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一種太陽能追蹤裝置及其追蹤控制方法

文檔序號:6304622閱讀:129來源:國知局
一種太陽能追蹤裝置及其追蹤控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種太陽能追蹤裝置及其追蹤控制方法,在太陽能追蹤裝置偏離平衡位置時,根據(jù)偏移情況,進行水平面旋轉(zhuǎn)運動和/或俯仰運動;同時檢測四象限光電探測器中設(shè)定的光電探測器的信號,如果信號變小則沿當(dāng)前運動方向繼續(xù)相應(yīng)運動,直到信號為零,如果信號變大則沿當(dāng)前運動方向的反方向繼續(xù)相應(yīng)運動,直到信號為零。本發(fā)明提供了一種追蹤裝置以及追蹤方法,不進行運算,即可實現(xiàn)對太陽能的追蹤。
【專利說明】一種太陽能追蹤裝置及其追蹤控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能追蹤裝置及其追蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]申請?zhí)枮?01120360996.9的中國專利文件《一種用于太陽能追蹤支架的光電傳感器》公開了一種用于太陽能追蹤支架的光電傳感器,即一種太陽能跟蹤裝置,如圖1所示,包括外殼I和底座2,外殼內(nèi)底座的中心位置設(shè)置有四象限光電探測器3 ;外殼I頂部開有與四象限光電探測器3正對的光孔4,光孔上設(shè)有防護玻璃6 ;外殼I外側(cè)設(shè)置光強傳感器
5,安裝于外殼上的凹槽7中。
[0003]整個裝置能夠進行水平旋轉(zhuǎn)運動和俯仰運動,從光孔4透視的光線照射四象限光電探測器3,四象限光電探測器3與光線入射角度垂直時,四象限光電探測器3的四個象限的照射面積均衡;在太陽光入射角度改變時,四象限光電探測器3的四個象限的照射面積出現(xiàn)差異;該文件給出了一種計算方法,能夠通過檢測這種差異來判斷光線入射角度,以確定追蹤裝置的運動軌跡,最終達到四象限光電探測器3與光線入射角度垂直,實現(xiàn)對太陽能的追蹤。
[0004]這種追蹤方法需要進行大量的運算,才能確定整個裝置的運動趨勢,較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種太陽能追蹤裝置及其追蹤控制方法,用以解決現(xiàn)有方法需要進行復(fù)雜運算的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的方案包括:
[0007]一種太陽能追蹤裝置,包括外殼、底座以及外殼內(nèi)底座上固定設(shè)置的四象限光電探測器(3),在四象限光電探測器(3)正上方平行固定設(shè)置一個與其大小、形狀相同的擋板
[8]。
[0008]在太陽能追蹤裝置偏離平衡位置時,根據(jù)偏移情況,進行水平面旋轉(zhuǎn)運動和/或俯仰運動;同時檢測四象限光電探測器中設(shè)定的光電探測器的信號,如果信號變小則沿當(dāng)前運動方向繼續(xù)相應(yīng)運動,直到信號為零,如果信號變大則沿當(dāng)前運動方向的反方向繼續(xù)相應(yīng)運動,直到信號為零。
[0009]通過檢測有光線照射的探測器的數(shù)量和位置以決定運動方式:四象限光電探測器3包括由兩條直線X、Y劃分的四塊探測器A、B、C、D,Y軸為俯仰旋轉(zhuǎn)軸,X軸為水平面內(nèi)直線;分為兩種情況,第一種情況是有兩塊探測器被照射,若這兩塊探測器相鄰邊是直線X,則僅進行俯仰運動;若這兩塊探測器的相鄰邊是直線Y,則僅進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動;第二種情況是有三塊探測器被照射,則需要先進行俯仰運動再進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動,或者先進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動在進行俯仰運動。
[0010]第一種情況,被照射的探測器是兩塊,按一定方向進行俯仰或者水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動,檢測其中任一個探測器的信號,若信號變大則改變運動方向,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)該方向運動,直到信號為零;第二種情況,被照射的探測器是三塊;進行俯仰運動時,選取三塊被照射探測器中,與一塊被照射探測器處于對角位置關(guān)系,且能夠與另一塊被照射探測器共鄰邊直線X的探測器,檢測其信號,若信號變大則改變運動方向,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)該方向運動,直到信號為零;進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動時,選取三塊被照射探測器中,與一塊被照射探測器處于對角位置關(guān)系,且能夠與另一塊被照射探測器共鄰邊直線Y的探測器,檢測其信號,若信號變大則改變運動方向,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)該方向運動,直到信號為零。
