CN108572666A - 一种一体化的太阳能跟踪控制设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化的太阳能跟踪控制设备，包括：用于设置和支撑太阳能收集装置的跟踪支架本体(1)；用于实现跟踪支架本体(1)角度调整的传动执行机构(2)；位置检测单元(3)，设置于跟踪支架本体(1)上，用于获取跟踪支架本体(1)的位置信息，并将其传送至跟踪控制器(4)；跟踪控制器(4)，用于根据天文算法实时计算太阳运动角度，将位置检测单元(3)获得的位置信息转换为跟踪支架的角度信息，根据太阳运动角度及跟踪支架角度信息进行逻辑处理，控制传动执行结构(2)实现所述跟踪支架角度的调整；所述跟踪控制器(4)与所述位置检测单元(3)或所述传动执行机构(2)为集成一体化设计，或三者为集成一体化设计。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，特别是涉及一种一体化的太阳能跟踪控制设备及其控制方法。
背景技术
目前，能源是现代社会存在和发展的基石。而太阳能作为可再生能源的重要组成部分，它的应用技术已经成为衡量一个国家整体实力的标志。我国资源储藏量大，但人均拥有量却一直低于全球人均量，外加我国是能耗大国，这些客观条件都要求我们要采用其它可利用能源来缓解我国即将面临的能源危机。正因为太阳能具有利用的普遍性、丰富性、清洁性、长久性，所以，在化石能源供应日趋紧张的背景下，太阳能的大规模开发利用是面向未来，实现可持续发展的必然选择。
现在很多地方开始利用太阳能发电或者加热，具体方式是将太阳能电池板或者太阳能太阳能集热器固定在某一开阔场地，固定接受阳光，从而实现太阳能的利用。但是由于太阳的位置是随着时间而逐渐变化的，固定的太阳能电池板或者太阳能太阳能集热器只能在某一时段内就受到太阳的直射，随着太阳运动和四季的变化，固定方式不能时刻跟踪太阳运动轨迹，发电效率不高，不能最大限度的利用太阳能。
因此，实有必要提出一种技术手段，以解决上述问题。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种一体化的太阳能跟踪控制设备，以保持太阳能收集装置面对太阳，使太阳光的光线以较佳角度照射太阳能收集装置，增加太阳能收集装置收集的能量，提高收集效率。
为达上述目的，本发明提出一种一体化的太阳能跟踪控制设备，包括：
用于设置和支撑太阳能收集装置的跟踪支架本体(1)，所述太阳能收集装置用于实现太阳能光电、光热、光电热形式能量的直接或间接利用；
用于实现所述跟踪支架本体(1)角度调整的传动执行机构(2)；
位置角度检测单元(3)，用于获取跟踪支架本体(1)的位置角度相关信息，并将其传送至跟踪控制器(4)；
跟踪控制器(4)，用于根据天文算法实时计算太阳运动角度，将位置检测单元(3)获得的位置角度相关信息转换为所述跟踪支架的角度信息，根据太阳运动角度及跟踪支架角度信息进行逻辑处理，控制所述传动执行结构(2)实现所述跟踪支架角度的调整；
所述跟踪控制器(4)、所述位置角度检测单元(3)、所述传动执行机构(2)中部分或三者全部集成一体化设计。
优选地，所述跟踪控制器(4)、所述位置检测角度单元(3)、所述传动执行机构(2)中部分或全部集成一体化设计在微小化设计后，电子器件采取灌封胶整体封装。
优选地，所述跟踪支架本体包括支柱(10)，设置在所述支柱(10)上的太阳能收集装置旋转轴架(11)，设置在所述太阳能收集装置旋转轴架(11)上的太阳能收集装置旋转轴(12)，以及与所述太阳能收集装置旋转轴(12)固定连接的太阳能收集装置安装架(13)，所述太阳能收集装置安装架13上用于安装所述太阳能收集装置。
