一种全自动太阳追踪系统的制作方法

本发明涉及太阳追踪设备领域，具体来说，涉及一种全自动太阳追踪系统。

背景技术：

近年来随着材料科技的进步，太阳能利用设备的转化效率不断提高，但是太阳能利用设备的工作效率受太阳光的入射角度影响很大，由于一天之中，地球上某一点接受的太阳光的入射角度在不断变化，所以就需要太阳能利用设备能够有效追踪太阳的实时方位，最大化的利用太阳能。

目前市场上的太阳追踪系统大多是利用单片机或PLC(可编程逻辑控制器)系统控制伺服电机，通过丝杠或齿轮齿条等传动机构带动太阳能利用设备来追踪太阳的实时方位，实现对太阳能的最大化利用，但这种太阳追踪系统结构复杂，成本较高，使用寿命较短，维护维修难度大；专利《一种全自动太阳追踪系统》(申请号：201520403907.2)公开了一种利用气动系统进行太阳追踪的方案，但依据该方案制作的气动追踪系统存在追踪精度差，易窜动，抗风能力差等缺点。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种全自动太阳追踪系统，具有结构简单、成本低、追踪精度高，稳定性好等特点。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种全自动太阳追踪系统，包括太阳追踪控制器，控制线路，追踪控制电磁阀、气液导管、储液罐、追踪气缸、可调式太阳追踪支架、高压气源、气液传动接头；所述追踪控制电磁阀包括水平角追踪控制电磁阀和俯仰角追踪控制电磁阀；所述追踪气缸包括水平角追踪气缸和俯仰角追踪气缸；所述高压气源包括气泵和储气罐。

所述可调式太阳追踪支架包括：固定底座、旋转底座、太阳能利用设备安装架。

所述太阳追踪控制器为现有技术，由光电传感器、风速传感器、逻辑电路组成，光电传感器连续采集太阳光实时信号传输给逻辑电路，逻辑电路根据光电传感器信号判断太阳的实时方位并并输出相应的水平角追踪控制信号和俯仰 角追踪控制信号至控制线路；风速传感器连续采集实时风速信号，并传递给逻辑电路，逻辑电路对比预设风速值，判断是否气动防风程序；太阳能追踪控制器安装在可调式太阳追踪支架上不被遮挡的地方，并随之一起运动。

所述控制线路的一端和太阳追踪控制器连接，另一端分别和水平角追踪控制电磁阀及俯仰角追踪控制电磁阀连接，控制线路可以将太阳追踪控制器输出的水平角追踪控制信号和俯仰角追踪控制信号准确地传递至水平角追踪控制电磁阀和俯仰角追踪控制电磁阀以控制其工作状态。

所述水平角追踪控制电磁阀包括水平角追踪电磁换向阀和水平角追踪电磁开关阀，水平角追踪电磁换向阀为两位五通电磁换向阀，水平角追踪电磁开关阀为常闭型两位两通电磁开关阀。

所述俯仰角追踪控制电磁阀包括俯仰角追踪电磁换向阀和俯仰角追踪电磁开关阀，俯仰角追踪电磁换向阀有两种结构可选：一种为普通的两位五通电磁换向阀，一种为自保持两位五通电磁换向阀，自保持两位五通电磁阀换向阀通电时进行换向，断电后能够自动保持换向后的气路状态，由于俯仰角追踪上午为上仰追踪，下午为下俯追踪，所以使用自保持换向阀更合理，更节约能源，俯仰角追踪电磁开关阀为常闭型两位两通电磁开关阀。

所述储液罐为中空罐体，罐体内下部为液体上部为气体，罐体的上端设置有进气口，下部侧面设置有出液口，储液罐内液体的体积应大于驱动气缸的内部容积，以确保储液罐内的液体足以驱动气缸活塞从一端运行至另一端，储液罐分为水平角追踪储液罐和俯仰角追踪储液罐，储液管可以与对应的追踪气缸布置在一起也可以分开布置。

