專利名稱：一種運動平臺上的太陽自動跟蹤方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及太陽光譜移動測量的光學遙測領域，也可應用于太陽能光伏發(fā)電技術的新能源領域，具體為一種運動平臺上的太陽自動跟蹤方法。
背景技術：
在過去的幾十年里，由于現(xiàn)代物理學和化學研究的進步，特別是表面物理學、光學和電子學的發(fā)展，各種大氣環(huán)境監(jiān)測技術取得長足進步。其中以光譜法為基礎的光學和光譜學監(jiān)測技術作為新興的技術手段，以其無需預采樣、可大范圍多組分同時監(jiān)測、可連續(xù)實時監(jiān)測而成為環(huán)境污染光學遙測的理想工具，而太陽作為距離地球最近的一顆恒星，其內部不停頓地進行著熱核反應，并一刻不停地以電磁波(即太陽輻射)的形式向宇宙空間發(fā)射，在到達地球表面的那部分能量里，可見光和紅外部分的能量總能量的90%以上，其中可見光的輻射能量最大接近于6000K的黑體輻射能量。因此在光學遙測領域，太陽可以當做一個理想的平行光源，而對太陽光譜的解析在溫室氣體、大氣臭氧、以及工業(yè)排放的有毒有害氣體、城市垃圾燃燒以及汽車尾氣等諸多光學遙測領域都有著廣泛的應用。同時，在綠色能源領域，太陽能電池發(fā)電，又稱光伏發(fā)電，具有使用壽命長、安全可靠、操作方便、維護簡單、不易損壞、適合無人管理等特點，是一種理想的替代能源，在太陽能發(fā)電中，電池板受光面與太陽光線的角度是決定太陽能發(fā)電效率的關鍵因素
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種運動平臺上的太陽自動跟蹤方法，以解決現(xiàn)有技術的光學遙測技術以及光伏發(fā)電技術對于太陽位置的精確定位和自動跟蹤方面的技術需求。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為:
一種運動平臺上的太陽自動跟蹤方法，其特征在于:包括有旋轉臺、接收光路、定位光路，旋轉臺可由水平電機和俯仰電機驅動在水平面以及俯仰方向上轉動，水平電機和俯仰電機分別通過一根控制線與控制單元連接，旋轉臺上安裝有GPS接收裝置，接收光路上依次設有反射鏡一、反射鏡三，定位光路上依次設有反射鏡一、反射鏡二、光電探測單元，所述的接收光路及定位光路中的反射鏡一相對水平線傾斜設置在旋轉臺上，反射鏡一的背面安裝有陀螺儀，控制單元還與光電探測單元、GPS接收裝置、陀螺儀連接；具體的太陽自動跟蹤方法包括以下步驟:
(1)若光電探測單元通過定位光路未檢測到足夠強度的太陽直射光，則利用視日運動軌跡跟蹤方式，根據(jù)GPS接收裝置獲取到的實時經緯度信息和時間信息，計算出當前時刻及地點下的太陽天頂角和方位角；根據(jù)陀螺儀獲取到的反射鏡一的水平方位角度和俯仰方位角度，計算出反射鏡一與當前太陽天頂角和方位角的水平方向和俯仰方向上的角度偏差，根據(jù)偏差大小控制水平電機和俯仰電機驅動旋轉臺在水平面以及俯仰方向上轉動，最終改變反射鏡一的水平方位角度和俯仰方位角度，使其對準太陽的當前位置；
(2)當反射鏡一使其對準太陽的當前位置后，若光電探測單元通過定位光路檢測到足夠強度的太陽直射光，則跟蹤系統(tǒng)自動切換到光電探測跟蹤方式，通過定位光路并利用光電探測單元對太陽直射光進行實時定位和偏移量的計算，控制單元根據(jù)光電探測單元定位的太陽光入射角度和計算得到的偏移量，并根據(jù)水平和俯仰上面的偏移量大小控制水平電機和俯仰電機驅動旋轉臺在水平方向以及俯仰方向上轉動相應的補償量，以精確地改變反射鏡一的水平方位角度和俯仰方位角度，使其對準太陽的當前位置；
(3)當反射鏡一未對準太陽或者太陽直射光由于云層、建筑物遮擋等情況下無法通過太陽直射光定位光路以及光電探測單元完成定位時，循環(huán)(I)、(2)。所述的一種運動平臺上的太陽自動跟蹤方法，其特征在于:所述的光電探測單元采用光電位置探測器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點如下:
1、對于使用該方法的跟蹤系統(tǒng)的安裝、放置角度沒有特定要求，并且可以將其固定在運動平臺上(如汽車、輪船等)完成太陽位置的自動定位以及跟蹤功能。2、既包括傳統(tǒng)的視日運動軌跡開環(huán)跟蹤方式，也包括高精度的光電探測閉環(huán)跟蹤方式。當可以通過太陽直射光定位光路以及光電探測單元完成定位時，自動轉換為高精度的光電探測閉環(huán)跟蹤方式進行太陽入射光的定位和跟蹤，從而實現(xiàn)更高精度要求的太陽定位和跟蹤需求。3、可以應用于傳統(tǒng)的太陽能光伏發(fā)電，也可以應用于太陽光譜測量以及其它需要進行太陽跟蹤的場合。
圖1為本發(fā)明的結構示意圖。圖2為本發(fā)明的工作邏輯流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，一種運動平臺上的太陽自動跟蹤方法，包括有旋轉臺1、接收光路2、定位光路3，旋轉臺I可由水平電機4和俯仰電機5驅動在水平面以及俯仰方向上轉動，水平電機4和俯仰電機5分別通過一根控制線與控制單元6連接，旋轉臺I上安裝有GPS接收裝置7，接收光路2上依次設有反射鏡一 8、反射鏡三9，定位光路3上依次設有反射鏡一
