CN202033667U

CN202033667U - 一种太阳光追踪装置

Info

Publication number: CN202033667U
Application number: CN 201120101042
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 周恒�; 张晓凡; 张翔; 刘建科; 王明; 孙华君; 郭州
Original assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Current assignee: Shaanxi University of Science and Technology
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-04-08

Abstract

本实用新型提供了一种太阳光追踪装置，包括探测头、太阳能电池板、控制电路和传动机构，探测头的朝向与太阳光方向平行，太阳能电池板所在的平面与探测头的朝向垂直；探测头由遮光物体和位于遮光物体四个侧面和后面的五个光敏电阻组成；传动机构包括固定支架以及设置在固定支架上的经度调节马达和纬度调节马达；所述控制电路由电源以及四个结构相同且均并联在电源两端的支路组成，每一支路的光敏电阻R1和电阻R控制光耦O1，光耦O1调节三极管S1的基极电压，三极管S1与继电器J1控制端串联。支路一与支路二通过经度调节马达M1相连，支路三与支路四通过纬度调节马达M2相连。本实用新型装置的控制电路简单、成本低，适合于大规模推广。

Description

一种太阳光追踪装置

技术领域

[0001] 本实用新型属于太阳定位技术领域，特别涉及一种太阳光追踪装置。背景技术

[0002] 目前，已有很多对太阳光进行跟踪的装置，根据跟踪方式的不同可分为两大类：光电跟踪和视日轨迹跟踪。

[0003] 光电跟踪是由光电传感器根据入射光线的强弱变化，反馈信号到特定电路或计算机，电路或计算机通过调节传动装置实现对太阳光的跟踪。这种追踪方式时时性好，定位准确且稳定性高，但实现电路较为复杂，成本较高，且易受天气影响。

[0004] 视日运动轨迹跟踪是事先观测记录全年每天太阳的运动轨迹参数，输入到计算机程序，再控制传动装置，实现对太阳的跟踪，这种方式的原理和装置结构较为简单，成本相对较低且可实现全天候的太阳定位，但它对装置的安放位置有较高要求，对不同的纬度需要另加测量且精度较差。

[0005] 随着科技的不断进步，功能较为成熟的太阳定位系统有很多，BYT-STS-I全自动太阳跟踪系统是由北京中慧天诚科技有限公司生产，该全自动太阳跟踪系统是针对太阳能空调、太阳能制氢、太阳辐照度测量、材料老化实验、高效太阳能光伏发电、高效太阳能热水器等需要对太阳进行实时跟踪的应用领域设计的。它采用传感器跟踪以及天文定位跟踪两种模式，并且可以自动根据天气状况在两种模式之间切换。无论哪种模式下，都可以实现高精度的太阳跟踪。系统可以自动跟踪太阳运转，使太阳光垂直照射到物体表面，保证跟踪架上产品获得最大太阳辐射能量，该系统由底板、支架、丝杠、液压、齿轮，步进电机，电脑控制器，电源等部分组成。系统控制跟踪软件按照太阳运动轨迹方式运行。采用二维自动跟踪方式（跟踪太阳由东向西），太阳赤纬角跟踪自动调整（系统自动显示当地的太阳赤纬角），该功能可实现全天8小时自动对太阳的实时追踪。

[0006] 由深圳集美华太科技有限公司生产的太阳自动跟踪系统，结合了多种定位方式，机械部分由两电机合成运动使太阳能电池板对准太阳方向，追踪器实现水平方向200度旋转，垂直方向15〜90度旋转。该运动范围可以满足在地球任意经度纬度的地区安装，可实现追踪太阳的目的。垂直方向的运动实现可以选用电动推杆，进行DC电机线性驱动，水平方向使用蜗轮蜗杆电机驱动的方式，垂直方向的运动实现可以选用电动推杆，进行DC电机线性驱动，水平方向使用蜗轮蜗杆电机驱动的方式。由于该太阳能发电系统长期工作在室外，需保证适应各类环境因素，如雷击，温度、湿度、抗风能力和盐雾等。电控部分的追踪器控制系统和太阳传感系统为该监控系统的核心，完成太阳当前位置的检测以及太阳能电池板朝向的控制，以保证太阳能电池板受到太阳垂直辐射。且该系统配有室内监控系统和无线通信系统，方便中央控制和集中监测，集中处理在不同风速的影响下追踪系统的安全性及正常工作的操作，监控系统完成各单体追踪器的异常状态的实时报警，当太阳光强很微弱甚至产生电能不能满足自身工作需要的时候，该控制系统将进入休眠，在休眠状态下由备用电池供电并且会被周期性唤醒并检测太阳光强；当光强达到一定程度的时候控制系统将综合所处经纬位置、当前时间和传感器的反馈信息，以GPS定位追踪得到太阳的准确方位，并且换算为追踪器调整信息，通过电机驱动改变方向，使追踪器平台与太阳光保持垂直，而见不到太阳的阴雨天则会完全根据其经纬位置和当前时间计算太阳的当前位置，此外，该系统还配备风速检测系统。