[0011]本發(fā)明提供了一種追蹤裝置以及追蹤方法,不進行運算,直接執(zhí)行相關(guān)的運動形式(水平旋轉(zhuǎn)或者俯仰),并通過四象限光電探測器的反饋來判斷運動趨勢是否正確,若正確則繼續(xù)該運動趨勢,若不正確則按相反趨勢運動;在經(jīng)歷水平旋轉(zhuǎn)運動和俯仰兩種運動形式之后,最終達到平衡位置(即光線垂直于四象限光電探測器入射的位置,也是追蹤控制的目標(biāo)位置),實現(xiàn)對太陽能的追蹤。
[0012]在裝置上,本發(fā)明增加了一塊擋板,對四象限光電探測器3進行遮擋,在平衡位置時,擋板完全遮擋四象限光電探測器,四個光電探測器的信號均為零。在判斷運動趨勢時,是判斷光電探測器的信號是否減小,停止運動的判據(jù)是信號減小為零。之所以這樣做,而不像【背景技術(shù)】的裝置直接應(yīng)用本發(fā)明的方法,是因為,如果不增加擋板,在判斷運動趨勢時,需要判斷光電探測器的信號是否增大,停止運動的判據(jù)是信號達到最大,而信號達到最大不僅與入射角度有關(guān),還與所處時間段(上午、中午、下午)有關(guān),所以判斷信號達到最大并不是一個穩(wěn)定判據(jù)。所以采用本發(fā)明的方法能夠有效對運動過程進行控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的太陽能追蹤裝置;
[0014]圖2是本發(fā)明的一種太陽能追蹤裝置;
[0015]圖3是實施例的一種偏移情況在四象限光電探測器上的體現(xiàn);
[0016]圖4是圖3情況經(jīng)過水平旋轉(zhuǎn)達到的狀態(tài);
[0017]圖5是再次達到平衡位置。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。文中平衡位置是指追蹤控制的目標(biāo)位置(如
【發(fā)明內(nèi)容】
部分所述)。
[0019]本發(fā)明的基本方案在于:對于追蹤裝置,在四象限光電探測器3正上方平行固定設(shè)置一個與其大小、形狀相同的擋板8 ;其他部分與【背景技術(shù)】相同,不再贅述。對于方法,
[0020]整個追蹤裝置的形狀可以是如圖1的錐形或如圖2的橢圓形。
[0021]在太陽能追蹤裝置偏離平衡位置時,根據(jù)偏移情況,進行水平面旋轉(zhuǎn)運動和/或俯仰運動;同時檢測四象限光電探測器中設(shè)定的光電探測器的信號,如果信號變小則沿當(dāng)前運動方向繼續(xù)相應(yīng)運動,直到信號為零,如果信號變大則沿當(dāng)前運動方向的反方向繼續(xù)相應(yīng)運動,直到信號為零。
[0022]四象限光電探測器3包括由兩條直線X、Y劃分的四塊探測器A、B、C、D,Y軸為俯仰旋轉(zhuǎn)軸,X軸為水平面內(nèi)直線。本發(fā)明的方法,通過檢測有光線照射的探測器的數(shù)量和位置以決定運動方式,有光線照射的探測器即有信號的探測器。
[0023]分為兩種情況,第一種情況是有兩塊探測器被照射,若這兩塊探測器相鄰邊是直線X,則僅進行俯仰運動;若這兩塊探測器的相鄰邊是直線Y,則僅進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動。如僅C、D被照射,則通過俯仰運動即可達到平衡位置。僅B、c被照射,則通過水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動即可達到平衡位置。
[0024]第二種情況是有三塊探測器被照射,則需要先進行俯仰運動再進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動,或者先進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動在進行俯仰運動,次序可以選擇。
[0025]第一種情況,被照射的探測器是兩塊,按一定方向進行俯仰或者水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動,檢測其中任一個探測器的信號,若信號變大則改變運動方向,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)該方向運動,直到信號為零。如僅C、D被照射,按順時針方向進行俯仰運動,檢測C或D的信號,若信號變大則改為逆時針俯仰,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)順時針俯仰。同理,僅B、C被照射,按順時針方向進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動,檢測B或C的信號,若信號變大則改為逆時針?biāo)矫鎯?nèi)旋轉(zhuǎn)運動,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)順時針?biāo)矫鎯?nèi)旋轉(zhuǎn)運動。
[0026]第二種情況,被照射的探測器是三塊。則必有兩塊探測器的相鄰邊為直線X,兩塊探測器的相鄰邊是直線Y,兩塊是對角的位置關(guān)系。進行俯仰運動時,選取三塊被照射探測器中,與一塊被照射探測器處于對角位置關(guān)系,且能夠與另一塊被照射探測器共鄰邊直線X的探測器,檢測其信號,若信號變大則改變運動方向,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)該方向運動,直到信號為零。類似的,進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動時,選取三塊被照射探測器中,與一塊被照射探測器處于對角位置關(guān)系,且能夠與另一塊被照射探測器共鄰邊直線Y的探測器,檢測其信號,若信號變大則改變運動方向,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)該方向運動,直到信號為零。
