全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统的制作方法
【专利说明】全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统
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技术领域
[0002]本发明专利涉及一种用于太阳能电池板的全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统，属于太阳能发电及利用研宄领域。
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【背景技术】
能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础。当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油、天然气和煤炭等化石能源为主要能源。随着化石能源的日渐枯竭和全球环境的不断恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研宄开发工作。虽然在可预见的将来，煤炭、石油、天然气等矿物燃料仍将在世界能源结构中占有相当的比重，但人们对核能以及太阳能、风能、地热能、水力能、生物能等可持续能源资源的利用日益重视，在整个能源消耗中所占的比例正在显著地提高。预计在未来5至10年内，可持续能源将能够与化石能源相抗衡，从而结束化石能源一统天下的局面。
[0004]太阳能似乎是未来社会能源的希望所在。相较于化石能源，太阳能的优势在于:第一，它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%，可以说是取之不尽，用之不竭。第二，地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三，太阳能是一种洁净的能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。太阳能照明系统实现了对可再生能源的利用，其优点首先是节约电网电能，节省日益紧缺的一次性资源，同时减少污染排放，这是一种社会效益。但是推广太阳能的应用还具有强有力的经济作用，或者说经济上的诱惑力，也就是说既节电，又省钱，真正降低“综合照明成本”。
[0005]全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统从太阳光源定向方法与控制技术出发，采用新的跟踪方法与光伏发电装置技术，与固定角度太阳能LED照明系统相比发电能力提高至少30%。本发明所研宄的太阳自动追踪系统是基于单片机的自动控制系统，综合了光电检测追踪和视日运动轨迹追踪两种方式的优点，巧妙的将两种追踪方式结合在一起，使得系统更加稳定。
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【发明内容】
[0007]本发明的目的是以太阳能跟踪原理，提供一种可用于太阳能电池板的全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统。
[0008]本发明的结构包括太阳能电池板、向日追踪器、光敏电阻、垂直杆、大齿轮、底座、立柱、水平轴、小齿轮、减速电机、跟踪控制器、步进电机、支架。
[0009]垂直杆嵌套在底座上，跟踪控制器固定在垂直杆上，水平轴固定在跟踪控制器上，步进电机固定在底座上，步进电机固定在跟踪控制器上，垂直杆通过大齿轮与步进电机咬合，水平轴通过小齿轮与减速电机咬合，以上组成了全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统的组件安装支架；太阳能电池板安装在立柱上，通过立柱与支架相连，支架固定在水平轴上，光敏电阻按东西南北中的方向安装在向日跟踪器上，向日跟踪器则固定在太阳能电池板的左侧，跟踪控制器由单片机系统组成，通过线路与装置中的被控制设备相连做为整个装置的控制核心；
使用时，在跟踪控制器的驱动下，通过控制减速电机和步进电机带动垂直杆左右旋转以及水平轴上下旋转，从而带动太阳能电池板上下左右的转动，在太阳能电池板转动的同时，向日控制器工作，根据光敏电阻反馈的信息对转动的角度精确控制；为了防止在转动过程结束后太阳能电池板因重力产生误差，当转动停止的瞬间跟踪控制器立即工作对减速电机和步进电机控制自锁；太阳能电池板能为跟踪控制器中的单片系统供电以便可以长时间的运行工作；使用后，当光敏电阻检测到天黑时，跟踪控制器进入断电程序，太阳能电池板恢复初始位置，全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统进入低耗模式节约能源。
