CN207937882U - 一种太阳能自动跟踪采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能自动跟踪采集系统，包括：第一光敏检测仪，根据光线强度输出第一感光角度信号至第一检测处理电路；第一检测处理电路，对第一感光角度信号进行处理输出TTL电平至控制器；控制器，根据TTL电平输出第一驱动信号至第一驱动电路；第一驱动电路，根据第一驱动信号控制第一驱动机构进行转动；第一驱动机构包括：第一电机、与第一电机转轴相连的第一支架和设置在第一支架上的太阳能电池板；第一光敏检测仪与太阳能电池板处于同一水平面。本实用新型能够使太阳能电池板跟踪太阳的实时位置，实现了对太阳能采集过程的自动追踪，达到太阳能采集的光电转换最大化，提高太阳能的利用率，并且具有适应性强和低成本的优点。

Description

一种太阳能自动跟踪采集系统

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种太阳能自动跟踪采集系统。

背景技术

随着经济发展和社会进步，人类对自然资源的开发程度加剧，面临资源枯竭的困境，人类对自然资源的需求越来越高，因此，寻找可循环利用绿色环保的新能源成为当务之急。太阳能就是符合这一要求的，而且是取之不尽用之不竭的可再生新能源，合理开发并提高太阳能的利用率具有非常重要的意义。

目前，太阳能电池板采用固定安放，且具有一定的倾斜度。由于地球自转和公转的影响，固定安放的太阳能电池板不能根据光线的变化而相应的改变其角度，而根据光伏电池原理，只有当阳光与太阳能电池板接收面照射角度为直角时，光电转化效率最高，因此目前太阳能电池装置转化效率较低。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种太阳能自动跟踪采集系统，能够精确追踪太阳，使太阳光在一天当中始终直射到太阳能电池板接收面上，最大限度的提高太阳能转化率。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型提供了一种太阳能自动跟踪采集系统，包括：

第一光敏检测仪，其输出端与第一检测处理电路的输入端相连，并根据光线强度输出第一感光角度信号至第一检测处理电路；

第一检测处理电路，其输出端与控制器的输入端相连接，并对第一感光角度信号进行处理输出TTL电平至控制器；

控制器，其输出端与第一驱动电路的输入端相连接，并根据TTL电平输出第一驱动信号至第一驱动电路；

第一驱动电路，其输出端与第一驱动机构的控制端相连接，根据第一驱动信号控制第一驱动机构进行转动；

所述第一驱动机构包括：第一电机、与第一电机转轴相连的第一支架和设置在第一支架上的太阳能电池板；

所述第一光敏检测仪与所述太阳能电池板处于同一水平面。

进一步的，还包括：

第二光敏检测仪，其输出端与第二检测处理电路的输入端相连，并根据光线强度输出第二感光角度信号至第二检测处理电路；

第二检测处理电路，其输出端与控制器的输入端相连接，并对第二感光角度信号进行处理输出TTL电平至控制器；

控制器，其另一输出端与第二驱动电路的输入端相连接，并根据TTL电平输出第二驱动信号至第二驱动电路；

第二驱动电路，其输出端与第二驱动机构的控制端相连接，根据第二驱动信号控制第二驱动机构进行转动；

所述第二驱动机构包括：第二电机和与第二电机转轴相连的第二支架，所述第二支架上固定连接所述第一驱动机构；

所述第二光敏检测仪与所述太阳能电池板处于同一水平面。

进一步的，所述第一检测处理电路，包括：

电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1、三极管Q2和电压比较器；

其中，三极管Q1的基级与电阻R2的一端相连接，三极管Q1集电极分别通过电阻R3和电阻R4分别与电平VCC和三极管Q2的基级相连接，三极管Q1的发射极通过电阻R5与三极管Q2的发射极相连接，三极管Q1的发射极分别与接地GND和电压比较器的正电源端相连接；三极管Q2的集电极分别与电平VCC和电压比较器的负电源端相连接，三极管Q2的发射极与电压比较器的负输入端相连接；电压比较器的正输入端与电平VCC相连接，电压比较器的输出端与控制器的输入端相连接；第一光敏检测仪的输出端与电阻R2的另一端相连接，第一光敏检测仪的输出端通过电阻R1与接地GND相连接。

