用于污水处理的太阳能发电板自动跟踪设备及其使用方法与流程

本发明属于新能源设备领域，具体涉及一种用于污水处理的太阳能发电板自动跟踪设备及其使用方法。

背景技术：

传统的太阳能板是固定角度与方位的，这样不能充分有效地利用太阳能。通过使太阳能板对太阳进行跟踪，可以保证太阳光的入射角度与太阳能板相垂直，进而可以提高太阳能板的发电效率。现有的太阳能跟踪器的出现很好地解决了上述问题，太阳跟踪器可以实现对太阳的跟踪，提高发电效率。但是现有的太阳能跟踪器结构复杂，跟踪范围有限，且维护过程不方便。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于污水处理的太阳能发电板自动跟踪设备及其使用方法，该设备结构简单、跟踪范围广，维护过程方便；该方法能快速地调节太阳能电源模块相对于太阳光的角度，能快速地追踪到最佳的太阳光的入射位置，从而能提高跟踪效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于污水处理的太阳能发电板自动跟踪设备，包括水平设置的位移平台、设置于位移平台下部的固定支架、固定设置在固定支架内部的转动电机、设置于位移平台上部的太阳能板以及设置于固定支架内部的蓄电池和控制器，

所述位移平台上部左侧固定设置有推动电机和两个沿位移平台长度方向延伸的滑杆，其上部右侧前后对称地固定设置有两个支撑柱，两个滑杆对称地设置在推动电机的前后两侧，每个滑杆的两端分别由两个固定设置在位移平台上的固定台支撑；其中一个滑杆的两端各设置有一个位置传感器；

所述固定支架的底板中部可转动地设置有竖直的转动轴，转动轴的上端延伸到固定支架的外部并与所述位移平台固定连接；所述转动轴的中部套装有从动齿轮；

所述转动电机的输出轴上套装有与所述从动齿轮相啮合的驱动齿轮；且转动电机的输出轴上还安装有转角传感器；

所述太阳能板包括推杆、两个支撑杆、太阳能电池模块、两个滑块和四个设置在太阳能电池模块上表面四角处的太阳光线偏角传感器；两个支撑杆的上端分别与太阳能电池模块一端的前后两侧铰接，其下端分别与套装在两个滑杆上两个滑块的上端铰接；太阳能电池模块的另一端前后两侧分别与两个支撑柱铰接；所述两个滑块之间布置有连杆，所述推杆的右端与所述连杆的中部固定连接，其左端与推动电机的输出端固定连接；

所述蓄电池、太阳光线偏角传感器、转角传感器、转动电机、推动电机和位置传感器分别与控制器连接。

在该技术方案中，调节电机和转动轴的设置可以方便的实现位移平台在水平方向的调节，从而方便地找到最佳太阳光的入射方位，再通过推杆的设置能够便于通过两个套设在滑杆外部的滑块左右移动，来调节最佳的入射角度，该设备结构简单、安装和维护过程方便，便于操作，跟踪范围广，且可以方便快捷地实现太阳能电池模块仰角的调整。该设备自动化程度高，跟踪精度高，其结构稳定，具有较强的抗冲击能力。

