全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明專利涉及一種用于太陽能電池板的全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)，屬于太陽能發(fā)電及利用研宄領域。
[0003]
【背景技術】
能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。當前，包括我國在內(nèi)的絕大多數(shù)國家都以石油、天然氣和煤炭等化石能源為主要能源。隨著化石能源的日漸枯竭和全球環(huán)境的不斷惡化，很多國家都在認真探索能源多樣化的途徑，積極開展新能源和可再生能源的研宄開發(fā)工作。雖然在可預見的將來，煤炭、石油、天然氣等礦物燃料仍將在世界能源結(jié)構(gòu)中占有相當?shù)谋戎兀藗儗四芤约疤柲?、風能、地熱能、水力能、生物能等可持續(xù)能源資源的利用日益重視，在整個能源消耗中所占的比例正在顯著地提高。預計在未來5至10年內(nèi)，可持續(xù)能源將能夠與化石能源相抗衡，從而結(jié)束化石能源一統(tǒng)天下的局面。
[0004]太陽能似乎是未來社會能源的希望所在。相較于化石能源，太陽能的優(yōu)勢在于:第一，它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。第二，地球上，無論何處都有太陽能，可以就地開發(fā)利用，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。第三，太陽能是一種潔凈的能源，在開發(fā)和利用時，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。太陽能照明系統(tǒng)實現(xiàn)了對可再生能源的利用，其優(yōu)點首先是節(jié)約電網(wǎng)電能，節(jié)省日益緊缺的一次性資源，同時減少污染排放，這是一種社會效益。但是推廣太陽能的應用還具有強有力的經(jīng)濟作用，或者說經(jīng)濟上的誘惑力，也就是說既節(jié)電，又省錢，真正降低“綜合照明成本”。
[0005]全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)從太陽光源定向方法與控制技術出發(fā)，采用新的跟蹤方法與光伏發(fā)電裝置技術，與固定角度太陽能LED照明系統(tǒng)相比發(fā)電能力提高至少30%。本發(fā)明所研宄的太陽自動追蹤系統(tǒng)是基于單片機的自動控制系統(tǒng)，綜合了光電檢測追蹤和視日運動軌跡追蹤兩種方式的優(yōu)點，巧妙的將兩種追蹤方式結(jié)合在一起，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是以太陽能跟蹤原理，提供一種可用于太陽能電池板的全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括太陽能電池板、向日追蹤器、光敏電阻、垂直桿、大齒輪、底座、立柱、水平軸、小齒輪、減速電機、跟蹤控制器、步進電機、支架。
[0009]垂直桿嵌套在底座上，跟蹤控制器固定在垂直桿上，水平軸固定在跟蹤控制器上，步進電機固定在底座上，步進電機固定在跟蹤控制器上，垂直桿通過大齒輪與步進電機咬合，水平軸通過小齒輪與減速電機咬合，以上組成了全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)的組件安裝支架；太陽能電池板安裝在立柱上，通過立柱與支架相連，支架固定在水平軸上，光敏電阻按東西南北中的方向安裝在向日跟蹤器上，向日跟蹤器則固定在太陽能電池板的左側(cè)，跟蹤控制器由單片機系統(tǒng)組成，通過線路與裝置中的被控制設備相連做為整個裝置的控制核心；
使用時，在跟蹤控制器的驅(qū)動下，通過控制減速電機和步進電機帶動垂直桿左右旋轉(zhuǎn)以及水平軸上下旋轉(zhuǎn)，從而帶動太陽能電池板上下左右的轉(zhuǎn)動，在太陽能電池板轉(zhuǎn)動的同時，向日控制器工作，根據(jù)光敏電阻反饋的信息對轉(zhuǎn)動的角度精確控制；為了防止在轉(zhuǎn)動過程結(jié)束后太陽能電池板因重力產(chǎn)生誤差，當轉(zhuǎn)動停止的瞬間跟蹤控制器立即工作對減速電機和步進電機控制自鎖；太陽能電池板能為跟蹤控制器中的單片系統(tǒng)供電以便可以長時間的運行工作；使用后，當光敏電阻檢測到天黑時，跟蹤控制器進入斷電程序，太陽能電池板恢復初始位置，全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)進入低耗模式節(jié)約能源。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:由于應用了天文學中太陽能軌跡算法，可準確的在陰雨天判斷太陽的位置；由于安裝了光敏電阻，可準確的檢測并判斷出晝夜，當檢測到黑夜時可自動中斷服務程序；安裝支架結(jié)構(gòu)簡單，無特殊需求，因而該裝置不受地理位置的限制，使用方便、靈活的同時，還能保證跟蹤精度。目前的太陽能電池板大多采用固定角度安裝，無法保證太陽光的垂直照射，不能充分利用太陽能資源，本發(fā)明很好的解決了這一問題。有實驗測得的數(shù)據(jù)也說明，在相同條件下，運用自動跟蹤系統(tǒng)的太陽能電池板發(fā)電效率提高了30%。
【附圖說明】
