專利名稱：一種主動式太陽能跟蹤設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能領(lǐng)域，特別涉及一種主動式太陽能跟蹤設(shè)備。
背景技術(shù)：
太陽能跟蹤系統(tǒng)可以用于各種太陽能采集裝置中，尤其是太陽能發(fā)電系統(tǒng)以及太陽能熱水器中，可以有效提高太陽能收集效率，高效的太陽能跟蹤系統(tǒng)可以隨著太陽每天的東升西落以及季節(jié)的交替變化隨時調(diào)整。目前常用的跟蹤系統(tǒng)主要是采用被動跟蹤方式，即采用光敏器件來感知太陽光的位置。中國專利ZL200510094900. 8公開了一種基于跟蹤姿態(tài)反饋的太陽跟蹤裝置及跟蹤方法。裝置包括受光面板與控制器電連接的傳感器、電機(jī)，受光面板經(jīng)鉸鏈與支撐桿、高度角調(diào)節(jié)桿連接，支撐桿的另一端與立柱連接，控制器為單片機(jī)的模/數(shù)端口分別與高度角傳感器和方位角傳感器電連接、數(shù)/模端口分別與高度角驅(qū)動電機(jī)控制端口和方位角驅(qū)動電機(jī)控制端口電連接；這種跟蹤方法包括利用經(jīng)度、緯度和日期時間計算當(dāng)?shù)禺?dāng)日太陽赤緯和時差，根據(jù)經(jīng)度、緯度、太陽赤緯、時差和時刻實時計算太陽方位角和高度角，利用閉環(huán)控制實現(xiàn)實時跟蹤。這種跟蹤裝置設(shè)計容易，其缺點(diǎn)在于一般的光敏器件都具有較寬的感光角度，由于陽光的散射，使這種方式對太陽光角度的偏離并不敏感；另外，光敏元件常被灰塵遮蓋，使光敏元件感光能力減弱；或者當(dāng)兩個光敏元件被污染的程度不同時它們的輸出將形成一個固有的偏差。這將導(dǎo)致太陽電池板無法準(zhǔn)確跟蹤太陽位置。還有一種跟蹤方法是主動跟蹤裝置，這種跟蹤裝置是由控制器、萬年歷、全球定位系統(tǒng)GPS、電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動器組成。由控制器從時鐘模塊中(例如萬年歷模塊)讀取當(dāng)前時間，根據(jù)當(dāng)前時間可以計算出太陽的空間位置，然后根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度、緯度等地理參數(shù)(可以通過全球定位系統(tǒng)GPS獲得)，計算出跟蹤信號，然后控制器向電機(jī)驅(qū)動器發(fā)出驅(qū)動信號，驅(qū)動電機(jī)，帶動需要跟蹤太陽的模塊例如太陽電池板轉(zhuǎn)動實現(xiàn)跟蹤太陽的目的，控制器不停地從時鐘模塊中讀取當(dāng)前時間，以便實現(xiàn)連續(xù)的對太陽的跟蹤。主動式跟蹤裝置避免了被動式跟蹤裝置出現(xiàn)的一系列問題，其優(yōu)點(diǎn)在于穩(wěn)定性高，理論上能夠準(zhǔn)確地跟蹤太陽位置，但是實際情況是，由于地球大氣層的作用，太陽光在進(jìn)入大氣層時會發(fā)生折射，從而改變了太陽的入射角度，這種折射效應(yīng)會對主動跟蹤造成極大的誤差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種主動式太陽能跟蹤設(shè)備，克服了現(xiàn)有技術(shù)中被動式跟蹤裝置和普通主動式跟蹤裝置的缺點(diǎn)，利用主動式跟蹤裝置結(jié)合設(shè)備初始姿態(tài)手動調(diào)整裝置， 實現(xiàn)對太陽能的精確和穩(wěn)定的跟蹤。本實用新型的太陽能跟蹤設(shè)備可以方便與各種太陽能采集裝置相結(jié)合使用，提高太陽能的利用效率。一種主動式太陽能跟蹤設(shè)備，包括—帶受光面的太陽能設(shè)備；可為太陽能采集裝置，也可為太陽能跟蹤裝置，與其它太陽能采集和利用裝置結(jié)合使用；[0008]一太陽能設(shè)備姿態(tài)調(diào)整裝置，包括一平鋪在所述的太陽能設(shè)備的受光面上的平面板，平面板上設(shè)有南北標(biāo)線和東西標(biāo)線；一垂直安裝在平面板上的豎直板；一安裝在所述的太陽能設(shè)備上的方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)和一安裝在所述的太陽能設(shè)備上的高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)。由于平面板與所述的太陽能設(shè)備的受光面處于同一平面，安裝在所述的太陽能設(shè)備上的方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)，可以同時調(diào)節(jié)平面板和太陽能設(shè)備的方向角和高度角。在通過調(diào)整平面板的姿態(tài)來調(diào)整所述的太陽能設(shè)備的姿態(tài)時，方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)用于調(diào)節(jié)平面板和太陽能設(shè)備的東西傾角，高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)用于調(diào)節(jié)平面板和太陽能設(shè)備的南北傾角?？