进一步，所述太阳光线偏角传感器包括扭变聚光镜、基座、光感仪和机壳罩；所述扭变聚光镜内部具有上下贯通的圆柱形空腔，其外部为横断面呈多齿状瓦楞形的扭曲拉制结构，且在其外表面涂覆有石墨材料；所述基座固定连接在扭变聚光镜的下端，且其具有连通所述圆柱形空腔的容纳空间；所述光感仪包括玻璃管状的直射进光杆、散射光纤、由感光材料制成的可双面感光的半透明的光敏电阻、多个由有机玻璃材质制成的聚光镜、环形光纤和反射格栅；所述直射进光杆、散射光纤均设置在扭变聚光镜的圆柱形空腔的中心区域，所述光敏电阻、聚光镜、环形光纤和反射格栅由上到下地依次相间隔地固定设置在基座的容纳空间中；所述直射进光杆固定设置在扭变聚光镜的轴心线上，其顶部与扭变聚光镜的顶部相平齐，其底端到光敏电阻的距离为10mm～20mm，其外表面涂覆有石墨涂层；所述散射光纤为绕直射进光杆旋转轴心的螺旋式结构，其下端固定连接在光敏电阻的上表面；所述光敏电阻的外缘面与基座的内侧壁之间留有供经过扭变聚光镜内侧壁折射的光通过的环形空间；光敏电阻的上表面和下表面分别与控制器连接；多个聚光镜在所述环形光纤上部等间距地排列，聚光镜为锥底面朝上的锥体结构，且在其表面涂覆有银光涂层，聚光镜的下端与环形光纤的一端固定连接，环形光纤的另一端与控制器的光口连接；所述反射格栅由多条呈十字交叉网状排列的不锈钢镜面材质制成的格栅组成；所述机壳罩的内部具有圆柱形空腔，其上端开口并在开口处嵌设有玻璃罩，为由透明材料制成的圆柱形结构，其罩设在扭变聚光镜和基座的外部，其下端固定连接在太阳能电池模块的上部。

在该技术方案中，通过扭变聚光镜的设置能够有效屏蔽掉由其侧壁方向入射的光线对直射进光杆所需要采光的影响，通过散射光纤的设置能对由扭变聚光镜上开口端进入直射进光杆的光线进行补光增强的作用，进而可以在进入直射进光杆的光线较弱的情况下仍能有效激发光敏电阻的上表面，进而可以在光线较弱时仍能通过直射进光杆和光敏电阻来获得与直射进入的光相对应的电信号强度。通过环形空间的设置，可以使一部分经过扭变聚光镜多轮折射后的光通过聚光镜的上表面再折射到光敏电阻的下表面，还可以使一部分经过扭变聚光镜多轮折射后的光通过反射格栅折射到光敏电阻的下表面，这样还能通过光敏电阻的下表面来获取经过扭变聚光镜多轮折射后的光所对应的电信号强度。通过光敏电阻上下表面分别获得的电信号强度能够更精确地分析光强，从而能有效地保证感应精度和反应速度，能更有效地提高跟踪精度，同时，也能更有利于判断光线的入射角度。该太阳光线偏角传感器跟踪精度高，能适应多种自然条件下的工作。

进一步，为了提高反射效果，所述机壳罩采用玻璃钢材质制成。

进一步，为了提高过滤外侧壁入射光的效果，同时也能提高内部折射光的折射效果，所述扭变聚光镜采用玻璃材质制成，扭变聚光镜顶部截面相对于底部截面的水平扭曲度为15～35度。

进一步，为了提高补光效果，所述散射光纤的螺旋直径为50mm～90mm，其螺旋间距为5mm～10mm。

进一步，为了提高补光效果，所述直射进光杆的直径为10mm～20mm。

进一步，为了提高反射效果，所述聚光镜采用玻璃材质制成，其数量为6个。

作为一种优选，所述机壳罩高度为20mm～60mm，直径为10mm～20mm。

进一步，为了提高反射效果，所述格栅间距为10mm～20mm；所述基座为圆柱形。

本发明结构稳定，自动化程度高，易于安装操作，可在多种恶劣天气情况安全稳定运行；该装置控制系统稳定，抗干扰能力强，具有较高的跟踪精度，能有效提高发电效率。

一种用于污水处理的太阳能发电板自动跟踪设备的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：通过控制器控制以接通供电通路，太阳光线偏角传感器开始工作，其对太阳光线与太阳能电池模块的夹角进行实时监测；当太阳光线偏角传感器监测到太阳光线与太阳能电池模块的方位角和俯仰角均不在其设定值范围内时，太阳光线偏角传感器产生一个电信号a并传输至控制器；

