CN201388165Y - 全自动双轴跟踪太阳能电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型为全自动双轴跟踪太阳能电源，解决已有太阳能电源对太阳光的跟踪精度低，不能安全避风的问题，经度调节电机(7)通过主轴(6)与电池组件(3)传动连接，支架(2)与电池组件(3)连接，纬度支架(4)与纬度调节电机(5)传动连接，纬度支架(4)上有纬度调节行程开关(10)，电池组件上有光强检测盒(8)，光强检测盒(8)内有成直角安装的经度光强检测板和纬度光强检测板，每个光强检测板的绝缘层两侧面上均布有串连的光敏电阻，每个面的光敏电阻与单片机连接，每个方向的起始行程开关和末端行程开关分别与单片机连接，单片机的输出经直流电机继电器分别与经、纬度调节电机连接，电流检测装置与单片机连接，经纬度调节行程开关分别位于经纬度调节电机的经纬度旋转区域内。

Description

全自动双轴跟踪太阳能电源

技术领域：

本实用新型涉及一种全自动跟踪太阳光的装置，通过对不同位置的光敏电阻检测光强为依据，用单片机调节X轴(经度方向)和Y轴(纬度方向)电机转动角度，使太阳光一直与转动平面垂直。

背景技术：

对日跟踪装置可以使太阳光在白天任何时候都垂直照射到太阳能电池组件上，保证跟踪架上的太阳能电池组件获得最大太阳能辐射能量，从而提高太阳能发电装置的发电能力。目前，太阳光自动跟踪技术主要有匀速跟踪法，时空同步法和光强比较法三种方式。

1、匀速跟踪法：地球的自转速度是固定的，可以认为，早上太阳从东方升起经正南方向向西运动并落山，太阳在方位角上以15°/h匀速运动，24/h移动一周。倾斜角等于当地纬度作为一个极轴。其跟踪过程是将固定在极轴上的太阳能电池板以地球自转角速度15°/h的速度转动，即可达到跟踪太阳，保持太阳能电池板平面与太阳光线垂直。该方法控制简单，但安装调整困难，初始角度很难确定和调节，受季节等因素影响较大，对定时电路的精度要求也很高。因此，控制精度较差。

2、时空同步法：将当地经纬度数据，不同年份的春分和秋分时节预先存入单片机内，通过一种算法，计算出不同时刻装置理论上的经纬度方向，以此调整装置的角度，实现时间与空间的同步。这种方式从理论上讲控制精度高，而且不需要检测对准偏差，但定时功能部分要求精度很高，否则时间的积累误差引入的偏差随时间推移较大；另一方面，从工程角度考虑，最好对角度的转动实现闭环控制，否则也可能引入误差。

3、光强比较法：通过在不同位置安装光敏二极管或光敏电阻，再利用单片机或硬件电路实现不同位置间因光强不同引起的电阻或电流变化产生的偏差，以此为依据调节各个电机的转动角度，实现对太阳光的自动跟踪。

但是，目前的光强检测方式都是对光敏电阻采用平面安装方式，再另外加装具有一定高度的挡光板实现跟踪误差时不同位置光敏电阻吸收光强的不同；而且均是单个光敏电阻独立使用，这不利于提高检测的精度。

上述三种方法都忽略一个很重要的问题，即在跟踪过程中的风力检则与避风控制。如无此项功能，在相当大的角度范围内，装置是很危险的，有可能造成整个装置的不稳定或损坏。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种检测精度高，在风力过大时仍保持安全的自动双轴跟踪太阳能电源。

本实用新型是这样来实现的：

本实用新型全自动双轴跟踪太阳能电源，经度调节电机7与主轴6传动连接，主轴6与支架2铰连，主轴6上有经度调节行程开关11，支架2与电池组件3连接，与筒形纬度支架4链连，纬度支架4与纬度调节电机5连接，纬度支架4上有纬度调节行程开关10，纬度支架4为筒形，与丝母13动配合，丝母13，与丝杆12螺纹配合，丝杆12与纬度调节电机5输出轴连接，丝母13与活动臂14的一端铰连，活动臂14的另一端与支架2铰连，机座上有控制器9，电池组件3上有光强检测盒8，光强检测盒8内有与底板垂直安装的经度光强检测板15和纬度光强检测板16，经、纬度光强检测板的夹角为90°，每个光强检测板的绝缘层19两侧面上均布有串连的光敏电阻17，每个面的光敏电阻分别与控制器9的单片机连接，每个行程开关的起始行程开关和末端行程开关分别与单片机IC1连接，单片机的输出经直流电机继电器分别与经、纬度调节电机连接，电机检测装置与单片机连接，与电机公用电源连接，经纬度调节行程开关分别位于经纬度调节电机的经纬度旋转区域内。

