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专利名称：一种太阳能追踪控制系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210784460.2

专利申请（专利权）人：景德镇陶瓷大学
权利人地址：江西省景德镇市浮梁县湘湖镇景德镇陶瓷大学

专利发明（设计）人：孙健,姜楠,王艳香,樊斌,李杰,张任平

专利摘要：本发明公开了一种太阳能追踪控制系统，包括，通过承重杆设置在支撑面上的圆形轨道、安装在圆形轨道上的轴承轮、通过固定底座固定设置在圆形轨道中心点处的支撑面上的保护外壳、通过固定螺丝固定设置在保护外壳上表面的高度角舵机、连接设置在固定卡钳上的方位角舵机、一端与旋转圆饼固定连接的支撑杆、设置在支撑杆上的太阳能放置板和设置在太阳能电池放置板的右下角处的雨滴传感器，支撑杆另一端与轴承轮转动连接，太阳能电池放置板四个边的中点处分别设有一个不透光平面板，每个不透光平面板外侧面设有一个光敏电阻传感器。总之，本发明具有结构新颖、操作简单、安全高效等优点。

主权利要求：
1.一种太阳能追踪控制系统，其特征在于，包括：
圆形轨道（11），通过承重杆（12）设置在水平支撑面上；
轴承轮（7），能够沿所述圆形轨道（11）的上表面进行圆周转动；
保护外壳（16），通过固定底座（17）固定设置在所述圆形轨道（11）中心点处的水平支撑面上，所述保护外壳（16）内设有相互连接的控制电路板（14）、驱动拓展电路板（15）和第一无线射频芯片（13a）；
高度角舵机（8b），通过固定螺丝（10）固定设置在所述保护外壳（16）上表面，所述高度角舵机（8b）上端输出轴上连接设有固定卡钳（9），所述驱动拓展电路板（15）能够驱动高度角舵机（8b）转动，从而带动所述固定卡钳（9）转动；
方位角舵机（8a），连接设置在所述固定卡钳（9）上，所述方位角舵机（8a）的水平输出轴上连接设有旋转圆饼（4），所述驱动拓展电路板（15）能够驱动方位角舵机（8a）转动，从而带动所述旋转圆饼（4）转动；
支撑杆（5），一端与所述旋转圆饼（4）固定连接，另一端与所述轴承轮（7）转动连接；
太阳能放置板（3），设置在所述支撑杆（5）上，所述太阳能放置板（3）四个边的中点处分别设有一个不透光平面板（2），每个所述不透光平面板（2）外侧面设有一个光敏电阻传感器（1），所述光敏电阻传感器（1）能够向所述控制电路板（14）发送光敏变化信号；
雨滴传感器（6），设置在所述太阳能放置板（3）的右下角处，所述控制电路板（14）能够根据所述雨滴传感器（6）的监测信号控制太阳能追踪控制系统整体的启停。
2.如权利要求1所述的一种太阳能追踪控制系统，其特征在于，还包括上位机（18），所述上位机（18）通过第二无线射频芯片（13b）和第一无线射频芯片（13a）与所述控制电路板（14）无线连接。
3.如权利要求2所述的一种太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述第一无线射频芯片（13a）和第二无线射频芯片（13b）之间互相作为接收端与发射端，信号以数据包的形式作为媒介相互通信，实现上位机（18）远程无线控制太阳能放置板（3）对日角度的功能。
4.如权利要求2所述的一种太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述雨滴传感器（6）以单总线串行接口连接到所述控制电路板（14）的模拟输入引脚上。
5.如权利要求1所述的一种太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述不透光平面板（2）材质为黑色硬质塑料，尺寸形状为2cm*5cm的矩形。
6.如权利要求1所述的一种太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述光敏电阻传感器（1）的接口端与所述不透光平面板（2）连接太阳能放置板（3）的一边对齐，光敏电阻传感器（1）的接口端采用四个单总线串行接口连接在所述控制电路板（14）的模拟输入引脚。
7.如权利要求1所述的一种太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述支撑杆（5）为锥形，支撑杆（5）较粗一端与所述旋转圆饼（4）连接，支撑杆（5）较细一端穿入所述轴承轮（7）的内轴承孔中。
8.如权利要求1所述的一种太阳能追踪控制系统，其特征在于，所述轴承轮（7）包括相互嵌套的外轴承和内轴承，所述外轴承外圈直径为2cm，所述内轴承外圈为1cm，所述外轴承和内轴承的内外圈均能够360°转动。
