CN110597299A - 一种基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统设计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统设计，采用柔性太阳能采集板设计的锅状柔性太阳能采集系统，由于基板采用锅状磁性不锈钢设计，锅状磁性不锈钢采用球笼式万向节链接方式，配重磁铁吸附在锅状基板不同位置，柔性太阳能采集板的朝向会随着改变，基于日晷的投影方式，借助平行阳光对投影针的投影和光敏传感器，来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，从而保证锅状柔性太阳能采集系统最强照射下的工作状态。日晷的投影采用光敏传感器设计的基盘来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，通过无线通讯的方式发给锅状基板后的轨道配重小车，配重小车在轨道上运行到标定的锅状基板位置，配重小车在锅状基板不同位置改变锅状柔性太阳能采集系统重心，球笼式万向节链接使得柔性太阳能采集板的朝向改变到最佳工作状态。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制和太阳能应用功能研究，借鉴现存的太阳能采集追踪装置，提供一种基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统设计，采用柔性太阳能采集板设计的锅状柔性太阳能采集系统，由于基板采用锅状磁性不锈钢设计，锅状磁性不锈钢采用球笼式万向节链接方式，配重磁铁吸附在锅状基板不同位置，柔性太阳能采集板的朝向会随着改变，基于日晷的投影方式，借助平行阳光对投影针的投影和光敏传感器，来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，从而保证锅状柔性太阳能采集系统最强照射下的工作状态。日晷的投影采用光敏传感器设计的基盘来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，通过无线通讯的方式发给锅状基板后的轨道配重小车，配重小车在轨道上运行到标定的锅状基板位置，配重小车在锅状基板不同位置改变锅状柔性太阳能采集系统重心，球笼式万向节链接使得柔性太阳能采集板的朝向改变到最佳工作状态，提高了计算速度和调整精度，降低了维护和使用成本。
背景技术
太阳能自动跟踪装置是用来跟踪太阳，使集能器的主光轴始终与太阳光线相平行的装置。为了达到此目的，在使用中需要在方位角和高度角两个方位上不断跟踪太阳，使集能器从日出到日落始终对准太阳，以提高太阳能的利用率。在太阳能跟踪方面，美国Biackace，在1997年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的热接收率提高了15％。1998年关国加州成功的研究了ATM两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的涅耳透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使热接收率进一步提高。2002年2月美国亚利桑那大学推出了新型太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪，采用铝型材框架结构，结构紧凑，重量轻，大大拓宽了跟踪器的应用领域。在国内近年来有不少专家学者也相继开展了这方面的研究，1992年推出了太阳灶自动跟踪系统，1994年太阳能杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪。
跟踪太阳的方法有很多，但不外乎采用这两种方式：光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。后一种跟踪方式又可以分为双轴跟踪和单轴跟踪。
目前世界上通用的太阳能跟踪系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，都要靠计算该固定地点每一时刻的太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新计算参数、设定数据和调整各个参数。
单轴跟踪一般采用以下三种跟踪方式：倾斜布置东西跟踪；焦线南北水平布置，东西跟踪；焦线东西水平布置，南北跟踪。这三种方式基本上都是单轴转动的南北方向或东西方向跟踪，工作原理基本相似。以第三种跟踪方式为例，阐述单轴跟踪的原理。图1是这种跟踪方式的原理。跟踪系统的转轴(或焦线)系东西方向布置。然后根据太阳赤纬角的变化使柱形抛物面反射镜绕转轴作俯仰转动，以跟踪太阳。采用这种跟踪方式时，一天之中只有正午时刻太阳光与柱形抛物面的母线相垂直，此时热流最大。而在早上或下午太阳光线都是斜射，所以一天之中热流的变化比较大。采用单轴跟踪方式的特点是结构简单，但是由于入射光线不能始终与主光轴平行，从收集太阳能来说并不理想。如果能够在太阳高度和赤纬角的变化上都能够跟踪太阳就可以获得最多的太阳能，全跟踪即双轴就是根据这样的要求而设计的。
双轴跟踪又可以分为两种方式:极轴式全跟踪和高度角—方位角式全跟踪。极轴式全跟踪原理如图2所示。聚光镜的一轴指向天球北极，即与地球自转轴相平行，故称为极轴。另一轴与极轴垂直，称为赤纬轴。工作时反射镜面只须绕极轴用与地球自转角速度大小相同方向相反的固定转速，以跟踪太阳的视日运动。此外再按照季节的变化间断地将反射镜围绕赤纬轴作俯仰转动以适应赤纬角的变化。这种跟踪方式并不复杂，只是反射镜的重量并不通过极轴轴线，使极轴支承装置的设计比较困难。
