起组成;伸缩管的数目与感光块相同,并分别与相应位置的感光块通过相关电路一一对接,可根据感光块光照强度的不同进行相应伸缩,从而让追光板转动角度。本发明直接取用太阳能及光电信号,直接利用电磁力驱动来实现伸缩量,便于扩展应用到大型光伏发电、自动晾晒系统等不同领域。
Description
技术领域
本发明涉及太阳光自动追踪领域,尤其是涉及一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统。
背景技术
当前国内现有的日光跟踪系统,多为采用太阳运动轨迹跟踪控制或者光电跟踪控制,其共同点都是反馈控制信号后利用控制程序进行跟踪,系统的复杂程度高,从而限制了其应用范围。申请号为201110136322.5所公布的“一种基于向日葵向阳原理的仿生日光跟踪系统”,提供了一种基于向日葵向阳仿生原理的自动日光跟踪系统,通过感光元件和相关电路光电跟踪控制,摆脱了复杂的逻辑电路结构和控制程序。这一系统虽已降低复杂程度,但其伸缩单元仍需使用电动机驱动,方可将电信号转换成相应的伸缩量,而使用电动机难免带来摩擦损耗和噪音,不够节能环保;此外,该系统缺乏专用的重力支撑机构,当设备较重或规模较大时,该系统难以支撑或能耗太大。因此,有必要对现有跟踪系统做进一步优化改进。
发明内容
本发明所要解决的问题是:如何更好地模仿向日葵的向阳原理,构建一种全新的自动追光系统,使其能量利用率更高,系统复杂度更低,应用范围更广。
本发明所提供的技术方案是:
一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统,主要包括追光板1、支撑柱2、伸缩管4和基座5,所述追光板1上设有一块圆形的光电盘6,盘的外缘垂直围立着一圈反光条9;所述光电盘6的底部铺有圆形的光伏发电片7,光伏发电片7的边缘部分按径向均匀分隔出2n个感光块8,n为自然数;所述支撑柱2立于基座5上,通过球头杆端关节轴承3支撑在追光板1的重心点;所述伸缩管4以支撑柱2为轴向,平行于支撑柱2四周均匀对称围成一个圆形,伸缩管4两端分别连接追光板1和基座5;伸缩管4的数目与感光块8相同,每根伸缩管4与对应位置的感光块8通过控制电路一一对接,并根据感光块8光照强度的不同由控制电路完成相应伸缩,从而带动追光板转动角度;所述伸缩管4内部由电磁胶囊12首尾串接而成,外壁为可纵向伸缩的软管11;所述电磁胶囊12外覆可纵向伸缩的胶皮13,内部首尾两端各有一块电磁铁14,两块电磁铁14之间夹着一根小弹簧15;每根伸缩管4中的电磁胶囊14首、尾两端的电磁铁线圈16分别并联,其电流方向及强弱由控制电路控制,从而使电磁胶囊12内首、尾两端的电磁铁14相斥或相吸,并在小弹簧15、胶皮13及软管11的协同作用下实现伸缩管4的定量伸缩。
所述2n个感光块8以光电盘6的圆心为对称点,每2个相对称的感光块8组成一对;每对感光块8中,若因日光垂直照射使两者的光照强度相当,产生的电压相近,则只输出电量;若因日光偏斜照射使其中一块被反光条9遮挡,而与其对称的另一块不仅未被遮挡而且还被反光条9的反射光照射,从而使两者产生的电压差距明显,则在输出电量的同时,还将电信号输入控制电路,控制相应的那对伸缩管4做伸缩运动。
所述球头杆端关节轴承3包括球形关节头17、碗状关节臼18以及填充于其中的胶状粘液;所述球形关节头17固定在追光板1的重心点下方;所述碗状关节臼18设置在支撑柱2顶端;所述胶状粘液具有润滑和阻滞作用,可调节球形关节头17的转动速度,以便与光照角度转换后感光块8的感应速度相合拍。
所述光电盘6可与所述追光板1分开设置,光电盘6须与追光板1平行。
所述基座5上设有升降固定装置,可将整个系统倾斜安装。
