太阳跟踪装置及其太阳能转换装置的制作方法

本发明涉及一种太阳跟踪装置及其太阳能转换装置，能够跟随时钟同步运行，属于太阳能利用领域。

技术背景

现有的太阳跟踪装置是利用光敏传感器件测量出太阳光的偏斜数据后，控制伺服电机带动换能器件运行来实现跟踪太阳的目的。其缺点在于：(一)跟踪过程中，始终存在偏差，因为只有在测量到偏斜数据之后，才有跟踪矫正的动作；(二)光敏传感器的功能受天气环境的制约，阴天时测不到阳光的偏差信号，不能及时准确地作出调整。总之，现有的太阳跟踪装置难以达到可适用的程度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种太阳跟踪装置，它能根据时钟的转动使跟踪装置的旋转与太阳始终保持一致，而克服现有技术无法及时准确地跟踪太阳的不足。

本发明的另一个目的是提供一种带有上述太阳跟踪装置的太阳能转换装置，能使太阳能转换器接受太阳光的有效平面始终保持在与太阳的入射光线垂直的位置，而最大限度的接收入射的太阳光，且不受环境因素的干扰。

作为上述两种装置都包含的一个部件，本发明还有一个目的是提供一种分钟伴随同步旋转装置，该装置能伴随时钟分针的旋转速率同步转动。

本发明的技术方案如下：

(1)一种分钟伴随同步旋转装置，包括石英钟，其特征在于所述的石英钟位于分针信号组件内，所述的分针信号组件带有分针跟随齿轮、并依次与放大整形电路和固态继电器相连接；由固态继电器控制的电动机经减速器带动分针跟随齿轮与石英钟的分针同向转动；所述的分针信号组件内的石英钟的分针轴与分针跟随齿轮的轮轴在同一轴线上，分针跟随齿轮的轮轴与分针相对的一端固定有由发光管和光敏管组成的光电开关，且分针处于发光管和光敏管之间，挡住发光管射向光敏管的光线。

(2)利用了上述分钟伴随同步旋转装置的一种太阳跟踪装置，包括石英钟，其特征在于还包括带有相互垂直的方位角跟踪轴和高度角跟踪轴的方位角跟踪机构，且方位角跟踪机构经高度角跟踪轴的轴承而安装在支架上；所述的方位角跟踪机构包括带有分针跟随齿轮，并依次与放大整形电路和固态继电器相连接的分针信号组件，所述的石英钟位于分针信号组件内，由固态继电器控制的电动机经减速器带动分针跟随齿轮与分针信号组件内的分针同向转动，分针跟随齿轮又经24/1跨轮减速而带动方位角跟踪轴转动；所述的分针信号组件内的石英钟的分针轴与分针跟随齿轮的轮轴在同一轴线上，分针跟随齿轮的轮轴与分针相对的一端固定有由发光管和光敏管组成的光电开关，且分针处于发光管和光敏管之间，挡住发光管射向光敏管的光线。

上述减速器是通过齿轮组对电动机进行减速。

上述24/1跨轮可采用两组齿轮依次将分针跟随齿轮的转动传递至方位角跟踪轴。

上述太阳跟踪装置在太阳能热水器中或太阳能发电装置中的应用。

(3)利用了上述太阳跟踪装置的一种太阳能转换装置，包括石英钟和太阳能转换器，其特征在于该装置还包括带有相互垂直的方位角跟踪轴和高度角跟踪轴的方位角跟踪机构，且方位角跟踪机构经高度角跟踪轴的轴承而安装在支架上；所述的太阳能转换器固定在方位角跟踪轴上；所述的方位角跟踪机构包括带有分针跟随齿轮，并依次与放大整形电路和固态继电器相连接的分针信号组件，所述的石英钟位于分针信号组件内，由固态继电器控制的电动机经减速器带动分针跟随齿轮与分针信号组件内的分针同向转动，分针跟随齿轮又经24/1跨轮减速而带动方位角跟踪轴转动；所述的分针信号组件还包括分针轴与分针跟随齿轮的轮轴在同一轴线上的石英钟，分针跟随齿轮的轮轴与分针相对的一端固定有由发光管和光敏管组成的光电开关，且分针处于发光管和光敏管之间，挡住发光管射向光敏管的光线。