[0007] 此外还有基于PSD传感器的光电特性，用PIC16F873单片机作为控制核心，由PSD 传感器给出四个方向信号，通过数据线送到控制器处理，计算得到太阳的方位角和仰角，然后由控制器发出控制信息，控制电动机响应相应动作，实现了对太阳的自动跟踪。

[0008] 上述太阳光追踪系统都可以实现对太阳光的精确定位，系统均包括有传感器、控制部件、传动装置三部分。以上各系统中传感部分设计各异，但控制部分基本上都用到集成度较高的单片机、计算机或较为复杂的控制电路，甚至昂贵的GPS。这些部件虽然在一定程度上提高了定位精度，但成本和耗能会大大提高，所以很难大规模推广和应用。

[0009] 鉴于以上缺陷，实有必要提供一种改进的太阳光追踪装置以克服上述缺陷。

实用新型内容

[0010] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种太阳光追踪装置，其控制电路简单、成本低、耗能低，因此，适合于大规模推广，特别适合于太阳能发电大规模的集成运用。

[0011] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种太阳光追踪装置，包括探测太阳光信号的探测头、聚集太阳光能量的太阳能电池板、根据探测头测得的太阳光信号调整太阳能电池板方向的控制电路和传动机构，所述探测头的朝向与太阳光方向平行，所述太阳能电池板所在的平面与探测头的朝向垂直；所述探测头由遮光物体和位于遮光物体四个侧面和后面的五个光敏电阻组成；所述传动机构包括固定支架以及设置在固定支架上的经度调节马达和纬度调节马达；所述控制电路由电源以及四个结构相同且均并联在电源两端的支路组成，每一个支路包括光敏电阻、分压电阻、光耦、三极管，以及继电器，所述光敏电阻和分压电阻串联后连接在电源的正负极两端，所述光耦的输入端并联在分压电阻的两端，而光耦的输出端的一支连接在电源的正极，另一支连接在三极管的基极，所述三极管的发射极与继电器的控制端串联，而三极管的集电极连接在电源的正极，所述继电器的另一端连接在电源的负极；所述经度调节马达连接在支路一的继电器和支路二的继电器之间，所述纬度调节马达连接在支路三的继电器和支路四的继电器之间。

[0012] 作为本实用新型的最佳实施例，所述控制电路进一步包括与支路一结构相同的支路五，该支路五的继电器与支路二的继电器的接地端及支路一的继电器的控制端相连；

[0013] 作为本实用新型的最佳实施例，所述经度调节马达的旋转速度为·

5

[0014] 作为本实用新型的最佳实施例，所述传动机构的固定支架包括横轴和纵轴，所述经度调节马达通过变速齿轮的减速调节与纵轴相连，所述纬度调节马达通过变速齿轮的减速调节与横轴相连。

[0015] 与现有技术相比，本实用新型太阳光追踪装置至少具有以下优点：本实用新型装置的控制电路部分由电源和四个结构完全相同的支路组成，每一个支路仅包括光敏电阻、分压电阻、光耦、三极管和继电器，因此，结构简单，大大降低了成本，适用于大规模推广，特别适用于太阳能发电大规模的集成运用。附图说明

[0016] 图1是本实用新型太阳光追踪装置的控制电路图。具体实施方式

[0017] 下面结合附图对本实用新型太阳光追踪装置做详细描述：

[0018] 本实用新型太阳光追踪装置包括探测太阳光信号的探测头、聚集太阳光能量的太阳能电池板、根据探测头测得的太阳光信号调整太阳能电池板方向的控制电路和传动机构。

[0019] 所述探测头的朝向与太阳光方向平行，所述太阳能电池板所在的平面与探测头的朝向垂直，这样，探测头利用太阳光的平行特性感应太阳光的位置，产生特定信号，该信号作为控制电路的输入，然后经过电路识别、转换、放大，最终指导调节太阳能电池板的方位，使之与阳光垂直。

[0020] 所述探测头由遮光物体和位于遮光物体四个侧面和后面的五个光敏电阻组成。所述五个光敏电阻的放置位置和仰角很特殊，当太阳能电池板与阳光不垂直时，遮光物体的顶面无法挡住全部的光敏电阻，某个光敏电阻被光照到，其阻值减小，该阻值的变化将作为一种信号，该信号经光电转换和两级放大后，指导传动机构朝特定方向转动，将探测头的顶面调节到垂直位置，这时遮光物体恰好将产生该信号的光敏电阻遮住，此时，该光敏电阻的阻值不再发生变化，信号消失，传动机构转动停止。由于电池板与探测头顶面平行，所以电池板此时也与太阳光垂直。

[0021] 所述四个光敏电阻，相对的两个作为一组，用于控制一个马达，它们控制马达转动的方向相反，这样就可以确保这个方向时刻与太阳光垂直。

[0022] 所述传动机构包括固定支架以及固定在固定支架上的经度调节马达Ml和纬度调节马达M2。所述固定支架包括横轴和纵轴，所述经度调节马达可以在360°范围内旋转，其