所述控制电路置于控制盒10内,控制电路包括可充电电池;所述可充电电池用于存贮所述光伏发电片7及感光块8产生的电量,并依据感光块8输出的电信号为伸缩管4供电。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:一是就地取材,直接取用太阳能及光电信号,系统结构功能更为简洁明快;二是悄无声息,直接利用电磁力驱动来实现伸缩量,仿生度很高;三是设有专用的重力支撑机构,便于扩展应用到大型光伏发电、自动晾晒系统等不同领域。
附图说明
图1是本发明一个实施例的立体结构示意图;
图2本发明光电盘的俯视示意图;
图3是本发明光电盘的剖视示意图;
图4是本发明伸缩管的剖视示意图;
图5是本发明球头杆端关节轴承的剖视示意图。
图中标号含义:
1.追光板,2.支撑柱,3.球头杆端关节轴承,4.伸缩管,5.基座,6.光电盘,7.光伏发电片,8.感光块,9.反光条,10.控制盒,11.软管,12.电磁胶囊,13.胶皮,14.电磁铁,15.小弹簧,16.线圈,17.球形关节头,18.碗状关节臼,19.胶状粘液。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
当阳光倾斜照射该系统时,光电盘中总有一个感光块离太阳最近,而与其对称的另一个感光块则离太阳最远。离太阳最近的感光块被反光条遮挡,而离太阳最远的感光块不仅未被遮挡而且还被反光条的反射光照射,从而使两者产生的电压大小差距明显,此时,系统输出电信号,使离太阳最近的伸缩管缩短、离太阳最远的伸缩管伸长,从而带动追光板转动到与阳光垂直的位置。
运行过程中,随着追光板位置的变化,当成对的两个感光块的光照强度达到相同的瞬间,对与之相应的伸缩管的控制电流值就维持在那一瞬间的大小不变,从而使伸缩管的保持那一瞬间的长短不变。
下面结合附图来阐述该系统的功能实现过程:
实施例之一:
伸缩管内的所有电磁胶囊中电磁铁线圈的绕组方向一致,均并联在一起,其电流的方向及强弱均相同。通电时,电磁胶囊内首、尾两端的电磁铁相互吸引,从而压紧小弹簧,实现伸缩管的定量收缩。
为方便表述,以我国南方夏天的太阳运行情况为例,并将平放的光电盘中,最东边的感光块标注为A,最西边的感光块标注为B;与感光块A、B相对应的伸缩管分别标注为a、b。
凌晨,当天色渐亮时,光电盘在水平位置,所有感光块均开始发电,A、B感光块的光照强度相同,即A=B;此时对包括a、b在内的所有伸缩管均不供电;则伸缩管均保持其原有的自然长度,追光板保持水平。
早晨,旭日东升后,由于反光条的遮挡和反光作用,A感光块的光照强度迅速减小,B感光块的光照强度迅速变大;此时对a伸缩管开始供电且电流迅速增大,对b伸缩管仍不供电;则a伸缩管迅速缩短,b伸缩管被拉长,追光板迅速向东偏斜,直到与阳光垂直。
上午,太阳继续升起,光电盘原本向东偏斜,由于反光条的遮挡和反光作用,A感光块的光照强度逐渐变大,B感光块的光照强度逐渐变小;此时对a伸缩管的供电电流逐渐减小,对b伸缩管的供电电流逐渐增大;则a伸缩管逐渐伸长,b伸缩管逐渐缩短,追光板逐渐回到水平位置。
正午,太阳当空直照时,光电盘上包括A、B在内的所有感光块的光照强度均达到最大,其发电量也达到最大;此时对a、b伸缩管的供电电流也达到某个恒定值;则a、b伸缩管的长度达到相等,追光板回到水平位置。
下午,太阳继续偏西,光电盘原本在水平位置,由于反光条的遮挡和反光作用,A感光块的光照强度逐渐变大,B感光块的光照强度逐渐变小;此时对a伸缩管的供电电流逐渐减小,对b伸缩管的供电电流逐渐增大;则a伸缩管逐渐伸长,b伸缩管逐渐缩短,追光板逐渐向西倾斜。
黄昏,当夕阳西下后,天色渐暗,光电盘所有感光块均停止发电,此时对伸缩管均停止供电,则伸缩管均恢复到其原有的自然长度,追光板迅速回到水平位置。
详见下表:
注:1、表中“↑、↓”表示迅速升降;“↗、↘”表示逐渐升降。
