專利名稱：一種基于向日葵向陽(yáng)原理的仿生日光跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)日光跟蹤系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種向日葵式仿生日光跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能作為一種豐富的綠色能源，其應(yīng)用前景十分廣闊，因此得到了越來(lái)越多的 關(guān)注，能有效提高其利用率的自動(dòng)日光跟蹤系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的日光跟蹤系統(tǒng)，從 跟蹤控制方式上說(shuō)有太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤和光電跟蹤，從跟蹤實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上說(shuō)有單向跟蹤和雙 向跟蹤，目前大多采用雙向跟蹤結(jié)構(gòu)，即從太陽(yáng)的高度角和方位角(即東西和南北方向)同 時(shí)進(jìn)行跟蹤。如申請(qǐng)?zhí)枮?00920196802. 9所公布的“一種用于太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤的太陽(yáng)方位檢 測(cè)裝置”，即采用一種基于光電控制的太陽(yáng)方位檢測(cè)裝置與雙向跟蹤結(jié)構(gòu)結(jié)合實(shí)現(xiàn)日光跟 蹤；申請(qǐng)?zhí)枮?00910086876. 1所公布的“太陽(yáng)能光伏發(fā)電全天候自跟蹤系統(tǒng)”則將太陽(yáng)運(yùn) 動(dòng)軌跡跟蹤控制與光電跟蹤控制通過(guò)跟蹤方式控制模塊結(jié)合起來(lái)采用雙向跟蹤結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 日光跟蹤；申請(qǐng)?zhí)枮?01010M4994. 3所公布的“自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光裝置”，即將根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng) 軌跡的天文常數(shù)設(shè)定的跟蹤控制程序與雙向跟蹤結(jié)構(gòu)結(jié)合實(shí)現(xiàn)日光跟蹤。另外，申請(qǐng)?zhí)枮?201020181844. 8所公布的“雙渦輪雙軸太陽(yáng)能跟蹤機(jī)構(gòu)”主要介紹了一種改進(jìn)的雙向跟蹤 結(jié)構(gòu)。對(duì)于現(xiàn)有的這些跟蹤系統(tǒng)，無(wú)論是采用太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤控制還是光電跟蹤控 制，其控制信號(hào)最終反饋到控制程序，通過(guò)程控步進(jìn)系統(tǒng)實(shí)行跟蹤。程控單元的使用無(wú)疑 增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，這限制了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。另外，單向跟蹤結(jié)構(gòu)，其跟蹤精度難以提 高；雙向跟蹤結(jié)構(gòu)，即通過(guò)水平旋轉(zhuǎn)和豎直俯仰實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)的方位角和高度角跟蹤，這種跟蹤 結(jié)構(gòu)本身就會(huì)使運(yùn)動(dòng)誤差具有累積性，其跟蹤精度也有局限。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有跟蹤系統(tǒng) 做進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)，使其更普遍地應(yīng)用于太陽(yáng)能利用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是如何構(gòu)建一種自動(dòng)日光跟蹤系統(tǒng)，其跟蹤精度相比于 現(xiàn)有系統(tǒng)的跟蹤精度能有所提高，而且可以減小控制系統(tǒng)的復(fù)雜度，并能擴(kuò)展應(yīng)用于不同 需求下的日光跟蹤領(lǐng)域。本發(fā)明所提供的技術(shù)問(wèn)題是這樣解決的它包括跟蹤板(1)、感光伸縮模塊
