光源自動追蹤式太陽能采集裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種方案光源自動追蹤式太陽能采集裝置，其可以自動追蹤太陽光源，讓太陽能電池板能持續(xù)接受太陽光垂直照射，從而提高光能轉(zhuǎn)化效率。其包括底座，所述的底座上經(jīng)水平轉(zhuǎn)向裝置和傾角俯仰裝置活動連接有太陽能電池板底座，所述的太陽能電池板底座上平鋪有太陽能電池板，所述太陽能電池板底座一側(cè)垂直于太陽能電池板設(shè)置有水平轉(zhuǎn)向采集管、傾角俯仰采集管，所述的水平轉(zhuǎn)向采集管、傾角俯仰采集管內(nèi)都設(shè)置有光電傳感器；還包括控制裝置。本發(fā)明還提供了改裝置的控制方法。
【專利說明】光源自動追蹤式太陽能采集裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能利用裝置，具體涉及一種太陽能采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上的太陽能熱水器或太陽能供電裝置等太陽能產(chǎn)品，太陽能電池板位置大多是固定的，不能隨著光源移動而變動；部分產(chǎn)品在太陽能電池板的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個位置調(diào)整支架，使得太陽能電池板面板上下方向可以手動調(diào)節(jié)，由于太陽的位置是不斷變化的，受光面接受太陽光垂直照射的時間很少，光能轉(zhuǎn)化效率較低，因而太陽能電池板的推廣受到一定的限制。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種方案光源自動追蹤式太陽能采集裝置，其可以自動追蹤太陽光源，讓太陽能電池板能持續(xù)接受太陽光垂直照射，從而提高光能轉(zhuǎn)化效率。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的光源自動追蹤式太陽能采集裝置，包括底座，所述的底座上經(jīng)水平轉(zhuǎn)向裝置和傾角俯仰裝置活動連接有太陽能電池板底座，所述的太陽能電池板底座上平鋪有太陽能電池板，所述太陽能電池板底座一側(cè)垂直于太陽能電池板設(shè)置有水平轉(zhuǎn)向采集管、傾角俯仰采集管，所述的水平轉(zhuǎn)向采集管內(nèi)設(shè)置有光電傳感器A、傾角俯仰采集管內(nèi)設(shè)置有光電傳感器B ;還包括控制裝置。
[0005]所述的水平轉(zhuǎn)向裝置包括固定于底座上的豎直軸支架，所述的豎直軸支架上經(jīng)上軸承、下軸承活動設(shè)置有豎直軸；還包括豎直軸驅(qū)動電機(jī)，所述的豎直軸末端通過豎直軸驅(qū)動齒輪與豎直軸驅(qū)動電機(jī)傳動連接；所述的傾角俯仰裝置包括與豎直軸固定連接的水平軸，所述的水平軸上經(jīng)左軸承、右軸承活動連接有水平軸支架，所述的水平軸支架與太陽能電池板底座固定連接；所述的水平軸上固定有水平軸驅(qū)動齒輪；還包括與太陽能電池板底座固定連接的水平軸驅(qū)動電機(jī)；所述的水平軸驅(qū)動電機(jī)經(jīng)水平軸驅(qū)動齒輪與水平軸傳動連接。
[0006]所述的控制裝置包括與光電傳感器A、光電傳感器B分別連接的兩個放大電路，由單片機(jī)STC90C52組成的處理機(jī)，由L298N組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。
[0007]本發(fā)明還提供了上述光源自動追蹤式太陽能采集裝置的控制方法，所述的水平轉(zhuǎn)向裝置和傾角俯仰裝置采用并行方式控制，水平轉(zhuǎn)向和傾角俯仰控制流程相同，其步驟包括:
步驟101:系統(tǒng)初始化，電機(jī)朝某一方向轉(zhuǎn)動，光電傳感器檢測到太陽光的強(qiáng)度并送入單片機(jī)STC90C52暫存為當(dāng)前最大強(qiáng)度X ;當(dāng)日工作時長計(jì)數(shù)器清零并開始計(jì)時，工作時段計(jì)時器清零；電機(jī)指豎直軸驅(qū)動電機(jī)或水平軸驅(qū)動電機(jī)；光電傳感器指光電傳感器A或光電傳感器B。
[0008]步驟102:太陽能電池板底座轉(zhuǎn)動，光電傳感器再將檢測到的新的太陽光強(qiáng)度指標(biāo)Y送入單片機(jī)STC90C52。