[0011]圖1為全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)主視圖；
圖中:1.太陽能電池板2.向日追蹤器3.光敏電阻4.垂直桿5.大齒輪6.底座； 圖2為全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)后視圖；
圖中:7.立柱8.水平軸9.小齒輪 10.減速電機 11.跟蹤控制器12.步進電機13.支架。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0013]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括太陽能電池板、向日追蹤器、光敏電阻、垂直桿、大齒輪、底座、立柱、水平軸、小齒輪、減速電機、跟蹤控制器、步進電機、支架。
[0014]垂直桿嵌套在底座上，跟蹤控制器固定在垂直桿上，水平軸固定在跟蹤控制器上，步進電機固定在底座上，步進電機固定在跟蹤控制器上，垂直桿通過大齒輪與步進電機咬合，水平軸通過小齒輪與減速電機咬合，以上組成了全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)的組件安裝支架；太陽能電池板安裝在立柱上，通過立柱與支架相連，支架固定在水平軸上，光敏電阻按東西南北中的方向安裝在向日跟蹤器上，向日跟蹤器則固定在太陽能電池板的左側(cè)，跟蹤控制器由單片機系統(tǒng)組成，通過線路與裝置中的被控制設備相連做為整個裝置的控制核心；
使用時，在跟蹤控制器的驅(qū)動下，通過控制減速電機和步進電機帶動垂直桿左右旋轉(zhuǎn)以及水平軸上下旋轉(zhuǎn)，從而帶動太陽能電池板上下左右的轉(zhuǎn)動，在太陽能電池板轉(zhuǎn)動的同時，向日控制器工作，根據(jù)光敏電阻反饋的信息對轉(zhuǎn)動的角度精確控制；為了防止在轉(zhuǎn)動過程結(jié)束后太陽能電池板因重力產(chǎn)生誤差，當轉(zhuǎn)動停止的瞬間跟蹤控制器立即工作對減速電機和步進電機控制自鎖；太陽能電池板能為跟蹤控制器中的單片系統(tǒng)供電以便可以長時間的運行工作；使用后，當光敏電阻檢測到天黑時，跟蹤控制器進入斷電程序，太陽能電池板恢復初始位置，全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)進入低耗模式節(jié)約能源。
【主權項】
1.一種全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括太陽能電池板、向日追蹤器、光敏電阻、垂直桿、大齒輪、底座、立柱、水平軸、小齒輪、減速電機、跟蹤控制器、步進電機、支架； 垂直桿嵌套在底座上，跟蹤控制器固定在垂直桿上，水平軸固定在跟蹤控制器上，步進電機固定在底座上，步進電機固定在跟蹤控制器上，垂直桿通過大齒輪與步進電機咬合，水平軸通過小齒輪與減速電機咬合，以上組成了全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)的組件安裝支架；太陽能電池板安裝在立柱上，通過立柱與支架相連，支架固定在水平軸上，光敏電阻按東西南北中的方向安裝在向日跟蹤器上，向日跟蹤器則固定在太陽能電池板的左偵U，跟蹤控制器由單片機系統(tǒng)組成，通過線路與裝置中的被控制設備相連做為整個裝置的控制核心； 使用時，在跟蹤控制器的驅(qū)動下，通過控制減速電機和步進電機帶動垂直桿左右旋轉(zhuǎn)以及水平軸上下旋轉(zhuǎn)，從而帶動太陽能電池板上下左右的轉(zhuǎn)動，在太陽能電池板轉(zhuǎn)動的同時，向日控制器工作，根據(jù)光敏電阻反饋的信息對轉(zhuǎn)動的角度精確控制；為了防止在轉(zhuǎn)動過程結(jié)束后太陽能電池板因重力產(chǎn)生誤差，當轉(zhuǎn)動停止的瞬間跟蹤控制器立即工作對減速電機和步進電機控制自鎖；太陽能電池板能為跟蹤控制器中的單片系統(tǒng)供電以便可以長時間的運行工作；使用后，當光敏電阻檢測到天黑時，跟蹤控制器進入斷電程序，太陽能電池板恢復初始位置，全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)進入低耗模式節(jié)約能源。
【專利摘要】全自動太陽能雙軸跟蹤裝置及控制系統(tǒng)，本控制系統(tǒng)采用的是視日跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合的方法，運用雙軸運動達到對其高度角和方位角的控制，以實現(xiàn)其二維自由度運動。本太陽能跟蹤控制系統(tǒng)的基本原理為：首先，采用視日運動軌跡的方法計算太陽的高度角和方位角，通過單片機控制步進電動機轉(zhuǎn)動；其次，接收安裝在東西南北和中間五個方位的五個光敏電阻的信號值，并采用光電控制來增進步進電動機的轉(zhuǎn)動精度，進而實現(xiàn)全方位高精度的太陽能跟蹤。這種跟蹤控制系統(tǒng)經(jīng)過實踐證明能提高太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)化效率。
【IPC分類】G05D3/12
【公開號】CN104914884
【申請?zhí)枴緾N201510335502
【發(fā)明人】張忠會, 雷振華, 袁志平, 吳虹嶺, 汪碩承, 于海粟
【申請人】南昌大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月17日