(2(1),2(2),2(3),... ,2 (n-2)，2 (n-1)，2 (η) (η = 2，3，4，......))和支撐模塊(3)。所述
的感光伸縮模塊沿跟蹤板邊緣圓周(4)均勻排列一圈，且相互平行放置。所述的感光伸縮 模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，包括感光單元(21)、跟蹤板連接單元(22)、彈性支撐單元03)和伸縮 單元04)。各感光伸縮模塊根據(jù)其所在位置處圓周內(nèi)外側(cè)光強(qiáng)的差異進(jìn)行相應(yīng)的伸 縮，完成向陽(yáng)的功能。按照本發(fā)明所提供的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的感光伸縮模塊之感光單元(21)， 其特征在于，感光單元由光敏元件和相關(guān)電路構(gòu)成，由此可將該單元在圓周(4)位置 處內(nèi)外側(cè)光強(qiáng)的差異轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出到伸縮單元04)。
按照本發(fā)明所提供的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的感光伸縮模塊之跟蹤板連接單元
(22)，其特征在于，跟蹤板連接單元0 主要完成跟蹤板(1)與感光單元和彈性支撐 單元03)的連接。按照本發(fā)明所提供的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的感光伸縮模塊之彈性支撐單元
(23)，其特征在于，彈性支撐單元03)主要用于均衡各零部件的性能誤差，有效提高系統(tǒng) 足艮 fiiS。按照本發(fā)明所提供的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的感光伸縮模塊之伸縮單元04)， 其特征在于，伸縮單元04)根據(jù)感光單元的輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)直線伸縮運(yùn)動(dòng)，最終表現(xiàn) 為當(dāng)圓周⑷內(nèi)側(cè)光強(qiáng)大于外側(cè)光強(qiáng)時(shí)，伸縮單元伸長(zhǎng)；當(dāng)圓周⑷內(nèi)側(cè)光強(qiáng)小于外側(cè)光 強(qiáng)時(shí)，伸縮單元縮短。按照本發(fā)明所提供的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的支撐模塊(3)，其特征在于，該模 塊作為整個(gè)系統(tǒng)的支撐部分，與感光伸縮模塊相匹配，能很好的穩(wěn)固并支撐整個(gè)系統(tǒng)。按照本發(fā)明所提供的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，是一種完全基于向日葵向陽(yáng)這一仿生理 念的自動(dòng)日光跟蹤系統(tǒng)，它擺脫了復(fù)雜的邏輯電路結(jié)構(gòu)和控制程序，通過(guò)感光元件和相關(guān) 電路實(shí)現(xiàn)光電跟蹤控制，并將光電跟蹤控制與跟蹤實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)集成于一個(gè)獨(dú)立的模塊，即感 光伸縮模塊，通過(guò)模塊的擴(kuò)展即可實(shí)現(xiàn)不同精度需求的日光跟蹤。


圖1為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為系統(tǒng)的俯視圖；圖3為感光伸縮模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為感光伸縮模塊之感光單元示例1——塊狀承載結(jié)構(gòu)；圖5為感光伸縮模塊之感光單元示例2——筒狀承載結(jié)構(gòu)；圖6為感光伸縮模塊之跟蹤板連接單元示例——螺紋結(jié)構(gòu)；圖7為感光伸縮模塊之彈性支撐單元示例1——橡膠結(jié)構(gòu)；圖8為感光伸縮模塊之彈性支撐單元示例2——彈簧結(jié)構(gòu)；圖9為感光伸縮模塊之伸縮單元示例1——普通電機(jī)加齒輪齒條結(jié)構(gòu)；圖10為感光伸縮模塊之伸縮單元示例2——直線電機(jī)結(jié)構(gòu)；圖11為支撐模塊示例1 ；圖12為支撐模塊示例2。其中，圖1、圖 2 中，1為跟蹤板，2(1)、2 0)、2(3).....2 (η_2)、2 (η_1)、2 (η)為感