优选地，所述传动执行机构(2)设置于支柱(10)上并与所述太阳能收集装置旋转轴(12)相铰接，以在所述跟踪控制器的控制下实现所述跟踪支架角度的调整。
优选地，所述位置角度检测单元(3)采用位置角度传感器，设置于所述太阳能收集装置旋转轴(12)或传动执行机构(2)上，以检测所述太阳能收集装置旋转轴(12)的位置角度相关信息。
优选地，所述跟踪控制器(4)与所述位置角度检测单元(3)集成一控制位置传感一体化装置设置于所述太阳能收集装置旋转轴上(12)。
优选地，所述跟踪控制器(4)与所述传动执行机构(2)集成一体化设置于所述传动执行机构(2)的线性推杆的尾端或回转驱动器内部或电机尾端。
优选地，所述跟踪控制器(4)、所述传动执行机构(2)及所述位置角度检测单元集成一体化设置于所述传动执行机构(2)的线性推杆的尾端或回转驱动器内部或电机尾端。
优选地，所述跟踪控制器(4)进一步包括：
时钟单元，用于提供当地的实时时钟信息。
定位单元，用于提供当地的经纬度信息；
太阳运动角度计算单元，用于根据实时时钟信息、经纬度信息，利用天文算法实时计算出太阳运动角度；
支架角度获取单元，用于根据所述位置角度检测单元检测的位置角度相关信息将其转换成跟踪支架角度信息；
电机驱动单元，用于根据太阳运动角度与跟踪支架角度信息产生控制信号控制传动执行结构的工作。
优选地，所述跟踪控制器还包括差值计算单元，用于计算当前太阳运动角度与跟踪支架角度信息的差值，并根据差值计算结果确定是否触发所述电机驱动单元产生控制信号控制所述传动执行结构的电机转动。
与现有技术相比，本发明一种一体化的太阳能跟踪控制设备及其控制方法通过实现一种新型集成一体化的太阳能跟踪支架驱动控制方式，能够使太阳光的光线以较佳的到达太阳能收集装置，能够显著增加太阳能收集装置的发电量、热量，提高能量利用效率。
附图说明
图1为本发明一种一体化的太阳能跟踪控制设备一实施例的系统架构图；
图2为本发明一实施例的传动执行机构的细部结构图；
图3为本发明另一实施例的传动执行机构的细部结构图；
图4(A)、(B)为本发明另一实施例中采用双轴结构的一体化的太阳能跟踪控制设备的主视图、立体图；
图5为本发明具体实施例中跟踪控制器4的细部结构图；
图6(A)、(B)为本发明一实施例中跟踪控制器4与位置检测单元3集成一体化设计的结构示意图；
图7(A)、(B)为本发明另一实施例中跟踪控制器4与传动执行机构2集成一体化设计的结构示意图；
图8为本发明再一实施例中跟踪控制器4、位置检测单元3及传动执行机构2集成一体化设计的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种一体化的太阳能跟踪控制设备一实施例的系统架构图。如图1所示，本发明一种一体化的太阳能跟踪控制设备，包括：
用于设置和支撑太阳能收集装置的跟踪支架本体，在本发明具体实施例中，所述太阳能收集装置可实现太阳能光、热、电等形式的利用，其可为光伏组件，但本发明不以此为限，所述的用于设置和支撑太阳能收集装置的跟踪支架本体1包括：支柱10，对应设置在支柱10上的太阳能收集装置旋转轴架11，连接在太阳能收集装置旋转轴架11上的太阳能收集装置旋转轴12，以及与太阳能收集装置旋转轴12固定连接的太阳能收集装置安装架13，所述太阳能收集装置安装架13上用于安装太阳能收集装置。在本发明中，支柱10的个数不受限制，其可以包括一个或一个以上的支柱，如图1所示，所述跟踪支架本体1包括三个支柱10，通过三个支柱10可以同时支撑两个太阳能收集装置安装架13，也可以如图4所示，该跟踪支架本体1仅包括一个支柱10，对于支柱的个数本发明不以此为限。
