專利名稱：一種自動跟蹤太陽光線的方法及自動跟蹤系統(tǒng)的制作方法
一種自動跟蹤太陽光線的方法及自動跟蹤系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動跟蹤太陽技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動跟蹤太陽光線的方法及自動跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，由于石油、煤炭能源的匱乏，開始尋求新的能源風(fēng)能、太陽能……，新的能源中尤其是太陽能是人類可以利用的最豐富的能源，據(jù)估計，在過去漫長的11億年中，太陽消耗了它本身能量的2%，可以說是取之不盡，用之不竭。不存在運輸問題，尤其對交通不發(fā)達的農(nóng)村、海島和邊遠地區(qū)更具有利用的價值。并且不會產(chǎn)生廢渣、廢水、廢氣，也沒有噪音， 更不會影響生態(tài)平衡。人類利用太陽能進行光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換，由于太陽是運動的，地球上安裝的太陽能接收裝置是固定的。當(dāng)太陽能接收裝置與太陽光具有角度時， 存在太陽能的利用率不高，即太陽能的接收效率一般，能量轉(zhuǎn)換率效果一般的問題。為了使太陽能接收裝置與太陽光保持垂直，急需一種自動跟蹤太陽的裝置。

發(fā)明內(nèi)容為了克服背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種自動跟蹤太陽光線的方法及自動跟蹤系統(tǒng)。能自動跟蹤太陽光線的運動，保證太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面始終與太陽光線垂直，提高設(shè)備的能量利用率。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案如下一種太陽能自動跟蹤系統(tǒng)，包括光電跟蹤系統(tǒng)和跟蹤執(zhí)行機構(gòu)，所述跟蹤執(zhí)行機構(gòu)由東西向繞日旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和調(diào)節(jié)南北向繞日角度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，繞日角度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由環(huán)齒輪4 與小齒輪5嚙合連接構(gòu)成，小齒輪5連接步進電機設(shè)置在支架座6上，環(huán)齒輪4兩端與電池板支架8中心設(shè)置的主軸7鉸接，且主軸7相對于支架座6轉(zhuǎn)動；主軸7上設(shè)置的齒輪3與固定在電池板支架8上的步進電機軸上的齒輪9嚙合連接，且電池板支架8相對于主軸轉(zhuǎn)動。
一種太陽能自動跟蹤系統(tǒng)，所述光電跟蹤系統(tǒng)，包括光電傳感器、智能控制器、電源、驅(qū)動電路、步進電機，所述光電傳感器由東西向一光電傳感器組a和由南北向一光電傳感器組b組成；東西向一光電傳感器組a通過智能控制器、驅(qū)動電路與步進電機a相連，南北向一光電傳感器組b通過智能控制器、驅(qū)動電路與步進電機b相連，智能控制器與電源相連。
一種太陽能自動跟蹤系統(tǒng)，所述東西向光電傳感器組a由電池板支架8東西向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成，光電傳感器采用光敏電阻。
一種太陽能自動跟蹤系統(tǒng)，所述南北向光電傳感器組b由電池板支架8南北向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成。
一種自動跟蹤太陽的方法，是當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時，跟蹤控制器將采集太陽由東向西的偏離信號處理后，發(fā)出執(zhí)行信號驅(qū)動跟蹤執(zhí)行機構(gòu)的主軸7步進電機轉(zhuǎn)動，使光電池板體1由東向西旋轉(zhuǎn)與太陽光線對應(yīng)，同時跟蹤控制器將采集北緯度位置由南向北的偏離角度信號處理后，發(fā)出執(zhí)行信號驅(qū)動跟蹤執(zhí)行機構(gòu)上小齒輪5連接的步進電機轉(zhuǎn)動，使光電池板體1由南向北或由北向南旋轉(zhuǎn)與太陽光線對應(yīng)，通過以上光電池板體1與太陽光線對應(yīng)的自動跟蹤，使上光電池板體1隨時與太陽光線保持垂直，充分利用太陽光源。
