太陽跟蹤裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的太陽跟蹤裝置不能同時(shí)滿足性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及低設(shè)計(jì)成本及維護(hù)成本等問題，提出了一種太陽跟蹤裝置。包括支架，所述支架包括支撐底座和云臺(tái)，其中云臺(tái)用于固定太陽能利用設(shè)備，其特征在于，所述太陽跟蹤裝置還包括：方位探測(cè)組件、信號(hào)處理單元、傳動(dòng)組件和控制電機(jī)。本發(fā)明的太陽跟蹤裝置采用長(zhǎng)方體箱體結(jié)合方位探測(cè)光敏傳感器組成方位探測(cè)組件，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、精度高以及可靠性好的優(yōu)勢(shì)。并采用了光強(qiáng)探測(cè)組件，實(shí)現(xiàn)陰天或夜間智能節(jié)能的目的，降低了無謂損耗、增強(qiáng)了其經(jīng)濟(jì)性，可以有效的節(jié)約電能，提高太陽光利用率。裝置帶有自鎖結(jié)構(gòu)，風(fēng)等外力對(duì)整個(gè)機(jī)械部件影響小。
【專利說明】太陽跟蹤裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源及節(jié)能減排【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及其中的太陽光照明、太陽能發(fā)電和太陽能熱利用【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的涉及一種太陽跟蹤裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會(huì)化石燃料的日益枯竭，僅存的化石能源在生產(chǎn)和使用過程中也正對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，使得新能源技術(shù)越來越被各國(guó)重視。太陽能作為一種取之不竭，用之不盡的清潔能源成為全球新能源研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0003]但是太陽光光功率在單位面積上分布低，并且太陽光有隨時(shí)間變化位置的特點(diǎn)，給目前較為成熟的太陽能利用技術(shù)比如光伏發(fā)電以及光纖太陽光照明等裝置對(duì)太陽能的高效利用提出了挑戰(zhàn)。為了解決此類問題，各種太陽光跟蹤技術(shù)被不斷提出，這種技術(shù)可以有效的提高太陽光利用率。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，采用太陽光跟蹤裝置的光伏發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能比沒有用太陽光跟蹤裝置的設(shè)備可以多30%以上。但是，現(xiàn)有的跟蹤裝置有的是通過傳感器實(shí)時(shí)感應(yīng)太陽位置，然后通過復(fù)雜的反饋系統(tǒng)對(duì)裝置進(jìn)行調(diào)整；有的通過GPS模塊計(jì)算出裝置經(jīng)緯度然后根據(jù)不同時(shí)間計(jì)算出太陽位置。前者對(duì)光傳感器的布局要求很高，不同布局的跟蹤器會(huì)有不同的跟蹤精度，導(dǎo)致批量化生產(chǎn)的裝置性能不夠穩(wěn)定，后者則存在設(shè)計(jì)復(fù)雜、成本高和后期維護(hù)困難等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的太陽跟蹤裝置不能同時(shí)滿足性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及低設(shè)計(jì)成本及維護(hù)成本等問題，提出了一種太陽跟蹤裝置。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種太陽跟蹤裝置，包括支架，所述支架包括支撐底座和云臺(tái)，其中云臺(tái)用于固定太陽能利用設(shè)備，其特征在于，所述太陽跟蹤裝置還包括:方位探測(cè)組件、信號(hào)處理單元、傳動(dòng)組件和控制電機(jī)；
[0006]其中，方位探測(cè)組件包括長(zhǎng)方體箱體和至少4個(gè)方位探測(cè)光敏傳感器，該長(zhǎng)方體箱體包括2個(gè)正方形底面和4個(gè)長(zhǎng)方形側(cè)面，所述4個(gè)長(zhǎng)方形側(cè)面與正方形底面之一的4條公共邊中部分別設(shè)置有方位探測(cè)光敏傳感器，所述方位探測(cè)光敏傳感器的光敏面露出長(zhǎng)方體箱體側(cè)面一定距離D，D的值根據(jù)預(yù)設(shè)探測(cè)精度確定，長(zhǎng)方體箱體靠近方位探測(cè)光敏傳感器的正方形底面固定于云臺(tái)上；
[0007]信號(hào)處理單元包括比較器和驅(qū)動(dòng)電路，比較器用于比較方位探測(cè)光敏傳感器的信號(hào)強(qiáng)度并輸出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)，控制電機(jī)通過傳動(dòng)組件控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)。
[0008]上述D值的確定方法是:tan Θ =2D/L，其中Θ為跟蹤精度，L為長(zhǎng)方體箱體兩個(gè)正方形底面之間的距離。