步骤二：控制器收到电信号a后，首先控制转动电机带动位移平台沿一个方向进行旋转，当太阳光线偏角传感器监测太阳光线与太阳能电池模块的方位角在其设定值范围内时，太阳光线偏角传感器产生一个电信号b并传输至控制器；在转动电机工作过程中，位于转动电机转动轴上的转角传感器实时监测转动电机的转动角度，当转动电机转动至转角传感器设定的极限值时，转角传感器发出警告电信号至控制器，控制器转动电机反向转动，直至达到所需要位置；

步骤三：控制器收到电信号b后，控制转动电机停止工作，并控制推动电机工作，以对太阳能电池模块进行俯仰角的调节；当太阳光线偏角传感器监测太阳光线与太阳能电池模块的俯仰角在其设定值范围内时，太阳光线偏角传感器产生一个电信号c传输至控制器，控制器收到电信号c后控制推动电机停止工作；在推动电机工作过程中，位于滑杆两端的位置传感器实时监测滑块的相对位置，当滑块即将运动至滑杆两端的极限位置时，此时位置传感器发出警告电信号至控制器，控制器控制推动电机反向转动，直至达到所需要位置。

该方法能快速地调节太阳能电源模块相对于太阳光的角度，能快速地追踪到最佳的太阳光的入射位置，从而能提高跟踪效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中所述的太阳能板结构示意图；

图3是本发明中所述的位移平台结构示意图；

图4是本发明中所述的太阳光线偏角传感器示意图；

图5是本发明中所述的光感仪示意图。

图中：1、蓄电池，2、位移平台，2-1、推动电机，2-2、滑杆，2-3、固定台，2-4、支撑柱，2-5、位置传感器，3、太阳能板，3-1、推杆，3-2、支撑杆，3-3、太阳能电池模块，3-4、太阳光线偏角传感器，3-4-1、机壳罩，3-4-2、扭变聚光镜，3-4-3、基座，3-4-4、光感仪，3-4-4-1、散射光纤，3-4-4-2、直射进光杆，3-4-4-3、光敏电阻，3-4-4-4、聚光镜，3-4-4-5、环形光纤，3-4-4-6、反射格栅，3-5、滑块，4、固定支架，5、转动轴，6、转角传感器，7、转动电机，8、控制器。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，一种用于污水处理的太阳能发电板自动跟踪设备，包括水平设置的位移平台2、设置于位移平台2下部的固定支架4、固定设置在固定支架4内部的转动电机7、设置于位移平台2上部的太阳能板3以及设置于固定支架4内部的蓄电池1和控制器8，所述位移平台2上部左侧固定设置有推动电机2-1和两个沿位移平台2长度方向延伸的滑杆2-2，其上部右侧前后对称地固定设置有两个支撑柱2-4，两个滑杆2-2对称地设置在推动电机2-1的前后两侧，每个滑杆2-2的两端分别由两个固定设置在位移平台2上的固定台2-3支撑；其中一个滑杆2-2的两端各设置有一个位置传感器2-5；所述固定支架4的底板中部可转动地设置有竖直的转动轴5，转动轴5的上端延伸到固定支架4的外部并与所述位移平台2固定连接；所述转动轴5的中部套装有从动齿轮；所述转动电机7的输出轴上套装有与所述从动齿轮相啮合的驱动齿轮；且转动电机7的输出轴上还安装有转角传感器6；所述太阳能板3包括推杆3-1、两个支撑杆3-2、太阳能电池模块3-3、两个滑块3-5和四个设置在太阳能电池模块3-3上表面四角处的太阳光线偏角传感器3-4；两个支撑杆3-2的上端分别与太阳能电池模块3-3一端的前后两侧铰接，其下端分别与套装在两个滑杆2-2上两个滑块3-5的上端铰接；太阳能电池模块3-3的另一端前后两侧分别与两个支撑柱2-4铰接；所述两个滑块3-5之间布置有连杆，所述推杆3-1的右端与所述连杆的中部固定连接，其左端与推动电机2-1的输出端固定连接；所述蓄电池1、太阳光线偏角传感器3-4、转角传感器6、转动电机7、推动电机2-1和位置传感器2-5分别与控制器8连接，推动电机2-1和转动电机7均可以通过蓄电池1进行供电。控制器8可以采用x2n-128mr-001型三菱plc可编程多功能控制器。

