专利名称：主动式太阳能跟踪方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于工业控制领域，具体涉及太阳能跟踪方法及装置，尤其涉 及一种主动式太阳能跟踪方法及装置。
背景技术：
太阳能跟踪系统可以用于各种太阳能采集装置中，尤其是太阳能发电 系统以及太阳能热水器中。太阳能跟踪系统可以有效提高太阳能收集效 率，高效的太阳能跟踪系统可以随着太阳每天的东升西落以及季节的交替 变化随时调整。
目前常用的跟踪系统主要是采用被动跟踪方式，即采用光敏器件来感
知太阳光的位置，这种跟踪方法设计容易，其缺点在于 一般的光壽文器件 都具有较宽的感光角度，由于阳光的散射，使这种方式对太阳光角度的偏 离并不敏感；另外，光敏元件常被灰尘遮盖，使光敏元件感光能力减弱； 或者当两个光敏元件被污染的程度不同时，它们的输出将形成一个固有的 偏差，这将导致太阳电池板无法准确跟踪太阳位置。
还有一种跟踪方法是主动式跟踪方法，这种跟踪方法是由控制器从时 钟模块中(例如万年历模块)读取当前时间，根据当前时间可以计算出太 阳的空间位置，然后根据当地的经度、炜度等地理参数(可以通过全球定 位系统GPS获得)，计算出跟踪信号，然后控制器向电机驱动器发出驱动 信号，驱动电机，带动需要跟踪太阳的模块例如太阳电池板转动实现跟踪 太阳的目的，控制器不停地从时钟模块中读取当前时间，以便实现连续的对太阳的跟踪。主动式跟踪方式避免了被动式跟踪方式出现的 一 系列问 题，其优点在于稳定性高，理论上能够准确地跟踪太阳位置，但是实际情 况是，由于地球大气层的作用，太阳光在进入大气层时会发生折射，从而 改变了太阳的入射角度，这种折射效应会对主动跟踪方式造成极大的误 差。
以图l为例进行说明，实际的太阳位置为5，太阳入射光线为51,经过 大气层7折射后入射光线则变为52，此时对于需要跟踪太阳的设备例如太 阳能电池板6而言，太阳能电池板6的平面和入射太阳光线52垂直才可以获 得最大的太阳能能量的收集。如果采用现有的被动跟踪方式，只有在不考 虑灰尘、器件老化、器件特性不一致的理想情况下才可以实现太阳能电池 板6平面和入射太阳光线52的垂直。如果采用现有的主动跟踪方式，由于 没有考虑大气层对太阳光的折射作用，会造成太阳能电池板6和光线53垂 直。考虑到实际的折射作用，这种跟踪方式跟踪的太阳会在直线54确定的 位置上，严重偏离太阳的真实位置5。
发明内容
本发明提供了 一种主动式太阳能跟踪方法，克服了现有技术中被动式 跟踪和普通主动式跟踪的缺点，提高了太阳能跟踪的精度和稳定性。本发 明的太阳能跟踪方法可以方便用于各种太阳能采集装置中，提高太阳能的 利用效率。
本发明还提供了用于上述的主动式太阳能跟踪方法的装置。 一种主动式太阳能跟踪方法,包括以下步骤:
(1)获取当前设备的位置信息，可以通过读取全球定位系统(GPS) 得到，也可以通过现有技术中其它设备配置得到；(2) 获取当前时间，根据当前时间计算太阳相对于当前设备的空间 位置，其中，当前时间可以通过电子万年历获得，也可以通过现有技术中 的其它设备配置获得；
(3) 根据当前时间获取太阳光进入大气层的折射角度； 太阳光进入大气层的折射角度在不同时间的数据存储于储存器中，并
根据当前时间从储存器读取得到。
(4) 根据步骤(1) ~步骤(3)的结果，计算太阳光入射到当前设 备的入射角度；
即根据当前设备的位置信息、太阳的空间位置以及当前的太阳光进入 大气层的折射角度信息计算出当前太阳光入射到当前设备的入射角度。
(5) 将太阳光入射到当前设备的入射角度转换为控制信号，调整当 前设备的姿态，使之与太阳入射光线成预定的夹角。
一种用于如上所述的主动式太阳能跟踪方法的装置，包括
一当前设备的定位系统；
一当前时间获取装置；
一储存有太阳光进入大气层的折射角度数据的储存器； 一控制器；