所述气液导管为可以传导具有一定压力的气体或液体的可弯曲柔性管，可以通过接头将电磁阀、高压气源、气缸、储液罐连接起来，从而形成气液通路。

所述接头包括：气缸接头、两通接头、三通接头等常用气液传动传动接头。

所述水平角追踪气缸有两种结构可选：一种为直线气缸，一种为摆动气缸，如果选择直线气缸作为水平角追踪气缸，需要配合传动带，将水平角追踪气缸输出的直线运动转化为可调式太阳追踪支架的水平旋转运动；如果选择摆动气缸作为水平角追踪气缸则可直接输出旋转运动，带动可调式太阳追 踪支架做水平旋转运动。

所述俯仰角追踪气缸有两种结构可选：一种为单向出轴直线气缸，一种为摆动气缸。

所述气泵将外界空气压缩后进入储气罐形成高压气源，然后通过气液导管和三通接头将高压气体分别导入水平角追踪电磁换向阀和俯仰角追踪电磁换向阀的进气口，水平角追踪电磁换向阀的常闭出气口通过气液导管与水平角追踪储液罐的进气口连接，水平角追踪电磁换向阀的常开出气口通过气液导管与水平角追踪气缸的进气口I连接，水平角追踪电磁开关阀的一端通过接头与水平角追踪储液罐的出液口连接，水平角追踪电磁开关阀的另一端通过气液导管和水平角追踪气缸的进出气口II连接；俯仰角追踪电磁换向阀的出气口I通过气液导管与俯仰角追踪储液罐的进气口连接，俯仰角追踪电磁开关阀的一端通过接头与俯仰角追踪储液罐的出液口连接，俯仰角追踪电磁开关阀的另一端通过气液导管与俯仰角追踪气缸的进气口I连接，俯仰角追踪电磁换向阀的出气口II通过气液导管与俯仰角追踪气缸的进气口II连接。

本发明的有益效果是：本发明通过太阳追踪控制器连续实时监测太阳方位并输出相应的追踪控制信号，从而对水平角追踪控制电磁阀和俯仰角追踪控制电磁阀的工作状态进行控制，进而控制水平角追踪气缸和俯仰角追踪气缸的运动，进而对可调式太阳追踪支架的太阳能利用设备安装架的水平方位角和俯仰角度进行实时调整，从而保证安装在其上太阳能利用设备始终正对太阳，从而实现最大化吸收太阳能；本发明采用压缩气体和承压液体作为混合驱动介质，取代了传统太阳能追踪系统所需的伺服电机和精密的机械传动系统，同时又解决了气体单独驱动带来的追踪精度低、稳定性差、易窜动等缺点，既降低了成本又保证了追踪的精度和稳定性；由于气体具备柔性灵活的传输方式，所以可以通过一组高压气源驱动多组追踪系统，实现集中控制，进一步降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统总体结构示意图；

图2是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的气液驱动系统示意图；

图3是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的固定底座结构示意图；

图4是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的旋转底座结构示意图；

图5是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的水平角追踪气缸及带-轮传动结构示意图；

图6、是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的俯仰角追踪气缸示意图；

图7是本发明实施例所述的全自动太阳追踪系统的太阳能利用设备安装架结构示意图；

图中：

1、固定底座；1a、固定支腿；1b、环形支撑面；1c、立轴；1d、导轮；2、旋转底座；2a、轴套；2b、旋转平面；2c、定向脚轮；2d、塔架；2e、连接耳板I；2f、连接轴套；3、轴承；4、水平角追踪气缸；4a、水平角追踪气缸进气口I；4b、水平角追踪气缸进气口II；5、传动带；7、俯仰角追踪气缸；7a、俯仰角追踪气缸进气口I；7b、俯仰角追踪气缸进气口II；8、水平角追踪电磁换向阀：9、水平角追踪储液罐；10、水平角追踪电磁开关阀；11、俯仰角追踪电磁换向阀；12、俯仰角追踪储液罐；13、俯仰角追踪电磁开关阀；14、太阳能利用设备安装架；14a、连接转轴；14b、连接耳板II；15、太阳追踪控制器；16、控制线路；17、气泵；18、储气罐；19、气液导管I；20、三通接头；21、气液导管II；22、气液导管III；23气液导管IV；24、气液导管V；25、气液导管VI；26、气液导管VII、