刂品较蚪钦{(diào)節(jié)馬達(dá)調(diào)節(jié)平面板和太陽能設(shè)備的方向角，使得在太陽照射下豎直板在平面板上的投影與南北標(biāo)線平行或重合；控制高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)平面板和太陽能設(shè)備的高度角，使得在太陽照射下豎直板在平面板上的投影與東西標(biāo)線平行或重合；在完成方向角和高度角調(diào)節(jié)后，平面板和太陽能設(shè)備的受光面與太陽入射光線垂直。一當(dāng)前時間獲取裝置，用于得到實時時間信息；可采用現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備，優(yōu)選采用電子萬年歷。一用于控制方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)動的控制器以及與控制器連接的按鍵系統(tǒng)；控制器接收按鍵系統(tǒng)的指令，并采集當(dāng)前時間獲取裝置的數(shù)據(jù)按設(shè)定的時間間隔，向方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)傳送控制信息。按鍵系統(tǒng)由馬達(dá)選擇控制按鍵、馬達(dá)前進(jìn)控制按鍵、馬達(dá)后退控制按鍵和調(diào)節(jié)完畢控制按鍵組成。通過馬達(dá)選擇控制按鍵向控制器發(fā)出指令，選擇方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)或高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)；進(jìn)而通過馬達(dá)前進(jìn)控制按鍵和馬達(dá)后退控制按鍵向控制器發(fā)出指令，使方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)或高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動；完成預(yù)定目標(biāo)的方向角或高度角調(diào)節(jié)后，通過調(diào)節(jié)完畢控制按鍵向控制器發(fā)出指令，使方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)或高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動， 結(jié)束整個調(diào)整過程。通過上述的按鍵系統(tǒng)向控制器發(fā)出指令，控制器控制方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對平面板和太陽能設(shè)備的姿態(tài)的調(diào)整，從而使得平面板和太陽能設(shè)備的受光面與太陽入射光線垂直。以上的按鍵系統(tǒng)在功能實現(xiàn)的條件下可以通過組合方式減少或增加按鍵的數(shù)量。此外，控制器采集當(dāng)前時間獲取裝置的數(shù)據(jù)按設(shè)定的時間間隔向方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)傳送控制信息?？刂破髯x取當(dāng)前時間獲取裝置的數(shù)據(jù)得到當(dāng)前時間，根據(jù)地球以每小時自轉(zhuǎn)巧度的規(guī)律，控制器以太陽能設(shè)備的初始姿態(tài)為基準(zhǔn)，向方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)定時(例如每隔5分鐘)傳送控制信息，來改變方向角，使得在太陽照射下豎直板在平面板上的投影與南北標(biāo)線一直保持平行或重合；在一天之內(nèi)，太陽高度角的變化很小，因此控制器可以太陽能設(shè)備的初始姿態(tài)為基準(zhǔn)，每隔10天或更長時間，根據(jù)當(dāng)前時間獲取裝置提供的時間信息向高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)傳送一次信息，改變高度角，使得在太陽照射下豎直板在平面板上的投影與東西標(biāo)線一直保持平行或重合；從而實現(xiàn)對太陽能跟蹤。控制器可以采用單片機(jī)實現(xiàn)。由于太陽高度角變化不大，為了節(jié)約成本，也可以省去高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)，只要每年多增加幾次手動調(diào)整即可。由于大氣層的折射率變化不大，通過在所述的太陽能設(shè)備第一次安裝時調(diào)整所述的太陽能設(shè)備的初始姿態(tài)消除大氣對太陽光折射的影響，以后可以根據(jù)季節(jié)的變化每年調(diào)
4整幾次即可。采用上述設(shè)備的主動式太陽能跟蹤方法，包括以下步驟(1)手動調(diào)整帶受光面的太陽能設(shè)備的初始姿態(tài)，使其受光面與太陽入射光線垂直先對所述的太陽能設(shè)備進(jìn)行方向角調(diào)節(jié)，使得太陽能設(shè)備的受光面的南北軸向與太陽入射光線垂直；再對所述的太陽能設(shè)備進(jìn)行高度角調(diào)節(jié)，使得太陽能設(shè)備的受光面的東西軸向與太陽入射光線垂直；(2)獲取當(dāng)前時間；(3)以所述的太陽能設(shè)備的初始姿態(tài)和當(dāng)前時間為基準(zhǔn)，根據(jù)電子萬年歷的時間信息定時對所述的太陽能設(shè)備的方向角和高度角進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)主動式太陽能跟蹤。