控制器采集定位系统、时间获取装置和储存器的数据并转换为控制信 号，用于调整当前设备的姿态，使之与太阳入射光线成预定的夹角。
当前设备的定位系统可采用现有技术中的设备，优选采用全球定位系 统(GPS)，用于得到当前设备位置信息；当前时间获取装置可采用现有 技术中的设备，优选采用电子万年历，用于得到实时时间信息；储存有太 阳光进入大气层的折射角度的储存器，用于提供太阳光进入大气层的折射 角度的信息，方便根据当前时间读取太阳光进入大气层的折射角度；控制
5器根据当前设备的位置信息、太阳的空间位置以及当前的太阳光进入大气 层的折射角度信息计算出当前太阳光入射到当前设备的入射角度，并将该 信号转换为控制信号，控制需要跟踪太阳的当前设备与太阳入射光线成预
定的夹角。控制器可以采用单片机或者数字信号处理DSP芯片实现。
相对于现有技术，本发明的主动式太阳能跟踪方法和装置具有以下有 益效果
(1) 克服了被动式跟踪系统中感光器件的不稳定性。
(2) 和现有的主动式跟踪系统相比，本发明中考虑了不同时间季节 大气折射作用的影响因素，精确计算出当前太阳光入射到当前设备的入射 角度，并据此来控制和调整当前设备至预定的位置，从而使得跟踪具有更 高的精度。
图l是不同方式的太阳能跟踪的工作原理示意图。 图2是本发明的主动式太阳能跟踪装置的工作原理示意图。 图3是本发明的主动式太阳能跟踪装置的另一种实施方式的工作原 理示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图2，本发明的主动式太阳能跟踪装置，包括 用于得到当前设备位置信息的全球定位系统2; 用于获取当前时间信息的电子万年历1;
用于系统计算以及为跟踪系统提供控制信号的控制器3;控制器3可以采用单片机或者数字信号处理DSP芯片实现。
用以储存太阳光进入大气层的折射角度数据的储存器4; 平板式的太阳能电池板6，为需要跟踪太阳的当前设备； 控制太阳能电池板6的仰角大小的控制电机61和控制太阳能电池板6
的方位角大小的控制电机62。
本实施例中太阳光从方向A入射，太阳能跟踪系统的功能是通过控制
控制电机61和控制电机62使太阳能电池板6的仰角和方位角的变化，使
太阳光反射板6和太阳光入射光线保持垂直。 利用装置的太阳能^艮踪方法如下
(1) 控制器3读取全球定位系统2得到太阳能电池板6的位置信息；
(2) 控制器3读取电子万年历1得到当前时间，才艮据当前时间得到 太阳相对于太阳能电池板6的空间位置；
(3) 控制器3根据当前时间从储存器4中读取当前的太阳光进入大 气层的折射角度；
(4) 根据太阳的空间位置、太阳能电池板6的位置信息以及太阳光 进入大气层的折射角度信息，控制器3计算出当前太阳光入射到太阳能电 池板6的入射角度。
(5) 根据当前太阳光入射到太阳能电池板6的入射角度，控制器3 计算出太阳跟踪系统的控制信号，并向控制太阳能电池4反6的仰角大小的 控制电机61和控制太阳能电池板6的方位角大小的控制电机62发出控制 信号，使太阳能电池板6垂直于太阳光的入射光线。
(6 )根据跟踪实时性和系统功耗的要求可以在一定间隔内例如每分 钟重复步骤(1)到(5),使太阳能电池板6根据时间的变动一直保持与 太阳光的入射光线垂直。实施例2
参见图3，本发明的另一种实施方式的主动式太阳能^艮踪装置，包括 用于得到当前设备位置信息的全球定位系统2; 用于获取当前时间信息的电子万年历1;
用于系统计算以及为跟踪系统提供控制信号的控制器3;控制器3可 以采用单片机或者数字信号处理DSP芯片实现。
用以储存太阳光进入大气层的折射角度数据的储存器4;
太阳光反射板6，为需要跟踪太阳的当前设备；
控制太阳能电池板6的仰角大小的控制电机61和控制太阳能电池板6 的方位角大小的控制电机62;