[0009]為了減小太陽光反射以及對(duì)方位探測(cè)光敏傳感器探測(cè)太陽光強(qiáng)度的精度的影響，所述長(zhǎng)方體箱體表面為黑色。[0010]進(jìn)一步的，所述方位探測(cè)組件還包括與方位探測(cè)光敏傳感器數(shù)量相同的采樣電阻，所述采用電阻分別與方位探測(cè)光敏傳感器串聯(lián)，用于將方位探測(cè)光敏傳感器探測(cè)光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸送至比較器。
[0011]為了解決光線不足的情況下系統(tǒng)額外耗費(fèi)電能的缺陷，所述跟蹤裝置還包括光強(qiáng)探測(cè)組件，所述光強(qiáng)探測(cè)組件包括光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器、電壓比較器和開關(guān)單元，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器安裝于長(zhǎng)方體箱體遠(yuǎn)離方位探測(cè)光敏傳感器的正方形底面中央，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器與電壓比較器的輸入端相連接，電壓比較器的另一輸入端輸入閾值電壓，所述開關(guān)單元包括控制端和開關(guān)端，所述開關(guān)端串聯(lián)于方位探測(cè)組件的電源輸入回路中，所述電壓比較器的輸出端與開關(guān)單元的控制端相連接，用于控制方位探測(cè)組件的電源通斷。
[0012]進(jìn)一步的，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器與一采樣電阻串聯(lián)，所述采樣電阻的輸出端連接于電壓比較器的輸入端。
[0013]進(jìn)一步的，所述光強(qiáng)探測(cè)組件還包括可調(diào)電壓組件，所述可調(diào)電壓組件輸出端電壓可調(diào)，并作為閾值電壓輸出至電壓比較器。
[0014]進(jìn)一步的，云臺(tái)包括自鎖組件，用于方位調(diào)整后自動(dòng)鎖定云臺(tái)。
[0015]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的太陽跟蹤裝置采用長(zhǎng)方體箱體結(jié)合方位探測(cè)光敏傳感器組成方位探測(cè)組件，通過長(zhǎng)方體箱體遮光和比較方位探測(cè)光敏傳感器探測(cè)的光強(qiáng)差值判斷太陽方位，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、精度高以及可靠性好的優(yōu)勢(shì)。并采用了光強(qiáng)探測(cè)組件，實(shí)現(xiàn)陰天或夜間智能節(jié)能的目的，降低了無謂損耗、增強(qiáng)了其經(jīng)濟(jì)性，可以有效的節(jié)約電能，提高太陽光利用率。裝置帶有自鎖結(jié)構(gòu)，風(fēng)等外力對(duì)整個(gè)機(jī)械部件影響小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的跟蹤裝置的方位探測(cè)組件及光強(qiáng)探測(cè)組件俯視圖。
[0017]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的跟蹤裝置的方位探測(cè)組件及光強(qiáng)探測(cè)組件主視圖。
[0018]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的控制原理圖。
[0019]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。
[0021]為了便于理解，以下結(jié)合與本發(fā)明方案原理相同的一種太陽跟蹤裝置對(duì)本發(fā)明的原理作詳細(xì)描述。
[0022]如圖1、圖2及圖4所示，本實(shí)施例的太陽跟蹤裝置包括支架，所述支架包括支撐底座4和云臺(tái)7，其中云臺(tái)7用于固定太陽能利用設(shè)備。太陽能利用設(shè)備是指包括光伏設(shè)備、太陽光采集裝置等在內(nèi)的利用設(shè)備，這些太陽能利用設(shè)備通過安裝在本實(shí)施例的跟蹤裝置上可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)正對(duì)太陽方向，保持較高的太陽光接收率。此外，本實(shí)施例的創(chuàng)新點(diǎn)在于還包括:方位探測(cè)組件、信號(hào)處理單元、傳動(dòng)組件和控制電機(jī)。
[0023]其中，方位探測(cè)組件包括長(zhǎng)方體箱體3和至少4個(gè)方位探測(cè)光敏傳感器1，該長(zhǎng)方體箱體3包括2個(gè)正方形底面和4個(gè)長(zhǎng)方形側(cè)面，所述4個(gè)長(zhǎng)方形側(cè)面與正方形底面之一的4條公共邊中部分別設(shè)置有方位探測(cè)光敏傳感器1，所述方位探測(cè)光敏傳感器I的光敏面露出長(zhǎng)方體箱體側(cè)面一定距離D，D的值根據(jù)預(yù)設(shè)探測(cè)精度確定，長(zhǎng)方體箱體靠近方位探測(cè)光敏傳感器的正方形底面固定于云臺(tái)上。需要注意，在本段描述的方位探測(cè)組件的具體結(jié)構(gòu)中，長(zhǎng)方體箱體的作用在于當(dāng)箱體的正方形地面沒有正對(duì)太陽時(shí)(在裝置精度范圍內(nèi)正對(duì))，其中一個(gè)或兩個(gè)側(cè)面上的方位探測(cè)光敏傳感器將會(huì)被遮擋，其探測(cè)到的太陽光強(qiáng)降低。通過比較各個(gè)側(cè)面上的方位探測(cè)光敏傳感器，可以得到太陽方位與長(zhǎng)方體箱體的相對(duì)方位，進(jìn)而可輸出控制信號(hào)做出方位調(diào)整。
