CN2205525Y - 太阳能集能器自动跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于太阳能集能器自动跟踪装置，它 由偏转角自动跟踪部分和倾角自动跟踪部分组成，包 括倾角传感器、偏转角传感器、照度传感器、放大器、 振荡器、控制单元、功率放大器及执行器，设计的装置 具有定时、自动跟踪调整功能，其特点是静态功率及 驱动功率极小，因此可利用太阳能作电源，适合无电 能地区使用。

Description

本实用新型属于太阳能集能器自动跟踪装置。

太阳能取之不尽、用之不竭，在使用中清洁安全、无污染、不用运输，是一种极有前景的新能源，目前太阳能集能器的种类很多，其中最常使用的是平板集热器，它是一种将太阳能转化为热能的装置，采用固定安装式，这种平板式集热器的缺点是太阳的能量密度低，因而集热器温度较低，一般只能提供40－70℃的热水，还有一种是真空管式集热器，它的缺点是结构复杂，能量密度低。这类集能器的共同缺点是能量密度低，不容易得到高温、更不能发电。要提高能量密度则必须使集能器平面始终和太阳入射光垂直，同时还应对太阳光实行聚集。为了达到此目的，在集能器上要设置相应的传动机构及具有自动跟踪功能的自动跟踪装置。图1和图2是已有的一种自动跟踪装置的电路框图和电路图。为了能实现由东往西和由西往东的偏转，分别由偏转角传感器、功率放大器给执行器发生指令，装置采用继电器结点电路。这种装置的不足之处是1.装置功耗大。由于装置持续工作，又采用继电器结点电路，所以静态功耗和总功率消耗太大，仅偏转角跟踪系统的功率消耗就大于4.5瓦，不可能采用太阳能作为能源驱动，2.采用继电器结点电路装置的可靠性不高，所以在长期工作时会有接触不良现象。

本实用新型的目的是要设计一种太阳能集能器自动跟踪装置，这种装置不仅能耗低，可以利用自给能源驱动，而且可保证装置长期稳定运行，可靠性高。

本实用新型设计的太阳能集能器自动跟踪装置包括偏转角自动跟踪部分，它由电源、依次连接的偏转角传感器、放大器、控制单元、功率放大器、执行器及控制单元连接的振荡器组成，执行器包括电机和减速装置，它与太阳能集能器在机械上连接，偏转角传感器安装在太阳能集能器上，偏转角传感器由外壳、安装在外壳内的两对光电池组成，其中一对光电池纵向设置，各光电池平面与外壳底座的中垂面有相等的夹角α；另一对光电池横向设置，在各光电池上装有纵向进光筒，各进光筒的轴线与外壳底座的中垂线有相等的夹角β，振荡器可采用各种振荡电路，根据设计要求选定振荡频率和振荡周期，以便实现跟踪装置定时跟踪工作。

为了进一步节约能源，降低能耗，在太阳光照度不足时能自动停止工作，在控制单元上还连接有照度传感器。照度传感器由外壳、安装在外壳内的一对光电池组成。一对光电池横向设置，各个光电池平面与外壳底座的中垂面有相等的夹角θ。

为了更进一步提高太阳能集能器的能量密度，设计的太阳能集能器自动跟踪装置还包括倾角自动跟踪部分，它由照度传感器、依次连接的倾角传感器、放大器、倾角控制单元、功率放大器、执行器组成。照度传感器与控制单元连接，跟踪装置中的振荡器也与倾角控制单元连接，执行器包括电机和减速装置，它与太阳能集能器在机械上连接，倾角传感器安装在太阳能集能器上，它由外壳、安装在外壳内的一对横向设置的光电池组成，在各光电池上装有纵向进光筒，各进光筒的轴线与外壳底座的中垂线有相等的夹角α。照度传感器的结构与偏转角自动跟踪部分中的照度传感器的结构相同。

本实用新型设计的太阳能集能器自动跟踪装置具有如下优点：

1.该装置静态功耗和总功耗小，可利用太阳能自身的能量作为能源，因此可以在没有电能的地区使用，以充分发挥太阳能的效用。

2.采用定时、间歇跟踪工作，可进一步减小功耗，装置的静态功率可小于0.09瓦，偏转角跟踪部分和倾角跟踪部分的驱动功率均分别小于0.7瓦，而已有装置的驱动功率为3.75瓦，继电器吸合需要较大的电流，偏转角跟踪部分和倾角跟踪部分的功率消耗均将大于4.5瓦，所以整个装置的功耗要大于9瓦。