上述减速器是通过齿轮组对电动机进行减速。

上述24/1跨轮可采用两组齿轮依次将分针跟随齿轮的转动传递至方位角跟踪轴。

为了便于手动调节高度角，可在高度角跟踪轴上设置手动杆。

为了使太阳跟踪装置的高度角与季节保持一致，可在支架的轴承处设置带有12分度的刻度盘。

所述方位角跟踪机构具有多个同步转动的方位角跟踪轴。

所述的太阳能转换器是太阳能热水器或太阳能发电装置。

本发明：

首先，在石英钟分针两侧分别设置发光管和光敏管而组成光电开关，光电开关向电机发出信号，并通过电机使上述光电开关伴随分针的转动而转动，使光电开关始终处于分针两侧而实现一种时钟伴随同步运行装置。

其次，通过跨轮而将上述时钟伴随同步旋转装置的旋转速率与地球自转的速率同步，而实现一种利用时钟的太阳跟踪装置。

最后，在上述太阳跟踪装置的基础上，结合现有的太阳能转换器，而形成一种能够利用时钟跟踪太阳的太阳能转换装置。具体是将太阳能转换器固定在太阳跟踪装置的方位角跟踪轴上，太阳能转换器受光面的法线与石英钟的时针同步运行，并满足如下初始条件：在当地地方时为12点时，太阳能转换器受光面的法线，太阳跟踪装置方位角跟踪轴，和当地的经度线三者在同一平面，便实现了太阳能转换器对太阳方位的跟踪，且白天方位跟踪误差小于百万分之一度。基于地球公转一周为一年，太阳光对地球的垂直照射点在南北回归线之间循环一个周期，形成了24节气一个循环，太阳高度角的变化范围为23.5度+23.5度＝47度，每个月不到4度。若太阳跟踪装置自动跟踪太阳的高度变化，从性能价格比的角度看，大多数场合不适用，因此可采用手动按照24节气循环调整，跟踪太阳高度的变化。

显然，本发明结构简单、成本低廉、使用方便。相对于地球而言，太阳的往复运行是由于地球的自传和公转而产生的。地球自传产生太阳方位的变化，地球公转产生太阳高度随节气的变化。地球自转一周为24小时是一相对固定的规律，24小时制的石英钟的时针也是24小时转一周，其频率稳定度可达10的负7次方。因此，采用石英钟作为太阳跟踪装置进行角度调整的依据，具有稳定可靠的效果。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的方位角跟踪机构的结构示意图。

图3是本发明的分针跟随组件的结构示意图。

其中，1.太阳能转换器，2.方位角跟踪轴，3.方位角跟踪机构，4.高度角跟踪轴，5.手动杆，6.轴承，7.支架，8.方位角跟踪轴齿轮片，9.分针跟随组件，10.放大整形电路，11.固态继电器，12.电动机，13.电机齿轴，14.减速器，15.分针跟随齿轮，16.24/1跨轮，17.石英钟，18.分针，19.半导体发光管，20.半导体光敏管。

具体实施方式

如图2、3所示，一种分钟伴随同步旋转装置，包括石英钟17，其特征在于所述的石英钟17位于分针信号组件9内，所述的分针信号组件9带有分针跟随齿轮15、并依次与放大整形电路10和固态继电器11相连接；由固态继电器11控制的电动机12经减速器14带动分针跟随齿轮15与石英钟17的分针18同向转动；所述的分针信号组件9内的石英钟17的分针轴与分针跟随齿轮15的轮轴在同一轴线上，分针跟随齿轮15的轮轴与分针18相对的一端固定有由发光管19和光敏管20组成的光电开关，且分针18处于发光管19和光敏管20之间，挡住发光管19射向光敏管20的光线。

其工作原理如下：石英钟分针18正常转动，当有角位移时，发光管19便有光线射向光敏管20，于是光敏管20输出一个电压跃变信号，如图3所示的分针信号组件9输出该信号给放大整形电路10，整形后启动固态继电器11，接通电动机12的电源，电动机12转动经减速器14带动分针跟随齿轮15和光电开关快速与分针18同向转动，直到石英钟分针18又将发光管19的光线挡住，电动机12停止转动，如此即实现了与分针伴随的同步旋转。

