CN111781959A - 一种太阳光自动跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳光自动跟踪装置，包括光伏板、调整架、驱动机构、太阳光检测接收装置、单片机、以及供电电路，该装置是以单片机控制单元为核心，通过太阳光检测接收装置检测太阳光线强度，准确确定太阳的高度角，通过单个电机的驱动机构对光伏板的水平方位和俯仰角度进行调整，确保太阳能光伏电池板可以始终与太阳光线垂直，及时地跟踪太阳的运动轨迹，从而提高太阳能的发电效率。

Description

一种太阳光自动跟踪装置

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种太阳光自动跟踪装置。

背景技术

在如今随着以常规能源为基础的能源结构的不断减少，随着资源转型速度的加快，将越来越适应可持续发展的需要。包括太阳能在内的可再生资源将会越来越受到人们的重视。利用洁净的太阳光能，利用光伏电池实现。本设计尝试设计一种能够自动跟踪太阳光照射角度的双轴自动跟踪系统以提高太阳能电池的光-电转化率。

为了解决上述问题，本发明中，提出了一种太阳光自动跟踪装置。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种太阳光自动跟踪装置，以解决背景技术中提出的问题。

(2)技术方案

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

一种太阳光自动跟踪装置，包括光伏板、调整架、驱动机构、太阳光检测接收装置、单片机、以及供电电路，所述光伏板活动安装在调整架上，所述驱动机构固定在调整架上，通过驱动机构对光伏板的水平方位和俯仰角度两个姿态进行调节，所述太阳光检测接收装置固定在光伏板上，太阳光检测接收装置的输出电路与单片机的输入电路电连接，所述单片机的输出电路与驱动机构的控制电路电连接，所述供电电路用于对驱动机构、太阳光检测接收装置、以及单片机进行供电；

所述调整架包括底座和转盘，所述底座的上表面开设有圆柱形槽，所述转盘的下端同轴转动连接在圆柱形槽的底壁上，在转盘的上端两侧对称的固定有两个支撑板，光伏板两侧的转轴分别转动连接在两个支撑板上；

驱动机构固定在其中一个支撑板的外侧壁上，且光伏板靠近驱动机构一侧的转轴穿过支撑板与驱动机构连接，所述驱动机构包括壳体、水平方位调节机构、俯仰角调节机构、电机、伸缩轴、双头锥齿轮、以及伸缩调节机构，所述壳体固定在支撑板上，所述电机的输出轴固定连接伸缩轴，双头锥齿轮套设固定在伸缩轴的另一端，伸缩调节机构的一端固定在壳体上，另一端连接与伸缩轴连接，用于驱动伸缩轴伸缩，使双头锥齿轮的两侧分别且不同时与水平方位调节机构和俯仰角调节机构的对应锥齿轮进行啮合。

进一步地，所述水平方位调节机构设置在双头锥齿轮的外侧，其包括第一从动锥齿轮、驱动杆、圆柱齿轮、以及设置在圆柱形槽侧壁上的齿圈，所述驱动杆竖直转动连接在壳体的底壁上，第一从动锥齿轮套设固定在驱动杆的上端，圆柱齿轮套设固定在驱动杆的底端，圆柱齿轮与齿圈相啮合，双头锥齿轮向外侧移动与第一从动锥齿轮啮合。

进一步地，所述俯仰角调节机构设置在双头锥齿轮的内侧，其包括第二从动锥齿轮、蜗杆、以及蜗轮，所述第二从动锥齿轮同轴套设固定在蜗杆一端的转轴上，蜗杆两端的转轴水平转动连接在壳体的内壁上，蜗轮同轴套设固定在光伏板的转轴上且与蜗杆相啮合，双头锥齿轮向内侧移动与第二从动锥齿轮啮合。

进一步地，所述伸缩调节机构包括气缸、推板、以及推环，所述气缸固定在壳体的侧壁上，其输出端垂直固定连接在推板的表面，推环套设固定在伸缩轴的伸缩端外侧壁上，推板的下端设有卡槽，所述推环的上端被夹在卡槽内，所述推环与卡槽之间为间隙配合。

