CN201837893U - 三维可变分区太阳光间歇跟踪装置 - Google Patents
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Abstract
一种可实现太阳光三维可变分区间歇跟踪的跟踪装置，该跟踪装置由跟踪传感器箱体、跟踪控制器箱体、水平跟踪驱动电机和俯角跟踪驱动电机构成，在跟踪传感器箱体内安装了四个硅光电池和一个十字挡光板，在跟踪控制器箱体内安装了光控启动检测电路和光控三维分区跟踪控制电路，光控启动检测电路对天气状况和光强状况进行检测并控制光控三维分区跟踪控制电路和两个电机带动太阳能电池板跟踪太阳运动，从而可使太阳能电池板保持与太阳光垂直位置。
Description
所属技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能电池板跟踪技术，特别是一种可带动太阳能电池板自动间歇跟踪太阳运动的三维可变分区太阳光间歇跟踪装置，该装置可使太阳能电池板平面始终保持垂直于太阳光线。
背景技术：
太阳能利用是人类未来洁净能源利用的发展方向，各种太阳能应用产品不断涌现。但在实际生活中，太阳能接收元件大多以位置固定方式接收太阳光，造成太阳能利用率低下。为此人们研究了各种跟踪方式，
现有跟踪太阳的采光装置有两大类：一类是根据地球绕日运行规律计算采光照明装置运动轨迹的跟踪装置；因不同地区日升日落时间不同，同一地区春、夏、秋、冬日升日落时间也不同，该方法因地域不同、季节不同将带来跟踪误差。另一类是实时探测太阳对地位置，控制采光装置对太阳角度的跟踪装置。该方法因需要带动太阳能电池板实时跟踪，跟踪装置必需不间断检测、电机将不间断加电，跟踪装置电能损耗较大。两类跟踪装置都存在耗电量大、结构复杂、跟踪装置成本高、定位不准确，跟踪灵敏度差等缺点。
实用新型内容：
为了克服现有的跟踪装置存在结构复杂，跟踪装置成本高，耗电量大、定位不准确，跟踪灵敏度差等缺点.本实用新型针对现有技术存在的不足，对现有技术进行了改进，提出了一种结构简单可靠、耗电量小、定位准确，跟踪灵敏度高的太阳光跟踪装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：跟踪装置由跟踪传 感器箱体、跟踪控制器箱体、水平跟踪驱动电机和俯角跟踪驱动电机构成，在跟踪传感器箱体内安装了四个硅光电池和一个十字挡光板，在跟踪控制器箱体内安装了光控启动检测电路和光控三维分区跟踪控制电路，光控三维分区跟踪控制电路被分为两部分，一部分是由水平跟踪比较放大器、水平跟踪双值比较器、水平跟踪数据处理器、水平跟踪驱动器构成的水平跟踪驱动控制电路，一部分是由俯角跟踪比较放大器、俯角跟踪双值比较器、俯角跟踪数据处理器、俯角跟踪驱动器构成的俯角跟踪驱动控制电路，四个硅光电池接收到的光强信号首先被送到光控启动检测电路由光控启动检测电路对天气状况和光强状况进行检测，在早晨、晚间和阴天下雨光强没有达到预先设置的启动光强时，光控启动检测电路使光控三维分区跟踪控制电路退出跟踪状态进入节能状态，当光强达到和超过预先设置的启动光强时光控启动检测电路使光控三维分区跟踪控制电路进入光控三维分区跟踪状态，在光控三维分区跟踪状态下光控三维分区跟踪控制电路把从日升到日落太阳光相对太阳能电池板转过的水平角度分为N个区域，光控三维分区跟踪控制电路把从日升到日落太阳光相对太阳能电池板的俯角变化也分为N个区域，N的选取以每个区域内太阳能电池板采光效果近似不变为基准，令i在0～N内取值，当太阳光垂直照射在第i-1区域时光控三维分区跟踪控制电路停止跟踪，当太阳光由i-1区域移动到第i区域并且太阳光垂直照射在第i区域时光控三维分区跟踪控制电路启动并且由光控三维分区跟踪控制电路对水平跟踪驱动电机和俯角跟踪驱动电机加电使水平跟踪驱动电机和俯角跟踪驱动电机转动，水平跟踪驱动电机和俯角跟踪驱动电机带动太阳能电池板使其转动到第i区域的中心位子，当太阳能电池板的法向矢量与太阳光平行时光控三维分区跟踪控制电路停止跟踪，因光控三维分区跟踪控 制电路每天只跟踪N次，该光控三维分区跟踪控制电路的耗电量大大下降，同时也可通过调整N提高跟踪精度。