调节电机和转动轴的设置可以方便的实现位移平台在水平方向的调节，从而方便地找到最佳太阳光的入射方位，再通过推杆的设置能够便于通过两个套设在滑杆外部的滑块左右移动，来调节最佳的入射角度，该设备结构简单、维护过程方便，跟踪范围广，且可以方便快捷地实现太阳能电池模块仰角的调整。

现有太阳能发电装置中应用的太阳跟踪装置，根据跟踪方式划分主要有两种：一种是时钟跟踪装置，另一种是光电跟踪装置。时钟跟踪太阳的装置，一般是根据太阳在天空中每分钟的运动角度，计算出太阳光接收器每分钟应转动的角度，从而确定出电机的转速，使得太阳光接收器能够根据太阳移动位置而进行相应变动，从而获得更多的太阳能量；其特点是电路结构比较简单，但是由于时钟累积误差不断增加，计算精度会不断降低，而且这种跟踪装置一般为开环结构，无角度反馈值进行比较，因此跟踪精度较低。光电跟踪太阳的装置是采用光电传感器进行光强的检测来控制电机转动，进而带动太阳能板向着太阳的方位进行移动，以获得更多的太阳能量；这种装置在没有云层的天气条件下，由于太阳辐照度较强，跟踪效果比较好，一旦遇到多云天气，就会造成跟踪失败或停止跟踪的情况发生，因此这种控制方式受天气条件的影响较大；另外，这种跟踪方式的装置大多都使用光敏电阻、硅光电池等光敏型传感器件，这些器件多数只能在较小的光照范围内工作，而且线性度较差，反应迟钝，很难响应光线的变化，因此采集的数据波动很大，这类传感器运行往往受光线影响往复运行或振荡，会造成能源的浪费和部件的额外磨损和跟踪失败，不适用于大型、重载荷或跟踪精度要求比较高的系统使用。

为克服现有传感器的不足，本发明中使用的所述太阳光线偏角传感器3-4包括扭变聚光镜3-4-2、基座3-4-3、光感仪3-4-4和机壳罩3-4-1；所述扭变聚光镜3-4-2内部具有上下贯通的圆柱形空腔，其外部为横断面呈多齿状瓦楞形的扭曲拉制结构，且在其外表面涂覆有石墨材料，以防止光从其外侧壁射入，并能保证其内侧壁具有较好的折射率，扭变聚光镜3-4-2可以由圆柱状体绕立轴方向扭曲而制得；所述基座3-4-3固定连接在扭变聚光镜3-4-2的下端，且其具有连通所述圆柱形空腔的容纳空间；所述光感仪3-4-4包括玻璃管状的直射进光杆3-4-4-2、散射光纤3-4-4-1、由感光材料制成的可双面感光的半透明的光敏电阻3-4-4-3、多个由有机玻璃材质制成的聚光镜3-4-4-4、环形光纤3-4-4-5和反射格栅3-4-4-6；所述直射进光杆3-4-4-2、散射光纤3-4-4-1均设置在扭变聚光镜3-4-2的圆柱形空腔的中心区域，所述光敏电阻3-4-4-3、聚光镜3-4-4-4、环形光纤3-4-4-5和反射格栅3-4-4-6由上到下地依次相间隔地固定设置在基座3-4-3的容纳空间中；光敏电阻3-4-4-3可以通过侧向延伸的支柱与基座3-4-3的内侧壁固定连接，当然也可以通过向下延伸的支柱与基座3-4-3的底壁固定连接；环形光纤3-4-4-5可以通过侧向延伸的支柱与基座3-4-3的内侧壁固定连接，当然也可以通过向下延伸的支柱与基座3-4-3的底壁固定连接；反射格栅3-4-4-6可以通过侧向延伸的支柱与基座3-4-3的内侧壁固定连接，当然也可以通过向下延伸的支柱与基座3-4-3的底壁固定连接，也可以直接固定设置在基座3-4-3的底壁上。