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的主動式太陽能跟蹤裝置具有以下有益效果(1)克服了被動式跟蹤裝置中感光器件易受外界因素干擾所引起的跟蹤不穩(wěn)定性。(2)和現(xiàn)有的主動式跟蹤裝置相比，本實用新型中采用的設(shè)備初始姿態(tài)調(diào)整裝置， 考慮了不同時間和季節(jié)大氣折射作用的影響因素，使得所述的太陽能設(shè)備的初始姿態(tài)與太陽入射光線垂直；并同時結(jié)合控制器和當(dāng)前時間信獲取裝置，定時自動調(diào)整所述的太陽能設(shè)備的姿態(tài)，使其一直保持與太陽入射光線垂直，跟蹤精度高，從而實現(xiàn)最大效率利用太陽育昌。(3)結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉；利用本實用新型裝置的跟蹤方法簡單，易于操作。
為了更清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實用新型的主動式太陽能跟蹤設(shè)備的工作原理示意圖；圖2是本實用新型的太陽能設(shè)備姿態(tài)調(diào)整裝置的局部放大圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。參見圖1和2，本實用新型的主動式太陽能跟蹤設(shè)備，包括一帶受光面的太陽能設(shè)備4 ；一太陽能設(shè)備姿態(tài)調(diào)整裝置2，包括一平鋪在太陽能設(shè)備4的受光面上的平面板 21，平面板21上設(shè)有南北標(biāo)線27和東西標(biāo)線沈；一垂直安裝在平面板21上的豎直板22 ；一安裝在太陽能設(shè)備4上的用于調(diào)節(jié)平面板21和太陽能設(shè)備4的東西傾角的方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)M ；和一安裝在太陽能設(shè)備4上的用于調(diào)節(jié)平面板21和太陽能設(shè)備4的南北傾角的高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)25;一當(dāng)前時間獲取裝置1，此處采用電子萬年歷，用于得到實時時間信息；一用于控制方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)M和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)25轉(zhuǎn)動的控制器3以及與控制器3連接的按鍵系統(tǒng)5 ；控制器3接收按鍵系統(tǒng)5的指令，并采集當(dāng)前時間獲取裝置1的數(shù)據(jù)按設(shè)定的時間間隔，向方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)M和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)25傳送控制信息。按鍵系統(tǒng)5由馬達(dá)選擇控制按鍵53、馬達(dá)前進(jìn)控制按鍵51、馬達(dá)后退控制按鍵52和調(diào)節(jié)完畢控制按鍵M組成。利用上述設(shè)備的太陽能跟蹤方法如下選擇晴朗的天氣條件下，太陽光沿方向A入射到帶受光面的太陽能設(shè)備4。按下馬達(dá)選擇控制按鍵53，對控制器3發(fā)出選擇對方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)M進(jìn)行調(diào)節(jié)的指令；選擇按動馬達(dá)前進(jìn)控制按鍵51和馬達(dá)后退控制按鍵52，對控制器3發(fā)出相應(yīng)的指令，控制器3控制方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)M作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)M轉(zhuǎn)動帶動平面板21和太陽能設(shè)備4 的姿態(tài)調(diào)整，直到在太陽照射下豎直板22在平面板21上的投影和南北標(biāo)線27平行或重合按下馬達(dá)選擇控制按鍵53，對控制器3發(fā)出選擇對高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)25進(jìn)行調(diào)節(jié)的指令；選擇按動馬達(dá)前進(jìn)控制按鍵51和馬達(dá)后退控制按鍵52，對控制器3發(fā)出相應(yīng)的指令，控制器3控制高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)25作相應(yīng)的轉(zhuǎn)動，高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)25轉(zhuǎn)動帶動平面板21 和太陽能設(shè)備4的姿態(tài)調(diào)整，直到在太陽照射下豎直板22在平面板21上的投影和和東西標(biāo)線沈平行或重合。完成上述的調(diào)整后，在太陽照射下豎直板22在平面板21上的投影應(yīng)該被豎直板 22本身所遮蓋，即在平面板21上看不到豎直板22的投影。如果沒有實現(xiàn)上述的效果，則重復(fù)上述的調(diào)整步驟。完成以上步驟后，平面板21和太陽能設(shè)備4的受光面與太陽入射光線垂直，選擇按動調(diào)節(jié)完畢控制按鍵54，結(jié)束對太陽能設(shè)備4的初始姿態(tài)調(diào)整?？