9.如权利要求2所述的一种太阳能追踪控制系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）光电追踪模式：当太阳光照射到不透光平面板（2）的光敏电阻传感器（1），光敏电阻传感器（1）进行太阳信号采集并且检测，当太阳光出现偏移，照射到不透光平面板（2）上的太阳光就有偏差，不透光平面板（2）反射的影子能迅速遮蔽光敏电阻传感器（1），光敏电阻传感器（1）发送差异信号给控制电路板（14），控制电路板（14）将信号处理后，通过驱动拓展电路板（15）驱动高度角舵机（8b）和方位角舵机（8a）工作，带动支撑杆（5）进行转动，轴承轮（7）在支撑杆（5）的带动下在圆形轨道（11）上转动，从而使太阳能放置板（3）始终能接收到最佳入射角的太阳光，实现光电追踪；
2）太阳轨迹跟踪模式：上位机（18）系统提供一个真太阳时，根据赤纬、时角、太阳高度角方位角和高度角公式计算此时太阳的高度角与方位角，计算完成后，控制电路板（14）通过驱动拓展电路板（15）控制高度角舵机（8b）和方位角舵机（8a）工作，带动支撑杆（5）进行转动，轴承轮（7）在支撑杆（5）的带动下在圆形轨道（11）上转动，从而使太阳能放置板（3）始终能接收到最佳入射角的太阳光，进行太阳轨迹跟踪；
3）雨水天气模式：雨滴传感器（6）检测当前环境湿度，将信号传输给控制电路板（14），控制电路板（14）将信号通过第一无线射频芯片（13a）和第二无线射频芯片（13b）传输给上位机（18），上位机（18）即可显示湿度警报，系统停止工作，若天气转晴，系统恢复工作。 说明书 : 一种太阳能追踪控制系统技术领域[0001] 本发明属于太阳能发电技术领域，特别涉及一种太阳能追踪控制系统。背景技术[0002] 21世纪内太阳能将成为全球主要能源之一，是最原始的能源，地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自太阳能。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳能太阳能具有资源充足、长寿，分布广泛、安全、清洁，技术可靠等优点。由于太阳能可以转换成多种其他形式的能量，因此应用范围非常广泛，在热利用方面有太阳能温室、物品干燥和太阳灶、太阳能热水器等。经过多年的开发，太阳能发电也得到了长足的发展。[0003] 但是阳光照强度存在不稳定、间歇性和受天气状况影响等问题，这为太阳能利用技术提出更高的要求。资料显示，使用太阳能自动追踪系统相比固定设计收集率与利用率要高出30％左右，所以，能够自动追踪太阳角度的太阳能追踪控制系统对于太阳能发电领域来说是一个重大的突破，能够提高太阳能电池的有效光照时间及入射光强度，从而进一步提高电池的输出功率。[0004] 太阳能追踪方式主要有两种一种是光线实时探测被动式跟踪；另一种是根据计算太阳地理位置进行的主动式跟踪。目前市面上存在的追踪装置大部分采用其中的一种追踪方式，且存在追踪灵敏度与识别精度低，同时不能实现远程控制等问题。发明内容[0005] 针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种太阳能追踪控制系统，有光电追踪模式和太阳轨迹追踪模式两种追踪模式，既可以自动运行也可以根据实际情况进行人工操控，为了提高光电模式追踪精度设计了一种感光板，另外为了使系统可以识别雨水天气，用以保护系统和减少能耗，设置了雨滴传感器，在雨天自动停止系统工作，转为晴天后系统恢复工作，为了方便对系统的操作可实现远程控制。[0006] 本发明的技术方案是：一种太阳能追踪控制系统，包括：[0007] 圆形轨道，通过承重杆设置在水平支撑面上；[0008] 轴承轮，转动设置在所述圆形轨道上；[0009] 保护外壳，通过固定底座固定设置在所述圆形轨道中心点处的水平支撑面上，所述保护外壳内设有相互连接的控制电路板、驱动拓展电路板和第一无线射频芯片；[0010] 高度角舵机，通过固定螺丝固定设置在所述保护外壳上表面，所述高度角舵机上端输出轴上连接设有固定卡钳，所述驱动拓展电路板能够驱动高度角舵机转动，从而带动所述固定卡钳转动；[0011] 方位角舵机，连接设置在所述固定卡钳上，所述方位角舵机的水平输出轴上连接设有旋转圆饼，所述驱动拓展电路板能够驱动方位角舵机转动，从而带动所述旋转圆饼转动；支撑杆，一端与所述旋转圆饼固定连接，另一端与所述轴承轮转动连接；[0012] 太阳能放置板，设置在所述支撑杆上，所述太阳能电池放置板四个边的中点处分别设有一个不透光平面板，每个所述不透光平面板外侧面设有一个光敏电阻传感器，所述光敏电阻传感器与所述控制电路板电性连接；[0013] 雨滴传感器，设置在所述太阳能电池放置板的右下角处，并与所述控制电路板电性连接。