所述直射进光杆3-4-4-2固定设置在扭变聚光镜3-4-2的轴心线上，直射进光杆3-4-4-2的下部侧壁可以通过侧向延伸的支柱与基座3-4-3的内侧壁固定连接，当然也可以通过侧向延伸并向下弯折的支柱与光敏电阻3-4-4-3的上部固定连接，当然，直射进光杆3-4-4-2的上端还可以与散射光纤3-4-4-1固定连接，直射进光杆3-4-4-2下端还可以与散射光纤3-4-4-1固定连接；其顶部与扭变聚光镜3-4-2的顶部相平齐，其底端到光敏电阻3-4-4-3的距离为10mm～20mm，其外表面涂覆有石墨涂层；所述散射光纤3-4-4-1为绕直射进光杆3-4-4-2旋转轴心的螺旋式结构，其下端固定连接在光敏电阻3-4-4-3的上表面，散射光纤3-4-4-1用于接收散射光源；所述光敏电阻3-4-4-3的外缘面与基座3-4-3的内侧壁之间留有供经过扭变聚光镜3-4-2内侧壁折射的光通过的环形空间；光敏电阻3-4-4-3可以为片状，光敏电阻3-4-4-3接收由直射进光杆3-4-4-2照射的直射光源，并以此作为调整方向角度的参数，同时光敏电阻3-4-4-3接收散射光纤3-4-4-1照射的散射光源，并以此分辨昼夜，光敏电阻3-4-4-3的上表面和下表面分别与控制器8连接，具体的，感觉基片上表面和下表面均相间隔地设置有正电极和负电极，控制器8分别与正电极和负电极连接。光敏电阻3-4-4-3的上表面主要控制折射光，便于用来分析折射光各参数，光敏电阻3-4-4-3的下表面接收散射光，当阴雨天，通过补光作用实现对天空中强光区域的捕捉。多个聚光镜3-4-4-4在所述环形光纤3-4-4-5上部等间距地排列，聚光镜3-4-4-4为锥底面朝上的锥体结构，且在其表面涂覆有银光涂层，这样可以接收微弱的光，在阴天等光线较弱时还能进行补光的作用，以在光线不好时实现对光的有效捕捉；聚光镜3-4-4-4的下端与环形光纤3-4-4-5的一端固定连接，环形光纤3-4-4-5的另一端与控制器8的光口连接；所述反射格栅3-4-4-6由多条呈十字交叉网状排列的不锈钢镜面材质制成的格栅组成，反射格栅3-4-4-6用于将散射光反射到光敏电阻3-4-4-3下表面；所述机壳罩3-4-1的内部具有圆柱形空腔，其上端开口并在开口处嵌设有玻璃罩，为由透明材料制成的圆柱形结构，其罩设在扭变聚光镜3-4-2和基座3-4-3的外部，其下端固定连接在太阳能电池模块3-3的上部。