四个硅光电池以跟踪传感器箱体中心对称的安装在跟踪传感器箱体，四个硅光电池的上表面在同一平面上，其中一对硅光电池构成水平跟踪光电传感器，其中另一对硅光电池构成俯角跟踪光电传感器，并使构成水平跟踪光电传感器的两个硅光电池的上表面中心连线与构成俯角跟踪光电传感器的两个硅光电池的上表面中心连线相互垂直，跟踪传感器箱体牢固的固定在太阳能电池板上，并使四个硅光电池上表面与太阳能电池板的上表面平行，并使构成水平跟踪光电传感器的两个硅光电池的上表面中心连线与地表面平行，在四个硅光电池的上面以跟踪传感器箱体中心对称的安装了一个十字挡光板，十字挡光板下端固定在跟踪传感器箱体内的底面上，十字挡光板与跟踪传感器箱体四边相接，十字挡光板的上端高出四个硅光电池的上表面，十字挡光板将四个硅光电池相互隔离开。
在水平跟踪驱动控制电路中，将水平跟踪双值比较器的两个比较基准值设定为Δv和-Δv，当太阳光线垂直照射在四个硅光电池上表面时，四个硅光电池所接收到的光的强度基本相等，当太阳光线与四个硅光电池上表面不垂直时，就会造成水平跟踪光电传感器的两个硅光电池所接收到的光强度不相等，由于十字挡光板的挡光作用，使十字挡光板一侧的硅光电池收到的光强度增加，另一侧的硅光电池收到的光强度减少，并且一侧的增加量等于另一侧的减少量，将水平跟踪光电传感器的两个硅光电池输出的两路电信号送到水平跟踪比较放大器由水平跟踪比较放大器对其差值进行放大，在水平跟踪比较放大器的输出端产生一个与两路电信号的差值成正比的电信号，水平跟踪比较放大器的输出信号被送到水平跟踪双值比较 器，当水平跟踪光电传感器的两个硅光电池送来的两路电信号，第一路大于第二路，且通过水平跟踪比较放大器产生的输出大于Δv，水平跟踪双值比较器输出一个持续时间为Δt的正向高电平，当水平跟踪光电传感器的两个硅光电池送来的两路电信号，第二路大于第一路，且通过水平跟踪比较放大器产生的输出小于-Δv，水平跟踪双值比较器输出一个持续时间为Δt的负向低电平，当水平跟踪光电传感器的两个硅光电池送来的两路电信号通过水平跟踪比较放大器产生的输出小于Δv且大于-Δv时，水平跟踪双值比较器输出为零，水平跟踪双值比较器的输出端电信号被送到水平跟踪数据处理器内进行数据分析和处理，水平跟踪数据处理器的输出端电信号被送到水平跟踪驱动器，当水平跟踪双值比较器输出正向高电平，水平跟踪驱动器控制水平跟踪驱动电机正向转动，当水平跟踪双值比较器输出负向低电平，水平跟踪驱动器控制水平跟踪驱动电机反向转动，当水平跟踪双值比较器输出为零，水平跟踪驱动器控制水平跟踪驱动电机停止转动，持续时间为Δt由水平跟踪时的太阳能电池板的转动速度决定。
在俯角跟踪驱动控制电路中，将俯角跟踪双值比较器的两个比较基准值设定为Δv和-Δv，当太阳光线垂直照射在四个硅光电池上表面时，四个硅光电池所接收到的光的强度基本相等，当太阳光线与四个硅光电池上表面不垂直时，就会造成俯角跟踪光电传感器的两个硅光电池所接收到的光强度不相等，由于十字挡光板的挡光作用，使十字挡光板一侧的硅光电池收到的光强度增加，另一侧的硅光电池收到的光强度减少，并且一侧的增加量等于另一侧的减少量，将俯角跟踪光电传感器的两个硅光电池输出的两路电信号送到俯角跟踪比较放大器由俯角跟踪比较放大器对其差值进行放大，在俯角跟踪比较放大器的输出端产生一个与两路电信号的差值成 正比的电信号，俯角跟踪比较放大器的输出信号被送到俯角跟踪双值比较器，当俯角跟踪光电传感器的两个硅光电池送来的两路电信号，第一路大于第二路，且通过俯角跟踪比较放大器产生的输出大于Δv，俯角跟踪双值比较器输出一个持续时间为Δt的正向高电平，当俯角跟踪光电传感器的两个硅光电池送来的两路电信号，第二路大于第一路，且通过俯角跟踪比较放大器产生的输出小于-Δv，俯角跟踪双值比较器输出一个持续时间为Δt的负向低电平，当俯角跟踪光电传感器的两个硅光电池送来的两路电信号通过俯角跟踪比较放大器产生的输出小于Δv且大于-Δv时，俯角跟踪双值比较器输出为零，俯角跟踪双值比较器的输出端电信号被送到俯角跟踪数据处理器内进行数据分析和处理，俯角跟踪数据处理器的输出端电信号被送到俯角跟踪驱动器，当俯角跟踪双值比较器输出正向高电平，俯角跟踪驱动器控制俯角跟踪驱动电机正向转动，当俯角跟踪双值比较器输出负向低电平，俯角跟踪驱动器控制俯角跟踪驱动电机反向转动，当俯角跟踪双值比较器输出为零，俯角跟踪驱动器控制俯角跟踪驱动电机停止转动，持续时间为Δt由俯角跟踪时的太阳能电池板的转动速度决定。