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-7所示：固定底座1、旋转底座2、太阳能利用设备安装架14，共同构成了可调式太阳追踪支架。其中固定底座1通过其底部的4个固定支腿1a固 定到地面或屋顶或其它支撑面上，固定底座1的中心处设置有立轴1c，固定底座1的外侧设置有一个与立轴1c同轴的环形支撑面1b，环形支撑平面1b与固定支腿1a刚性连接；旋转底座2的底部中心处设置的轴套2a，旋转底座2的轴套2a与固定底座1的立轴1c通过轴承3相连接，旋转底座2的旋转平面2b的边缘布置有3个定向脚轮2c，定向脚轮2c可以在环形支撑面1b上滚动，起到支撑旋转底座的作用。本实施例中选用双向出轴直线气缸作为水平角追踪气缸4，水平角追踪气缸4安装在固定底座1上的立轴1a的侧面，传动带5的两端分别连接在水平角追踪气缸4的输出轴的两端，传动带5通过导轮1d与旋转底座2的轴套2a构成一套带-轮传动机构，将水平角追踪气缸4输出轴的直线运动转化成旋转底座2的旋转运动，从而实现对太阳水平方位角的追踪。

如图1-7所示：旋转底座2的旋转平面2b的上面设置有塔架2d，塔架2d的下部设置有连接耳板I2e，塔架2d的顶部设置有连接轴套2f；太阳能利用设备安装架14的正面可以安装各种太阳能利用该设备如太阳能电池板或太阳能集热管或太阳能聚光集热装置等，太阳能利用设备安装架14的背面设置有连接转轴14a和连接耳板II14b，太阳能利用设备安装架14通过其背面的连接转轴14a与旋转底座2上的塔架2d顶部的连接轴套2f相连接，本实施例中选用单向出轴直线气缸作为俯仰角追踪气缸7，俯仰角追踪气缸7的两端通过销轴分别连接在塔架2d底部的连接耳板I2e和太阳能利用设备安装架14背面的连接耳板II14b上，俯仰角追踪气缸7通过输出轴的伸缩带动太阳能利用设备安装架14绕塔架2d顶端的连接轴套2f的中心轴做俯仰转动，从而实现对太阳俯仰角的追踪。

如图1、2、5、6所示：气泵17和储气罐18构成高压气源，储气罐18通过气液导管I19和三通接头20与水平角追踪电磁换向阀8和俯仰角追踪电磁换向阀10连通的进气口连接，水平角追踪电磁换向阀8的常闭出气口通过气液导管II21与水平角追踪储液罐9的进气口连接，水平角追踪电磁换向阀8的常开出气口通过气液导管III22与水平角追踪气缸4的进气口I4a连接，水平角追踪电磁开关阀10的一端通过接头与水平角追踪储液罐9的出液口连接，水平角追踪电磁开关阀10的另一端通过气液导管IV23和水平角追踪气缸4的进出气口II4b连接；俯仰角追踪电磁换向阀11的出气口I通过气液导管V24与俯仰角追踪储液罐12的进气口连接，俯仰角追踪电磁开关阀13的一 端通过接头与俯仰角追踪储液罐12的出液口连接，俯仰角追踪电磁开关阀13的另一端通过气液导管VII26与俯仰角追踪气缸7的进气口I7a连接，俯仰角追踪电磁换向阀11的出气口II通过气液导管VI25与俯仰角追踪气缸7的进气口II7b连接；本实施例中采用自保持电磁换向阀作为俯仰角追踪电磁换向阀。

如图1、2所示，太阳追踪控制器15，所述太阳追踪控制器15安装在太阳能利用设备安装架14的上边框上，并随之一起运动，由光电传感器、风速传感器、逻辑电路组成，光电传感器连续采集太阳光实时信号传输给逻辑电路，逻辑电路根据光电传感器信号判断太阳的实时方位并并输出相应的水平角追踪控制信号和俯仰角追踪控制信号至控制线路16；风速传感器连续采集实时风速信号，并传递给逻辑电路，逻辑电路对比预设风速值，判断是否气动防风程序；控制线路16将太阳追踪控制器15输出的水平角控制信号和俯仰角控制信号分别传递给水平角追踪电磁换向阀8、水平角追踪电磁开关阀10、俯仰角追踪电磁换向阀11、俯仰角追踪电磁开关阀13，从而控制其工作状态。

