基于云臺的太陽跟蹤裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型的基于云臺的太陽跟蹤裝置，主要支撐底座、云臺、方位探測組件和控制電路；其中，方位探測組件包括長方體箱體和至少4個方位探測光敏傳感器，該長方體箱體包括2個正方形底面和4個長方形側(cè)面，所述4個長方形側(cè)面與正方形底面之一的4條公共邊中部分別設(shè)置有方位探測光敏傳感器，所述方位探測光敏傳感器的光敏面露出長方體箱體側(cè)面一定距離D，D的值根據(jù)預(yù)設(shè)探測精度確定，長方體箱體靠近方位探測光敏傳感器的正方形底面固定于云臺工作面上，所述云臺為301云臺。解決了機械運轉(zhuǎn)模塊存在的成本高、運轉(zhuǎn)精度不高的缺點以及如果控制模塊出現(xiàn)異常，發(fā)出不正確控制信號可能導(dǎo)致整個裝置的損壞的風(fēng)險。
【專利說明】基于云臺的太陽跟蹤裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及可再生能源的利用，具體涉及太陽能利用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于云臺的自動的太陽跟蹤裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會化石燃料的日益枯竭，僅存的化石能源在生產(chǎn)和使用過程中也正對環(huán)境造成嚴重的污染，使得新能源技術(shù)越來越被各國重視。太陽能作為一種取之不竭，用之不盡的清潔能源成為全球新能源研究領(lǐng)域的研究熱點。
[0003]但是太陽光光功率在單位面積上分布低并隨時間變化，給目前較為成熟的太陽能利用技術(shù)比如光伏發(fā)電以及光纖太陽光照明等裝置對太陽能的高效利用提出了挑戰(zhàn)。為了解決此類問題，各種太陽光跟蹤技術(shù)被不斷提出，這種技術(shù)可以有效的提高太陽光利用率。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，采用太陽光跟蹤裝置的光伏發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能比沒有用太陽光跟蹤裝置的設(shè)備可以多30%以上。但是，現(xiàn)有的跟蹤裝置通常在機械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性等方面存在問題，并且其太陽跟蹤的方位探測方案通常存在設(shè)計復(fù)雜、成本高和后期維護困難等缺點。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型為了解決現(xiàn)有的太陽跟蹤裝置機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差、方位探測方案設(shè)計復(fù)雜、成本高和后期維護困難等缺點，提出了一種基于云臺的太陽跟蹤裝置。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是:基于云臺的太陽跟蹤裝置，包括支架，所述支架包括支撐底座和云臺，其中云臺包括云臺工作面，用于固定太陽能利用設(shè)備，其特征在于，所述太陽跟蹤裝置還包括方位探測組件和控制電路；
[0006]其中，方位探測組件包括長方體箱體和至少4個方位探測光敏傳感器，該長方體箱體包括2個正方形底面和4個長方形側(cè)面，所述4個長方形側(cè)面與正方形底面之一的4條公共邊中部分別設(shè)置有方位探測光敏傳感器，所述方位探測光敏傳感器的光敏面露出長方體箱體側(cè)面一定距離D，D的值根據(jù)預(yù)設(shè)探測精度確定，長方體箱體靠近方位探測光敏傳感器的正方形底面固定于云臺工作面上；
[0007]所述控制電路與云臺控制電機相連接，包括比較器和驅(qū)動電路，比較器用于比較方位探測光敏傳感器的信號強度并輸出控制信號至驅(qū)動電路，驅(qū)動電路根據(jù)控制信號輸出驅(qū)動信號驅(qū)動控制電機控制云臺旋轉(zhuǎn)。
[0008]上述D值滿足tan Θ =2D/L，其中Θ為跟蹤精度，L為長方體箱體兩個正方形底面之間的距離。
[0009]為了減小太陽光反射以及對方位探測光敏傳感器探測太陽光強度的精度的影響，所述長方體箱體表面為黑色。