通过变速齿轮的减速调节，与纵轴相连，其旋转速度为所述纬度调节马达通过变速

ο

齿轮的减速调节与横轴相连，从而可以使横轴在竖直平面内旋转，活动范围超过180°。

[0023] 所述控制电路由电源以及五个支路组成，所述支路一包括光敏电阻Rl、分压电阻 R、光耦01、三极管Si，以及继电器J1。所述光敏电阻Rl和分压电阻R串联后连接在电源的正负极两端，所述光耦的输入端并联在分压电阻R的两端，而光耦的输出端的一支连接在电源的正极，另一支连接在三极管Sl的基极，所述三极管Sl的发射极与继电器Jl的控制端串联，而三极管Sl的集电极连接在电源的正极，所述继电器Jl的另一端连接在电源的负极。

[0024] 所述支路二、支路三、支路四和支路五的结构以及连接关系与支路一相同，且均并联在电源的正负极两端，所述经度调节马达Ml连接在支路一的继电器Jl和支路二的继电器J2之间，形成电桥，借此，将支路一和支路二连接在一起。所述纬度调节马达M2连接在支路三的继电器J3和支路四的继电器J4之间，形成电桥，借此，将支路三和支路四连接在一起。另外，支路五的继电器J5与支路二的继电器J2的接地端及支路一的继电器Jl的控制端相连，控制支路一、二的通断。[0025] 支路一和支路二的继电器Jl、J2协同控制经度调节马达Ml。当支路一和支路二的光敏电阻R1、R2都未受光照时，其对应的继电器J1、J2都未吸合，经度调节马达Ml通过两继电器接地不工作；当支路一的光敏电阻Rl被光照时，支路一的继电器Jl吸合，经度调节马达Ml的电流向右，经度调节马达正转，直到路一的光敏电阻Rl被遮光物挡住（即太阳能板与阳光垂直），经度调节马达Ml停止；当支路二的光敏电阻R2受光照时（注意，此时支路一的光敏电阻Rl被遮光物挡住），支路二的继电器J2吸合，经度调节马达朝反方向旋转。这两支路控制系统在轴向方位上指向太阳；当出现意外，支路一和支路二的继电器J1、 J2同时吸合时，经度调节马达两端同时接高，也不会引起短路。

[0026] 支路一、二协调工作，控制方位角上与太阳光垂直。支路三、四工作原理相同，但控制纬度调节马达M2，在仰俯角上与太阳光垂直。

[0027] 支路五起到扩大追踪范围的作用，它的控制端通过继电器J5与支路二的继电器 J2的接地端相连，同时又与支路一的继电器Jl的控制端直接相连，同时控制支路一和支路二的继电器Jl和J2，即当太阳照到传感器背面支路五的光敏电阻R5时，支路五的控制端 S5接高，则支路一和支路五的继电器Jl和J5同时吸合，支路二的继电器J2接地端断开，经度调节马达Ml正转，当转动一定角度后，支路一的光敏电阻Rl正好被光照到而继续调节，直到调节至垂直位置而停止。

[0028] 以上所述仅为本实用新型的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1. 一种太阳光追踪装置，其特征在于：包括探测太阳光信号的探测头、聚集太阳光能量的太阳能电池板、根据探测头测得的太阳光信号调整太阳能电池板方向的控制电路和传动机构，所述探测头的朝向与太阳光方向平行，所述太阳能电池板所在的平面与探测头的朝向垂直；所述探测头由遮光物体和位于遮光物体四个侧面和后面的五个光敏电阻组成；所述传动机构包括固定支架以及设置在固定支架上的经度调节马达（Ml)和纬度调节马达 (M2)；所述控制电路由电源以及四个结构相同且均并联在电源两端的支路组成，每一个支路包括光敏电阻（Rl)、分压电阻（R)、光耦（01)、三极管（Si)，以及继电器（Jl)，所述光敏电阻（Rl)和分压电阻（R)串联后连接在电源的正负极两端，所述光耦（01)的输入端并联在分压电阻（R)的两端，而光耦的输出端的一支连接在电源的正极，另一支连接在三极管 (Si)的基极，所述三极管（Si)的发射极与继电器（Jl)的控制端串联，而三极管（Si)的集电极连接在电源的正极，所述继电器（Jl)的另一端连接在电源的负极；所述经度调节马达 (Ml)连接在支路一的继电器（Jl)和支路二的继电器（E)之间，所述纬度调节马达（M2)连接在支路三的继电器（J3)和支路四的继电器（J4)之间。

2.如权利要求1所述的太阳光追踪装置，其特征在于：所述控制电路进一步包括与支路一结构相同的支路五，该支路五的继电器（历）与支路二的继电器（E)的接地端及支路一的继电器（Jl)的控制端相连。

3.如权利要求1或2所述的太阳光追踪装置，其特征在于：所述经度调节马达（Ml)的旋转速度为ο

4.如权利要求1所述的太阳光追踪装置，其特征在于：所述传动机构的固定支架包括横轴和纵轴，所述经度调节马达（Ml)通过变速齿轮的减速调节与纵轴相连，所述纬度调节马达（M》通过变速齿轮的减速调节与横轴相连。