对太阳能电池板双轴光电自动追踪系统设计如图3所示。通过测量装置的检测，给出太阳在东西方向和南北方向的方位信号。然后，此信号与电池板的姿态信号在PLC系统内进行比较后输出电机动作信号进而使东西方向的电机转动来调节电池板在东西方向的姿态，同时南北方向的电机也转动来调节电池板在南北方向的姿态，最终达到太阳能电池板与太阳光垂直的目的。光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪的方法都存在控制运动相对复杂，维护和使用成本较高的问题。
发明内容
由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。本发明的目的在于一种基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统设计，应用太阳能行业，提高太阳能的利用率，本发明采用柔性太阳能采集板设计的锅状柔性太阳能采集系统，由于基板采用锅状磁性不锈钢设计，锅状磁性不锈钢采用球笼式万向节链接方式，配重磁铁吸附在锅状基板不同位置，柔性太阳能采集板的朝向会随着改变，基于日晷的投影方式，借助平行阳光对投影针的投影和光敏传感器，来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，从而保证锅状柔性太阳能采集系统最强照射下的工作状态，本发明的控制过程如图4所示。
本发明的利用日晷太阳投影指示原理，晷针安装在晷盘中央与盘面垂直，太阳照到针上，在盘面上产生投影，晷针的影子随太阳的运动而移动，这样针影的位置不同，就能反映太阳的位置不同，日晷的投影采用光敏传感器设计的基盘，由于来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，日晷太阳投影光敏传感器设计的基盘标定配重磁铁吸附在锅状基板位置。
本发明的日晷的投影标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，通过无线通讯的方式发给锅状基板后的轨道配重小车，配重小车在轨道上运行到标定的锅状基板位置，配重小车在锅状基板不同位置改变锅状柔性太阳能采集系统重心，球笼式万向节链接使得柔性太阳能采集板的朝向改变到最佳工作状态。基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统硬件框图如图5所示
目前制约太阳能发电的最大瓶颈是太阳利用率低，通过对太阳自动跟踪在很大程度上提高了太阳能的利用率，本发明的目的在于一种基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统设计，结构轻巧,便于安装和维护，提高了计算速度和调整精度。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1焦线东西水平布置南北追踪；
图2是极轴式追踪；
图3是太阳能电池板双轴光电自动追踪系统；
图4是一种基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统控制过程；
图5是基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统硬件框图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本实施例提供基于TI公司的M430通用处理芯片设计的处理器电路和基于Altra公司的EPM3128ATI64可编程器件，结合电源电路，输入光电采集电路，处理器和存储电路，模拟量和数字量采集电路，驱动电路，总线电路，实现光电位置的标定和配重小车的运动。
采用柔性太阳能采集板设计的锅状柔性太阳能采集系统，由于基板采用锅状磁性不锈钢设计，锅状磁性不锈钢采用球笼式万向节链接方式，配重磁铁吸附在锅状基板不同位置，柔性太阳能采集板的朝向会随着改变，基于日晷的投影方式，借助平行阳光对投影针的投影和光敏传感器，来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，从而保证锅状柔性太阳能采集系统最强照射下的工作状态。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统设计，其特征在于：
一种基于日晷投影的柔性太阳能采集配重式追踪系统设计，采用柔性太阳能采集板设计的锅状柔性太阳能采集系统，由于基板采用锅状磁性不锈钢设计，锅状磁性不锈钢采用球笼式万向节链接方式，配重磁铁吸附在锅状基板不同位置，柔性太阳能采集板的朝向会随着改变，基于日晷的投影方式，借助平行阳光对投影针的投影和光敏传感器，来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，从而保证锅状柔性太阳能采集系统最强照射下的工作状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
太阳照射时日晷是一种利用太阳投影指示时间的工具。晷针安装在晷盘中央与盘面垂直。太阳照到针上，在盘面上产生投影，晷针的影子随太阳的运动而移动，这样针影的位置不同，就能反映太阳的位置不同，日晷的投影采用光敏传感器设计的基盘，由于来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
日晷的投影采用光敏传感器设计的基盘来来标定配重磁铁吸附在锅状基板位置，通过无线通讯的方式发给锅状基板后的轨道配重小车，配重小车在轨道上运行到标定的锅状基板位置，配重小车在锅状基板不同位置改变锅状柔性太阳能采集系统重心，球笼式万向节链接使得柔性太阳能采集板的朝向改变到最佳工作状态。
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