CN1869546A - 太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器 - Google Patents

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Abstract

一种能源技术领域的太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器。本发明中，可见光增透膜镀在双凸非球面透镜上，固定装置把红外滤光片、双面镀可见光增透膜的双凸非球面透镜、光敏电阻阵列和步进电机固定牢固，红外滤光片位于双凸非球面透镜前，光敏电阻阵列的中心位于双凸非球面透镜的焦点处；太阳光首先经过红外滤光片，然后经过可见光增透膜，再经过双凸非球面透镜，汇聚后的太阳光照射在光敏电阻阵列上，控制电路根据光敏电阻阵列的电流变化判断太阳位置的变化，并输出控制信号控制步进电机，步进电机根据控制信号调整系统俯仰角和水平角的变化，保证系统正对太阳。本发明提高了可见光的采集效率，提高了跟踪太阳的精度，且大大降低了系统的成本。

Description

太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器
技术领域
本发明涉及的是一种能源技术领域的装置，具体的说，涉及的是一种太阳光采集系统中所采用的太阳跟踪定位装置。
背景技术
在我国，照明需求较强的经济发达城市往往处于缺电地区，电力供应紧张；并且电能属于二次能源，在我国绝大多数是由煤炭、天然气和核能等不可再生资源发出的；此外，发电过程往往不可避免的产生各种环境污染物。
太阳光是最清洁的、能量最强的自然光源，取之不尽，用之不竭。特别是在提供相同照度的条件下，天然光带来的热量比绝大多数人工光源的都少；也就是说，如果用天然光代替人工光源照明，可大大减少空调负荷，有利于减少建筑物能耗。目前，人们对阳光的利用绝大多数停留在通过玻璃窗或天窗取光，达到照明或景观的作用。但是，这种取光方法利用率较低，而且不能满足建筑中部和阴面等位置的照明需要。为此开发一种太阳光照明系统，特别是不受建筑物空间限制的太阳光照明系统意义重大。
因此，从节约不可再生资源和保护环境等角度，使用太阳能照明是很有前景的一项技术。人与自然的和谐共存是人类永恒追求的信念，太阳光采集装置可以为人们提供清洁和健康的照明太阳光。它利用光纤的传导原理把太阳光引入到任何需要的地方，这一装置极大地拓展了接受太阳光照明的空间，可以广泛应用于建筑业、农作物培育养殖业以及仓库存储业等行业。
经对对现有技术地文献检索发现，张耀明等在《中国工程科学》第四卷第九期(2002年9月)上发表的《采集太阳光的照明系统研究》，该文中提出一种光纤光敏探测器太阳光跟踪传感器，其不足在于：工艺实现比较困难，特别是光纤和传感器的排列困难；原理结构比较复杂，需要进行粗调和细调，控制程序和电路比较复杂；系统成本过高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器，使其可以提高太阳光采集系统的跟踪精度和太阳光的采集效率；同时本发明工艺简单、便于加工，成本也非常低。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：红外滤光片、可见光增透膜、双凸非球面透镜、光敏电阻阵列、控制电路、步进电机和固定装置。
可见光增透膜镀在双凸非球面透镜上，红外滤光片、双面镀可见光增透膜的双凸非球面透镜、光敏电阻阵列和步进电机通过固定装置固定，红外滤光片位于双凸非球面透镜前，光敏电阻阵列的中心位于双凸非球面透镜的焦点处，光敏电阻的管脚和控制电路连接；太阳光首先经过红外滤光片，该器件滤除了太阳光中的大部分红外光；然后太阳光经过可见光增透膜，可见光增透膜是镀在双凸非球面透镜表面上，在此处可见光的透过率将得到加强；然后再经过双凸非球面透镜，此透镜起到汇聚太阳光的作用，最后太阳光照射在光敏电阻阵列上。光敏电阻阵列把太阳位置的变化转化为电流的变化，并传输给控制电路，控制电路经过判断后输出控制信号，步进电机根据控制信号进行转动，调整系统角度，使太阳光采集系统正对太阳。
本发明的光敏电阻阵列按照十字形式的四个方位排列，由于太阳光照射焦点的移动，光敏电阻受到太阳光的照射会变化，其阻值会发生相应变化，控制电路根据光敏电阻阵列电流的变化就可以判断出太阳的移动方位。
本发明步进电机有两个，通过轴承与太阳光采集系统的固定装置相连接，固定装置和轴承使得太阳光采集系统可以在水平范围和俯仰范围内转动。
本发明控制电路的元件位于电路板上，控制电路的输出信号通过导线传递给两个步进电机，控制电路的输出是电脉冲信号，控制电路输出两路控制信号，分别控制两个步进电机，一路信号和一个步进电机负责调整系统的水平角，另一路信号和另一个步进电机负责调整系统的俯仰角，步进电机每接收到一个电脉冲，就转动一个角度，使得整个系统对准太阳。
本发明红外滤光片去除了入射太阳光中的大部分红外光，使得最终照射到光敏电阻阵列上的阳光不至于过热而损坏光敏电阻。可见光增透膜可以使得经过的可见光功率得到加强，提高透过率。
本发明提高了跟踪精度，提高了采集太阳光的效率，同时由于使用了光敏电阻，大大降低了系统的成本。
附图说明
图1为本发明结构框图。
图2为本发明各部分功能图。
图3为本发明光敏电阻阵列示意图。
图4为本发明控制电路结构图
具体实施方式
如图1所示，本发明的光电转换部分包括：红外滤光片、可见光增透膜、双凸非球面透镜、光敏电阻阵列和固定装置，可见光增透膜镀在双凸非球面透镜上，固定装置把红外滤光片、双凸非球面透镜(双面镀可见光增透膜)和光敏电阻阵列固定牢固。红外滤光片位于双凸非球面透镜前，光敏电阻阵列的中心位于双凸非球面透镜的焦点处。光敏电阻的管脚通过导线和控制电路连接，控制电路通过导线连接两个步进电机。
如图2所示，说明了本发明各个部分的功能和关系。本发明中，太阳光首先经过红外滤光片，该器件滤除了太阳光中的大部分红外光；然后太阳光经过可见光增透膜，可见光增透膜是镀在双凸非球面透镜表面上，在此处可见光的透过率将得到加强；然后再经过双凸非球面透镜，最后太阳光照射在光敏电阻阵列上。光敏电阻阵列把太阳位置的变化转化为电流的变化，并传输给控制电路，控制电路经过判断后输出控制信号，步进电机根据控制信号进行转动，调整系统的俯仰角和水平角，从而使太阳光采集系统正对太阳。
如图3所示，说明了光敏电阻阵列的具体排列。光敏电阻按照十字形式排列在四个方位上，当太阳的焦点发生移动时，光敏电阻受到的太阳照射强度发生变化，从而电流发生变化，根据这种变化，就可以判断太阳位置的移动。
使用时，可以把本发明装置固定在阳光直射处。红外滤光片的一面对准太阳，此系统就会自动的跟踪太阳，时刻保持正对太阳。
所述的红外滤光片去除了入射太阳光中的大部分红外光，使得最终照射到光敏电阻阵列的太阳光不会因过热而老化损坏，绝大部分的可见光可以正常通过。
所述的可见光增透膜可以使得经过的可见光功率得到加强，提高透过率。
如图4所示，所述的控制电路对太阳的位置进行判断，并输出控制信号，控制步进电机的转动。输入信号来自光敏电阻，经过模拟量切换，信号调理和单片机的计算和判断，输出控制电脉冲信号给两个步进电机的驱动器，调整步进电机的转动。
所述的控制电路的元件位于电路板上，控制电路的输出信号通过导线传递给两个步进电机，控制电路的输出是电脉冲信号，控制电路输出两路控制信号，分别控制两个步进电机，一路信号和一个步进电机负责调整系统的水平角，另一路信号和另一个步进电机负责调整系统的俯仰角，步进电机每接收到一个电脉冲，就转动一个角度，使得整个系统对准太阳。
所述的步进电机调整系统的俯仰角和水平角，俯仰角的调整范围是0-90度，水平角的调整范围是0-180度。
所述的步进电机的步距角是1.8度，细分为1/64，即每脉冲转动1.8/64＝0.028125度。
所述的固定装置还保证光敏电阻阵列中心位于双凸非球面透镜的焦点上。