8、反射鏡二 10、光電探測單元11，接收光路2及定位光路3中的反射鏡一 8相對水平線傾斜設置在旋轉臺I上，反射鏡一 8的背面安裝有陀螺儀12，控制單元6還與光電探測單元
11、GPS接收裝置7、陀螺儀12連接；
如圖2所示，具體的太陽自動跟蹤方法包括以下步驟:
(I)若光電探測單元11通過定位光路未檢測到足夠強度的太陽直射光，則利用視日運動軌跡跟蹤方式，根據(jù)GPS接收裝置7獲取到的實時經緯度信息和時間信息，計算出當前時刻及地點下的太陽天頂角和方位角；根據(jù)陀螺儀12獲取到的反射鏡一 8的水平方位角度和俯仰方位角度，計算出反射鏡一 8與當前太 陽天頂角和方位角的水平方向和俯仰方向上的角度偏差，根據(jù)偏差大小控制水平電機4和俯仰電機5驅動旋轉臺I在水平面以及俯仰方向上轉動，最終改變反射鏡一 8的水平方位角度和俯仰方位角度，使其對準太陽的當前位置；(2)當反射鏡一8使其對準太陽的當前位置后，若光電探測單元11通過定位光路檢測到足夠強度的太陽直射光，則跟蹤系統(tǒng)自動切換到光電探測跟蹤方式，通過定位光路3并利用光電探測單元11對太陽直射光進行實時定位和偏移量的計算，控制單元6根據(jù)光電探測單元11定位的太陽光入射角度和計算得到的偏移量，并根據(jù)水平和俯仰上面的偏移量大小控制水平電機4和俯仰電機5驅動旋轉臺在水平方向以及俯仰方向上轉動相應的補償量，以精確地改變反射鏡一 8的水平方位角度和俯仰方位角度，使其對準太陽的當前位置；
(3)當反射鏡一8未對準太陽或者太陽直射光由于云層、建筑物遮擋等情況下無法通過太陽直射光定位光路3以及光電探測單元11完成定位時，循環(huán)(I)、(2)。光電探測單元11 采用光電位置探測器。
權利要求
1.一種運動平臺上的太陽自動跟蹤方法，其特征在于:包括有旋轉臺、接收光路、定位光路，旋轉臺可由水平電機和俯仰電機驅動在水平面以及俯仰方向上轉動，水平電機和俯仰電機分別通過一根控制線與控制單元連接，旋轉臺上安裝有GPS接收裝置，接收光路上依次設有反射鏡一、反射鏡三，定位光路上依次設有反射鏡一、反射鏡二、光電探測單元，所述的接收光路及定位光路中的反射鏡一相對水平線傾斜設置在旋轉臺上，反射鏡一的背面安裝有陀螺儀，控制單元還與光電探測單元、GPS接收裝置、陀螺儀連接；具體的太陽自動跟蹤方法包括以下步驟: (1)若光電探測單元通過定位光路未檢測到足夠強度的太陽直射光，則利用視日運動軌跡跟蹤方式，根據(jù)GPS接收裝置獲取到的實時經緯度信息和時間信息，計算出當前時刻及地點下的太陽天頂角和方位角；根據(jù)陀螺儀獲取到的反射鏡一的水平方位角度和俯仰方位角度，計算出反射鏡一與當前太陽天頂角和方位角的水平方向和俯仰方向上的角度偏差，根據(jù)偏差大小控制水平電機和俯仰電機驅動旋轉臺在水平面以及俯仰方向上轉動，最終改變反射鏡一的水平方位角度和俯仰方位角度，使其對準太陽的當前位置； (2)當反射鏡一使其對準太陽的當前位置后，若光電探測單元通過定位光路檢測到足夠強度的太陽直射光，則跟蹤系統(tǒng)自動切換到光電探測跟蹤方式，通過定位光路并利用光電探測單元對太陽直射光進行實時定位和偏移量的計算，控制單元根據(jù)光電探測單元定位的太陽光入射角度和計算得到的偏移量，并根據(jù)水平和俯仰上面的偏移量大小控制水平電機和俯仰電機驅動旋轉臺在水平方向以及俯仰方向上轉動相應的補償量，以精確地改變反射鏡一的水平方位角度和俯仰方位角度，使其對準太陽的當前位置； (3)當反射鏡一未對準太陽或者太陽直射光由于云層、建筑物遮擋等情況下無法通過太陽直射光定位光路以及光電探測單元完成定位時，循環(huán)(I)、(2)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種運動平臺上的太陽自動跟蹤方法，其特征在于:所述的光電探測單元采用光電位置探測器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種運動平臺上的太陽自動跟蹤方法，同時包括傳統(tǒng)的視日運動軌跡開環(huán)跟蹤方式，也包括高精度的光電探測閉環(huán)跟蹤方式；可以應用于傳統(tǒng)的太陽能光伏發(fā)電，也可以應用于太陽光譜測量等其它需要進行太陽跟蹤的場合。對于使用該方法的跟蹤系統(tǒng)的安裝、放置角度沒有特定要求，并且可以將其固定在運動平臺上完成太陽位置的自動定位以及跟蹤功能。
文檔編號G05D3/12GK103246292SQ201310108908
公開日2013年8月14日 申請日期2013年3月30日 優(yōu)先權日2013年3月30日
發(fā)明者金嶺, 高閩光, 徐亮, 王亞平, 陳軍 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所