[0010]進一步的，所述方位探測組件還包括與方位探測光敏傳感器數(shù)量相同的采樣電阻，所述采樣電阻分別與方位探測光敏傳感器串聯(lián)，用于將方位探測光敏傳感器探測光強對應(yīng)的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸送至比較器。[0011]為了解決光線不足的情況下系統(tǒng)額外耗費電能的缺陷，所述跟蹤裝置還包括光強探測組件，所述光強探測組件包括光強探測光敏傳感器、電壓比較器和開關(guān)單元，所述光強探測光敏傳感器安裝于長方體箱體遠離方位探測光敏傳感器的正方形底面中央，所述光強探測光敏傳感器與電壓比較器的輸入端相連接，電壓比較器的另一輸入端輸入閾值電壓，所述開關(guān)單元包括控制端和開關(guān)端，所述開關(guān)端串聯(lián)于方位探測組件的電源輸入回路中，所述電壓比較器的輸出端與開關(guān)單元的控制端相連接，用于控制方位探測組件的電源通斷。
[0012]進一步的，所述光強探測光敏傳感器與一采樣電阻串聯(lián)，所述采樣電阻的輸出端連接于電壓比較器的輸入端。
[0013]進一步的，所述光強探測組件還包括可調(diào)電壓組件，所述可調(diào)電壓組件輸出端電壓可調(diào)，并作為閾值電壓輸出至電壓比較器。
[0014]進一步的,所述云臺為301云臺。
[0015]為了確保信號的穩(wěn)定性、合理安排裝置組件的空間結(jié)構(gòu)，所述控制電路安裝于云臺工作面的背面與方位探測組件相對的位置處。
[0016]本實用新型的有益效果:本實用新型的太陽跟蹤裝置通過采用特有的太陽探測模塊和較為成熟的控制模塊，并將其與已經(jīng)非常成熟、制作成本低、性能穩(wěn)定且?guī)в邢尬坏墓δ艿墓I(yè)云臺技術(shù)結(jié)合。解決了機械運轉(zhuǎn)模塊存在的成本高、運轉(zhuǎn)精度不高的缺點以及如果控制模塊出現(xiàn)異常，發(fā)出不正確控制信號，例如一直發(fā)出向一個方向轉(zhuǎn)動的指令導(dǎo)致機械轉(zhuǎn)動模塊在這種情況下可能導(dǎo)致整個裝置的損壞的風(fēng)險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型實施例的跟蹤裝置結(jié)構(gòu)原理圖；
[0018]圖2是本實用新型實施例的跟蹤裝置的方位探測組件及光強探測組件俯視圖；
[0019]圖3是本實用新型實施例的跟蹤裝置的方位探測組件及光強探測組件主視圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做進一步詳述。
[0021]為了便于理解，以下結(jié)合與本實用新型方案原理相同的一種基于云臺的太陽跟蹤裝置的結(jié)構(gòu)對本實用新型的原理作詳細描述。
[0022]如圖1所示，本實施例的基于云臺的太陽跟蹤裝置，包括支架，所述支架包括支撐底座6和云臺，其中云臺包括云臺工作面3、云臺垂直轉(zhuǎn)軸4以及云臺水平轉(zhuǎn)軸5，云臺工作面3用于固定太陽能利用設(shè)備。這里的太陽能利用設(shè)備泛指需要利用本太陽跟蹤裝置來提高太陽能轉(zhuǎn)換效率的裝置，包括但不限于光伏電池板、太陽能熱水器等，所述太陽跟蹤裝置還包括方位探測組件I和控制電路2。
[0023]如圖2及圖3所示，上述的方位探測組件包括長方體箱體13和至少4個方位探測光敏傳感器11，該長方體箱體包括2個正方形底面和4個長方形側(cè)面，所述4個長方形側(cè)面與正方形底面之一的4條公共邊中部分別設(shè)置有方位探測光敏傳感器，所述方位探測光敏傳感器的光敏面露出長方體箱體側(cè)面一定距離D，D的值根據(jù)預(yù)設(shè)探測精度確定，長方體箱體靠近方位探測光敏傳感器的正方形底面固定于云臺工作面上。需要注意，在上述方位探測組件的具體結(jié)構(gòu)中，長方體箱體的作用在于當(dāng)箱體的正方形地面沒有正對太陽時(在裝置精度范圍內(nèi)正對)，其中一個或兩個側(cè)面上的方位探測光敏傳感器將會被遮擋，其探測到的太陽光強降低。通過比較各個側(cè)面上的方位探測光敏傳感器，可以得到太陽方位與長方體箱體的相對方位，進而可輸出控制信號做出方位調(diào)整。
[0024]所述控制電路與云臺控制電機相連接，包括比較器和驅(qū)動電路，比較器用于比較方位探測光敏傳感器的信號強度并輸出控制信號至驅(qū)動電路，驅(qū)動電路根據(jù)控制信號輸出驅(qū)動信號驅(qū)動控制電機控制云臺旋轉(zhuǎn)。
