[發明專利]一種太陽自動跟蹤裝置

有效

• 申請號: 201210224740.4
• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN102778896A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 周濤;肖凱;何祥宇;王希娟;陳軍;陳群;姜一達
• 申請（專利權）人: 洛陽師范學院
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 李宗虎

技術領域

本發明涉及定位及自動跟蹤技術領域，具體涉及一種實時準確跟蹤太陽，用于太陽能的高效采集和利用的自動跟蹤裝置。

背景技術

太陽能是一種清潔無污染的能源，太陽能發電已成為全球解決能源危機的重要途徑。目前國內大中型光伏發電站的電池板陣列基本為固定式，由于太陽能的能量密度低、隨機性大，太陽的光照方向和強度隨時間不斷變化，并且受自然條件的影響，所以不能充分利用太陽輻射能量。要想在太陽能光伏陣列的單位面積上獲得最大的輻照量，提高太陽能的利用率，就必須使用太陽定位及自動跟蹤技術。

如授權公告號CN2472151Y，公開日為2002.1.16?，名稱為“太陽輻射跟蹤控制裝置”的專利文獻中提出了一種用金字塔型光電傳感器接收太陽光，當太陽光不垂直于金字塔型光電傳感器的中心時，就會造成四個光電板的輸出電壓不相等，只要對四個光電板輸出的電壓進行比較，就可以計算出當前的太陽方位，進而控制步進電機驅動跟蹤裝置跟蹤太陽；其優點是精度高，缺點是結構復雜，跟蹤范圍小，成本高，只適合于科研領域；原因在于其為了追求跟蹤精度，采用了電熱絲、溫度傳感器、光輻射探測器、四象限探測器、定位傳感器等多個模塊。

再如授權公告號CN2562135Y?，公開日為2003.7.23，名稱為“微功耗定時太陽跟蹤裝置”的專利文獻中提出了一種利用太陽方位角每小時15°的規律，驅動太陽面板方位角同步轉動，從9點至18點進行單軸跟蹤；其優點是結構簡單，缺點是跟蹤誤差大，從而造成其太陽能的利用率低；原因在于其沒有跟蹤太陽的高度角，不能實現太陽的雙軸跟蹤，并且沒有區分晝夜的功能。

另外，國內生產的太陽跟蹤系統產品由于各個傳動組件設置不合理以及控制系統不完善等，使得整個系統存在傳動效率低、承載能力小、電機壽命短、跟蹤精度低（5°左右）、能耗高和工程實用性差等不足。

發明內容

為了克服目前太陽跟蹤系統存在的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種實現方位、俯仰二維同步準確地跟蹤太陽的太陽自動跟蹤裝置，其跟蹤太陽的精度小于0.1??，且能耗僅為所驅動光伏陣列發電量的0.5%，并具有壽命長、保護功能完善等特點。

本發明創造為解決其技術問題，通過下述技術方案予以實現：一種太陽自動跟蹤裝置，包括太陽能光伏陣列、與太陽能光伏陣列連接并調節太陽能光伏陣列位置的調節裝置、支撐調節裝置的立柱及控制系統，所述的調節裝置由俯仰角調節組件和方位角調節組件組成，太陽能光伏陣列通過支撐架與俯仰角調節組件相連接，俯仰角調節組件通過立軸與方位角調節組件相連，方位角調節組件設置在立柱上，控制系統對調節裝置進行閉環控制；

所述方位角調節組件主要由方位電機、方位減速器、蝸桿、蝸輪、立軸組成，方位電機的動力輸出軸與方位減速器的輸入軸連接，方位減速器的輸出軸通過膜片聯軸器與蝸桿連接，蝸桿與蝸輪嚙合連接，蝸輪通過鍵與立軸配合連接，實現立軸的方位旋轉運動；

所述方位角調節組件的立軸上還設有用以檢測太陽能光伏陣列實際位置信息的方位角圓磁柵和方位角圓磁柵讀頭；

俯仰角調節組件固定設置在立軸上，所述俯仰角調節組件主要由俯仰電機、聯軸器、弧齒錐齒輪副、動力傳遞軸和支撐架組成，俯仰電機的動力輸出軸通過聯軸器與弧齒錐齒輪副的主動輪的一端連接，弧齒錐齒輪副的從動輪通過鍵與動力傳遞軸連接，支撐架固定在動力傳遞軸的兩端，實現支撐架的俯仰旋轉運動，在支撐架安裝有太陽能光伏陣列；

所述俯仰角調節組件的動力傳遞軸上還安裝有用以檢測太陽能光伏陣列實際位置信息的俯仰角光電編碼器；

所述控制系統主要由數據處理器、時間獲取與校準模塊、信息反饋模塊、運動控制模塊和D/A轉換模塊組成；

所述時間獲取與校準模塊由時鐘芯片和GPS模塊組成，其時鐘芯片用于將一天中太陽不同位置的時間信息發送至數據處理器；GPS模塊用于定期對時鐘芯片進行高精度校準；

所述信息反饋模塊由俯仰角光電編碼器和方位角圓磁柵讀頭構成，用以獲取跟蹤太陽能光伏陣列實際的方位角和俯仰角并將此信息發送至數據處理器，與計算出的太陽角度位置信息比較得到跟蹤誤差，實現系統的閉環控制；

所述運動控制模塊由俯仰電機驅動電路、俯仰限位開關、方位電機驅動電路和方位限位開關組成，俯仰電機驅動電路和方位電機驅動電路輸出三相定子繞組電壓，以驅動俯仰電機和方位電機進行旋轉，俯仰限位開關和方位限位開關用于對太陽能光伏陣列轉動的方位角和俯仰角極限位置進行限位；