[0024]信號(hào)處理單元包括比較器和驅(qū)動(dòng)電路，比較器用于比較方位探測(cè)光敏傳感器的信號(hào)強(qiáng)度并輸出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)，控制電機(jī)通過傳動(dòng)組件控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)。所述的比較器為窗口電壓比較器。控制電機(jī)具體可以是直流電機(jī)，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路為直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。其中動(dòng)力組件和傳動(dòng)組件的具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括X傳動(dòng)組件5，具體包括旋轉(zhuǎn)軸51，耦合齒輪組52和直流控制電機(jī)53，其中旋轉(zhuǎn)軸51固定于底座上，直流控制電機(jī)固定于云臺(tái)上，控制云臺(tái)做水平平面旋轉(zhuǎn)。同時(shí)還包括Y傳動(dòng)組件6，具體包括旋轉(zhuǎn)軸61，耦合齒輪組62和直流控制電機(jī)63，所述直流控制電機(jī)固定于云臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)軸與云臺(tái)臺(tái)面7相連接，用于控制云臺(tái)臺(tái)面7在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。上述方位探測(cè)組件中長(zhǎng)方體箱體固定于云臺(tái)臺(tái)面7上，與云臺(tái)臺(tái)面7同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0025]上述D值的確定方法是:tan Θ =2D/L，其中Θ為跟蹤精度，L為長(zhǎng)方體箱體兩個(gè)正方形底面之間的距離。不難看出，可以通過調(diào)節(jié)D和L的大小來控制跟蹤精度，如果要跟蹤精度高則可以把正方形盒子的4個(gè)面設(shè)計(jì)的長(zhǎng)一些，即通過增大L來解決，也可以將光敏管露出的距離縮小，即通過縮小D來降低Θ。
[0026]為了減小太陽光反射以及對(duì)方位探測(cè)光敏傳感器探測(cè)太陽光強(qiáng)度的精度的影響，所述長(zhǎng)方體箱體表面為黑色。方位探測(cè)組件還包括與方位探測(cè)光敏傳感器數(shù)量相同的采樣電阻，所述采用電阻分別與方位探測(cè)光敏傳感器串聯(lián)，用于將方位探測(cè)光敏傳感器探測(cè)光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸送至比較器。
[0027]由于上述的方位探測(cè)組件的控制條件只是對(duì)方位探測(cè)傳感器的探測(cè)強(qiáng)度進(jìn)行比較，通過二者差值判斷方向，所以還無法識(shí)別陰天或者夜間等設(shè)備無需工作的情況，如果在陰天或者夜間工作，將導(dǎo)致能量額外損耗。為了解決光線不足的情況下系統(tǒng)額外耗費(fèi)電能的缺陷，所述跟蹤裝置還包括光強(qiáng)探測(cè)組件，所述光強(qiáng)探測(cè)組件包括光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器2、電壓比較器和開關(guān)單元，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器安裝于長(zhǎng)方體箱體遠(yuǎn)離方位探測(cè)光敏傳感器的正方形底面中央，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器與電壓比較器的輸入端相連接，電壓比較器的另一輸入端輸入閾值電壓，所述開關(guān)單元包括控制端和開關(guān)端，所述開關(guān)端串聯(lián)于方位探測(cè)組件的電源輸入回路中，所述電壓比較器的輸出端與開關(guān)單元的控制端相連接，用于控制方位探測(cè)組件的電源通斷。所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器與一采樣電阻串聯(lián)，所述采樣電阻的輸出端連接于電壓比較器的輸入端。優(yōu)選方案為光強(qiáng)探測(cè)組件包括可調(diào)電壓組件，所述可調(diào)電壓組件輸出端電壓可調(diào)，并作為閾值電壓輸出至電壓比較器。
[0028]作為優(yōu)選方案，本實(shí)施例的云臺(tái)包括自鎖組件，用于方位調(diào)整后自動(dòng)鎖定云臺(tái)。本自鎖組件的作用在于防止因?yàn)轱L(fēng)力等不確定外力對(duì)裝置中驅(qū)動(dòng)和/或傳動(dòng)部件的損壞。
[0029]圖3所示為本實(shí)施例的裝置的控制過程，通過光強(qiáng)探測(cè)/方位探測(cè)光敏傳感器探測(cè)光強(qiáng)信號(hào)，然后經(jīng)過運(yùn)算放大器進(jìn)行加減法運(yùn)算，再進(jìn)入窗口比較器比較，比較結(jié)果通過單片機(jī)處理(常規(guī)處理方式，非本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)，也可以通過硬件實(shí)現(xiàn))并產(chǎn)生電機(jī)控制信號(hào)，經(jīng)電機(jī)控制芯片轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出至電機(jī)，控制機(jī)械裝置調(diào)整云臺(tái)方位，進(jìn)而改變光敏傳感器的受光情況。本裝置的一特點(diǎn)就是可以根據(jù)跟蹤精度需要設(shè)計(jì)探測(cè)器。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)理解，在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改、替換和改變。因此本發(fā)明不應(yīng)由上述事例來限定，而應(yīng)以權(quán)力要求書的保護(hù)范圍來限定。