进一步地，所述太阳光检测接收装置由四个光敏电阻(P1、P2、P3、P4)、四个固定阻值电阻、四个NPN三级管组成，其中两个光敏电阻(P1、P2)分别固定安装在光伏板的前侧和后侧，另外两个光敏电阻(P3、P4)分别固定安装在光伏板的左侧和右侧。

(3)有益效果：

1、本发明中，通过在光伏板的四个方向上设置光敏电阻，其中，P3及P4用作太阳水平方向光线检测，P1及P2用于检测垂直方向太阳的光线，从而采集光伏板四个方向的不同光照强度信号，通过单片机控制单元控制三极管选通AD采样通道，选通的方向信号经过AD转换传送到控制单元处理后输出驱动机构控制信号；单片机根据两个光敏电阻(P3、P4)的输出电压的大小，判别出太阳的水平方位信息，从而通过驱动机构使转盘转过一定的角度，及时跟踪太阳的水平方位；单片机根据另外两个光敏电阻(P1、P2)输出的电压压值大小，判别出太阳能光伏电池板的俯仰角是否合适，根据其具体的电压分布进行光伏板俯仰姿态的调整，当两个传感器输出电压一致，停止俯仰角姿态调整，此时即可确保光伏板正对太阳光。

2、本发明中，通过设置单电机驱动结构，能够更加节省成本，该驱动机构的电机输出轴通过连接一个伸缩轴，并通过伸缩调节机构来控制伸缩轴伸缩，能够使套设在伸缩轴端部的双头锥齿轮可以分别且不同时地与水平方位调节机构和俯仰角调节机构的对应锥齿轮进行啮合，当伸缩调节机构推动伸缩轴向内侧伸出时，能够使双头锥齿轮的一侧与俯仰角调节机构的第二从动锥齿轮相啮合；当伸缩调节机构推动伸缩轴向外侧收缩时，能够使双头锥齿轮的另一侧与水平方位调节机构的第一从动锥齿轮相啮合；

3、本发明中，通过将俯仰角调节机构设计成蜗轮蜗杆，能够使光伏板更加稳定，不晃动，当双头锥齿轮的一侧与俯仰角调节机构的第二从动锥齿轮啮合时，能够带动与第二从动锥齿轮同轴设置的蜗杆转动，蜗杆转动能够带动蜗轮转动，蜗轮转动能够带动光伏板转动，调整光伏板的俯仰角度，而且由于蜗轮蜗杆的传动是不可逆的，所以可以使光伏板更稳定；

4、本发明中，通过将水平方位调节机构设计成行星轮结构，不仅能够带动转盘水平转动，而且使转盘更加稳定；当双头锥齿轮的另一侧与水平方位调节机构的第一从动锥齿轮啮合时，能够带动第一从动锥齿轮转动，继而带动驱动杆底部的圆柱齿轮转动，此时，圆柱齿轮可以看作为行星轮，而转盘、壳体、以及驱动杆连接在一起的结构可以看作为行星架，当圆柱齿轮转动时能够延圆柱形槽内壁上的齿圈滚动，继而带动该行星架水平转动，调整光伏板的水平方位。

附图说明

图1为本发明一种太阳光自动跟踪装置的结构示意图；

图2为本发明图1中A的放大图；

图3为图2另一状态的示意图；

图4为本发明一种太阳光自动跟踪装置的太阳光检测接收装置的连线图；

图5为本发明一种太阳光自动跟踪装置的光敏电阻(P1、P2、P3、P4)的安装位置示意图；

图6为本发明一种太阳光自动跟踪装置的系统硬件组成框图；

图7为本发明一种太阳光自动跟踪装置的控制流程图；

附图标记如下：

底座1、转盘2、光伏板3、光敏电阻4、驱动机构5、壳体501、电机502、伸缩轴503、双头锥齿轮504、第一从动锥齿轮505、驱动杆506、圆柱齿轮507、齿圈508、第二从动锥齿轮509、蜗杆510、蜗轮511、推环512、推板513、气缸514、支撑板6。