[0010]本发明的有益效果是:由于应用了天文学中太阳能轨迹算法，可准确的在阴雨天判断太阳的位置；由于安装了光敏电阻，可准确的检测并判断出昼夜，当检测到黑夜时可自动中断服务程序；安装支架结构简单，无特殊需求，因而该装置不受地理位置的限制，使用方便、灵活的同时，还能保证跟踪精度。目前的太阳能电池板大多采用固定角度安装，无法保证太阳光的垂直照射，不能充分利用太阳能资源，本发明很好的解决了这一问题。有实验测得的数据也说明，在相同条件下，运用自动跟踪系统的太阳能电池板发电效率提高了30%。
【附图说明】
[0011]图1为全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统基本结构主视图；
图中:1.太阳能电池板2.向日追踪器3.光敏电阻4.垂直杆5.大齿轮6.底座； 图2为全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统基本结构后视图；
图中:7.立柱8.水平轴9.小齿轮 10.减速电机 11.跟踪控制器12.步进电机13.支架。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0013]本发明的结构包括太阳能电池板、向日追踪器、光敏电阻、垂直杆、大齿轮、底座、立柱、水平轴、小齿轮、减速电机、跟踪控制器、步进电机、支架。
[0014]垂直杆嵌套在底座上，跟踪控制器固定在垂直杆上，水平轴固定在跟踪控制器上，步进电机固定在底座上，步进电机固定在跟踪控制器上，垂直杆通过大齿轮与步进电机咬合，水平轴通过小齿轮与减速电机咬合，以上组成了全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统的组件安装支架；太阳能电池板安装在立柱上，通过立柱与支架相连，支架固定在水平轴上，光敏电阻按东西南北中的方向安装在向日跟踪器上，向日跟踪器则固定在太阳能电池板的左侧，跟踪控制器由单片机系统组成，通过线路与装置中的被控制设备相连做为整个装置的控制核心；
使用时，在跟踪控制器的驱动下，通过控制减速电机和步进电机带动垂直杆左右旋转以及水平轴上下旋转，从而带动太阳能电池板上下左右的转动，在太阳能电池板转动的同时，向日控制器工作，根据光敏电阻反馈的信息对转动的角度精确控制；为了防止在转动过程结束后太阳能电池板因重力产生误差，当转动停止的瞬间跟踪控制器立即工作对减速电机和步进电机控制自锁；太阳能电池板能为跟踪控制器中的单片系统供电以便可以长时间的运行工作；使用后，当光敏电阻检测到天黑时，跟踪控制器进入断电程序，太阳能电池板恢复初始位置，全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统进入低耗模式节约能源。
【主权项】
1.一种全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统，其特征在于，所述控制系统结构包括太阳能电池板、向日追踪器、光敏电阻、垂直杆、大齿轮、底座、立柱、水平轴、小齿轮、减速电机、跟踪控制器、步进电机、支架； 垂直杆嵌套在底座上，跟踪控制器固定在垂直杆上，水平轴固定在跟踪控制器上，步进电机固定在底座上，步进电机固定在跟踪控制器上，垂直杆通过大齿轮与步进电机咬合，水平轴通过小齿轮与减速电机咬合，以上组成了全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统的组件安装支架；太阳能电池板安装在立柱上，通过立柱与支架相连，支架固定在水平轴上，光敏电阻按东西南北中的方向安装在向日跟踪器上，向日跟踪器则固定在太阳能电池板的左侦U，跟踪控制器由单片机系统组成，通过线路与装置中的被控制设备相连做为整个装置的控制核心； 使用时，在跟踪控制器的驱动下，通过控制减速电机和步进电机带动垂直杆左右旋转以及水平轴上下旋转，从而带动太阳能电池板上下左右的转动，在太阳能电池板转动的同时，向日控制器工作，根据光敏电阻反馈的信息对转动的角度精确控制；为了防止在转动过程结束后太阳能电池板因重力产生误差，当转动停止的瞬间跟踪控制器立即工作对减速电机和步进电机控制自锁；太阳能电池板能为跟踪控制器中的单片系统供电以便可以长时间的运行工作；使用后，当光敏电阻检测到天黑时，跟踪控制器进入断电程序，太阳能电池板恢复初始位置，全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统进入低耗模式节约能源。
【专利摘要】全自动太阳能双轴跟踪装置及控制系统，本控制系统采用的是视日跟踪和光电跟踪相结合的方法，运用双轴运动达到对其高度角和方位角的控制，以实现其二维自由度运动。本太阳能跟踪控制系统的基本原理为：首先，采用视日运动轨迹的方法计算太阳的高度角和方位角，通过单片机控制步进电动机转动；其次，接收安装在东西南北和中间五个方位的五个光敏电阻的信号值，并采用光电控制来增进步进电动机的转动精度，进而实现全方位高精度的太阳能跟踪。这种跟踪控制系统经过实践证明能提高太阳能电池板的光电转化效率。
【IPC分类】G05D3/12
【公开号】CN104914884
【申请号】CN201510335502
【发明人】张忠会, 雷振华, 袁志平, 吴虹岭, 汪硕承, 于海粟
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2015年6月17日