通过扭变聚光镜3-4-2的设置能够有效屏蔽掉由其侧壁方向入射的光线对直射进光杆3-4-4-2所需要采光的影响，通过散射光纤3-4-4-1的设置能对由扭变聚光镜3-4-2上开口端进入直射进光杆3-4-4-2的光线进行补光增强的作用，进而可以在进入直射进光杆3-4-4-2的光线较弱的情况下仍能有效激发光敏电阻3-4-4-3的上表面，进而可以在光线较弱时仍能通过直射进光杆3-4-4-2和光敏电阻3-4-4-3来获得与直射进入的光相对应的电信号强度。通过环形空间的设置，可以使一部分经过扭变聚光镜3-4-2多轮折射后的光通过聚光镜3-4-4-4的上表面再折射到光敏电阻3-4-4-3的下表面，还可以使一部分经过扭变聚光镜3-4-4-4多轮折射后的光通过反射格栅3-4-4-6折射到光敏电阻3-4-4-3的下表面，这样还能通过光敏电阻3-4-4-3的下表面来获取经过扭变聚光镜3-4-2多轮折射后的光所对应的电信号强度。通过光敏电阻3-4-4-3上下表面分别获得的电信号强度能够更精确地分析光强，从而能有效地保证感应精度和反应速度，能更有效地提高跟踪精度，同时，也能更有利于判断光线的入射角度。

为了提高反射效果，所述机壳罩3-4-1采用玻璃钢材质制成。

为了提高过滤外侧壁入射光的效果，同时也能提高内部折射光的折射效果，所述扭变聚光镜3-4-2采用玻璃材质制成，扭变聚光镜3-4-2顶部截面相对于底部截面的水平扭曲度为15～35度。

为了提高补光效果，所述散射光纤3-4-4-1的螺旋直径为50mm～90mm，其螺旋间距为5mm～10mm。

为了提高补光效果，所述直射进光杆3-4-4-2的直径为10mm～20mm。

为了提高反射效果，所所述聚光镜3-4-4-4采用玻璃材质制成，其数量为6个。

作为一种优选，所述机壳罩3-4-1高度为20mm～60mm，直径为10mm～20mm。

为了提高反射效果，所述格栅间距为10mm～20mm；所述基座3-4-3为圆柱形，且其内部具有防水结构。

一种用于污水处理的太阳能发电板自动跟踪设备的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：通过控制器8控制以接通供电通路，太阳光线偏角传感器3-4开始工作，其对太阳光线与太阳能电池模块3-3的夹角进行实时监测；当太阳光线偏角传感器3-4监测到太阳光线与太阳能电池模块3-3的方位角和俯仰角均不在其设定值范围内时，太阳光线偏角传感器3-4产生一个电信号a并传输至控制器8；

步骤二：控制器8收到电信号a后，首先控制转动电机7带动位移平台2沿一个方向进行旋转，当太阳光线偏角传感器3-4监测太阳光线与太阳能电池模块3-3的方位角在其设定值范围内时，太阳光线偏角传感器3-4产生一个电信号b并传输至控制器8；在转动电机7工作过程中，位于转动电机7转动轴上的转角传感器6实时监测转动电机7的转动角度，当转动电机7转动至转角传感器6设定的极限值时，转角传感器6发出警告电信号至控制器8，控制器8转动电机7反向转动，直至达到所需要位置。

步骤三：控制器8收到电信号b后，控制转动电机7停止工作，并控制推动电机2-1工作，以对太阳能电池模块3-3进行俯仰角的调节；当太阳光线偏角传感器3-4监测太阳光线与太阳能电池模块3-3的俯仰角在其设定值范围内时，太阳光线偏角传感器3-4产生一个电信号c传输至控制器8，控制器8收到电信号c后控制推动电机2-1停止工作；在推动电机2-1工作过程中，位于滑杆2-2两端的位置传感器2-5实时监测滑块3-5的相对位置，当滑块3-5即将运动至滑杆2-2两端的极限位置时，此时位置传感器2-5发出警告电信号至控制器8，控制器8控制推动电机2-1反向转动，直至达到所需要位置。

该方法能快速地调节太阳能电源模块相对于太阳光的角度，能快速地追踪到最佳的太阳光的入射位置，从而能提高跟踪效率。