本发明的水平角追踪控制原理为：初始时，可调式太阳追踪支架上的太阳能利用设备安装架14的正面朝向太阳升起的方向，水平角追踪气缸4的活塞位于靠近进气口I4a的一端，水平角追踪气缸内与进气口II4b连接的腔体内充满液体，水平角追踪电磁换向阀8的常开出气口与水平角追踪气缸的进气口I4a连通，气源输出的高压气体直接导向水平角追踪气缸进气口I4a，水平角追踪储液罐9与水平角追踪电磁换向阀8的常闭出气口连通，进而通过排气口与外界大气连通；没有追踪信号时：水平角追踪气缸4的活塞朝向进气口I的那面虽然承受着高压气体的压力，但由于和进气口II连接的腔体内的液体无法通过水平角追踪电磁开关阀进入储液罐，所以此时水平角追踪气缸的活塞有向进气口II运动的趋势但无法运动，所以水平角追踪系统保持静止；随着太阳的水平方位角的变化，太阳追踪控制器15通过控制线路16对水平角追踪电磁开关阀10发送追踪信号，水平角追踪电磁开关阀10打开，水平角追踪气缸4的活塞在高压气体的推动下向进气口II的方向运动，水平角追踪气缸4的右侧腔体内的液体在活塞的推动下通过水平角追踪电磁开关阀10进入水平角追踪储液罐9，可调式太阳追踪支架的旋转底座2及其上安 装的太阳能利用设备安装架14在水平角追踪气缸4和传动带5的驱动下自东向西追踪太阳的实时方位，当太阳能利用设备安装架14的正面与太阳的水平方位对正时，太阳追踪控制器15停止向水平角追踪电磁开关阀10发送追踪信号，水平角追踪电磁开关阀10关闭，水平角追踪气缸4停止运动，如此重复直到太阳西落，当太阳能落山，外界的光照强度小于设置值后，太阳追踪控制器15同时向水平角追踪电磁阀换向阀8和水平角追踪电磁开关阀10发送信号，水平角追踪电磁换向阀8换向，高压气体被导入水平角追踪储液罐9，同时水平角追踪电磁开关阀10打开，水平角追踪气缸4的活塞在承压液体的驱动下向进气口I4a运动，直到太阳能利用设备安装架重新朝向太阳升起的方向，太阳追踪控制器15停止发送追踪信号，水平角追踪电磁换向阀8和水平角追踪电磁开关阀10断电复位，等待第二天太阳升起，每天如此循环，实现对太阳水平方位角的全自动追踪。