进一步的，所述控制器，包括：

单片机，以及与所述单片机相连接的晶振电路和复位电路。

进一步的，所述第一驱动电路为电机驱动芯片ULN2003A。

进一步的，所述第一电机为步进电机。

由上述技术方案可知，本实用新型所述的一种太阳能自动跟踪采集系统，通过控制器进行控制，使得太阳能电池板能够跟踪太阳的实时位置，实现了对太阳能采集过程的自动追踪，达到太阳能采集的光电转换最大化，提高太阳能的利用率；并且具有精度高、适应性强和低成本的优点，且具有较好的抗干扰能力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种太阳能自动跟踪采集系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种太阳能自动跟踪采集系统中光电二极管的内部结构原理图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种太阳能自动跟踪采集系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种太阳能自动跟踪采集系统中第一检测处理电路的电路原理图；

图5是本实用新型实施例提供的一种太阳能自动跟踪采集系统中自动跟踪采集系统的电路原理图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提出了一种太阳能自动跟踪采集系统，参见图1，具体包括：

第一光敏检测仪10，其输出端与第一检测处理电路的输入端相连，并根据光线强度输出第一感光角度信号至第一检测处理电路；

第一检测处理电路20，其输出端与控制器的输入端相连接，并对第一感光角度信号进行处理输出TTL电平至控制器；

控制器30，其输出端与第一驱动电路的输入端相连接，并根据TTL电平输出第一驱动信号至第一驱动电路；

第一驱动电路40，其输出端与第一驱动机构50的控制端相连接，根据第一驱动信号控制第一驱动机构进行转动；

所述第一驱动机构50包括：第一电机、与第一电机转轴相连的第一支架和设置在第一支架上的太阳能电池板；

所述第一光敏检测仪10与所述太阳能电池板处于同一水平面。

在具体实施时，第一光敏检测仪10检测到的光线强度输出第一感光角度信号，该感光角度信号经过第一检测处理电路20进行处理后，输出高低电平(TTL电平)信号至控制器30。控制器30接收高低电平信号，并根据高低电平信号输出第一驱动信号至第一驱动电路40，第一驱动电路40根据第一驱动信号控制第一驱动机构50上的第一电机，使得第一电机的转轴进行转动，第一电机转轴的转动带动设置在转轴上的太阳能电池板进行转动，实现第一驱动机构上的太阳能电池板实时追踪光心。

例如：第一光敏检测仪10输出第一感光角度信号时，该感光角度信号经过处理生成高低电平信号，控制器30在接收到低电平信号时，输出第一控制信号至第一驱动电路40；其中控制器30在接收到高电平信号时，不输出第一控制信号至第一驱动电路40。

第一驱动电路40根据第一控制信号驱动第一驱动机构50上的第一电机转轴转动，第一电机转轴的转动带动设置在转轴上的太阳能电池板进行转动，当太阳能电池板进行转动过程中，设置在与太阳能电池板同一水平面的第一光敏检测仪10检测的光线强度降低，则第一光敏检测仪10不输出第一感光角度信号第一检测处理电路20，第一检测处理电路20输出低电平至控制器30。控制器30在接收到低电平信号时，不输出第一控制信号至第一驱动电路40，则第一电机的转轴停止转动。通过上述方式即可实现第一驱动机构上的太阳能电池板实时追踪光心。

实施例中光敏检测仪具体包括：两个并排设置的第一光敏传感器和第二光敏传感器，以及电压比较器；两个光敏传感器的输出端分别与电压比较器的输入端相连接；

其中，在两个光敏传感器之间有不透明隔板，该不透明隔板垂直于安装两个光敏传感器的底板，该底板与太阳能电池板平行，当光线偏左或偏右时，第一光敏传感器和第二光敏传感器检测到两种不同的感光度。两种不同的感光度经过电压比较器进行处理输出不同信号。例如，当第一光敏传感器检测的感光度大于第二光敏传感器检测的感光度，则输出第一感光角度信号至第一检测处理电路；通过控制器的控制，使得太阳能电池板转动，导致第二光敏传感器检测的感光度大于第一二光敏传感器检测的感光度，不输出第一感光角度信号至第一检测处理电路。通过控制器的控制，使得太阳能电池板停止转动。

光电二极管是工作在反向电压下，基于光照的变化而引起光电二极管输出电流变化的原理，这就可以把光信号转换成相应的电信号，从而成为一种光敏传感器。图2为光电二极管的内部结构原理图，当入射光照射到光敏管上时，内部PN结中的空穴——电子流发生变化，从而引起输出电流变化。