刂破?讀取電子萬年歷1的數(shù)據(jù)得到當(dāng)前時間，根據(jù)地球以每小時自轉(zhuǎn)15度的規(guī)律，控制器3以太陽能設(shè)備4的初始姿態(tài)為基準(zhǔn)，向方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)M定時(例如每隔 5分鐘)傳送控制信息，來改變方向角，實現(xiàn)對太陽的跟蹤。在一天之內(nèi)，太陽高度角的變化很小，因此控制器3以太陽能設(shè)備4的初始姿態(tài)為基準(zhǔn)，每隔10天或更長時間，根據(jù)電子萬年歷1提供的時間信息向高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)25傳送
一次信息，改變一次高度角。由于大氣層的折射率變化不大，因此，對太陽能設(shè)備4的初始姿態(tài)調(diào)整的步驟可以在設(shè)備第一次安裝時進(jìn)行調(diào)整，以便消除大氣對太陽光折射的影響。以后可以根據(jù)季節(jié)的變化每年調(diào)整幾次即可。由于太陽高度角變化不大，為了節(jié)約成本，也可以省去高度角控制馬達(dá)調(diào)節(jié)，此時只要每年多增加幾次太陽能設(shè)備4的初始姿態(tài)調(diào)整的步驟即可。以上列舉的僅是本實用新型的一個具體實施例，本實用新型不限于以上實施例， 還可以有許多變形，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本實用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種主動式太陽能跟蹤設(shè)備，其特征在于，包括一帶受光面的太陽能設(shè)備；一太陽能設(shè)備姿態(tài)調(diào)整裝置O)，包括一平鋪在太陽能設(shè)備(4)的受光面上的平面板 (21)，平面板上設(shè)有南北標(biāo)線(2)和東西標(biāo)線06)；—垂直安裝在平面板上的豎直板0 ；—安裝在太陽能設(shè)備(4)上的用于調(diào)節(jié)平面板和太陽能設(shè)備的東西傾角的方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)04)；和一安裝在太陽能設(shè)備(4)上的用于調(diào)節(jié)平面板和太陽能設(shè)備的南北傾角的高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)05)；一當(dāng)前時間獲取裝置(1)，用于得到實時時間信息；一用于控制方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)04)和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)0 轉(zhuǎn)動的控制器(3)以及與控制器(3)連接的按鍵系統(tǒng)(5)；控制器(3)接收按鍵系統(tǒng)(5)的指令并采集當(dāng)前時間獲取裝置(1)的數(shù)據(jù)按設(shè)定的時間間隔，向方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)04)和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)05)傳送控制信息；所述的按鍵系統(tǒng)(5)由馬達(dá)選擇控制按鍵(53)、馬達(dá)前進(jìn)控制按鍵(51)、馬達(dá)后退控制按鍵(5 和調(diào)節(jié)完畢控制按鍵(54)組成；所述的按鍵系統(tǒng)(5)在功能實現(xiàn)的條件下按鍵的數(shù)量通過組合方式減少或增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式太陽能跟蹤設(shè)備，其特征在于所述的控制器(3)采用單片機(jī)實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動式太陽能跟蹤設(shè)備，其特征在于所述的當(dāng)前時間獲取裝置(1)采用電子萬年歷。
專利摘要本實用新型公開了一種主動式太陽能跟蹤設(shè)備，包括一帶受光面的太陽能設(shè)備；一太陽能設(shè)備姿態(tài)調(diào)整裝置，包括一平鋪在所述的太陽能設(shè)備的受光面上的平面板，平面板上設(shè)有南北標(biāo)線和東西標(biāo)線；一垂直安裝在平面板上的豎直板；安裝在所述的太陽能設(shè)備上的一方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)和一高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)；一當(dāng)前時間獲取裝置；一用于控制方向角調(diào)節(jié)馬達(dá)和高度角調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)動的控制器以及與控制器連接的按鍵系統(tǒng)。本實用新型的主動式太陽能跟蹤裝置具有良好的精度和穩(wěn)定性。
文檔編號G05D3/00GK202120129SQ20112021605
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者羅菁 申請人:深圳市安泰科建筑技術(shù)有限公司