本发明的俯仰角追踪控制原理为：

初始时，可调式太阳追踪支架上的太阳能利用设备安装架14的正面朝向太阳升起时的地平线方向，俯仰角度最小，俯仰角追踪气缸7的输出轴处于最小伸出长度状态，俯仰角追踪气缸7的活塞位于进气口I7a的一端，俯仰角追踪电磁换向阀11通过气液导管V24将高压气体导入俯仰角追踪储液罐12，俯仰角追踪电磁开关阀13处于关闭状态，俯仰角追踪气缸7的进气口II7b通过气液导管VI25与俯仰角追踪电磁换向阀11的出气口II连接，进而通过俯仰角追踪电磁换向阀11的排气孔与外界气体连通；上午时，随着时间的推进太阳的俯仰角度增加，太阳追踪控制器15向俯仰角追踪电磁开关阀13发送追踪信号，俯仰角追踪电磁开关阀13打开，俯仰角追踪储液罐12中的液体在高压气体的驱动下，通过俯仰角追踪电磁开关阀13进入俯仰角追踪气缸7内与进气口I7a连接气缸腔体内，并推动俯仰角追踪气缸7的活塞向俯仰角追踪气缸进气口II7b的方向移动，带动俯仰角追踪气缸7的输出轴向外伸出，进而推动太阳能利用设备安装架14上仰运动，从而实现对太阳俯仰角度的实时追踪，当太阳能利用设备安装架14的正面与太阳的俯仰角度对正时，太阳追踪控制器15停止向俯仰角追踪电磁开关阀13发送追踪信号，俯仰角追踪电磁开关阀13关闭，俯仰角追踪气缸7停止运动，如此重复直到中 午时刻太阳的俯仰角度达到当天最大值；下午时，随着时间的推进太阳的俯仰角度逐渐减小，当太阳追踪控制器15监测到太阳的俯仰角度第一次由大变小时，太阳追踪控制器15向俯仰角追踪电磁换向阀11和俯仰角追踪电磁开关阀13分别发送追踪信号，俯仰角追踪电磁换向阀11换向，将高压气体导入俯仰角追踪气缸7的进气口II7b，俯仰角追踪储液罐12的进气口通过俯仰角追踪电磁换向阀11的排气口与外界气体连通，俯仰角追踪电磁开关阀13打开，俯仰角追踪气缸7的活塞在高压气体的推动下向进气口I7a的方向运动，俯仰角追踪气缸7的输出轴向气缸内部缩回，带动太阳能利用设备安装架14下俯运动，从而实现对太阳的俯仰角度的追踪，当太阳能利用设备安装架14的正面与太阳的俯仰角度对正时，太阳追踪控制器15停止对俯仰角追踪电磁换向阀11和俯仰角追踪电磁开关阀13发送追踪信号，俯仰角追踪电磁换向阀11断电并保持内部气路状态，俯仰角追踪电磁开关阀13关闭，俯仰追踪气缸7停止运动，当太阳的俯仰角度继续变小时，太阳追踪控制器15只需对俯仰角追踪电磁开关阀13发送控制信号，俯仰角追踪电磁开关阀13打开，俯仰角追踪气缸7的活塞在高压气体的推动下向进气口I7a的方向运动，俯仰角追踪气缸7的输出轴向气缸内部缩回，带动太阳能利用设备安装14架下俯运动，从而实现对太阳俯仰角度的实时追踪，如此重复直到太阳落山，外界的光照强度小于设置值后，太阳追踪控制器15向俯仰角追踪电磁换向阀11发送一次换向信号，俯仰角追踪电磁换向阀11换向并保持内部气路状态。如此每天循环，实现对太阳俯仰角度的全自动追踪。

当太阳追踪控制器15的风速传感器检测到风速大于预设值时，太阳追踪控制器15启动防风程序，通过控制线路16向俯仰角追踪电磁阀发出防风信号，俯仰角追踪气缸在俯仰角追踪电磁换向阀11和俯仰角追踪电磁开关阀13的控制下，将太阳能利用设备安装架14的面板调至与地面平行的角度，尽可能降低整个系统所承受的风载，保护系统不受大风破坏。

综上所述，通过太阳追踪控制器15实时连续监测太阳方位并输出相应的追踪控制信号，从而对水平角追踪控制电磁阀和俯仰角追踪控制电磁阀的工作状态进行控制，进而控制水平角追踪气缸4和俯仰角追踪气缸7的运动，进而带动可调式太阳追踪支架的运动，保证其上的太阳能利用设备安装架14始终正对 太阳，从而实现对太阳方位的全自动追踪；并通过风速传感器采集风速信号，并通过逻辑电路在风速超过设置值时启动防风程序，尽可能保护整个系统不受大风破坏。

本发明采用压缩气体和承压液体作为混合驱动介质，取代了传统太阳能追踪系统所需的伺服电机和精密的机械传动系统，同时又解决了气体单独驱动带来的追踪精度低、稳定性差、易窜动等缺点，既降低了成本又保证了追踪的精度和稳定性；由于气体具备柔性灵活的传输方式，所以可以通过一组高压气源驱动多组追踪系统，实现集中控制，进一步降低成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例之一，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。