用于实现支架角度的调整的传动执行机构2，所述传动执行机构2设置于其中一支柱10上并与太阳能收集装置旋转轴12相铰接，以在跟踪控制器4的控制下实现支架角度的调整。
在本发明一实施例中，如图2所示，所述传动执行机构2采用回转驱动器结构，即所述传动执行结构包括电机20以及回转减速器21，如图2所示，回转减速器21套设于跟踪支架本体1的太阳能收集装置旋转轴12，由电机20在跟踪控制器4的控制信号的控制下驱动回转减速器21实现跟踪支架本体的角度调整。
在本发明另一实施例中，如图3所示，所述传动执行机构2采用线性直线推杆，如图3所示，所述传动执行机构2包括：与跟踪支架本体1的太阳能收集装置旋转轴12固定连接的驱动杆201，与驱动杆201铰接配合的推杆202；用于驱动推杆202运动的驱动装置203(如电机)，驱动装置203根据跟踪控制器4的控制信号驱动推杆202运动，由于推杆202与驱动杆201铰接配合，因此驱动杆201将伴随推杆202运动，而且驱动杆201又与太阳能收集装置旋转轴12固定连接，因此太阳能收集装置旋转轴12将伴随驱动杆201发生运动，从而实现跟踪支架本体的角度调整。
较佳地，在本发明中，太阳能收集装置旋转轴12的个数也不受限制，其可以为单轴，如图1-图3所示，在本发明另一实施例中，跟踪支架也可以采用双轴结构，如图4A及图4B所示，其同时采用了线性推杆和回转减速器的传动执行机构，具体地，其中一个旋转轴的驱动采用线性推杆结构41，另一个轴的驱动则采用回转转速器结构42，利用线性推杆可实现俯仰方向的旋转，而利用回转减速器则实现水平方向360度的旋转，由于线性推杆结构及回转减速器结构之前已详细说明，在此不予赘述。
位置角度检测单元3，用于获取跟踪支架本体1的位置角度相关信息，并将其传送至跟踪控制器4。在本发明具体实施例中，位置角度检测单元3采用位置角度传感器，其可以设置于太阳能收集装置旋转轴12或传动执行机构2(例如传动执行机构2的推杆尾部或电机尾部)上，用于检测太阳能收集装置旋转轴12的位置角度相关信息，
跟踪控制器4，用于根据天文算法实时计算太阳运动角度，将位置检测单元3获得的位置角度相关信息转换为跟踪支架角度信息，并根据太阳运动角度及跟踪支架角度信息进行逻辑处理，控制传动执行机构2实现支架角度的调整。具体地，跟踪控制器4可通过获取当地的经纬度信息以及当天的日期、实时时钟，通过天文算法计算出太阳理论高度角β，同时将位置检测单元3检测的位置信息转换成支架角度信息α，根据太阳理论高度角β与支架角度信息α的差值做出决策，驱动传动执行结构2的电机转动，实现跟踪支架角度的调整，最终实现跟踪支架实时跟踪太阳。
具体地，图5为本发明具体实施例中跟踪控制器4的细部结构图。如图5所示，跟踪控制器4进一步包括：
时钟单元401，用于提供当地的实时时钟信息，即当天的日期，实时时钟等。
定位单元402，用于实时定位，以提供当地的经纬度信息；
太阳运动角度计算单元403，用于根据实时时钟信息、经纬度信息，利用天文算法实时计算出太阳运动角度，即根据获取当地的经纬度信息以及当天的日期、实时时钟，通过天文算法计算出太阳理论高度角β；
支架角度获取单元404，用于根据位置检测单元3检测的位置信息将其转换成跟踪支架角度信息α；
电机驱动单元405，用于根据太阳运动角度与跟踪支架角度信息产生控制信号控制传动执行结构2的工作。具体地，当太阳运动角度β与跟踪支架角度信息α的和不等于90°，则说明当前跟踪支架不与太阳光垂直，则产生控制信号控制传动执行结构2调整跟踪支架的角度，以使跟踪支架与太阳光垂直，即调整跟踪支架的角度β，使得α+β＝90°。