[0009]步驟103:將Y和X進(jìn)行比較，若Y比X大，將Y的值賦給X，電機(jī)繼續(xù)按照原定方向旋轉(zhuǎn)并得到新的Y值，直至Y小于X。
[0010]步驟104:電機(jī)逆轉(zhuǎn)回上一個位置。
[0011]步驟105:電機(jī)停轉(zhuǎn)并刷新當(dāng)前最大強(qiáng)度X值，工作時段計(jì)時器開始進(jìn)行計(jì)時，系統(tǒng)保持當(dāng)前姿態(tài)。
[0012]步驟106:工作時段計(jì)時器達(dá)到工作段時長指標(biāo)，重新獲取當(dāng)前太陽光的強(qiáng)度Y，Y與X不同，則重復(fù)步驟102、103、104、105，找到新的理想姿態(tài)繼續(xù)接受光照。
[0013]所述光源自動追蹤式太陽能采集裝置的控制方法，還包括:
步驟107:判定當(dāng)日工作時長計(jì)數(shù)器達(dá)到每日工作時長指標(biāo)；如達(dá)到則執(zhí)行步驟108。
[0014]步驟108:系統(tǒng)停止轉(zhuǎn)動和搜索；休息時間計(jì)時器清零并開始休息時間計(jì)時。
[0015]步驟201:判定休息時間計(jì)時器是否達(dá)到每日休息時長指標(biāo)；如達(dá)到則執(zhí)行步驟202。
[0016]步驟202:啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動返回初始位，并開始新的周期。
[0017]采用上述技術(shù)方案后，由水平轉(zhuǎn)向采集管、傾角俯仰采集管內(nèi)設(shè)置的光電傳感器
A、光電傳感器B采集當(dāng)前光線信號，通過控制裝置帶動水平轉(zhuǎn)向裝置和傾角俯仰裝置在水平方向和垂直方向?qū)μ柲茈姵匕宓奈恢眠M(jìn)行調(diào)整，使之達(dá)到理想姿態(tài)，從而使太陽能電池板充分接受太陽光照，提高光能轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明中，將光電傳感器A、光電傳感器B設(shè)置在水平轉(zhuǎn)向采集管、傾角俯仰采集管內(nèi)，并置光電傳感器于采集管的底部，光電傳感器對采集管管口所張的立體角小于3球面度，以保證入射光線基本平行于采集管中心軸。水平轉(zhuǎn)向采集管、傾角俯仰采集管是非透明的，光線只能從其頂端開口進(jìn)入，從而保證了光信號采集的準(zhǔn)確性，有利于保證太陽能電池板與太陽的方向垂直。上述控制方法實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在調(diào)整動作較小、頻率較低的基礎(chǔ)上，確保找到最優(yōu)姿態(tài)，提高光照效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的光源自動追蹤式太陽能采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的光源自動追蹤式太陽能采集裝置的電路原理框圖；
圖3是本發(fā)明的光源自動追蹤式太陽能采集裝置的控制程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0020]如圖1可見，本實(shí)施例的光源自動追蹤式太陽能采集裝置，包括底座1，所述的底座I上經(jīng)水平轉(zhuǎn)向裝置和傾角俯仰裝置活動連接有太陽能電池板底座10，所述的太陽能電池板底座10上平鋪有太陽能電池板15，所述太陽能電池板底座10 —側(cè)垂直于太陽能電池板15設(shè)置有水平轉(zhuǎn)向采集管16、傾角俯仰采集管17，所述的水平轉(zhuǎn)向采集管16內(nèi)設(shè)置有光電傳感器A160、傾角俯仰采集管17內(nèi)設(shè)置有光電傳感器B170 ;還包括控制裝置。
[0021]所述的水平轉(zhuǎn)向采集管16、傾角俯仰采集管17管體是非透明的，光電傳感器A160、光電傳感器B170都設(shè)置在管體內(nèi)部底端，管體的頂端都有開口，從而保證光電傳感器18取樣的是與管體平行的光線，也就是說，光電傳感器A160、光電傳感器B170采集取樣的是與太陽能電池板15垂直的光線樣本。