从上述描述可知，本实施例提供的一种太阳能自动跟踪采集系统通过控制器进行控制，使得太阳能电池板能够跟踪太阳的实时位置，实现了对太阳能采集过程的自动追踪，达到太阳能采集的光电转换最大化，提高太阳能的利用率；并且具有精度高、适应性强和低成本的优点，且具有较好的抗干扰能力。

在上述实施例的基础上，本实施例提供另一种太阳能自动跟踪采集系统，参见图3，还包括：

第二光敏检测仪110，其输出端与第二检测处理电路的输入端相连，并根据光线强度输出第二感光角度信号至第二检测处理电路；

第二检测处理电路120，其输出端与控制器30的输入端相连接，并对第二感光角度信号进行处理输出TTL电平至控制器30；

控制器30，其另一输出端与第二驱动电路140的输入端相连接，并根据TTL电平输出第二驱动信号至第二驱动电路140；

第二驱动电路140，其输出端与第二驱动机构150的控制端相连接，根据第二驱动信号控制第二驱动机构150进行转动；

所述第二驱动机构150包括：第二电机和与第二电机转轴相连的第二支架，所述第二支架上固定连接所述第一驱动机构；

所述第二光敏检测仪110与所述太阳能电池板处于同一水平面。

在具体实施时，第二光敏检测仪110检测到的光线强度输出第二感光角度信号，该感光角度信号经过第二检测处理电路120进行处理后，输出高低电平(TTL电平)信号至控制器30。控制器30接收高低电平信号，并根据高低电平信号输出第二驱动信号至第二驱动电路140，第二驱动电路140根据第二驱动信号控制第二驱动机构150上的第二电机转轴进行转动，第二电机转轴的转动带动设置在转轴上第一驱动机构进行转动，实现第一驱动机构上的太阳能电池板实时追踪光心。

在本实施例中，控制器30控制第二电机转轴转动的方式，与控制第一电机转轴转动的方式相同，具体参考上述实施例的控制方式，此处不在赘述。

在本实施例中，通过第一电机转轴的转动，带动设置在转轴上的太阳能电池板进行水平方向的转动，即太阳能电池板能够由东向西转动或由西向东转动；通过第二电机转轴的转动，带动设置在转轴上的第一驱动机构进行垂直方向的转动，即第一驱动机构上连接的太阳能电池板能够与水平面呈不同的夹角，实现第一驱动机构上的太阳能电池板实时追踪光心。

从上述描述可知，本实施例提供的一种太阳能自动跟踪采集系统，能够使太阳能电池板全方位的、实施的追踪光心，实现了对太阳能采集过程的自动追踪，达到太阳能采集的光电转换最大化，提高太阳能的利用率。

进一步的，在上述两个具体实施方式中，所述第一检测处理电路，包括：

电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1、三极管Q2和电压比较器；

其中，三极管Q1的基级与电阻R2的一端相连接，三极管Q1集电极分别通过电阻R3和电阻R4分别与电平VCC和三极管Q2的基级相连接，三极管Q1的发射极通过电阻R5与三极管Q2的发射极相连接，三极管Q1的发射极分别与接地GND和电压比较器的正电源端相连接；三极管Q2的集电极分别与电平VCC和电压比较器的负电源端相连接，三极管Q2的发射极与电压比较器的负输入端相连接；电压比较器的正输入端与电平VCC相连接，电压比较器的输出端与控制器的输入端相连接；第一光敏检测仪的输出端与电阻R2的另一端相连接，第一光敏检测仪的输出端通过电阻R1与接地GND相连接。

在具体实施时，如图4所示，当光敏检测仪输出感光角度信号时，Q1导通，Q2截止，1端输出低电平。无感光角度信号时，Q1截止，Q2导通，1端输出高电平。其中利用电压比较器很好地对电信号进行处理，将电压低于3V的处理为低电平，电压高于3V的处理为高电平。这样将光敏检测仪输输出的感光角度信号转换为相应的电信号，从而输入到控制器。

所述控制器，包括：单片机，以及与所述单片机相连接的晶振电路和复位电路；优选为AT89C51单片机。

所述第一驱动电路为电机驱动芯片ULN2003A；所述第一电机为步进电机。

参见图5，检测处理电路将电信号输入到单片机的P2.0接口，单片机在驱动步进电机时以接收到感光角度信号作为相应的触发点，太阳能电池板将一直找实时追踪光心。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