[0025]上述D值的確定方法是:tan Θ =2D/L，其中Θ為跟蹤精度，L為長方體箱體兩個正方形底面之間的距離。不難看出，可以通過調(diào)節(jié)D和L的大小來控制跟蹤精度，如果要跟蹤精度高則可以把正方形盒子的4個面設(shè)計的長一些，即通過增大L來解決，也可以將光敏管露出的距離縮小，即通過縮小D來降低Θ。
[0026]以下為上述實施例的優(yōu)選方案:為了減小太陽光反射以及對方位探測光敏傳感器探測太陽光強度的精度的影響，所述長方體箱體表面為黑色。方位探測組件還包括與方位探測光敏傳感器數(shù)量相同的采樣電阻，所述采樣電阻分別與方位探測光敏傳感器串聯(lián)，用于將方位探測光敏傳感器探測光強對應(yīng)的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸送至比較器。
[0027]由于上述的方位探測組件的控制條件只是對方位探測傳感器的探測強度進行比較，通過二者差值判斷方向，所以還無法識別陰天或者夜間等設(shè)備無需工作的情況，如果在陰天或者夜間工作，將導(dǎo)致能量額外損耗。為了解決光線不足的情況下系統(tǒng)額外耗費電能的缺陷，所述跟蹤裝置還包括光強探測組件，所述光強探測組件包括光強探測光敏傳感器、電壓比較器和開關(guān)單元，所述光強探測光敏傳感器安裝于長方體箱體遠離方位探測光敏傳感器的正方形底面中央，所述光強探測光敏傳感器12與電壓比較器的輸入端相連接，如圖2及圖3所示。電壓比較器的另一輸入端輸入閾值電壓，所述開關(guān)單元包括控制端和開關(guān)端，所述開關(guān)端串聯(lián)于方位探測組件的電源輸入回路中，所述電壓比較器的輸出端與開關(guān)單元的控制端相連接，用于控制方位探測組件的電源通斷。優(yōu)選的，所述光強探測光敏傳感器與一米樣電阻串聯(lián)，所述米樣電阻的輸出端連接于電壓比較器的輸入端。
[0028]上述光強探測組件還可以包括可調(diào)電壓組件，可調(diào)電壓組件輸出端電壓可調(diào)，并作為閾值電壓輸出至電壓比較器。云臺優(yōu)選為301云臺。為了確保信號的穩(wěn)定性、合理安排裝置組件的空間結(jié)構(gòu)，所述控制電路安裝于云臺工作面的背面與方位探測組件相對的位置處。
[0029]下面結(jié)合圖1對本實用新型實施例的工作過程做進一步詳述:
[0030]方位探測組件I固定云臺工作面3上側(cè)，用于接收太陽方位信息?？刂齐娐?位于云臺工作面3下側(cè)與探測組件相對的位置，如圖1所示。方位探測組件I將探測到的太陽方位信息傳遞給控制電路2，控制電路2隨后向云臺的控制端發(fā)出控制信號控制云臺的垂直轉(zhuǎn)軸4和云臺水平轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動。301云臺控制端口包括六個控制端口，分別是自動、向左、向右、向上、向下和公共。301云臺電源為交流電，即在公共端口和其他任意一個端口接上交流電時云臺就產(chǎn)生對應(yīng)的動作，如向左和公共接交流電則云臺向左轉(zhuǎn)。本實用新型的實施例只用到向左、向右、向上、向下和公共五個端口。電機控制模塊采用的是直流電，而301云臺采用的是交流電，因此電機控制模塊不能直接控制301云臺，中間需要通過繼電器實現(xiàn)。云臺底座6用于固定云臺。云臺的轉(zhuǎn)動精度通過調(diào)整云臺電機的上電接通時間來控制。如果每次控制電路2發(fā)出的電機接通時間長，則每次電機轉(zhuǎn)動角度大，跟蹤精度差，若每次控制電路2發(fā)出的電機接通時間短，則每次電機轉(zhuǎn)動角度小，跟蹤精度高。
[0031]301云臺還有個特點就是具有限位的功能，當(dāng)301云臺水平電機和垂直電機轉(zhuǎn)動到極限位置時，內(nèi)部會觸發(fā)到限位按鈕，則云臺停止運轉(zhuǎn)，此時云臺只能向反方向運轉(zhuǎn)，這樣可以避免因控制端的誤操作發(fā)生的機械故障，有效的保證了整個跟蹤裝置的穩(wěn)定性。
[0032]以上所述僅為本實用新型的【具體實施方式】，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解，在本實用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可以對本實用新型進行各種修改、替換和改變。因此本實用新型不應(yīng)由上述事例來限定，而應(yīng)以權(quán)力要求書的保護范圍來限定。
【權(quán)利要求】