具体实施方式

下面结合附图1-7和实施例对本发明进一步说明：

一种太阳光自动跟踪装置，包括光伏板3、调整架、驱动机构5、太阳光检测接收装置、单片机、以及供电电路，所述光伏板3活动安装在调整架上，所述太阳光检测接收装置固定在光伏板3上，能够采集光伏板3四个方向的不同光照强度信号，太阳光检测接收装置的输出电路与单片机的输入电路电连接，通过单片机控制单元控制三极管选通AD采样通道，选通的方向信号经过AD转换传送到单片机控制单元处理后输出驱动机构5控制信号，单片机的输出电路与驱动机构5的控制电路电连接，通过驱动机构5对光伏板3进行姿态调整，确保光伏板3可以始终与太阳光线垂直，及时地跟踪太阳的运动轨迹，从而提高太阳能的发电效率；所述供电电路用于对驱动机构5、太阳光检测接收装置、以及单片机进行供电。

调整架包括底座1和转盘2，所述底座1的上表面开设有圆柱形槽，所述转盘2的下端同轴转动连接在圆柱形槽的底壁上，在转盘2的上端两侧对称的固定有两个支撑板6，光伏板3两侧的转轴分别转动连接在两个支撑板6上，驱动机构5固定在其中一个支撑板6的外侧壁上，且光伏板3靠近驱动机构5一侧的转轴穿过支撑板6与驱动机构5连接，驱动机构5包括壳体501、水平方位调节机构、俯仰角调节机构、电机502、伸缩轴503、双头锥齿轮504、以及伸缩调节机构，所述壳体501固定在支撑板6上，所述电机502的输出轴固定连接伸缩轴503，双头锥齿轮504套设固定在伸缩轴503的另一端，伸缩调节机构的一端固定在壳体501上，另一端连接与伸缩轴503连接，用于驱动伸缩轴503伸缩，使双头锥齿轮504的两侧分别且不同时与水平方位调节机构和俯仰角调节机构的对应锥齿轮进行啮合，这样可以通过单电机502驱动的方式同时调整光伏板3的水平方位和俯仰角度，使装置的成本降低，而且使装置的稳定性得到提升。

本实施例中，水平方位调节机构设置在双头锥齿轮504的外侧，其包括第一从动锥齿轮505、驱动杆506、圆柱齿轮507、以及设置在圆柱形槽侧壁上的齿圈508，所述驱动杆506竖直转动连接在壳体501的底壁上，第一从动锥齿轮505套设固定在驱动杆506的上端，圆柱齿轮507套设固定在驱动杆506的底端，圆柱齿轮507与齿圈508相啮合，当双头锥齿轮504的一侧与水平方位调节机构的第一从动锥齿轮505啮合时，能够带动第一从动锥齿轮505转动，继而带动驱动杆506底部的圆柱齿轮507转动，此时，圆柱齿轮507可以看作为行星轮，而转盘2、壳体501、以及驱动杆506连接在一起的结构可以看作为行星架，当圆柱齿轮507转动时能够延圆柱形槽内壁上的齿圈508滚动，继而带动该行星架水平转动，调整光伏板3的水平方位。

本实施例中，俯仰角调节机构设置在双头锥齿轮504的内侧，其包括第二从动锥齿轮509、蜗杆510、以及蜗轮511，所述第二从动锥齿轮509同轴套设固定在蜗杆510一端的转轴上，蜗杆510两端的转轴水平转动连接在壳体501的内壁上，蜗轮511同轴套设固定在光伏板3的转轴上且与蜗杆510相啮合，当双头锥齿轮504的一侧与俯仰角调节机构的第二从动锥齿轮509啮合时，能够带动与第二从动锥齿轮509同轴设置的蜗杆510转动，蜗杆510转动能够带动蜗轮511转动，蜗轮511转动能够带动光伏板3转动，调整光伏板3的俯仰角度，而且由于蜗轮511蜗杆510的传动是不可逆的，所以可以使光伏板3更稳定。