一種自動跟蹤太陽光線的方法，跟蹤控制系統(tǒng)采用光敏電阻光強比較法對太陽水平、垂直方向的全方位跟蹤，晚上自動復(fù)位，實現(xiàn)電池板對太陽的跟蹤；其步驟如下1)、當(dāng)太陽的水平位置或垂直位置發(fā)生偏移時，東西向光電傳感器組a的光敏電阻R1、 R2，或南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3、R4，必有一個受陽光照射，通過跟蹤控制器，確認太陽運動的方向；跟蹤控制器的系統(tǒng)流程開始一上電復(fù)位，系統(tǒng)初始化，初始化之后，光電傳感器跟蹤， 系統(tǒng)首先判斷當(dāng)時是白天還是黑夜，白天日出或落日時，當(dāng)東西向光電傳感器組a的光敏電阻Rl是否小于R2，判斷電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3是否小于R4，判斷電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；2)若是黑夜，則返回，系統(tǒng)啟用中斷處理程序，系統(tǒng)進入光電追蹤模式的等待狀態(tài)。
由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性一種自動跟蹤太陽光線的方法及自動跟蹤系統(tǒng)，采用了光電追蹤方式，可實現(xiàn)大范圍、 高精度跟蹤。具有結(jié)構(gòu)簡單，造價低。兩個方向的跟蹤都利用齒輪副傳遞動力，能在使用功率較小的馬達的同時傳遞足夠大的動力，使用功率較小的馬達降低了其能源成本和制造成本；由于使用半個齒圈，能在緊湊的結(jié)構(gòu)下得到較大的傳動比。結(jié)構(gòu)緊湊，運動空間大。
本發(fā)明是基于單片機的自動控制系統(tǒng)，采用光電檢測追蹤模式，每時每刻都能配合機械裝置使接收系統(tǒng)始終保持與太陽光垂直，接收收集更多方向上的太陽光，太陽光照角度與太陽能收收率的關(guān)系，是與非太陽跟蹤能量的接收率相差37. 7%，因此精確的跟蹤太陽可使接收器的接收效率大大提高，進而提高了太陽能裝置的太陽能利用率，拓寬了太陽能的利用領(lǐng)域。

圖1是太陽跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是光電跟蹤系統(tǒng)的電路原理方框圖；圖中1、光電池板體，2、傳感器，3、主軸齒輪，4、環(huán)齒輪，5、小齒輪，6、支架座，7、主軸，8、電池板支架，9、電機齒輪。
具體實施方式如圖1、2所示，一種太陽能自動跟蹤系統(tǒng)，包括光電跟蹤系統(tǒng)和跟蹤執(zhí)行機構(gòu)，所述跟蹤執(zhí)行機構(gòu)由東西向繞日旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和調(diào)節(jié)南北向繞日角度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，繞日角度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由環(huán)齒輪4與小齒輪5嚙合連接構(gòu)成，小齒輪5連接步進電機設(shè)置在支架座6上，環(huán)齒輪4兩端與電池板支架8中心設(shè)置的主軸7鉸接，且主軸7相對于支架座6轉(zhuǎn)動；主軸7上設(shè)置的齒輪3與固定在電池板支架8上的步進電機軸上的齒輪9嚙合連接，且電池板支架 8相對于主軸轉(zhuǎn)動。
所述光電跟蹤系統(tǒng)，包括光電傳感器、智能控制器、電源、驅(qū)動電路、步進電機，所述光電傳感器由東西向一光電傳感器組a和由南北向一光電傳感器組b組成；東西向一光電傳感器組a通過智能控制器、驅(qū)動電路與步進電機a相連，南北向一光電傳感器組b通過智能控制器、驅(qū)動電路與步進電機b相連，智能控制器與電源相連。4
所述東西向光電傳感器組a由電池板支架8東西向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成，光電傳感器采用光敏電阻。
所述南北向光電傳感器組b由電池板支架8南北向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成。
一種自動跟蹤太陽的方法，是當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時，跟蹤控制器將采集太陽由東向西的偏離信號處理后，發(fā)出執(zhí)行信號驅(qū)動跟蹤執(zhí)行機構(gòu)的主軸7步進電機轉(zhuǎn)動，使光電池板體1由東向西旋轉(zhuǎn)與太陽光線對應(yīng)，同時跟蹤控制器將采集北緯度位置由南向北的偏離角度信號處理后，發(fā)出執(zhí)行信號驅(qū)動跟蹤執(zhí)行機構(gòu)上小齒輪5連接的步進電機轉(zhuǎn)動，使光電池板體1由南向北或由北向南旋轉(zhuǎn)與太陽光線對應(yīng)，通過以上光電池板體1與太陽光線對應(yīng)的自動跟蹤，使上光電池板體1隨時與太陽光線保持垂直，充分利用太陽光源。