通过调整比较基准值Δv和-Δv可调整每天的跟踪次数N，比较基准值Δv和-Δv增大则每天的跟踪次数N减小且跟踪误差增大，比较基准值Δv和-Δv减小则每天的跟踪次数N增大且跟踪误差减小。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的分区跟踪示意图。
图2是本实用新型的整体结构原理图。
图3是本实用新型图2的A-A剖面图。
图2和图3中，跟踪传感器箱体1，十字挡光板2，硅光电池3，硅光电池4，硅光电池5，硅光电池6，水平跟踪比较放大器7-1，俯角跟踪比较放大器7-2，水平跟踪双值比较器8-1，俯角跟踪双值比较器8-2，水平跟踪数据处理器9-1，俯角跟踪数据处理器9-2，水平跟踪驱动器10-1，俯角跟踪驱动器10-2，水平跟踪驱动电机11，俯角跟踪驱动电机12，跟踪控制器箱体13，光控启动检测电路14。
具体实施方式
跟踪装置由跟踪传感器箱体1、跟踪控制器箱体13、水平跟踪驱动电机11和俯角跟踪驱动电机12构成，在跟踪传感器箱体1内安装了硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5、硅光电池6和十字挡光板2，在跟踪控制器箱体13内安装了光控启动检测电路14和光控三维分区跟踪控制电路，光控三维分区跟踪控制电路被分为两部分，一部分是由水平跟踪比较放大器7-1、水平跟踪双值比较器8-1、水平跟踪数据处理器9-1、水平跟踪驱动器10-1构成的水平跟踪驱动控制电路，一部分是由俯角跟踪比较放大器7-2、俯角跟踪双值比较器8-2、俯角跟踪数据处理器9-2、俯角跟踪驱动器10-2构成的俯角跟踪驱动控制电路，四个硅光电池接收到的光强信号首先被送到光控启动检测电路14由光控启动检测电路14对天气状况和光强状况进行检测，在早晨、晚间和阴天下雨光强没有达到预先设置的启动光强时，光控启动检测电路14使光控三维分区跟踪控制电路退出跟踪状态进入节能状态，当光强达到和超过预先设置的启动光强时光控启动检测电路14使光控三维分区跟踪控制电路进入光控三维分区跟踪状态，如图1所示，在光控三维分区跟踪状态下光控三维分区跟踪控制电路把从日升到日落太阳光相对太阳能电池板转过的水平角度分为N个区域，光控三维分区跟踪控制电路把从日升到 日落太阳光相对太阳能电池板的俯角变化也分为N个区域，N的选取以每个区域内太阳能电池板采光效果近似不变为基准，令i在0～N内取值，当太阳光垂直照射在第i-1区域时光控三维分区跟踪控制电路停止跟踪，当太阳光由i-1区域移动到第i区域并且太阳光垂直照射在第i区域时光控三维分区跟踪控制电路启动并且由光控三维分区跟踪控制电路对水平跟踪驱动电机和俯角跟踪驱动电机加电使水平跟踪驱动电机和俯角跟踪驱动电机转动，水平跟踪驱动电机和俯角跟踪驱动电机带动太阳能电池板使其转动到第i区域的中心位子，当太阳能电池板的法向矢量与太阳光平行时光控三维分区跟踪控制电路停止跟踪，因光控三维分区跟踪控制电路每天只跟踪N次，该光控三维分区跟踪控制电路的耗电量大大下降，同时也可通过调整N提高跟踪精度。