本实施例中，所述伸缩调节机构包括气缸514、推板513、以及推环512，所述气缸514固定在壳体501的侧壁上，其输出端垂直固定连接在推板513的表面，推环512套设固定在伸缩轴503的伸缩端外侧壁上，推板513的下端设有卡槽，所述推环512的上端被夹在卡槽内，所述推环512与卡槽之间为间隙配合，当太阳光检测接收装置检测到需要调整光伏板3的水平方位时，使气缸514的输出轴收缩，带动推板513向外侧移动，使双头锥齿轮504与水平方位调节机构的第一从动锥齿轮505啮合；当太阳光检测接收装置检测到需要调整光伏板3的俯仰角度时，使气缸514的输出轴伸出，带动推板513向光伏板3一侧移动，使双头锥齿轮504与俯仰角调节机构的第二从动锥齿轮509啮合。

本实施例中，所述太阳光检测接收装置由四个光敏电阻4(P1、P2、P3、P4)、四个固定阻值电阻、四个NPN三级管组成，其中两个光敏电阻4(P1、P2)分别固定安装在光伏板3的前侧和后侧，另外两个光敏电阻4(P3、P4)分别固定安装在光伏板3的左侧和右侧，P3及P4用作太阳水平方向光线检测，P1及P2用于检测垂直方向太阳的光线，单片机根据两个光敏电阻4(P3、P4)的输出电压的大小，判别出太阳的水平方位信息，从而通过驱动机构5使转盘2转过一定的角度，及时跟踪太阳的水平方位；单片机根据另外两个光敏电阻4(P1、P2)输出的电压压值大小，判别出太阳能光伏电池板的俯仰角是否合适，根据其具体的电压分布进行光伏板3俯仰姿态的调整，当两个传感器输出电压一致，停止俯仰角姿态调整，此时即可确保光伏板3正对太阳光。

本发明有益效果：

1、本发明中，通过在光伏板3的四个方向上设置光敏电阻4，其中，P3及P4用作太阳水平方向光线检测，P1及P2用于检测垂直方向太阳的光线，从而采集光伏板3四个方向的不同光照强度信号，通过单片机控制单元控制三极管选通AD采样通道，选通的方向信号经过AD转换传送到控制单元处理后输出驱动机构5控制信号；单片机根据两个光敏电阻4(P3、P4)的输出电压的大小，判别出太阳的水平方位信息，从而通过驱动机构5使转盘2转过一定的角度，及时跟踪太阳的水平方位；单片机根据另外两个光敏电阻4(P1、P2)输出的电压压值大小，判别出太阳能光伏电池板的俯仰角是否合适，根据其具体的电压分布进行光伏板3俯仰姿态的调整，当两个传感器输出电压一致，停止俯仰角姿态调整，此时即可确保光伏板3正对太阳光。

2、本发明中，通过设置单电机502驱动结构，能够更加节省成本，该驱动机构5的电机502输出轴通过连接一个伸缩轴503，并通过伸缩调节机构来控制伸缩轴503伸缩，能够使套设在伸缩轴503端部的双头锥齿轮504可以分别且不同时地与水平方位调节机构和俯仰角调节机构的对应锥齿轮进行啮合，当伸缩调节机构推动伸缩轴503向内侧伸出时，能够使双头锥齿轮504的一侧与俯仰角调节机构的第二从动锥齿轮509相啮合；当伸缩调节机构推动伸缩轴503向外侧收缩时，能够使双头锥齿轮504的另一侧与水平方位调节机构的第一从动锥齿轮505相啮合；

3、本发明中，通过将俯仰角调节机构设计成蜗轮511蜗杆510，能够使光伏板3更加稳定，不晃动，当双头锥齿轮504的一侧与俯仰角调节机构的第二从动锥齿轮509啮合时，能够带动与第二从动锥齿轮509同轴设置的蜗杆510转动，蜗杆510转动能够带动蜗轮511转动，蜗轮511转动能够带动光伏板3转动，调整光伏板3的俯仰角度，而且由于蜗轮511蜗杆510的传动是不可逆的，所以可以使光伏板3更稳定；