跟蹤控制系統(tǒng)采用光敏電阻光強比較法對太陽水平、垂直方向的全方位跟蹤，晚上自動復(fù)位，實現(xiàn)電池板對太陽的跟蹤；其步驟如下1)、當(dāng)太陽的水平位置或垂直位置發(fā)生偏移時，東西向光電傳感器組a的光敏電阻R1、 R2，或南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3、R4，必有一個受陽光照射，通過跟蹤控制器，確認太陽運動的方向；跟蹤控制器的系統(tǒng)流程開始一上電復(fù)位，系統(tǒng)初始化，初始化之后，光電傳感器跟蹤， 系統(tǒng)首先判斷當(dāng)時是白天還是黑夜，白天日出或落日時，當(dāng)東西向光電傳感器組a的光敏電阻Rl是否小于R2，判斷電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)； 當(dāng)南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3是否小于R4，判斷電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；2)若是黑夜，則返回，系統(tǒng)啟用中斷處理程序，系統(tǒng)進入光電追蹤模式的等待狀態(tài)。
使用時，因為太陽光的方向是變化的，即太陽從東到西轉(zhuǎn)動，從日出到日落一白天進行的過程，一旦光電傳感器發(fā)出旋轉(zhuǎn)的差異信號就進行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的差異信號來自太陽電池面板上的差異傳感器，差異傳感器采用垂直的反光鏡相連接，除非反光鏡接收不到任何太陽光，不然它會遮擋其中一個面板，而另外一個能夠接收到太陽光。使兩種差異很大的傳感器都能驅(qū)動電機跟蹤的方向，直到雙方的差異傳感器都能得到同等陽光。
本發(fā)明的跟蹤控制器利用光敏電阻在光照時阻值發(fā)生變化的原理，將兩個完全相同的光敏電阻分別放置于一塊電池板東西方向邊沿處的下方。如果太陽光垂直照射太陽能電池板時，兩個光敏電阻接收到的光強度相同，所以它們的阻值相同，此時電動機不轉(zhuǎn)動。 當(dāng)太陽光方向與電池板垂直方向有夾角時，接收光強多的光敏電阻阻值減少，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，直至兩個光敏電阻上的光照強度相同。其主要部件工作步驟如下a)信號采集裝置用光敏電阻實現(xiàn)信號采集的電路原理為橋式電路，電路的輸出信號只與照射在兩個光敏電阻上光強的相對值有關(guān)，不受外界環(huán)境的影響，增加了裝置的抗干擾能力。
b)數(shù)據(jù)處理采用ARM7單片機處理將采集的差異信號，按設(shè)計的旋轉(zhuǎn)方向向驅(qū)動電路發(fā)出，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動的運轉(zhuǎn)信號；c)控制執(zhí)行裝置，接收驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動的運轉(zhuǎn)信號使步進電機a、步進電機b轉(zhuǎn)動，當(dāng)接收到兩個光敏電阻上的光照強度相同時，太陽光方向與電池板方向垂直，步進電機a、步進電機b停止轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
1.一種太陽能自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包括光電跟蹤系統(tǒng)和跟蹤執(zhí)行機構(gòu)，所述跟蹤執(zhí)行機構(gòu)由東西向繞日旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和調(diào)節(jié)南北向繞日角度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，繞日角度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由環(huán)齒輪4與小齒輪5嚙合連接構(gòu)成，小齒輪5連接步進電機設(shè)置在支架座6上，環(huán)齒輪4兩端與電池板支架8中心設(shè)置的主軸7鉸接，且主軸7相對于支架座6轉(zhuǎn)動；主軸7上設(shè)置的齒輪3與固定在電池板支架8上的步進電機軸上的齒輪9嚙合連接，且電池板支架 8相對于主軸轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述光電跟蹤系統(tǒng)， 