專利名稱：便攜式雙搖桿跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種提高太陽能利用效率的裝置，特別是涉及一種利用雙 搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽的太陽能發(fā)電裝置。 一、漢不疼爾
隨著社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、能源危機(jī)的出現(xiàn)以及生態(tài)環(huán)境的惡化， 人們對(duì)太陽能的利用日趨普遍。長期以來，世界能源主要依靠石油和煤炭等礦 物燃料，而這些礦物為一次性不可再生資源，儲(chǔ)量有限，而且燃燒時(shí)產(chǎn)生大量 的二氧化碳，造成地球氣溫升高，生態(tài)環(huán)境惡化。據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測，人類 正面臨礦物燃料枯竭及生態(tài)惡化的嚴(yán)重威脅。這種全球性的能源危機(jī)，迫使各 國政府投入大量的人力和財(cái)力，研究和開發(fā)新能源，如核能、風(fēng)能、水能、太 陽能等。特別是太陽能作為一種"清潔能源"，取之不盡，用之不竭，是極具開 發(fā)潛能的能源。
太陽能的顯著特點(diǎn)是低密度、間歇性、空間分布不斷變化，這就對(duì)太陽能的 收集和利用提出了更高的要求。盡管相繼研究出系列的太陽能裝置如太陽能熱 水器、太陽能干燥器、太陽能電池等等，但太陽能的利用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，究其原 因，主要是利用率不高。如何最大限度的提高太陽能的利用率，是迫切需要解 決的問題。
解決這一問題應(yīng)從兩個(gè)方面入手， 一是提高太陽能裝置的能量轉(zhuǎn)換率，二
是提高太陽能的接收效率。前者屬于能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，目前約為20%左右，可從 材料、形狀、布置方式等方面加以研究；太陽跟蹤裝置著重解決提高太陽能接收效率問題。
不管哪種太陽能利用設(shè)備，如果它的太陽能接收器材能始終保持與太陽光 垂直，就可以在有限的使用面積內(nèi)收集更多的太陽能。但是太陽相對(duì)于地球每 時(shí)每刻都在運(yùn)動(dòng)著，生活在北半球的人們可以感覺到太陽并不是單純的由低到 高、再由高到低的運(yùn)動(dòng)，而是伴隨著由東到南、由南到西運(yùn)動(dòng)(南半球由東到 北、由北到西運(yùn)動(dòng))，要想讓太陽能利用器材的工作面始終垂直太陽光線，就必
須采取措施。香港大學(xué)的KPCheung和SCMHui教授研究了太陽光照角度與太陽 能接收率的關(guān)系，結(jié)果表明:太陽的跟蹤與非跟蹤，能量的接收效率相差37. 7%。 高精度跟蹤太陽可使接收器材的接收率大大提高，進(jìn)而可以提高太陽能裝置的 太陽能利用率。 三
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了解決上述問題，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、省力節(jié)能， 運(yùn)行穩(wěn)定、精確、基于雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的內(nèi)容是 一種便攜式雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，含有機(jī) 箱、交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)、傾角調(diào)節(jié)裝置、傳感器、蓄電池及單片機(jī)等，具有太陽高 度角和仰俯角跟蹤功能，其特征是所述的機(jī)箱上面安裝有跟蹤太陽高度角的 兩個(gè)平行的交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)；所述的交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)含有兩個(gè)安裝成近似"X" 形狀的搖桿；所述的兩雙搖桿機(jī)構(gòu)的連桿以桿件固聯(lián)，形成一長方形框架，長
方形框架上安裝太陽能電池板，兩雙搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架與機(jī)箱構(gòu)成可平行于機(jī)箱
上表面運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)連接，該移動(dòng)連接的兩端形成兩個(gè)固定位置；所述的交叉雙 搖桿機(jī)構(gòu)連接有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置；所述的傾角調(diào)節(jié)裝置為一螺旋機(jī)構(gòu)；所述的機(jī) 箱上安裝有太陽光線傳感器、仰俯角傳感器和極限位置傳感器；所述的電池板上安裝有太陽高度角傳感器。
所述的兩個(gè)交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)能夠在搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)連桿180度
的位置改變。
所述的機(jī)箱為一長方形箱體，內(nèi)置蓄電池、充放電控制器、單片機(jī)、雙搖