3.装置采用无触点电路设计，可保证装置长期稳定运行，可靠性高。

图1    是已有装置的电路框图。

图2    是图1的线路图。

图3    是具有偏转角自动跟踪部分的太阳能集能器的自动跟踪装置的电路框图。

图4    是另一种具有偏转角自动跟踪部分的太阳能集能器的自动跟踪装置的电路框图。

图5    是还具有倾角自动跟踪部分的太阳能集能器的自动跟踪装置的电路框图。

图6    是图5装置的线路图。

图7    是偏转角传感器的结构图。

图8    是图7的俯视图。

图9    是照度传感器的结构图。

图10是倾角传感器的结构图。

图11是另一种照度传感器的结构图。

图12是图11的俯视图。

图13是装有本实用新型装置的太阳能集能器的结构图。

下面将结合附图对本实用新型的实施方式及其效果作进一步描述。

图3    是本实用新型设计的具有偏转角自动跟踪部分的太阳能集能器的自动跟踪装置的电路框图。它由太阳能电源、依次连接的偏转角传感器、放大器、控制单元、功率放大器、执行器及与控制单元连接的振荡器组成。执行器包括电机和减速装置，它与太阳能集能器在机械上连接。偏转角传感器（见图7、图8）固定安装在与太阳能集能器口径平面相平行的太阳能集能器的平面件上，它由外壳、安装在外壳内的两对光电池组成。外壳由上罩1和底座2组成。两对光电池安装在与底座2连接的安装板3上，其中一对光电池4.5纵向设置，各光电池平面与底座2的中垂面有相等的夹角α；另一对光电池6、7横向设置，在各光电池上装有进光筒8，各进光筒的轴线与底座2的中垂线有相等的夹角β。上罩1一般采用透明材料如玻璃制成。当太阳光以与上罩（底座）垂直的方向照射到传感器上时，即太阳光始终对准太阳能集能器时，进入两个光电池4、6的太阳光的总和与另两个光电池5、7的太阳光总和是相同的；当太阳光偏离垂直方向时，不管向那个方向偏离，进入两个光电池4、6的太阳光的总和与另两个光电池5、7的太阳光的总和之间就会有差值，这就是偏离的信号。该信号经放大器放大后送入控制单元。当控制单元收到该偏离信号，又同时收到振荡器的工作指令后控制单元即开始工作，使执行器启动执行，调整太阳能集能器的偏转角，使太阳能集能器自动跟踪太阳直到太阳能集能器对准太阳光，偏转角传感器就无偏离信号，此时就完成一次偏转角的调整。这种装置可定时、随时检测太阳的偏转角，并通过控制单元及执行器实现对太阳由东往西或由西往东偏转角的自动跟踪，使太阳能集能器能在东西方向上始终对准太阳，从而提高太阳能的能量密度。

图4    是在图3的基楚上再加上一个与控制单元连接的照度传感器。控制单元必须同时收到偏离信号，照度传感器的工作照度信号和振荡器的工作指令后才能使执行器工作，照度传感器固定安装在太阳能集能器的安装架上，不随其动作而动作，它的结构见图9、它由外壳、安装在外壳内的一对光电池组成。外壳由上罩9和底座10组成。一对光电池11、12横向安装在与底座10连接的安装板13上。各光电池的平面与底座10的中垂面之间均有相等的夹角θ，上罩9一般采用透明材料如玻璃制成。当太阳光照射到偏转角传感器上时，如果太阳光有偏离，则偏离信号经放大器放大后送入控制单元。此时，如果太阳光的照度未达到工作照度，则控制单元因没有接受到工作照度信号而不会启动工作，执行器不工作；当太阳光的照度达到工作照度时，照度、传感器即将工作照度信号送入控制单元。当控制单元收到偏离信号和工作照度信号又同时收到振荡器的工作指令后，控制单元即开始工作，使执行器启动执行，调整太阳能集能器的偏转角，直到太阳光对准太阳能集能器，此时偏转角传感器就无偏离信号，这样就完成了一次偏转角的调整，这种太阳能集能器自动跟踪装置除具有图3结构装置的效果以外，当太阳光照度太小时，即黑夜及日出不久，将近日落时，装置不工作，只有当太阳光照度达到有使用意义值时才开始工作，因此可减少整个装置的功耗。