优选地，跟踪控制器4还包括差值计算单元406，用于计算当前太阳运动角度与跟踪支架角度信息的差值，并根据差值计算结果确定是否触发电机驱动单元405产生控制信号控制传动执行结构2的电机转动。具体地说，差值计算单元406会计算太阳运动角度β与跟踪支架角度信息α的差值(即β-α)，将该差值与一预设阈值(例如2)进行比较，根据比较结果确定是否触发电机驱动单元405产生控制信号，如当该差值大于2时，产生控制信号控制传动执行结构2电机转动，以调整跟踪支架的角度使α+β＝90°，若该差值小于等于2，则不产生控制信号，即不需调整跟踪支架的角度。
优选地，所述跟踪控制器4还包括无线通讯模块，用于进行无线通讯，例如接收远程的无线控制信号以对跟踪支架实现无线控制。
在本发明具体实施例中，跟踪控制器4采用整体封装形式，区别于传统控制柜开门的方式，本发明由于采取PCB设计，实现了微型化、集成化，区别于工业控制柜分立设备组合的方式；由于整体封装形式，具备高防护等级。
在本发明一实施例中，跟踪控制器4与位置检测单元3集成一体化设计，即跟踪控制器4与位置传感器3集成控制位置传感一体化装置5，并设置于太阳能收集装置旋转轴上，如图6A、图6B所示，这样区别于跟踪控制器4与外部位置传感器独立分开为两个设备，其中间可以采用线缆连接的方式，其位置关系可以是内部整合，也可以是固定的相对位置关系，图6A中传动执行机构为回转减速器，图6B中传动执行机构为线性推杆。
在本发明另一实施例中，跟踪控制器4与传动执行机构2集成一体化设计，可设置于传动执行机构(2)上、传动执行机构(2)的线性推杆的尾端或回转驱动器内部或电机尾端，即跟踪控制器与回转减速器、电机或线性直线推杆等电动执行机构集成为整体装置6(回转减速器、线性电动推杆内部本身含电机，其本身也可以定义为电动执行机构)，如图7A、图7B所示。部件布局可以内置也可以采用相对固定的位置关系确定，这样可区别于传统控制器、传动执行机构分离工作的状态。
在本发明再一实施例中，跟踪控制器4与位置传感器3、传动执行机构2置三者集成一体化装置7，设置于传动执行机构(2)上、传动执行机构(2)的线性推杆的尾端或回转驱动器内部或电机尾端，例如直接嵌入在电机尾端或回转驱动器内部，形成一体化装置，如图8所示，所述一体化装置内含控制模块和控制功能，直接驱动电机启动、停止，结合位置检测单元获取的角度信息，最终实现跟踪太阳功能。本发明将原先独立的控制柜、外部位置传感器、传动执行机构集成为一体化装置，简化了系统部件数量，整体方案成本更低，现场安装更简单，维护难度降低。
在本发明具体实施例中，所述跟踪控制器(4)与所述位置检测单元(3)或所述传动执行机构(2)一体化集成设计或三者集成一体化设计在微小化设计后，电子器件采取灌封胶整体封装，直接隔绝外部空气，获得较高的防护等级，区别于采取移动合盖设计的敞开式设计。
综上所述，本发明一种一体化的太阳能跟踪控制设备通过实现一种新型集成一体化的太阳能跟踪支架驱动控制方式，能够保持太阳能电池组件正对太阳，使太阳光的光线垂直照射太阳能电池组件，能够显著增加太阳能收集装置的发电量，提高发电效率，本发明具有简单、便捷、可靠的特点。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中跟踪控制器采取整体设计，整体封装；比传统控制柜的分离器件组合稳定性有提升，其防护等级也得以提升，能够抵御更复杂的恶劣环境；
2、本发明将原先独立的控制柜、外部位置传感器、传动装置集成为一体化装置，简化了系统部件数量，整体方案成本更低，现场安装更简单，维护难度降低；
3、本发明采用无线通讯方式减少了通讯线缆的架设，节省了电缆；减少了施工量和施工成本、降低了施工复杂度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.一种一体化的太阳能跟踪控制设备，包括：