桿機(jī)構(gòu)跟蹤動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置；所述的機(jī)箱下面有四個(gè)可以收放的管腳；所述的機(jī) 箱側(cè)面有供輸出的電源插座；所述的機(jī)箱兩側(cè)面各有一滑道與雙搖桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成 移動(dòng)連接，滑道兩端是兩個(gè)固定位置， 一個(gè)固定位置為雙搖桿支撐起太陽能電 池板跟蹤太陽運(yùn)動(dòng)的位置；另一個(gè)固定位置為轉(zhuǎn)移發(fā)電系統(tǒng)時(shí)電池板平放在箱 體上表面的非跟蹤位置；
所述的雙搖桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)。
所述的雙搖桿機(jī)構(gòu)與歩進(jìn)電機(jī)之間設(shè)有帶有自鎖功能的蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置。
所述的高度角傳感器、仰俯角傳感器和太陽光線傳感器均為光敏傳感器； 所述的極限位置傳感器為接觸開關(guān)傳感器，上述傳感器通過導(dǎo)線連接單片機(jī)， 單片機(jī)通過導(dǎo)線連接所述的蓄電池。
本實(shí)用新型的有益效果
1、結(jié)構(gòu)簡單、省力、節(jié)能
該實(shí)用新型的跟蹤太陽仰俯角的裝置為一螺旋機(jī)構(gòu)，跟蹤太陽高度角的為 交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)都很簡單。交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)還具有在搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)就 可以實(shí)現(xiàn)連桿180度位置改變的功能，使得太陽能電池板的行程擴(kuò)大一倍；在 太陽光線傳感器和單片機(jī)時(shí)鐘的作用下，裝置在非工作時(shí)間或雖然在工作時(shí)間 但不具備工作條件時(shí)不啟動(dòng)，避免無謂的動(dòng)力消耗；這些措施均具有顯著的省力和節(jié)能效果。
2、 方便攜帶
需要轉(zhuǎn)移時(shí)只要把機(jī)箱下面支撐的管腳收起，把交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架移 動(dòng)到非跟蹤位置，太陽能電池板就可以平貼在機(jī)箱的上面，整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)就可 以像一個(gè)背包一樣，攜帶非常方便。
3、 運(yùn)行精確
該實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)精確跟蹤。另外在搖桿機(jī)構(gòu) 與動(dòng)力之間設(shè)有帶有自鎖功能的蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置，能夠防止外界干擾(如風(fēng) 力)破壞跟蹤精度。
4、 使用面廣
該發(fā)電系統(tǒng)可供野戰(zhàn)部隊(duì)、野外調(diào)查、旅游、探險(xiǎn)等生存在不方便取電環(huán) 境的人群使用，也可以應(yīng)用在無人值守的野外用電設(shè)備方面，能夠滿足不同的 太陽能使用用戶的需求。另外該裝置結(jié)構(gòu)簡單有效，制造成本低，維護(hù)簡便， 有利于該系統(tǒng)的推廣使用。
四

圖1 圖3為便攜式雙搖桿跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)跟蹤時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖4為便攜式雙搖桿跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)收起時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖
五具體實(shí)施方式
實(shí)施例一參見圖1 圖3，圖中為一種便攜式雙搖桿跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，
含有機(jī)箱l、安裝在機(jī)架1上的主動(dòng)搖桿2、被動(dòng)搖桿3、太陽能電池板4、支 撐板5、調(diào)節(jié)仰俯角的螺旋6、蓄電池及控制系統(tǒng)7和帶動(dòng)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪8等。 