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)