用于设置和支撑太阳能收集装置的跟踪支架本体(1)，所述太阳能收集装置用于实现太阳能光电、光热、光电热形式能量的直接或间接利用；
用于实现所述跟踪支架本体(1)角度调整的传动执行机构(2)；
位置角度检测单元(3)，用于获取跟踪支架本体(1)的位置角度相关信息，并将其传送至跟踪控制器(4)；
跟踪控制器(4)，用于根据天文算法实时计算太阳运动角度，将位置检测单元(3)获得的位置角度相关信息转换为所述跟踪支架的角度信息，根据太阳运动角度及跟踪支架角度信息进行逻辑处理，控制所述传动执行结构(2)实现所述跟踪支架角度的调整；
所述跟踪控制器(4)、所述位置角度检测单元(3)、所述传动执行机构(2)中部分或三者全部集成一体化设计。
2.如权利1所述的一体化的太阳能跟踪控制设备，其特征在于：所述跟踪控制器(4)、所述位置检测角度单元(3)、所述传动执行机构(2)中部分或全部集成一体化设计在微小化设计后，电子器件采取灌封胶整体封装。
3.如权利要求1所述的一种一体化的太阳能跟踪控制设备，其特征在于：所述跟踪支架本体包括支柱(10)，设置在所述支柱(10)上的太阳能收集装置旋转轴架(11)，设置在所述太阳能收集装置旋转轴架(11)上的太阳能收集装置旋转轴(12)，以及与所述太阳能收集装置旋转轴(12)固定连接的太阳能收集装置安装架(13)，所述太阳能收集装置安装架13上用于安装所述太阳能收集装置。
4.如权利要求3所述的一种一体化的太阳能跟踪控制设备，其特征在于：所述传动执行机构(2)设置于支柱(10)上并与所述太阳能收集装置旋转轴(12)相铰接，以在所述跟踪控制器的控制下实现所述跟踪支架角度的调整。
5.如权利要求3所述的一种一体化的太阳能跟踪控制设备，其特征在于：所述位置角度检测单元(3)采用位置角度传感器，设置于所述太阳能收集装置旋转轴(12)或传动执行机构(2)上，以检测所述太阳能收集装置旋转轴(12)的位置角度相关信息。
6.如权利要求3所述的一体化的太阳能跟踪控制设备，其特征在于：所述跟踪控制器(4)与所述位置角度检测单元(3)集成控制位置传感一体化装置设置于所述太阳能收集装置旋转轴上(12)。
7.如权利要求3所述的一体化的太阳能跟踪控制设备，其特征在于：所述跟踪控制器(4)与所述传动执行机构(2)集成一体化设置于所述传动执行机构(2)上、传动执行机构(2)的线性推杆的尾端或回转驱动器内部或电机尾端。
8.如权利要求3所述的一体化的太阳能跟踪控制设备，其特征在于：所述跟踪控制器(4)、所述传动执行机构(2)及所述位置角度检测单元集成一体化设置于所述传动执行机构(2)上、传动执行机构(2)的线性推杆的尾端或回转驱动器内部或电机尾端。
9.如权利要求3所述的一种一体化的太阳能跟踪控制设备，其特征在于，所述跟踪控制器(4)进一步包括：
时钟单元，用于提供当地的实时时钟信息。
定位单元，用于提供当地的经纬度信息；
太阳运动角度计算单元，用于根据实时时钟信息、经纬度信息，利用天文算法实时计算出太阳运动角度；
支架角度获取单元，用于根据所述位置角度检测单元检测的位置角度相关信息将其转换成跟踪支架角度信息；
电机驱动单元，用于根据太阳运动角度与跟踪支架角度信息产生控制信号控制传动执行结构的工作。
10.如权利要求9所述的一种一体化的太阳能跟踪控制设备，其特征在于：所述跟踪控制器还包括差值计算单元，用于计算当前太阳运动角度与跟踪支架角度信息的差值，并根据差值计算结果确定是否触发所述电机驱动单元产生控制信号控制所述传动执行结构的电机转动。
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