因此选用28BYJ-48，5V的4相5线步进电机，减速比1/64，步距角为5.625°/64，牵入转矩达到300gf.cm。故选用这种型号的步进电机可以实现本实用新型的功能。根据本实用新型的可行性，步进电机驱动芯片选用ULN2003A，该芯片是大电流达灵顿管阵列电路，用于驱动大电流功率负载电子电路

具体连接为：步进电机的四相对应RP1的2、3、4、5引脚与ULN2003A相连，引脚1接电源VCC。右边引脚为单片机的P1信号输出口，通过软件程序循环输出四组方波，通过P1.0～P1.3分别与ULN2003A的四个输入口相接，从而实现实时控制步进电机转速和转角。

从上述描述可知，本实用新型提供的一种太阳能自动跟踪采集系统，以AT89C51单片机为基础，利用光敏二极管检测光强度，然后将控制信号输出到步进电机驱动芯片内，最后步进电机会根据相应控制信号驱动步进电机，从而控制步进电机的转速和转角，使得步进电机能够及时控制太阳能电池板的位置，能够精确追踪太阳，使太阳光在一天当中始终直射到太阳能电池板接收面上，实现太阳能电池板实时追踪光心。从而最大限度的提高太阳能转化率。此控制电路利用广泛，可在太阳能发电站、太阳能电池、太阳能路灯、太阳能热水器等方面使用

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本实用新型并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本实用新型的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种太阳能自动跟踪采集系统，其特征在于，包括：

第一光敏检测仪，其输出端与第一检测处理电路的输入端相连，并根据光线强度输出第一感光角度信号至第一检测处理电路；

第一检测处理电路，其输出端与控制器的输入端相连接，并对第一感光角度信号进行处理输出TTL电平至控制器；

控制器，其输出端与第一驱动电路的输入端相连接，并根据TTL电平输出第一驱动信号至第一驱动电路；

第一驱动电路，其输出端与第一驱动机构的控制端相连接，根据第一驱动信号控制第一驱动机构进行转动；

所述第一驱动机构包括：第一电机、与第一电机转轴相连的第一支架和设置在第一支架上的太阳能电池板；

所述第一光敏检测仪与所述太阳能电池板处于同一水平面。

2.根据权利要求1所述的太阳能自动跟踪采集系统，其特征在于，还包括：

第二光敏检测仪、第二检测处理电路、第二驱动电路和第二驱动机构；

第二光敏检测仪，其输出端与第二检测处理电路的输入端相连，并根据光线强度输出第二感光角度信号至第二检测处理电路；

第二检测处理电路，其输出端与所述控制器的输入端相连接，并对第二感光角度信号进行处理输出TTL电平至所述控制器；

所述控制器，其另一输出端与第二驱动电路的输入端相连接，并根据TTL电平输出第二驱动信号至第二驱动电路；

第二驱动电路，其输出端与第二驱动机构的控制端相连接，根据第二驱动信号控制第二驱动机构进行转动；

所述第二驱动机构包括：第二电机和与第二电机转轴相连的第二支架，所述第二支架上固定连接所述第一驱动机构；

所述第二光敏检测仪与所述太阳能电池板处于同一水平面。

3.根据权利要求1所述的太阳能自动跟踪采集系统，其特征在于，所述第一检测处理电路，包括：

电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、三极管Q1、三极管Q2和电压比较器；

其中，三极管Q1的基级与电阻R2的一端相连接，三极管Q1集电极分别通过电阻R3和电阻R4分别与电平VCC和三极管Q2的基级相连接，三极管Q1的发射极通过电阻R5与三极管Q2的发射极相连接，三极管Q1的发射极分别与接地GND和电压比较器的正电源端相连接；三极管Q2的集电极分别与电平VCC和电压比较器的负电源端相连接，三极管Q2的发射极与电压比较器的负输入端相连接；电压比较器的正输入端与电平VCC相连接，电压比较器的输出端与控制器的输入端相连接；第一光敏检测仪的输出端与电阻R2的另一端相连接，第一光敏检测仪的输出端通过电阻R1与接地GND相连接。

4.根据权利要求1所述的太阳能自动跟踪采集系统，其特征在于，所述控制器，包括：

单片机，以及与所述单片机相连接的晶振电路和复位电路。

5.根据权利要求1所述的太阳能自动跟踪采集系统，其特征在于，所述第一驱动电路为电机驱动芯片ULN2003A。

6.根据权利要求1所述的太阳能自动跟踪采集系统，其特征在于，所述第一电机为步进电机。