所述的機(jī)箱1為一長方形箱體，內(nèi)置蓄電池、充放電控制器、單片機(jī)、雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置(步進(jìn)電機(jī))；所述的機(jī)箱側(cè)面有供輸出的電源插座；所 述的機(jī)箱兩側(cè)面各有一滑道與雙搖桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成移動(dòng)連接，滑道兩端是兩個(gè)固定 位置， 一個(gè)固定位置為雙搖桿支撐起太陽能電池板跟蹤太陽運(yùn)動(dòng)的位置(位置 A);另一個(gè)固定位置為轉(zhuǎn)移發(fā)電系統(tǒng)時(shí)電池板平放在箱體上表面的非跟蹤位置 (位置B);所述的雙搖桿機(jī)構(gòu)由主動(dòng)搖桿2、被動(dòng)搖桿3、固定太陽能電池板4 的框架之一邊組成的連桿、機(jī)箱1的一個(gè)側(cè)面組成的機(jī)架形成，與之相對(duì)應(yīng)的 還有一個(gè)主動(dòng)搖桿、 一個(gè)被動(dòng)搖桿、 一個(gè)固定太陽能電池板4的框架之另一邊 組成的連桿、 一個(gè)機(jī)箱1的另一個(gè)側(cè)面組成的機(jī)架形成的雙搖桿機(jī)構(gòu)，兩個(gè)雙 搖桿機(jī)構(gòu)相互平行，尺寸也完全一樣，交叉安裝成近似"X"形狀，共同支撐起 太陽能電池板(如圖1);所述的兩個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)搖桿與一根軸固聯(lián)，軸 通過軸承與機(jī)箱的兩個(gè)側(cè)面相連，用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)該軸轉(zhuǎn)動(dòng)；所述的兩個(gè)雙搖 桿機(jī)構(gòu)的被動(dòng)搖桿與另一根軸固聯(lián)，該軸通過軸承與機(jī)箱的兩個(gè)側(cè)面相連；所 述的兩個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)的連桿由固定太陽能電池板的長方形框架代替，通過軸承 分別與主動(dòng)搖桿和被動(dòng)搖桿上端的四個(gè)端頭連接；所述的仰俯角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由支 撐板5、螺旋6和帶動(dòng)螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪8組成，支撐板5與螺旋6通過鉸鏈連接， 齒輪8由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，通過齒輪帶動(dòng)螺旋6上下運(yùn)動(dòng)(如圖3);所述的高度 角傳感器、仰俯角傳感器和太陽光線傳感器均為光敏傳感器；所述的機(jī)箱上安 裝有太陽光線傳感器、仰俯角傳感器和極限位置傳感器；所述的電池板上安裝 有太陽高度角傳感器；所述的極限位置傳感器為接觸開關(guān)傳感器，上述傳感器 通過導(dǎo)線連接單片機(jī)。
當(dāng)便攜式雙搖桿跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)準(zhǔn)備工作時(shí)，把箱體按長度方向東西放 置，雙搖桿機(jī)構(gòu)的被動(dòng)搖桿3的下端固定在箱體的位置A，太陽能電池板豎直面向東方，仰俯角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)根據(jù)當(dāng)?shù)氐木暥群图竟?jié)調(diào)節(jié)好傾斜角度。當(dāng)時(shí)間達(dá)到 設(shè)定的工作時(shí)間時(shí)(如8時(shí)至18時(shí))，單片機(jī)判斷來自太陽光線傳感器的信號(hào)， 如果滿足工作條件(有陽光)，交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)搖桿開始轉(zhuǎn)動(dòng)，交叉雙搖 桿機(jī)構(gòu)4上安裝的太陽高度角傳感器探測太陽高度，當(dāng)太陽高度角傳感器探測 到太陽高度時(shí)，交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)停止，此時(shí)太陽能電池板的表面正對(duì)著太陽， 太陽光線與太陽能電池板表面垂直，達(dá)到最大限度利用太陽能的目的。
實(shí)施例二實(shí)施例二與實(shí)施例一基本相同，相同之處不重述，不同之處為 實(shí)施例二中所述的搖桿框與步進(jìn)電機(jī)之間設(shè)有帶有自鎖功能的蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝 置；該傳動(dòng)裝置的具體結(jié)構(gòu)未在附圖中畫出。
實(shí)施例三當(dāng)便攜式雙搖桿跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)移時(shí)，被動(dòng)搖桿3的
下端從位置A移動(dòng)到位置B并加以固定，此時(shí)交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)完全收放在機(jī)箱
內(nèi)，太陽能電池板平放在機(jī)箱的上面，仰俯角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也完全收放在機(jī)箱里面，
形成類似一個(gè)長方形的箱子(如圖4),攜帶非常方便。
上述實(shí)施例中太陽光線傳感器、太陽高度傳感器、太陽仰視角傳感器的選 擇和安裝位置未作限定，只需滿足工作要求即可。