图5是一种还带有倾角自动跟踪部分的太阳能集能器的自动跟踪装置的电路框图。它和图4装置的不同之处是在太阳能集能器上还连接有倾角自动跟踪部分，倾角自动跟踪部分由依次连接的倾角传感器、放大器、倾角控制单元、功率放大器、执行器及与控制单元连接的振荡器、照度传感器组成。倾角照度传感器的结构见图11、图12，它与偏转角照度传感器的区别是仅有一个光电池113，进光筒112的下端有进光窄缝111，以控制传感器只有在每天中午才发出工作照度信号。

执行器包括电机和减速装置，它与太阳能集能器机械连接。倾角传感器（图10）固定安装在太阳能集能器的安装架上，它由外壳、安装在外壳内的一对光电池组成。外壳由上罩14和底座15组成，一对光电池16、17安装在与底座15连接的安装板18上。一对光电池16、17横向设置，在各光电池上装有进光筒19，各进光筒的轴线与底座的中垂线有相等的夹角α。上罩14一般采用透明材料如玻璃制成。当太阳光以与上罩（底座）垂直方向照射时，进入两个光电池16、17的太阳光是相同的，无信号输出；当太阳光有倾斜时，进入两个光电池的太阳光就有差值，这就是倾斜信号。该信号经放大后送入控制单元。与前几种结构的装置同理，当控制单元收到倾斜信号，又同时收到振荡器的工作指令和照度传感器的工作照度信号后，倾角控制单元即开始工作，指示执行器动作调整太阳能集能器的倾角，使太阳能集能器在南北方向上自动跟踪太阳，直到太阳能集能器对准太阳光。这种装置由于增加了倾角自动跟踪部分，因此能使太阳能集能器与太阳在东西方向发生偏离及在南北方向发生倾斜时，均能自动跟踪调整，使太阳光在这两个方向上始终不发生偏离，从而使太阳能集能器的口径平面始终与太阳光垂直，因此能更明显地提高照射到太阳能集能器上的太阳能量密度。

图6是图5装置的线路图。图13是装有本设计的太阳能集能器自动跟踪装置的一种太阳能集能器的示意图。太阳能集能器20可转动地安装在托板21上，托板21与基板22在一端可转动连接。本设计的自动跟踪装置中的偏转角传感器23安装在与集能器20的口径平面相平行的平面件上，该平面件可随口径平面的转动而转动。倾角传感器24安装在与托板平面相平行的平面件上，该平面件与托板21固定连接，倾角传感器可以随托板21的倾斜而倾斜，两个照度传感器25的结构见图9、图11、图12，它们都安装在与基板固定连接的、与基板平行的平面件上，托板21和基板22在一端用轴26连接。偏转角自动跟踪部分中执行器27及倾角自动跟踪部分中的执行器28分别安装在托板21上和基板22上的适当位置，分别通过传动链29、30使集能器20转动及使托板21改变倾角，这种结构的太阳能集能器自动跟踪装置的具体线路及其工作过程如下。

装置使用的电源为太阳能电源，由太阳能电池和蓄电池组成，以保证装置必要的供电容量。IC1，IC2和IC3等构成振荡器，设定其振荡周期为3分钟，在一个周期内约5秒钟接通电子开关，即振荡器每3分钟发出一次工作指令、工作时间仅5秒钟。S1为偏转角自动跟踪部分的照度传感器，IC5、IC6、IC8－IC10构成偏转角自动跟踪部分中的控制单元，它能保证在有足够阳光照射下，每3分钟调整一次偏转角，调整时间约5秒钟，S2和S3组成偏转角传感器，用于随时检测太阳光和集能器的偏转角，发出的偏转信号经IC7放大。由T1、T2、T7、T8、组成偏转角自动跟踪部分中的功率放大器，分别可控制执行器M1作不同方向的转动。