电机公用电源负端电流经电流检测装置的电阻和电容取样滤波后送入放大器，放大器的输出接单片机的A/D口。

所述的直流电机继电器为两个，分别控制调节电机的正转和反转，每个直流电机继电器与一个三极管的集电极连接，三极管的基极与单片机连接。

本实用新型检测精度高，在风力过大时仍保持安全。

附图说明：

图1是本实用新型电路原理框图。

图2是光强检测板结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是经纬度光强检测盒结构示意图。

图5是电机电流检测原理图。

图6是本实用新型的电路原理图。

图7是电池组件与支架结构图。

图8是图7的左视图。

图9是纬度调节电机传动结构示意图。

图10是纬度调节电机传动示意图。

图11是本实用新型的结构图。

图12是图11的左视图

具体实施方式：

如图1所示，经纬度光强检测板共4路光强信号输入单片机经模数转换后，通过判别、计算，确定经纬度(X轴、Y轴)电机的转动方向；单片机发出的电机转向控制信号驱动由4个继电器组成的信号放大、隔离驱动网络控制电机。

本实用新型通过对电机电流的监测，间接判断风力对装置的影响，实现对装置的保护。

经纬度转动区间安装的行程开关的目有两个功能：一是防止装置检测失灵后转动超过正常区域损坏装置；二是当转动至末端行程开关时反转至始端，为次日跟踪做好准备。

图2所示为光强检测板的结构，将光敏电阻焊接在印制板上，通过两根连线与控制装置发生联系，将本方向受光照射引起回路电流信号值传送到控制板。如图3所示，用两个单面检测板光敏电阻向外，并在中间垫一层隔离绝缘层，用4个M3*12螺丝紧固，这样就形成光强检测板，其中两个成对的光强检测板共地。

将两经、纬度光强检测板互相垂直安装在一个盒内，经度方向光强检测板盒的底板长边平行；盒的上面盖透明塑料以防雨水和灰尘，这样，组成一个集成的光强检测盒，便于安装和调试。经纬度光电检测板在盒内的安装分布如图4所示。

痛过检测电机转动时的电流来判断装置受风附加作用力的大小，其电流检测与滤波、放大处理的硬件原理图如图5所示。

其中，电机公用负电源为经度、纬度调节的电机使用的负电源，痛过电阻R15和电容C4取样滤波后，送入由芯片LM258为中心组成的放大器，电阻R15为0.1欧、2W的线绕电阻，与电机电源的负极串联，功能是对电机电流取样；因为电机是分时工作的，因此，不会造成相互干扰，而且电机工作时只有1安左右电流，因此用芯片LM358组成20倍的放大器对其放大；电容C4的作用是对电机启动过程中的暂态电流滤波。

本实用新型控制系统原理图如图6所示。其中RT1-RT4为经纬度光强检测板正反面的光敏电阻串，它可根据需要确定使用的个数；K1-K4为经纬度调节时，装置平面在经度和纬度旋转区域限制用的行程开关，单片机在控制电机转动过程中周期检测行程开关状态，防止光强检测板工作不正常时损坏装置。

S1开关为装置跟踪开始开关，当此开关闭环时，装置跟踪开始，当此开关断开时，装置跟踪系统停止工作，这便于安装和维修过程中的调试。

三极管Q1-Q4为驱动直流电机继电器用的，它将单片机控制MG1，MG2电机正反转的信号放大，以便可靠的驱动继电器通断。

继电器J1，J2是控制电机MG1正反转的，而MG1是调节经度方向跟踪用的。当继电器J1闭环合、继电器J2断开时，MG1电机正转；当继电器J1断开、继电器J2闭合时MG1电机反转；JI1继电器与J2均断开时，电机停止转动。通过软件延时处理，J1与J2不会同时闭合。

继电器J3，J4是控制电机MG2正反转的，电机而MG1是调节纬度方向跟踪用的。当继电器J3闭环合、继电器J4断开时，MG2电机正转；当继电器J3断开、继电器J4闭合时MG2电机反转；继电器JI3与继电器J4均断开时，电机停止转动。通过软件延时处理，同样，继电器J3与继电器J4不会同时闭合。