如图1～3所示，利用了上述分钟伴随同步旋转装置的一种太阳跟踪装置，包括石英钟17，其特征在于还包括带有相互垂直的方位角跟踪轴2和高度角跟踪轴4的方位角跟踪机构3，且方位角跟踪机构3经高度角跟踪轴4的轴承6而安装在支架7上；所述的方位角跟踪机构3包括带有分针跟随齿轮15，并依次与放大整形电路10和固态继电器11相连接的分针信号组件9，所述的石英钟17位于分针信号组件9内，由固态继电器11控制的电动机12经减速器14带动分针跟随齿轮15与分针信号组件9内的分针18同向转动，分针跟随齿轮15又经24/1跨轮16减速而带动方位角跟踪轴2转动；所述的分针信号组件9内的石英钟17的分针轴与分针跟随齿轮15的轮轴在同一轴线上，分针跟随齿轮15的轮轴与分针18相对的一端固定有由发光管19和光敏管20组成的光电开关，且分针18处于发光管19和光敏管20之间，挡住发光管19射向光敏管20的光线。

不难看出，该太阳跟踪装置是在上述分钟伴随同步旋转装置的基础上，增加了方位角跟踪轴2与高度角跟踪轴4及其支撑结构；还增加了24/1跨轮16，显然由于分针变化较时针明显，在实现了与分针伴随的同步旋转之后，经24/1跨轮减速可以使方位角跟踪轴2的旋转与时针同步，即与石英钟时针相同的角速度旋转的每24小时旋转360度，能够更加有效地追踪太阳。

上述减速器14可以通过现有的齿轮组对电动机12进行减速。

上述分针跟随齿轮15上可设有齿轮片8而将转动经24/1跨轮16传递至方位角跟踪轴2。

上述24/1跨轮16可采用两组齿轮依次将分针跟随齿轮15的转动传递至方位角跟踪轴2，如即可依次采用3/1与8/1跨轮的组合，也可采用4/1与6/1跨轮的组合。

如图1所示，只需在上述太阳跟踪装置的方位角跟踪轴2上固定太阳能转换器1，即可构成一种太阳能转换装置。

应用实例

以平板状的光伏电池组件为例，使用时，首先在技术上确保光伏电池组件平板的垂线、方位角跟踪轴2和当地的经度线三者在同一平面。

为了便于手动调节高度角，可在高度角跟踪轴4上设置手动杆5。

为了使太阳跟踪装置的高度角与季节保持一致，可在支架7的轴承6处设置刻度盘，刻度盘带有12分度；上述手动杆5可以与光伏电池组件的平板相互平行或垂直，从而可以充当刻度盘的指针。

太阳高度角随节气变化的跟踪是由手动操作手动杆5来完成的。一年当中，杆5由人工操作，按照24个节气在24个档位上循环，档间距为3.91度，每年循环一周47度。手动杆5与水平面的夹角H应为A+或-太阳直射点的纬度。A为该地的纬度，加或减取决于A是南还是北纬度的，如果与太阳直射点在同一个南北纬度则减；否则就加。例如在北纬40.5度某处，夏至时，太阳直射点为北回归线北纬23.5度，第一档夏至H为40.5-23.5＝17度。第12档冬至H为40.5+23.5＝64度，完成了半年12节气上半年47度的跟踪过程。下一档往回转是小寒，直到下一年夏至，完成一年对太阳跟踪装置随24节气太阳高度角的跟踪。

如图1所示，上述将太阳能转换器设置于方位角跟踪轴2的一端的技术方案多适用于小型的太阳能转换器，对于大型的太阳能转换器，可将其横跨方位角跟踪机构3设置于方位角跟踪轴2的两端。另一方面，对于设置在方位角跟踪轴2一端的小型太阳能转换器，随方位角跟踪轴每24小时旋转一周，并且于夜间也在旋转；而对于设置于方位角跟踪轴2两端的大型太阳能转换器，由于下方支架7产生阻挡的缘故，是不能够连续旋转的，并且在夜间也不需要旋转。对此，可以在方位角跟踪轴2设置现有技术中的码盘来及其与之配合的光电开关和换向开光来解决。码盘是一个大于半圆的扇形圆盘，当太阳能转换器旋转而扫过码盘所拥有的角度后由于光电开关的作用会自动停止，停止的时间就是扇形圆盘缺口的角度所对应的时间；换向开光可以使太阳能转换器复位。码盘缺口角度的选取与夜间长短及当地的纬度有关，夏天时所需的缺口显然要小于冬天的，低纬度所需的缺口显然要小于高纬度的，但是为了方便起见，可以按照某一地区夏天夜间长度来确定码盘的缺口，即该缺口所对应的停转时间要小于冬季的夜长，不会出现太阳未落而停止追踪的情况。