Claims (7)

1、一种太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器，包括红外滤光片、可见光增透膜、双凸非球面透镜、光敏电阻阵列、控制电路、步进电机和固定装置，其特征在于：可见光增透膜镀在双凸非球面透镜上，红外滤光片、双面镀可见光增透膜的双凸非球面透镜、光敏电阻阵列和步进电机通过固定装置固定，红外滤光片位于双凸非球面透镜前，光敏电阻阵列的中心位于双凸非球面透镜的焦点处，光敏电阻的管脚和控制电路连接；太阳光首先经过红外滤光片，滤除了太阳光中的大部分红外光，然后经过可见光增透膜，加强可见光的透过率，再经过双凸非球面透镜，汇聚后的太阳光照射在光敏电阻阵列上，光敏电阻阵列把太阳位置的变化转化为电流的变化，并传输给控制电路，控制电路经过判断后输出控制信号，步进电机根据控制信号进行转动，调整系统角度，使太阳光采集系统正对太阳。
2、根据权利要求1所述的太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器，其特征是：所述的光敏电阻阵列，其中的光敏电阻按照十字的形式排列，正对太阳时，太阳平均的照射在四个方位的光敏电阻上。
3、根据权利要求1所述的太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器，其特征是：所述的步进电机有两个，通过轴承与太阳光采集系统的固定装置相连接。
4、根据权利要求1所述的太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器，其特征是：所述的控制电路对太阳的位置进行判断，并输出控制信号，控制步进电机的转动，输入信号来自光敏电阻，经过模拟量切换，信号调理和单片机的计算和判断，输出控制电脉冲信号给两个步进电机的驱动器，调整步进电机的转动。
5、根据权利要求1或者4所述的太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器，其特征是：所述的控制电路的元件位于电路板上，控制电路的输出信号通过导线传递给两个步进电机，控制电路的输出是电脉冲信号，控制电路输出两路控制信号，分别控制两个步进电机，一路信号和一个步进电机负责调整系统的水平角，另一路信号和另一个步进电机负责调整系统的俯仰角，步进电机每接收到一个电脉冲，就转动一个角度，使得整个系统对准太阳。
6、根据权利要求1或者4所述的太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器，其特征是：所述的步进电机，调整系统的俯仰角和水平角，俯仰角的调整范围是0-90度，水平角的调整范围是0-180度。
7、根据权利要求1或者4所述的太阳光采集系统所用的太阳跟踪定位器，其特征是：所述的步进电机的步距角是1.8度，细分为1/64。
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