太阳能集热器7,太阳光反射板6反射的太阳光照射到太阳能集热器7上。
本实施例中太阳光从方向A入射，太阳能跟踪系统的功能是通过控制 控制电机61和控制电机62使太阳光反射板6的仰角和方位角的变化，使 太阳光反射板6反射的太阳光照射到太阳能集热器7上。
利用装置的太阳能跟踪方法如下
(1) 控制器3读取全球定位系统2得到太阳光反射板的6位置信息；
(2) 控制器3读取电子万年历1得到当前时间，根据当前时间得到 太阳相对于太阳光反射板6的空间位置；
(3) 控制器3根据当前时间从储存器4中读取当前的太阳光进入大 气层的折射角度；
(4) 根据太阳的空间位置、太阳光反射板6的位置信息以及太阳光 进入大气层的折射角度信息，控制器3计算出当前太阳光入射到太阳光反 射板6的入射角度。(5)根据当前太阳光入射到太阳光反射板6的入射角度，控制器3 计算出太阳跟踪系统的控制信号，并向控制太阳光反射板6的仰角大小的 控制电机61和控制太阳光反射板6的方位角大小的控制电机62发出控制 信号，使太阳光反射板6反射的太阳光照射到太阳能集热器7上。
(6 )根据跟踪实时性和系统功耗的要求可以在一定间隔内例如每分 钟重复步骤(1 )到(5 ),使太阳光反射板6随着时间的变动仍可以4巴反 射的太阳光照射到太阳能集热器7上。
以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例，本发明不限于以上实施 例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直 接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1、一种主动式太阳能跟踪方法，包括以下步骤(1)获取当前设备的位置信息；(2)获取当前时间，根据当前时间计算太阳相对于当前设备的空间位置；(3)根据当前时间获取太阳光进入大气层的折射角度；(4)根据步骤(1)～步骤(3)的结果，计算太阳光入射到当前设备的入射角度；(5)将太阳光入射到当前设备的入射角度转换为控制信号，调整当前设备的姿态，使之与太阳入射光线成预定的夹角。
2、 如权利要求1所述的主动式太阳能跟踪方法，其特征在于，所述 的当前时间的信息通过电子万年历得到。
3、 如权利要求1所述的主动式太阳能跟踪方法，其特征在于，所述 的当前设备的位置信息通过读取全球定位系统得到。
4、 如权利要求1所述的主动式太阳能跟踪方法，其特征在于，所述 的太阳光进入大气层的折射角度在不同时间的数据存储于储存器中，并根 据当前时间从储存器读取得到。
5、 用于如权利要求1所述的主动式太阳能跟踪方法的装置，包括 一当前设备的定位系统；一当前时间获取装置；一储存有太阳光进入大气层的折射角度的储存器； 一控制器；控制器采集定位系统、时间获取装置和储存器的数据并转换为控制信 号，用于调整当前设备的姿态，使之与太阳入射光线成预定的夹角。
全文摘要
本发明公开了一种主动式太阳能跟踪方法，包括获取当前设备的位置信息；获取当前时间，根据当前时间计算太阳相对于当前设备的空间位置；根据当前时间从储存器获取当前太阳光进入大气层的折射角度；根据上述的结果，计算太阳光入射到当前设备的入射角度，并将其转换为控制信号，调整当前设备的姿态，使之与太阳入射光线成预定的夹角。本发明还公开了用于上述的太阳能跟踪方法的装置，包括当前设备的定位系统；当前时间获取装置；储存有太阳光进入大气层的折射角度的储存器和控制器。本发明的跟踪方法和装置具有良好的精度和稳定性。
文档编号G05D3/12GK101581937SQ200910099048
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月4日 优先权日2009年6月4日
发明者勇 王 申请人:浙江大学