[0022]水平轉(zhuǎn)向裝置和傾角俯仰裝置的功能是保證太陽能電池板底座10能做水平轉(zhuǎn)向和垂直俯仰。作為【具體實(shí)施方式】之一，所述的水平轉(zhuǎn)向裝置包括固定于底座I上的豎直軸支架2，所述的豎直軸支架2上經(jīng)上軸承3、下軸承4活動設(shè)置有豎直軸5 ;還包括豎直軸驅(qū)動電機(jī)11，所述的豎直軸5末端通過豎直軸驅(qū)動齒輪13與豎直軸驅(qū)動電機(jī)11傳動連接；所述的傾角俯仰裝置包括與豎直軸5固定連接的水平軸9，所述的水平軸9上經(jīng)左軸承7、右軸承8活動連接有水平軸支架6，所述的水平軸支架6與太陽能電池板底座10固定連接；所述的水平軸9上固定有水平軸驅(qū)動齒輪14 ;還包括與太陽能電池板底座10固定連接的水平軸驅(qū)動電機(jī)12 ;所述的水平軸驅(qū)動電機(jī)12經(jīng)水平軸驅(qū)動齒輪14與水平軸9傳動連接。
[0023]所述的控制裝置包括由光電傳感器A160、光電傳感器B170、兩個放大電路組成的太陽位置采集電路，由單片機(jī)STC90C52組成的處理機(jī)，由L298N組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。
[0024]水平轉(zhuǎn)向裝置的功能是使得太陽能電池板底座10能夠?qū)崿F(xiàn)水平方向的全向旋轉(zhuǎn)，傾角俯仰裝置是使得太陽能電池板底座10能夠在垂直方向?qū)崿F(xiàn)一定角度的俯仰，水平轉(zhuǎn)向采集管16、傾角俯仰采集管17是非透明的，其直徑很小以避免光線散射，其一端開口指向太陽，其內(nèi)分別設(shè)置有光電傳感器A160、光電傳感器B170，分別用于采集太陽仰角和東西轉(zhuǎn)向的信息。從光電傳感器A160、光電傳感器B170米集到的太陽仰角和東西轉(zhuǎn)向的信息，分別輸入兩個放大器中，放大后的信號輸入單片機(jī)STC90C52進(jìn)行處理,得到相應(yīng)的輸出控制信號，控制信號輸入由L298N組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，得到輸出驅(qū)動信號分別驅(qū)動相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動，以保持對太陽位置的連續(xù)跟蹤。
[0025]圖2是光源自動追蹤式太陽能采集裝置的電路原理框圖，如圖1、圖2可見，電路部分，光傳感器裝在直徑很小的水平轉(zhuǎn)向采集管16、傾角俯仰采集管17內(nèi)，管子的另一端開口指向太陽，采集太陽位置信息。用光電傳感器A160、光電傳感器B170分別采集太陽仰角和東西轉(zhuǎn)向的信息，管子水平轉(zhuǎn)向采集管16、傾角俯仰采集管17垂直于太陽能電池板15地固定在太陽能電池板底座10 —側(cè)。從光電傳感器A160、光電傳感器B170采集到的太陽仰角信息(傾角轉(zhuǎn)動采集)和東西轉(zhuǎn)向信息(水平轉(zhuǎn)動采集)，分別輸入兩個放大器中，放大后的信號輸入單片機(jī)STC90C52進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的輸出控制信號，控制信號輸入由L298N組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，得到輸出驅(qū)動信號分別驅(qū)動豎直軸驅(qū)動電機(jī)11、水平軸驅(qū)動電機(jī)12轉(zhuǎn)動，以保持對太陽位置的連續(xù)跟蹤。
太陽能電池板15在太陽的照射下電能，此電壓加到蓄電池上對蓄電池進(jìn)行充電并對外輸出電能，本發(fā)明自身所需電能由太陽能電池板15輸出至本裝置內(nèi)置的穩(wěn)壓電源。
[0026]圖3是本發(fā)明的光源自動追蹤式太陽能采集裝置的控制程序流程圖。
[0027]本發(fā)明中，光源自動追蹤采用水平轉(zhuǎn)向和傾角俯仰各自并向的控制技術(shù)。
[0028]以水平轉(zhuǎn)向控制為例，打開電源時，步驟101進(jìn)行系統(tǒng)初始化，電機(jī)朝某一方向轉(zhuǎn)動(程序設(shè)置為跟蹤太陽轉(zhuǎn)動方向)，水平轉(zhuǎn)向采集管16內(nèi)的光電傳感器A160檢測到太陽光的強(qiáng)度并送入單片機(jī)STC90C52暫存為當(dāng)前最大強(qiáng)度X。