用于检测经纬度方向偏差的光强检测盒安装位置如图7所示，共计4根4个方向的光强信号和一根公用负极线为一根5芯多股软线输出。

整个工作原理如下：

单片机循环对4路光强检测电路的模拟信号和4路限位行程开关数字信号、控制开关状态信号更新输入，当控制调节周期计时到时，分两步调节：

1、经度调节：当经度光强检测板两边光强输入信号在设定允许误差范围内，单片机不控制经度调节电机MG1运转；当西面输入信号大于东面光强信号时，单片机控制MG1向西转动，同时，循环输入两路光强和电机电流信号，以及西面限位行程开关信号；当西面光强输入信号大于东面光强信号时，电机停止转动；当行程开关信号状态改变时，电机向东方向转动，直至东向限位行程开关状态改变后，定时向西转动2秒，使行程开关复位，并输入东西向行程开关状态，据此判断行程开关动作是否可靠；同时，在控制电机转动过程中，根据输入电流的值间接判断装置是否受到风作用力超过设定值，如超过设定值时控制两个电机分别转动到最小电流值状态。

当东方向光强信号大于西方向光强信号时，单片机控制电机向东方向转动，其调节原理同上。其传动示意图如图9所示：

调节过程为：当西面光强时，电机向西(右)转，带动减速传动机构18带动主轴6旋转，使转动部分(在此为电池板3)，当转动至东面光强检测板的信号大于等于西面信号时，说明太阳光线在东方向已与装置转动平面垂直，这时，电机停止。

同理，当东方光强信号大于西方光强信号时，电机带动减速传动装置18带动主轴6向东(左)转动，到光强信号相等时，电机停止转动。

当装置转动到起始行程开关位置时，定时反转10秒钟，使行程开关复位；转动到末端行程开关位置时，电机转动到起始行程开关处。

当电机电流超过设定值时，反复调节电机MG1、MG2，使两个电机的转动电流最小。

2、纬度控制调节：其原理同经度调节原理一样，只不过单片机控制的是电机MG2。其传动示意图如图10所示：

具体调节过程为：当南向的光强信号大于北向光强信号时，MG2电机驱动减速传动装置的丝杆2带动丝母13向上运动，使支架2由北向南转动；当南北向光强信号相等时，太阳光线在此方向也与装置转动平面垂直，电机停止转动；同理，当北向光强信号大于南向信号时，MG2电机带动丝杆2，带动丝母13向下运动，从而带动支架由南向北转动；当光强信号相等时，电机停止转动。

当装置转动到起始行程开关位置时，定时反转10秒钟，使行程开关复位；转动到末端行程开关位置时，电机转动到起始行程开关处。

当电机电流超过设定值时，反复调节电机MG1、MG2，使两个电机的转动电流最小。

Claims (3)

1、全自动双轴跟踪太阳能电源，其特征在于经度调节电机(7)与主轴(6)传动连接，主轴(6)与支架(2)铰连，主轴(6)上有经度调节行程开关(11)，支架(2)与电池组件(3)连接，纬度支架(4)与纬度调节电机(5)连接，纬度支架(4)上有纬度调节行程开关(10)，纬度支架(4)为筒形，与丝母(13)动配合，丝母(13)与丝杆(12)螺纹配合，丝杆(12)与纬度调节电机(5)输出轴连接，丝母(13)与活动臂(14)的一端铰连，活动臂(14)的另一端与支架(2)铰连，机座(1)上有控制器(9)，电池组件(3)上有光强检测盒(8)，光强检测盒(8)内有上底板垂直安装的经度光强检测板(15)和纬度光强检测板(16)，经、纬度光强检测板的夹角为90°，每个光强检测板的绝缘层(19)两侧面上均布有串连的光敏电阻(17)，每个面的光敏电阻分别与控制器(9)的单片机连接，每个行程开关的起始行程开关和末端行程开关分别与单片机IC1连接，单片机的输出经直流电流继电器分别与经、纬度调节电机连接，电机检测装置与单片机连接，与电机公用电源连接，经纬度调节行程开关分别位于经纬度调节电机的经纬度旋转区域内。

2、根据权利要求1所述的太阳能电源，其特征在于电机公用负电源负端电流经电流检测装置的电阻和电容取样滤波后送入放大器，放大器的输出接单片机的A/D口。

3、根据权利要求1所述的太阳能电源，其特征在于所述直流电机继电器为两个，分别控制调节电机的正转和反转，每个直流电机继电器与一个三极管的集电极连接，三极管的基极与单片机连接。

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