權(quán)利要求1. 一種便攜式雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，含有機(jī)箱、交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)、傾角調(diào)節(jié)裝置、傳感器、蓄電池及單片機(jī)等，具有太陽高度角和仰俯角跟蹤功能，其特征是所述的機(jī)箱上面安裝有跟蹤太陽高度角的兩個(gè)平行的交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)；所述的交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)連接有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置；所述的仰俯角調(diào)節(jié)裝置為一螺旋機(jī)構(gòu)；所述的機(jī)箱上安裝有太陽光線、太陽仰俯角傳感器和極限位置傳感器；所述的電池板上安裝有太陽高度角傳感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，其特征是 所述的交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)含有兩個(gè)平行安裝成近似"X"形狀的搖桿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，其特征是 所述的兩個(gè)交叉雙搖桿機(jī)構(gòu)能夠在搖桿轉(zhuǎn)動(dòng)90度時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)連桿180度的位 置改變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，其特征是 所述的兩雙搖桿機(jī)構(gòu)的連桿以桿件固聯(lián)，形成一長方形框架，長方形框架上安 裝太陽能電池板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述的機(jī)箱為一長方形箱體，內(nèi)置蓄電池、充放電控制器、單片機(jī)、雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置；所述的機(jī)箱下面沿長度方向一側(cè)有一個(gè)可以收放的支撐 板；所述的機(jī)箱側(cè)面有供輸出的電源插座；所述的機(jī)箱兩側(cè)面各有一滑道與雙 搖桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成移動(dòng)連接，滑道兩端是兩個(gè)固定位置， 一個(gè)固定位置為雙搖桿支 撐起太陽能電池板跟蹤太陽運(yùn)動(dòng)的位置(位置A);另一個(gè)固定位置為轉(zhuǎn)移發(fā)電 系統(tǒng)時(shí)電池板平放在箱體上表面的非跟蹤位置(位置B)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，其特征是: 所述的雙搖桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置為步進(jìn)電機(jī)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，其特征是: 所述的雙搖桿機(jī)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)之間設(shè)有帶有自鎖功能的蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式雙搖桿機(jī)構(gòu)跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，其特征是: 所述的高度角傳感器、仰俯角傳感器和太陽光線傳感器均為光敏傳感器；所述 的極限位置傳感器為接觸開關(guān)傳感器，上述傳感器通過導(dǎo)線連接單片機(jī)，單片 機(jī)通過導(dǎo)線連接所述的蓄電池。
專利摘要一種便攜式雙搖桿跟蹤太陽發(fā)電系統(tǒng)，含有機(jī)箱、雙搖桿機(jī)構(gòu)、傾角調(diào)節(jié)裝置、傳感器、蓄電池等，具有太陽高度角和仰俯角跟蹤功能。所述的機(jī)箱上平行安裝有兩個(gè)交叉成近似“X”形的雙搖桿機(jī)構(gòu)，兩雙搖桿機(jī)構(gòu)的連桿以桿件固聯(lián)，形成一長方形框架，框架上安裝太陽能電池板，兩雙搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架與機(jī)箱構(gòu)成可平行于機(jī)箱上表面運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)連接，該移動(dòng)連接有兩個(gè)固定位置，即雙搖桿機(jī)構(gòu)支撐起電池板跟蹤太陽運(yùn)動(dòng)的位置和轉(zhuǎn)移發(fā)電裝置時(shí)電池板平放在機(jī)箱上表面的非跟蹤位置；所述的傾角調(diào)節(jié)裝置為一螺旋機(jī)構(gòu)；所述的機(jī)箱上安裝有極限位置、太陽光線和方位角傳感器，電池板上安裝有太陽仰俯角傳感器。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、便攜、節(jié)能，運(yùn)行穩(wěn)定，利于推廣。
文檔編號(hào)G05D3/00GK201234228SQ20082022112
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者張季青, 李牧遠(yuǎn), 鄭趁意 申請(qǐng)人:李牧遠(yuǎn);鄭趁意;張季青