光伸縮模塊，3為支撐模塊，4為圓周；圖3中，21為感光單元，22為跟蹤板連接單元，23為 彈性支撐單元，M 為伸縮單元；圖4、圖5中，2111(1)、2111(2)、2111(3)、2112(1)、2112(2)、 2112(3),2112(4)均為光敏元件，2121、2122分別為塊狀承載結(jié)構(gòu)和筒狀承載結(jié)構(gòu)，2131、 2132均為固定連接桿；圖6中，221為固定連接筒，222為固定螺釘，223為螺紋連接桿；圖 7、圖8中，2311、2331、2312、2332均為螺孔連接結(jié)構(gòu)，2321、2322分別為橡膠和彈簧，2341、 2342均為螺紋連接桿；圖9中，2411為螺孔連接結(jié)構(gòu)，2421為齒條，2431為齒輪，2441為旋 轉(zhuǎn)電機(jī)，M51為墊片；圖10中，2412為螺孔連接結(jié)構(gòu)，2422為直線電機(jī)，M32為墊片；圖11 中，311 為支撐板，321(1)、321(2)、321(3)、· · ·、321 (η_2)、321 (η_1)、321 (η)為空心支座； 圖 12 中，312(1)、312(2)、312(3)、. . .、312 (η_2)、312 (η_1)、312 (η)為空心支柱，322 為底板。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述如圖1所示為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括跟蹤板1、感光伸縮模塊0(1)， 2(2),2(3), ...,2 (n-2)，2 (n-1)，2 (η))和支撐模塊3。所述的感光伸縮模塊沿跟蹤板邊緣 圓周4均勻排列。每個(gè)模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，如圖3所示為其內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，包括感光單元 21、跟蹤板連接單元22、彈性支撐單元23和伸縮單元Μ。當(dāng)陽(yáng)光傾斜射入該系統(tǒng)時(shí)，各感光伸縮模塊的感光單元21將其所在位置處圓周4 內(nèi)外側(cè)的光差異信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到伸縮單元Μ，伸縮單元M即開(kāi)始做朝向太陽(yáng)的 直線伸縮運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)彈性支撐單元23帶動(dòng)跟蹤板1在各個(gè)方向的向陽(yáng)運(yùn)動(dòng)。由于各類元 件的性能差異，擋光板在多個(gè)方向同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)可能會(huì)有沖突，這種情況則可通過(guò)彈性支撐 單元23來(lái)均衡系統(tǒng)誤差，最終提高系統(tǒng)精度。下面結(jié)合附圖實(shí)例來(lái)闡述感光伸縮模塊的功能實(shí)現(xiàn)圖4、5為感光單元21的結(jié)構(gòu)實(shí)例，圖4中間的板形承載結(jié)構(gòu)和圖5中間的筒狀承 載結(jié)構(gòu)均以圓周4為對(duì)稱軸，光敏元件對(duì)稱地置于其上圓周4兩邊，再通過(guò)相關(guān)電路即可將 圓周4兩邊光強(qiáng)的差異轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號(hào)。另外，其下端的固定連接桿用于將其與相關(guān)單 元的固定連接。圖6為跟蹤板連接單元22的結(jié)構(gòu)實(shí)例，其上部分通過(guò)螺孔螺釘將感光單元21固 定，下部分通過(guò)螺紋連接桿將跟蹤板1和彈性支撐單元23固定連接，由此將跟蹤板1、感光 單元21和彈性支撐單元23三者同時(shí)固定。圖7、8為彈性支撐單元23的結(jié)構(gòu)實(shí)例，圖7為橡膠結(jié)構(gòu)，圖8為彈簧結(jié)構(gòu)，用于均 衡系統(tǒng)誤差，有效提高系統(tǒng)跟蹤精度。其頂端和底端的螺紋結(jié)構(gòu)用于該單元與相關(guān)單元的 連接。圖9、10為伸縮單元M的結(jié)構(gòu)實(shí)例，其中，圖9為普通電機(jī)與齒輪齒條相結(jié)合，圖 10為直線電機(jī)，兩者功能一樣，均將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的豎直伸縮量，實(shí)現(xiàn)擋光板在其對(duì)應(yīng) 方向上對(duì)日光的跟蹤。這兩種結(jié)構(gòu)實(shí)例所選用的電機(jī)，可直接由感光單元21的輸出電信號(hào) 驅(qū)動(dòng)。圖11、12為支撐模塊3的結(jié)構(gòu)實(shí)例，其中，圖11所示的結(jié)構(gòu)可以用于匹配如圖9 所示的伸縮結(jié)構(gòu)，圖12所示的結(jié)構(gòu)可以用于匹配如圖10所示的伸縮結(jié)構(gòu)。其中，圖11中 的空心支座和圖12中的空心支柱均可用于承載伸縮單元的收縮量。這兩種結(jié)構(gòu)均可以穩(wěn) 固并支撐起整個(gè)系統(tǒng)，且方便擴(kuò)展。