[0027]舉例來說,如圖3所示,隨著時間推移,太陽位置發(fā)生偏移,光線入射角度發(fā)生改變,擋板8不能完全遮擋住從光孔4所安裝的玻璃透鏡6射入的太陽光線,即偏離了平衡位置,光電探測器3中的其中三塊探測器B、C、D局部接受到一部分太陽光線,從而產(chǎn)生電壓信號。信號處理器辨別出來B、C、D光電探測器的電壓,傳給執(zhí)行單元。這里先進行水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動,按照上面的規(guī)則,B處于與D處于對角位置關(guān)系,且能夠與C共鄰邊直線Y,所以應(yīng)檢測B的信號,若向某個方向旋轉(zhuǎn)時,B的電壓反而增大,則立刻反方向旋轉(zhuǎn),直到B的電壓消失;若向某個方向旋轉(zhuǎn)時,B的電壓逐漸減小,則繼續(xù)向此方向旋轉(zhuǎn),直至B的電壓消失,如圖4所示。當(dāng)B的電壓消失時,再驅(qū)動追蹤裝置沿Y軸方向俯仰運動,此時應(yīng)檢測D的信號,若向某個方向旋轉(zhuǎn),D的電壓反而增大,則立刻反方向旋轉(zhuǎn),直至D的電壓消失;若向某個方向旋轉(zhuǎn)時,D的電壓逐漸減小,則繼續(xù)向此方向旋轉(zhuǎn),直至D的電壓消失。此時,太陽光線與追蹤裝置垂直,光線均被擋板擋住,回到平衡位置,達到追蹤目的,如圖5所示。
[0028]以上給出了一種具體的實施方式,但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。本發(fā)明的思路在于上述基本方案,對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言,根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo),設(shè)計出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費創(chuàng)造性勞動。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能追蹤裝置,包括外殼、底座以及外殼內(nèi)底座上固定設(shè)置的四象限光電探測器(3),其特征在于,在四象限光電探測器(3)正上方平行固定設(shè)置一個與其大小、形狀相同的擋板(8)。
2.如權(quán)利要求1所述太陽能追蹤裝置的追蹤控制方法,其特征在于,在太陽能追蹤裝置偏離平衡位置時,根據(jù)偏移情況,進行水平面旋轉(zhuǎn)運動和/或俯仰運動;同時檢測四象限光電探測器中設(shè)定的光電探測器的信號,如果信號變小則沿當(dāng)前運動方向繼續(xù)相應(yīng)運動,直到信號為零,如果信號變大則沿當(dāng)前運動方向的反方向繼續(xù)相應(yīng)運動,直到信號為零。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的追蹤控制方法,其特征在于,通過檢測有光線照射的探測器的數(shù)量和位置以決定運動方式: 四象限光電探測器3包括由兩條直線X、Y劃分的四塊探測器A、B、C、D,Y軸為俯仰旋轉(zhuǎn)軸,X軸為水平面內(nèi)直線; 分為兩種情況,第一種情況是有兩塊探測器被照射,若這兩塊探測器相鄰邊是直線X,則僅進行俯仰運動;若這兩塊探測器的相鄰邊是直線Y,則僅進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動; 第二種情況是有三塊探測器被照射,則需要先進行俯仰運動再進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動,或者先進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動在進行俯仰運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的追蹤控制方法,其特征在于, 第一種情況,被照射的探測器是兩塊,按一定方向進行俯仰或者水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動,檢測其中任一個探測器的信號,若信號變大則改變運動方向,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)該方向運動,直到信號為零; 第二種情況,被照射的探測器是三塊;進行俯仰運動時,選取三塊被照射探測器中,與一塊被照射探測器處于對角位置關(guān)系,且能夠與另一塊被照射探測器共鄰邊直線X的探測器,檢測其信號,若信號變大則改變運動方向,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)該方向運動,直到信號為零;進行水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動時,選取三塊被照射探測器中,與一塊被照射探測器處于對角位置關(guān)系,且能夠與另一塊被照射探測器共鄰邊直線Y的探測器,檢測其信號,若信號變大則改變運動方向,直到信號為零,若信號變小則繼續(xù)該方向運動,直到信號為零。
【文檔編號】G05D3/12GK103984364SQ201410151580
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】張伏, 岳斌斌, 王俊, 邱兆美, 張亞坤, 王唯, 劉紅梅 申請人:河南科技大學(xué)
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