在图2和图3中，在跟踪传感器箱体1内以跟踪传感器箱体1中心对称的安装了硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6，硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6的上表面在同一平面上，其中硅光电池3和硅光电池5构成水平跟踪光电传感器，硅光电池4和硅光电池6构成俯角跟踪光电传感器，硅光电池3和硅光电池5的上表面中心连线与硅光电池4和硅光电池6的上表面中心连线相互垂直，跟踪传感器箱体1牢固的固定在太阳能电池板上，使硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6上表面与太阳能电池板的上表面平行，并使硅光电池3和硅光电池5的上表面中心连线与地表面平行，在硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6的上面以跟踪传感器箱体1中心对称的安装了一个十字挡光板2，十字挡光板2下端固定在跟踪传感器箱体1内的底面上，十字挡光板2与跟踪传感器箱体1四边相接，十字挡光板2的上端高出硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光 电池6的上表面，十字挡光板2将硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6相互隔离开。
在图2和图3中，将水平跟踪双值比较器8-1的两个比较基准值设定为Δv和-Δv，当太阳光线垂直照射在硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6上表面时，硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6所接收到的光的强度基本相等，当太阳光线与硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6上表面不垂直时，硅光电池3和硅光电池5所接收到的光强度不相等，由于十字挡光板2的挡光作用，使十字挡光板2的一侧的硅光电池收到的光强度增加，另一侧的硅光电池收到的光强度减少，并且一侧的增加量等于另一侧的减少量，将硅光电池3和硅光电池5输出的两路电信号送到水平跟踪比较放大器7-1由水平跟踪比较放大器7-1对硅光电池3和硅光电池5输出的两路电信号的差值进行放大，在水平跟踪比较放大器7-1的输出端产生一个与两路电信号的差值成正比的电信号，俯角跟踪比较放大器7-1的输出信号被送到俯角跟踪双值比较器8-1，当硅光电池3和硅光电池5送来的两路电信号第一路大于第二路，且两路电信号通过水平跟踪比较放大器7-1产生的输出大于Δv时，水平跟踪双值比较器8-1输出一个持续时间为Δt的正向高电平，当硅光电池3和硅光电池5送来的两路电信号第二路大于第一路，且两路电信号通过水平跟踪比较放大器7-1产生的输出小于-Δv时，水平跟踪双值比较器8-1输出一个持续时间为Δt的负向低电平，当硅光电池3和硅光电池5送来的两路电信号通过水平跟踪比较放大器7-1产生的输出小于Δv且大于-Δv时，水平跟踪双值比较器8-1输出为零，水平跟踪双值比较器8-1的输出端电信号被送到水平跟踪数据处理器9-1进行数据分析和处理，水平跟踪数据处理器9-1的输出端电信号被送到水平跟踪 驱动器10-1，当水平跟踪双值比较器8-1输出正向高电平，水平跟踪驱动器10-1控制水平跟踪驱动电机11正向转动，当水平跟踪双值比较器8-1输出负向低电平，水平跟踪驱动器10-1控制水平跟踪驱动电机11反向转动，当水平跟踪双值比较器8-1输出为零，水平跟踪驱动器10-1控制水平跟踪驱动电机11停止转动，持续时间为Δt由水平跟踪时的太阳能电池板的转动速度决定。