包括光電傳感器、智能控制器、電源、驅(qū)動電路、步進電機，所述光電傳感器由東西向一光電傳感器組a和由南北向一光電傳感器組b組成；東西向一光電傳感器組a通過智能控制器、驅(qū)動電路與步進電機a相連，南北向一光電傳感器組b通過智能控制器、驅(qū)動電路與步進電機b相連，智能控制器與電源相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述東西向光電傳感器組a由電池板支架8東西向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成，光電傳感器采用光敏電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能自動跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述南北向光電傳感器組b由電池板支架8南北向兩端分別設(shè)置的光電傳感器組成。
5.一種自動跟蹤太陽的方法，其特征在于是當(dāng)太陽光線發(fā)生偏離時，跟蹤控制器將采集太陽由東向西的偏離信號處理后，發(fā)出執(zhí)行信號驅(qū)動跟蹤執(zhí)行機構(gòu)的主軸7步進電機轉(zhuǎn)動，使光電池板體1由東向西旋轉(zhuǎn)與太陽光線對應(yīng)，同時跟蹤控制器將采集北緯度位置由南向北的偏離角度信號處理后，發(fā)出執(zhí)行信號驅(qū)動跟蹤執(zhí)行機構(gòu)上小齒輪5連接的步進電機轉(zhuǎn)動，使光電池板體1由南向北或由北向南旋轉(zhuǎn)與太陽光線對應(yīng)，通過以上光電池板體1與太陽光線對應(yīng)的自動跟蹤，使上光電池板體1隨時與太陽光線保持垂直，充分利用太陽光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自動跟蹤太陽的方法，其特征在于跟蹤控制系統(tǒng)采用光敏電阻光強比較法對太陽水平、垂直方向的全方位跟蹤，晚上自動復(fù)位，實現(xiàn)電池板對太陽的跟蹤；其步驟如下1)、當(dāng)太陽的水平位置或垂直位置發(fā)生偏移時，東西向光電傳感器組a的光敏電阻R1、 R2，或南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3、R4，必有一個受陽光照射，通過跟蹤控制器，確認太陽運動的方向；跟蹤控制器的系統(tǒng)流程開始一上電復(fù)位，系統(tǒng)初始化，初始化之后，光電傳感器跟蹤， 系統(tǒng)首先判斷當(dāng)時是白天還是黑夜，白天日出或落日時，當(dāng)東西向光電傳感器組a的光敏電阻Rl是否小于R2，判斷電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)南北向光電傳感器組b的光敏電阻R3是否小于R4，判斷電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；2)、若是黑夜，則返回，系統(tǒng)啟用中斷處理程序，系統(tǒng)進入光電追蹤模式的等待狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及自動跟蹤太陽技術(shù)領(lǐng)域，公開一種自動跟蹤太陽的方法及自動跟蹤系統(tǒng)。包括光電跟蹤系統(tǒng)和跟蹤執(zhí)行機構(gòu)，所述跟蹤執(zhí)行機構(gòu)由東西向繞日旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和調(diào)節(jié)南北向繞日角度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)組成，繞日角度旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由環(huán)齒輪4與小齒輪5嚙合連接構(gòu)成，小齒輪5連接步進電機設(shè)置在支架座6上，環(huán)齒輪4兩端與電池板支架8中心設(shè)置的主軸7鉸接，且主軸7相對于支架座6轉(zhuǎn)動；主軸7上設(shè)置的齒輪3與固定在電池板支架8上的步進電機軸上的齒輪9嚙合連接，且電池板支架8相對于主軸轉(zhuǎn)動。本發(fā)明能自動跟蹤太陽光線的運動，保證太陽能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換部分所在平面始終與太陽光線垂直，提高接收設(shè)備的能量利用率。
文檔編號G05D3/00GK102520731SQ20121000499
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者王亞楠, 黃繼成 申請人:洛陽沃德節(jié)電科技開發(fā)有限公司, 黃繼成