[0029]初始化時，系統(tǒng)內(nèi)置的當(dāng)日工作時長計(jì)數(shù)器清零并開始計(jì)時，當(dāng)日工作時長計(jì)數(shù)器的功能是記錄本日系統(tǒng)工作累計(jì)時數(shù)，系統(tǒng)內(nèi)置有供其參照的每日工作時長指標(biāo)；初始化時，工作時段計(jì)時器清零，工作時段計(jì)時器的功能是記錄某一個姿態(tài)的保持時間，系統(tǒng)內(nèi)置有供其參照的工作段時長指標(biāo)。[0030]以下程序?qū)⑼ㄟ^一定的算法，找到當(dāng)前最理想的太陽光照射角度，以實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)最大。
[0031]作為實(shí)現(xiàn)方式之一，執(zhí)行步驟102，豎直軸驅(qū)動電機(jī)11轉(zhuǎn)動，光電傳感器A160再將檢測到的新的太陽光強(qiáng)度指標(biāo)Y送入單片機(jī)STC90C52。步驟103將Y和之前存儲的當(dāng)前最大強(qiáng)度X進(jìn)行比較；如果檢測到Y(jié)比X大，表示還未找到最理想的角度，此時將Y的值賦給X，電機(jī)繼續(xù)按照原定方向旋轉(zhuǎn)并得到新的Y值，直至Y小于X，此時表示電機(jī)行走過度，則執(zhí)行步驟104，電機(jī)逆轉(zhuǎn)回位，找到當(dāng)前理想角度，執(zhí)行步驟105，電機(jī)停轉(zhuǎn)并刷新當(dāng)前最大強(qiáng)度X值，工作時段計(jì)時器開始進(jìn)行計(jì)時，程序設(shè)定系統(tǒng)在一定的時間段內(nèi)保持當(dāng)前姿態(tài)接受持續(xù)光照。
[0032]步驟106，工作時段計(jì)時器達(dá)到工作段時長指標(biāo)，重新獲取當(dāng)前太陽光的強(qiáng)度Y，Y與X不同，表示太陽位置可能發(fā)生變化，此時重復(fù)步驟102、103、104、105，找到新的理想姿態(tài)繼續(xù)接受光照。程序通過不斷暫存和刷新前一時間段的存儲值，保證太陽能電池板底座10姿態(tài)理想。
[0033]此外，還對單片機(jī)設(shè)置了自動定時回位程序，每天太陽落山后，當(dāng)日工作時長計(jì)數(shù)器達(dá)到每日工作時長指標(biāo)，步驟107判定完成當(dāng)日累加工作時數(shù)，此時執(zhí)行步驟108，系統(tǒng)停止轉(zhuǎn)動和搜索。休息時間計(jì)時器清零并開始休息時間計(jì)時，步驟201，休息時間計(jì)時器達(dá)到每日休息時長指標(biāo)，判定休息定時結(jié)束，此時對應(yīng)第二天太陽升起的時間，步驟202啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動返回初始位，并開始新的周期。每日工作時長指標(biāo)、工作段時長指標(biāo)、每日休息時長指標(biāo)可根據(jù)四季變化、地區(qū)差異進(jìn)行設(shè)置，以減少調(diào)整頻率，最經(jīng)濟(jì)地保持和太陽同步，初始位置所對應(yīng)的太陽能電池板15姿態(tài)也可進(jìn)行記錄并根據(jù)季節(jié)變化刷新，以減少初始化時間。
[0034]以上給出了水平方向姿態(tài)調(diào)整的【具體實(shí)施方式】，傾角俯仰姿態(tài)調(diào)整方式與水平方向姿態(tài)調(diào)整相同；本發(fā)明中，水平轉(zhuǎn)向采集管16內(nèi)設(shè)置有光電傳感器A160、傾角俯仰采集管17內(nèi)設(shè)置有光電傳感器B170，對應(yīng)的設(shè)置有由兩個放大電路組成的太陽位置采集電路，兩套步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路；兩套系統(tǒng)由單片機(jī)STC90C52協(xié)調(diào)同步工作，控制方式簡單、準(zhǔn)確。