【權(quán)利要求】
1.太陽跟蹤裝置，包括支架，所述支架包括支撐底座和云臺(tái)，其中云臺(tái)用于固定太陽能利用設(shè)備，其特征在于，所述太陽跟蹤裝置還包括:方位探測(cè)組件、信號(hào)處理單元、傳動(dòng)組件和控制電機(jī)； 其中，方位探測(cè)組件包括長(zhǎng)方體箱體和至少4個(gè)方位探測(cè)光敏傳感器，該長(zhǎng)方體箱體包括2個(gè)正方形底面和4個(gè)長(zhǎng)方形側(cè)面，所述4個(gè)長(zhǎng)方形側(cè)面與正方形底面之一的4條公共邊中部分別設(shè)置有方位探測(cè)光敏傳感器，所述方位探測(cè)光敏傳感器的光敏面露出長(zhǎng)方體箱體側(cè)面一定距離D，D的值根據(jù)預(yù)設(shè)探測(cè)精度確定，長(zhǎng)方體箱體靠近方位探測(cè)光敏傳感器的正方形底面固定于云臺(tái)上； 信號(hào)處理單元包括比較器和驅(qū)動(dòng)電路，比較器用于比較方位探測(cè)光敏傳感器的信號(hào)強(qiáng)度并輸出控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)，控制電機(jī)通過傳動(dòng)組件控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述D值的確定方法是:tan0=2D/L，其中Θ為跟蹤精度，L為長(zhǎng)方體箱體兩個(gè)正方形底面之間的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述長(zhǎng)方體箱體表面為黑色。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述方位探測(cè)組件還包括與方位探測(cè)光敏傳感器數(shù)量相同的采樣電阻，所述采用電阻分別與方位探測(cè)光敏傳感器串聯(lián)，用于將方位探測(cè)光敏傳感器探測(cè)光強(qiáng)對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸送至比較器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述跟蹤裝置還包括光強(qiáng)探測(cè)組件，所述光強(qiáng)探測(cè)組件包括光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器、電壓比較器和開關(guān)單元，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器安裝于長(zhǎng)方體箱體遠(yuǎn)離方位探測(cè)光敏傳感器的正方形底面中央，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器與電壓比較器的輸入端相連接，電壓比較器的另一輸入端輸入閾值電壓，所述開關(guān)單元包括控制端和開關(guān)端，所述開關(guān)端串聯(lián)于方位探測(cè)組件的電源輸入回路中，所述電壓比較器的輸出端與開關(guān)單元的控制端相連接，用于控制方位探測(cè)組件的電源通斷。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述跟蹤裝置還包括光強(qiáng)探測(cè)組件，所述光強(qiáng)探測(cè)組件包括光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器、電壓比較器和開關(guān)單元，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器安裝于長(zhǎng)方體箱體遠(yuǎn)離方位探測(cè)光敏傳感器的正方形底面中央，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器與電壓比較器的輸入端相連接，電壓比較器的另一輸入端輸入閾值電壓，所述開關(guān)單元包括控制端和開關(guān)端，所述開關(guān)端串聯(lián)于方位探測(cè)組件的電源輸入回路中，所述電壓比較器的輸出端與開關(guān)單元的控制端相連接，用于控制方位探測(cè)組件的電源通斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述光強(qiáng)探測(cè)光敏傳感器與一采樣電阻串聯(lián)，所述采樣電阻的輸出端連接于電壓比較器的輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述光強(qiáng)探測(cè)組件還包括可調(diào)電壓組件，所述可調(diào)電壓組件輸出端電壓可調(diào)，并作為閾值電壓輸出至電壓比較器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述光強(qiáng)探測(cè)組件還包括可調(diào)電壓組件，所述可調(diào)電壓組件輸出端電壓可調(diào)，并作為閾值電壓輸出至電壓比較器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽跟蹤裝置，其特征在于，云臺(tái)包括自鎖組件，用于方位調(diào)整后自動(dòng)鎖定z?臺(tái)。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK103676968SQ201310380238
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】王卓然, 袁國(guó)慧, 王維, 高亮 申請(qǐng)人:成都譜視科技有限公司