在图2和图3中，将俯角跟踪双值比较器8-2的两个比较基准值设定为Δv和-Δv，当太阳光线垂直照射在硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6上表面时，硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6所接收到的光的强度基本相等，当太阳光线与硅光电池3、硅光电池4、硅光电池5和硅光电池6上表面不垂直时，硅光电池4和硅光电池6所接收到的光强度不相等，由于十字挡光板2的挡光作用，使十字挡光板2的一侧的硅光电池收到的光强度增加，另一侧的硅光电池收到的光强度减少，并且一侧的增加量等于另一侧的减少量，将硅光电池4和硅光电池6输出的两路电信号送到俯角跟踪比较放大器7-2由俯角跟踪比较放大器7-2对两路电信号的差值进行放大，在俯角跟踪比较放大器7-2的输出端产生一个与两路电信号的差值成正比的电信号，俯角跟踪比较放大器7-2的输出信号被送到俯角跟踪双值比较器8-2，当硅光电池4和硅光电池6送来的两路电信号第一路大于第二路，且两路电信号通过俯角跟踪比较放大器7-2产生的输出大于Δv时，俯角跟踪双值比较器8-2输出一个持续时间为Δt的正向高电平，当硅光电池4和硅光电池6送来的两路电信号第二路大于第一路，且两路电信号通过俯角跟踪比较放大器7-2产生的输出小于-Δv时，俯角跟踪双值比较器8-2输出一个持续时间为Δt的负向 低电平，当硅光电池4和硅光电池6送来的两路电信号通过俯角跟踪比较放大器7-2产生的输出小于Δv且大于-Δv时，俯角跟踪双值比较器8-2输出为零，俯角跟踪双值比较器8-2的输出端电信号被送到俯角跟踪数据处理器9-2进行数据分析和处理，俯角跟踪数据处理器9-2的输出端电信号被送到俯角跟踪驱动器10-2，当俯角跟踪双值比较器8-2输出正向高电平，俯角跟踪驱动器10-2控制俯角跟踪驱动电机12正向转动，当俯角跟踪双值比较器8-2输出负向低电平，俯角跟踪驱动器10-2控制俯角跟踪驱动电机12反向转动，当俯角跟踪双值比较器8-2输出为零，俯角跟踪驱动器10-2控制俯角跟踪驱动电机12停止转动，持续时间为Δt由俯角跟踪时的太阳能电池板的转动速度决定。
Claims (1)
1.一种三维可变分区太阳光间歇跟踪装置，由跟踪传感器箱体、跟踪控制器箱体、水平跟踪驱动电机和俯角跟踪驱动电机构成，其特征是：在跟踪控制器箱体内安装了光控启动检测电路和光控三维分区跟踪控制电路，光控三维分区跟踪控制电路被分为两部分，一部分是由水平跟踪比较放大器、水平跟踪双值比较器、水平跟踪数据处理器和水平跟踪驱动器构成的水平跟踪驱动控制电路，一部分是由俯角跟踪比较放大器、俯角跟踪双值比较器、俯角跟踪数据处理器和俯角跟踪驱动器构成的俯角跟踪驱动控制电路，在跟踪传感器箱体安装了十字挡光板和四个硅光电池，四个硅光电池接收到的光强信号首先被送到光控启动检测电路由光控启动检测电路对天气状况和光强状况进行检测，
四个硅光电池以跟踪传感器箱体中心对称的安装在跟踪传感器箱体，四个硅光电池的上表面在同一平面上，其中一对硅光电池构成水平跟踪光电传感器，其中另一对硅光电池构成俯角跟踪光电传感器，构成水平跟踪光电传感器的两个硅光电池的上表面中心连线与构成俯角跟踪光电传感器的两个硅光电池的上表面中心连线相互垂直，跟踪传感器箱体牢固的固定在太阳能电池板上，四个硅光电池上表面与太阳能电池板的上表面平行，构成水平跟踪光电传感器的两个硅光电池的上表面中心连线与地表面平行，在四个硅光电池的上面以跟踪传感器箱体中心对称的安装了一个十字挡光板，十字挡光板下端固定在跟踪传感器箱体内的底面上，十字挡光板与跟踪传感器箱体四边相接，十字挡光板的上端高出四个硅光电池的上表面，十字挡光板将四个硅光电池相互隔离开。
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| CN104238581A (zh) * | 2014-10-20 | 2014-12-24 | 北京金自天正智能控制股份有限公司 | 太阳自动跟踪系统及方法 |
| CN104617858A (zh) * | 2014-05-09 | 2015-05-13 | 李毅 | 一种太阳能追光装置 |
| CN110297505A (zh) * | 2018-03-23 | 2019-10-01 | 阿聚尔斯佩西太阳能有限责任公司 | 太阳跟踪单元 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110518 Termination date: 20120412 |