[0035]本發(fā)明包括但不局限于上述實(shí)施例，在不違背本發(fā)明基本精神的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出各種不同實(shí)施方式，但仍然落入本發(fā)明保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光源自動追蹤式太陽能采集裝置，包括底座(I)，其特征在于:所述的底座(I)上經(jīng)水平轉(zhuǎn)向裝置和傾角俯仰裝置活動連接有太陽能電池板底座(10)，所述的太陽能電池板底座(10)上平鋪有太陽能電池板(15)，所述太陽能電池板底座(10)—側(cè)垂直于太陽能電池板(15)設(shè)置有水平轉(zhuǎn)向采集管(16)、傾角俯仰采集管(17)，所述的水平轉(zhuǎn)向采集管(16)內(nèi)設(shè)置有光電傳感器A (160)、傾角俯仰采集管(17)內(nèi)設(shè)置有光電傳感器B (170);還包括控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的光源自動追蹤式太陽能采集裝置，其特征在于:所述的水平轉(zhuǎn)向裝置包括固定于底座(I)上的豎直軸支架(2)，所述的豎直軸支架(2)上經(jīng)上軸承(3)、下軸承(4)活動設(shè)置有豎直軸(5);還包括豎直軸驅(qū)動電機(jī)(11)，所述的豎直軸(5)末端通過豎直軸驅(qū)動齒輪(13)與豎直軸驅(qū)動電機(jī)(11)傳動連接；所述的傾角俯仰裝置包括與豎直軸(5)固定連接的水平軸(9)，所述的水平軸(9)上經(jīng)左軸承(7)、右軸承(8)活動連接有水平軸支架(6)，所述的水平軸支架(6)與太陽能電池板底座(10)固定連接；所述的水平軸(9)上固定有水平軸驅(qū)動齒輪(14);還包括與太陽能電池板底座(10)固定連接的水平軸驅(qū)動電機(jī)(12);所述的水平軸驅(qū)動電機(jī)(12)經(jīng)水平軸驅(qū)動齒輪(14)與水平軸(9)傳動連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光源自動追蹤式太陽能采集裝置，其特征在于:所述的控制裝置包括與光電傳感器A (160)、光電傳感器B (170)分別連接的兩個放大電路，由單片機(jī)STC90C52組成的處理機(jī)，由L298N組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。
4.權(quán)利要求3所述光源自動追蹤式太陽能采集裝置的控制方法，其特征在于:所述的水平轉(zhuǎn)向裝置和傾角俯仰裝置采用并行方式控制，控制流程包括: 步驟101:系統(tǒng)初始化，電機(jī)朝某一方向轉(zhuǎn)動，光電傳感器檢測到太陽光的強(qiáng)度并送入單片機(jī)STC90C52暫存為當(dāng)前最大強(qiáng)度X ;當(dāng)日工作時長計(jì)數(shù)器清零并開始計(jì)時，工作時段計(jì)時器清零； 步驟102:太陽能電池板底座(10)轉(zhuǎn)動，光電傳感器再將檢測到的新的太陽光強(qiáng)度指標(biāo)Y送入單片機(jī)STC90C52 ； 步驟103:將Y和X進(jìn)行比較，若Y比X大，將Y的值賦給X，電機(jī)繼續(xù)按照原定方向旋轉(zhuǎn)并得到新的Y值，直至Y小于X ； 步驟104:電機(jī)逆轉(zhuǎn)回上一個位置； 步驟105:電機(jī)停轉(zhuǎn)并刷新當(dāng)前最大強(qiáng)度X值，工作時段計(jì)時器開始進(jìn)行計(jì)時，系統(tǒng)保持當(dāng)前姿態(tài)； 步驟106:工作時段計(jì)時器達(dá)到工作段時長指標(biāo)，重新獲取當(dāng)前太陽光的強(qiáng)度Y，Y與X不同，則重復(fù)步驟102、103、104、105，找到新的理想姿態(tài)繼續(xù)接受光照。
5.如權(quán)利要求4所述的光源自動追蹤式太陽能采集裝置的控制方法，其特征在于:還包括: 步驟107:判定當(dāng)日工作時長計(jì)數(shù)器達(dá)到每日工作時長指標(biāo)；如達(dá)到則執(zhí)行步驟108 ； 步驟108:系統(tǒng)停止轉(zhuǎn)動和搜索；休息時間計(jì)時器清零并開始休息時間計(jì)時； 步驟201:判定休息時間計(jì)時器是否達(dá)到每日休息時長指標(biāo)；如達(dá)到則執(zhí)行步驟202 ； 步驟202:啟動電機(jī)轉(zhuǎn)動返回初始位，并開始新的周期。
【文檔編號】G05D3/12GK103869832SQ201410122122
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月29日
【發(fā)明者】徐曉峰, 馮路橫, 王鵬, 王陳寧, 查長禮 申請人:安慶師范學(xué)院