權(quán)利要求
1.一種基于向日葵向陽(yáng)原理的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，它包括跟蹤板(1)、感光伸縮模塊 O (1)，2 O)，2 (3)，. . .，2 (n-2)，2 (n-1)，2 (η) (η = 2，3，4，......))和支撐模塊(3)。所述的感光伸縮模塊沿跟蹤板邊緣圓周(4)均勻排列一圈，且相互平行。所述的感光 伸縮模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，包括感光單元(21)、跟蹤板連接單元(22)、彈性支撐單元03)和 伸縮單元04)。各感光伸縮模塊根據(jù)其所在位置處圓周(4)內(nèi)外側(cè)光強(qiáng)的差異進(jìn)行相應(yīng)的 伸縮，完成向陽(yáng)的功能。
2.權(quán)利要求1所述的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的感光伸縮模塊之感光單元(21)，其特 征在于，感光單元由光敏元件和相關(guān)電路構(gòu)成，由此可將該單元所在圓周(4)位置處 內(nèi)外側(cè)光強(qiáng)的差異轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出到伸縮單元04)。
3.權(quán)利要求1所述的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的感光伸縮模塊之跟蹤板連接單元 (22)，其特征在于，跟蹤板連接單元0 主要完成跟蹤板(1)與感光單元和彈性支撐 單元03)的連接。
4.權(quán)利要求1所述的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的感光伸縮模塊之彈性支撐單元(23)， 其特征在于，彈性支撐單元03)主要用于均衡各零部件的性能誤差，有效提高系統(tǒng)跟蹤精度。
5.權(quán)利要求1所述的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的感光伸縮模塊之伸縮單元(M)，其特 征在于，伸縮單元04)根據(jù)感光單元的輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)直線伸縮運(yùn)動(dòng)，最終表現(xiàn)為當(dāng) 圓周⑷內(nèi)側(cè)光強(qiáng)大于外側(cè)光強(qiáng)時(shí)，伸縮單元伸長(zhǎng)；當(dāng)圓周⑷內(nèi)側(cè)光強(qiáng)小于外側(cè)光強(qiáng)時(shí)， 伸縮單元縮短。
6.權(quán)利要求1所述的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，其中的支撐模塊(3)，其特征在于，該模塊作 為整個(gè)系統(tǒng)的支撐部分，與感光伸縮模塊相匹配，能很好的穩(wěn)固并支撐整個(gè)系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于向日葵向陽(yáng)原理的仿生日光跟蹤系統(tǒng)，它包括跟蹤板1、感光伸縮模塊(2(1)，2(2)，2(3)，...，2(n-2)，2(n-1)，2(n)(n＝2，3，4，...))和支撐模塊3。所述的感光伸縮模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，其沿跟蹤板邊緣圓周4均勻排列一圈，且相互平行放置。各感光伸縮模塊根據(jù)其所在位置處圓周4內(nèi)外側(cè)光強(qiáng)的差異進(jìn)行相應(yīng)的伸縮，完成向陽(yáng)的功能。
文檔編號(hào)G05D3/12GK102147621SQ20111013632
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者嚴(yán)來(lái)軍, 呂奇, 周鷹, 王亞非, 王占平, 趙斌興, 高椿明, 龔艷麗 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)