[發明專利]全自動太陽跟蹤裝置

在審

• 申請號: 201710156835.X
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106843291A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 張燕
• 申請（專利權）人: 長春晟博光學技術開發有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 李青

技術領域

本發明涉及太陽能技術領域，具體涉及一種全自動太陽跟蹤裝置。

背景技術

太陽跟蹤器主要應用于太陽觀測、太陽直射輻射測量、天空觀測等領域，可攜帶太陽觀測儀器、直射輻射計、天空相機等負載自動對準太陽，方便對太陽相關參數進行觀測和測量。太陽跟蹤器廣泛應用于測量太陽直射輻射的氣象臺站網絡中。

現有太陽跟蹤器主要有單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種方式，其中：單軸跟蹤需要定期對跟蹤器的俯仰角度進行調整，需有專人進行維護，使用不方便；雙軸跟蹤可實現對太陽的全自動跟蹤，不需專人維護，目前正逐漸替代單軸跟蹤方式。根據控制方式的差異，雙軸跟蹤的全自動太陽跟蹤器也有兩種類型：一類是采用光電控制方式，太陽跟蹤器通過其上面安裝的光電傳感器反饋太陽位置信號，實現跟蹤太陽，缺點是太陽跟蹤器的運行受天氣條件的制約，當天氣狀況不良時，跟蹤精度相對較低，甚至無法跟蹤太陽。另一類是采用程序控制跟蹤方式。系統需根據天文公式計算太陽的高度角和方位角,再驅動轉動機構到相應的角度，但對機械加工及安裝要求較高，系統易存在累積誤差，導致跟蹤精度下降。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種全自動太陽跟蹤裝置，其機械結構采用雙軸跟蹤方式，控制系統采用開環和閉環相結合的控制方式，實現了較高的跟蹤精度，能在較復雜的氣象條件下工作；控制電路采用嵌入式設計，可直接在面板上進行操作，無需外接計算機；配備儀器安裝平臺，能夠搭載多種太陽觀測及測量儀器。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：

全自動太陽跟蹤裝置，其特征在于，該裝置包括：全自動太陽跟蹤器和三腳架；所述全自動太陽跟蹤器包括：左側肋板安裝組件、右側肋板安裝組件、轉臺、太陽位置傳感器和遮光組件；所述左側肋板安裝組件和右側肋板安裝組件與轉臺的俯仰軸相連；遮光組件分別與轉臺、左側肋板安裝組件和右側肋板安裝組件連接；

所述轉臺包括：頂部平板和雙軸驅動云臺；所述頂部平板設置在雙軸驅動云臺上方，保持水平狀態；雙軸驅動云臺內部設置方位軸和俯仰軸，并安裝有步進電機、蝸輪蝸桿和控制電路板；控制電路板包括電源模塊、單片機、電機驅動芯片和GPS模塊；其中；電源模塊為控制電路板供電，GPS模塊用于獲取當前位置和時間信息，單片機處理GPS模塊獲取的信息和太陽位置傳感器傳送的信號，計算太陽位置，并通過電機驅動芯片驅動控制步進電機運轉，步進電機通過蝸輪蝸桿傳動機構驅動方位軸和俯仰軸轉動，指向太陽；

所述左側肋板安裝組件包括：左側連接法蘭、左側太陽直射輻射計安裝調整架、左側直表安裝架、左側肋板；左側肋板一側通過左側連接法蘭與俯仰軸連接，另一側安裝太陽直射輻射計安裝調整架和左側直表安裝架；

所述右側肋板安裝組件包括：右側連接法蘭、右側肋板和右側直表安裝架；右側肋板一側通過右側連接法蘭與俯仰軸連接，另一側上設置右側直表安裝板；

所述遮光組件包括四連桿遮光架和遮光球；所述四連桿遮光架分別與左側肋板、右側肋板和云臺下部支撐架連接；遮光球設置在四連桿遮光架上；左側肋板和右側肋板隨俯仰軸轉動時，帶動四連桿遮光架進行俯仰運動，同時帶動遮光球一起運動；在跟蹤器跟蹤太陽時，實時遮擋一束太陽直射光，用于對水平面太陽散射輻射的測量；

全自動太陽跟蹤裝置采用開環和閉環相結合的控制方式，開環控制方式是指采用程序跟蹤的方法，通過GPS模塊采集的當前地理位置和時間數據，單片機根據天文算法計算太陽的方位角和俯仰角，驅動控制全自動太陽跟蹤器指向太陽，實現對太陽的跟蹤；閉環控制是指采用太陽位置傳感器實時反饋對太陽的跟蹤情況，當出現偏離時，太陽位置傳感器會探測到偏離值，并實時反饋給控制電路板，驅動太陽跟蹤裝置指向太陽；在太陽直射輻射值大于200W/m²時，單片機控制太陽跟蹤裝置自動啟動閉環控制；當太陽直射輻射值小于200W/m²時，單片機控制太陽跟蹤裝置自動切換至開環跟蹤。