2、此处以我国南方的夏天为例,若在北方或冬天,则该系统全天候均偏南运行,其向东、向西的运行机制与上表一致。
以上述依据本发明的实施例为启示,通过上述说明,工作人员可在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行各种变更和修改,均在本发明的保护范围内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统,主要包括追光板(1)、支撑柱(2)、伸缩管(4)和基座(5),其特征在于,所述追光板(1)上设有一块圆形的光电盘(6),盘的外缘垂直围立着一圈反光条(9);所述光电盘(6)的底部铺有圆形的光伏发电片(7),光伏发电片(7)的边缘部分按径向均匀分隔出2n个感光块(8),n为自然数;所述支撑柱(2)立于基座(5)上,通过球头杆端关节轴承(3)支撑在追光板(1)的重心点;所述伸缩管(4)以支撑柱(2)为轴向,平行于支撑柱(2)四周均匀对称围成一个圆形,伸缩管(4)两端分别连接追光板(1)和基座(5);伸缩管(4)的数目与感光块(8)相同,每根伸缩管(4)与对应位置的感光块(8)通过控制电路一一对接,并根据感光块(8)光照强度的不同由控制电路完成相应伸缩,从而带动追光板转动角度;所述伸缩管(4)内部由电磁胶囊(12)首尾串接而成,外壁为可纵向伸缩的软管(11);所述电磁胶囊(12)外覆可纵向伸缩的胶皮(13),内部首尾两端各有一块电磁铁(14),两块电磁铁(14)之间夹着一根小弹簧(15);每根伸缩管(4)中的电磁胶囊(14)首、尾两端的电磁铁线圈(16)分别并联,其电流方向及强弱由控制电路控制,从而使电磁胶囊(12)内首、尾两端的电磁铁(14)相斥或相吸,并在小弹簧(15)、胶皮(13)及软管(11)的协同作用下实现伸缩管(4)的定量伸缩;所述2n个感光块(8)以光电盘(6)的圆心为对称点,每2个相对称的感光块(8)组成一对;每对感光块(8)中,若因日光垂直照射使两者的光照强度相当,产生的电压相近,则只输出电量;若因日光偏斜照射使其中一块被反光条(9)遮挡,而与其对称的另一块不仅未被遮挡而且还被反光条(9)的反射光照射,从而使两者产生的电压差距明显,则在输出电量的同时,还将电信号输入控制电路,控制相应的那对伸缩管(4)做伸缩运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统,其特征在于,所述球头杆端关节轴承(3)包括球形关节头(17)、碗状关节臼(18)以及填充于其中的胶状粘液;所述球形关节头(17)固定在追光板(1)的重心点下方;所述碗状关节臼(18)设置在支撑柱(2)顶端;所述胶状粘液具有润滑和阻滞作用,可调节球形关节头(17)的转动速度,以便与光照角度转换后感光块(8)的感应速度相合拍。
3.根据权利要求1所述的一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统,其特征在于,所述光电盘(6)可与所述追光板(1)分开设置,光电盘(6)须与追光板(1)平行。
4.根据权利要求1所述的一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统,其特征在于,所述基座(5)上设有升降固定装置,可将整个系统倾斜安装。
5.根据权利要求1所述的一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统,其特征在于,所述控制电路置于控制盒(10)内,控制电路包括可充电电池;所述可充电电池用于存贮所述光伏发电片(7)及感光块(8)产生的电量,并依据感光块(8)输出的电信号为伸缩管(4)供电。
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