1.基于云臺的太陽跟蹤裝置，包括支架，所述支架包括支撐底座和云臺，其中云臺包括云臺工作面，用于固定太陽能利用設(shè)備，其特征在于，所述太陽跟蹤裝置還包括方位探測組件和控制電路； 其中，方位探測組件包括長方體箱體和至少4個方位探測光敏傳感器，該長方體箱體包括2個正方形底面和4個長方形側(cè)面，所述4個長方形側(cè)面與正方形底面之一的4條公共邊中部分別設(shè)置有方位探測光敏傳感器，所述方位探測光敏傳感器的光敏面露出長方體箱體側(cè)面一定距離D，D的值根據(jù)預(yù)設(shè)探測精度確定，長方體箱體靠近方位探測光敏傳感器的正方形底面固定于云臺工作面上； 所述控制電路與云臺控制電機相連接，包括比較器和驅(qū)動電路，比較器用于比較方位探測光敏傳感器的信號強度并輸出控制信號至驅(qū)動電路，驅(qū)動電路根據(jù)控制信號輸出驅(qū)動信號驅(qū)動控制電機控制云臺旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云臺的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述長方體箱體表面為黑色。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于云臺的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述方位探測組件還包括與方位探測光敏傳感器數(shù)量相同的采樣電阻，所述采樣電阻分別與方位探測光敏傳感器串聯(lián)，用于將方位探測光敏傳感器探測光強對應(yīng)的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸送至比較器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3之任一項權(quán)利要求所述的基于云臺的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述跟蹤裝置還包括光強探測組件，所述光強探測組件包括光強探測光敏傳感器、電壓比較器和開關(guān)單元，所述光強探測光敏傳感器安裝于長方體箱體遠離方位探測光敏傳感器的正方形底面中央，所述光強探測光敏傳感器與電壓比較器的輸入端相連接，電壓比較器的另一輸入端輸入閾值電壓，所述開關(guān)單元包括控制端和開關(guān)端，所述開關(guān)端串聯(lián)于方位探測組件的電源輸入回路中，所述電壓比較器的輸出端與開關(guān)單元的控制端相連接，用于控制方位探測組件的電源通斷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于云臺的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述光強探測光敏傳感器與一米樣電阻串聯(lián)，所述米樣電阻的輸出端連接于電壓比較器的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于云臺的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述光強探測組件還包括可調(diào)電壓組件，所述可調(diào)電壓組件輸出端電壓可調(diào)，并作為閾值電壓輸出至電壓比較器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3之任一項權(quán)利要求所述的基于云臺的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述云臺為301云臺。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于云臺的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述云臺為301云臺。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于云臺的太陽跟蹤裝置，其特征在于，所述控制電路安裝于云臺工作面的背面與方位探測組件相對的位置處。
【文檔編號】G05D3/12GK203520168SQ201320529347
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】王卓然, 袁國慧, 王維, 高亮 申請人:成都譜視科技有限公司