倾角自动跟踪部分中S4构成照度传感器，信号经IC13放大后送入倾角控制单元。倾角控制单元由IC11、IC12、IC14、IC17、IC15组成，它可以保证在有阳光的情况下每天调整一次，即太阳倾角偏差小于0.26°的情况下及时调整。S5，S6构成倾角传感器，一旦倾角传感器发出倾角偏离信号经IC16放大后即送入倾角控制单元。由T4、T5、T10、T11组成倾角自动跟踪部分中的功率放大器，再控制执行器M2工作。

设太阳能集能器停在向西的位置，当早上日出太阳光照度达到工作照度后照度传感器S1即发出工作照度信号；偏转角传感器中的S2接收到太阳光信号，S3收不到太阳光信号，因而S2信号大于S3的信号，两者的差值就是偏离信号，该信号经IC7放大输出，IC10的输出使电子开关IC8接通，由于IC7为负极性信号，因而T7、T8导通而T1、T2截止，－6V电压使电机M1驱动集能器由西向东转动，直到太阳光和集能器端口平面垂直时即集能器朝向东方时电机M1停止转动，在此之后太阳光不停地向西偏转，IC1－IC3构成的振荡器振荡周期为3分钟，在一个周期内，约5秒钟接通电子开关IC8，此时随着太阳光的偏转，使传感器中S3的信号大于S2的信号，信号经IC8使三极管T1、T2导通，电机M1在＋6V电压作用下驱动集能器由东向西转动。直至跟踪到位停止转动。当下午日落后太阳光照度小于工作照度时，照度传感器S1停止给出工作照度信号，整个装置停止工作，待次日日出时重新按上述过程运行。

倾角跟踪部分的工作过程基本与之相似，照度传感器S4采用细小窄缝结构，使其只有在每日中午发出4到5分钟的工作信号；由于太阳光南北倾斜角度变化较小，一天只需调整一次即可，每次调整时间最长为5秒钟；此时倾角传感器中给出倾角信号即可实现倾角自动跟踪动作。在赤道以北地区夏至到冬至期间太阳高度角日日降低，倾角传感器中S5信号大于S6信号，倾角传感器发出倾斜信号，经功率放大后控制电机M2动作，电机驱动集能器向下倾斜直至跟踪到位，冬至达到最低点。冬至－夏至期间则S6信号大于S5信号，集能器在电机的驱动下使倾角升高。

Claims (4)

1、一种太阳能集能器自动跟踪装置，它包括偏转角自动跟踪部分，其特征是所说的偏转角自动跟踪部分包括电源、依次连接的偏转角传感器、放大器、控制单元、功率放大器、执行器及与控制单元连接的振荡器，所说的执行器包括电机和减速装置，它与太阳能集能器机械连接，所说的偏转角传感器安装在太阳能集能器上，所说的偏转角传感器由外壳、安装在外壳内的两对光电池组成，其中一对光电池纵向设置，各光电池平面与外壳底座的中垂面有相等的夹角α，另一对光电池横向设置，在各光电池上装有纵向进光筒，各进光筒的轴线与外壳底座的中垂线有相等的夹角β。

2、根据权利要求1所说的太阳能自动跟踪装置，其特征是所说的偏转角自动跟踪部分中还有照度传感器，所说的照度传感器与控制单元连接，它由外壳、安装在外壳内的一对光电池组成，所说的一对光电池横向设置，各光电池平面与外壳底座的中垂面有相等的夹角θ。

3、根据权利要求1或2所说的太阳能自动跟踪装置，其特征是所说的装置还包括倾角自动跟踪部分，所说的倾角自动跟踪部分由照度传感器、依次连接的倾角传感器、放大器、倾角控制单元、功率放大器、执行器组成。所说的照度传感器与控制单元连接，所说的偏转角自动跟踪部分中的振荡器还与倾角控制单元连接，所说的执行器与太阳能集能器机械连接，所说的倾角传感器安装在与太阳能集能器上，它由外壳、安装在外壳内的一对横向设置的光电池组成，在各光电池上装有纵向进光筒，各进光筒的轴线与外壳底座的中垂线有相等的夹角。

4、根据权利要求3所说的太阳能自动跟踪装置，其特征是所说的电源是太阳能电源。

Images