4、本发明中，通过将水平方位调节机构设计成行星轮结构，不仅能够带动转盘2水平转动，而且使转盘2更加稳定；当双头锥齿轮504的另一侧与水平方位调节机构的第一从动锥齿轮505啮合时，能够带动第一从动锥齿轮505转动，继而带动驱动杆506底部的圆柱齿轮507转动，此时，圆柱齿轮507可以看作为行星轮，而转盘2、壳体501、以及驱动杆506连接在一起的结构可以看作为行星架，当圆柱齿轮507转动时能够延圆柱形槽内壁上的齿圈508滚动，继而带动该行星架水平转动，调整光伏板3的水平方位。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种太阳光自动跟踪装置，包括光伏板、调整架、驱动机构、太阳光检测接收装置、单片机、以及供电电路，其特征在于：所述光伏板活动安装在调整架上，所述驱动机构固定在调整架上，通过驱动机构对光伏板的水平方位和俯仰角度两个姿态进行调节，所述太阳光检测接收装置固定在光伏板上，太阳光检测接收装置的输出电路与单片机的输入电路电连接，所述单片机的输出电路与驱动机构的控制电路电连接，所述供电电路用于对驱动机构、太阳光检测接收装置、以及单片机进行供电；

所述调整架包括底座和转盘，所述底座的上表面开设有圆柱形槽，所述转盘的下端同轴转动连接在圆柱形槽的底壁上，在转盘的上端两侧对称的固定有两个支撑板，光伏板两侧的转轴分别转动连接在两个支撑板上；

驱动机构固定在其中一个支撑板的外侧壁上，且光伏板靠近驱动机构一侧的转轴穿过支撑板与驱动机构连接，所述驱动机构包括壳体、水平方位调节机构、俯仰角调节机构、电机、伸缩轴、双头锥齿轮、以及伸缩调节机构，所述壳体固定在支撑板上，所述电机的输出轴固定连接伸缩轴，双头锥齿轮套设固定在伸缩轴的另一端，伸缩调节机构的一端固定在壳体上，另一端连接与伸缩轴连接，用于驱动伸缩轴伸缩，使双头锥齿轮的两侧分别且不同时与水平方位调节机构和俯仰角调节机构的对应锥齿轮进行啮合。

2.如权利要求1所述的一种太阳光自动跟踪装置，其特征在于：所述水平方位调节机构设置在双头锥齿轮的外侧，其包括第一从动锥齿轮、驱动杆、圆柱齿轮、以及设置在圆柱形槽侧壁上的齿圈，所述驱动杆竖直转动连接在壳体的底壁上，第一从动锥齿轮套设固定在驱动杆的上端，圆柱齿轮套设固定在驱动杆的底端，圆柱齿轮与齿圈相啮合，双头锥齿轮向外侧移动与第一从动锥齿轮啮合。

3.如权利要求1所述的一种太阳光自动跟踪装置，其特征在于：所述俯仰角调节机构设置在双头锥齿轮的内侧，其包括第二从动锥齿轮、蜗杆、以及蜗轮，所述第二从动锥齿轮同轴套设固定在蜗杆一端的转轴上，蜗杆两端的转轴水平转动连接在壳体的内壁上，蜗轮同轴套设固定在光伏板的转轴上且与蜗杆相啮合，双头锥齿轮向内侧移动与第二从动锥齿轮啮合。

4.如权利要求1所述的一种太阳光自动跟踪装置，其特征在于：所述伸缩调节机构包括气缸、推板、以及推环，所述气缸固定在壳体的侧壁上，其输出端垂直固定连接在推板的表面，推环套设固定在伸缩轴的伸缩端外侧壁上，推板的下端设有卡槽，所述推环的上端被夹在卡槽内，所述推环与卡槽之间为间隙配合。

5.如权利要求1所述的一种太阳光自动跟踪装置，其特征在于：所述太阳光检测接收装置由四个光敏电阻(P1、P2、P3、P4)、四个固定阻值电阻、四个NPN三级管组成，其中两个光敏电阻(P1、P2)分别固定安装在光伏板的前侧和后侧，另外两个光敏电阻(P3、P4)分别固定安装在光伏板的左侧和右侧。

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