[0014] 进一步地，还包括上位机，所述上位机通过第二无线射频芯片和第一无线射频芯片与所述控制电路板无线连接。[0015] 进一步地，所述第一无线射频芯片和第二无线射频芯片之间互相作为接收端与发射端，信号以数据包的形式作为媒介相互通信，实现上位机远程无线控制太阳能放置板对日角度的功能。[0016] 进一步地，所述雨滴传感器以单总线串行接口连接到所述控制电路板的模拟输入引脚上。[0017] 进一步地，所述不透光平面板材质为黑色硬质塑料，尺寸形状为2cm*5cm的矩形。[0018] 进一步地，所述光敏电阻传感器的接口端与所述不透光平面板连接太阳能放置板的一边对齐，光敏电阻传感器的接口端采用四个单总线串行接口连接在所述控制电路板的模拟输入引脚。[0019] 进一步地，所述支撑杆为锥形，支撑杆较粗一端与所述旋转圆饼连接，支撑杆较细一端穿入所述轴承轮的内轴承孔中。[0020] 进一步地，所述轴承轮包括相互嵌套的外轴承和内轴承，所述外轴承外圈直径为2cm，所述内轴承外圈为1cm，所述外轴承和内轴承的内外圈均能够360°转动。[0021] 上述一种太阳能追踪控制系统的工作方法，包括以下步骤：[0022] 1)光电追踪模式：当太阳光照射到不透光平面板的光敏电阻传感器，光敏电阻传感器进行太阳信号采集并且检测，当太阳光出现偏移，照射到不透光平面板上的太阳光就有偏差，不透光平面板反射的影子能迅速遮蔽光敏电阻传感器，光敏电阻传感器发送差异信号给控制电路板，控制电路板将信号处理后，通过驱动拓展电路板驱动高度角舵机和方位角舵机工作，带动支撑杆进行转动，轴承轮在支撑杆的带动下在圆形轨道上转动，从而使太阳能放置板始终能接收到最佳入射角的太阳光，实现光电追踪；[0023] 2)太阳轨迹跟踪模式：上位机系统提供一个真太阳时，根据赤纬、时角、太阳高度角方位角和高度角公式计算此时太阳的高度角与方位角，计算完成后，控制电路板通过驱动拓展电路板控制高度角舵机和方位角舵机工作，带动支撑杆进行转动，轴承轮在支撑杆的带动下在圆形轨道上转动，从而使太阳能放置板始终能接收到最佳入射角的太阳光，进行太阳轨迹跟踪；[0024] 3)雨水天气模式：雨滴传感器检测当前环境湿度，将信号传输给控制电路板，控制电路板将信号通过第一无线射频芯片和第二无线射频芯片传输给上位机，上位机即可显示湿度警报，系统停止工作，若天气转晴，系统恢复工作。[0025] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：[0026] 本发明采用的感光板，感光板感光速度更加敏捷，每块感光板都将直射在不透光平面板边缘的太阳光分割分成两部分，每一部分都由一个光敏电阻传感器进行检测，各司其职，精准定位，只要太阳光有丝毫偏离，光敏电阻传感器就可以检测到，从而将差异信号发送给控制器，进而控制舵机带动太阳能电池放置板偏移，使其始终保持最佳太阳入射角，感光板的设计为追日提供了新的思路；[0027] 本发明的称重结构由承重杆、圆形轨道、支撑杆、轴承轮组成，这一套装置解决了太阳能放置板追踪光源时移动问题的同时，可以大大增加太阳能放置板的承重量，同时分散了太阳能电池放置板移动所做的功，降低舵机运行负担，减少系统能源损耗；[0028] 本发明可以进行远程无线控制，符合当前时代潮流，用户不用受到地理环境、距离的限制，任意地方都可安装此系统；[0029] 本发明新增加雨水检测功能，当遇到雨水天气，系统将会发出警报并显示在上位机显示，以用来停复机，以此保护系统。附图说明[0030] 图1为本发明的整体结构示意图；[0031] 图2为本发明的不透光平面板结构示意图；[0032] 图3为本发明的工作模拟示意图；[0033] 图4为本发明的系统总体控制框图；[0034] 其中、1?光敏电阻传感器、2?不透光平面板、3?太阳能电池放置板、4?旋转圆饼、5?支撑杆、6?雨滴传感器、7?轴承轮、8b?高度角舵机、8a?方位角舵机、9?固定卡钳、10?固定螺丝、11?圆形轨道、12?承重杆、13a?第一无线射频芯片、13b?第二无线射频芯片、14?控制电路板、15?驱动拓展电路板、16?保护外壳、17?固定底座、18?上位机。具体实施方式[0035] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。[0036] 实施例：如图1所示，一种太阳能追踪控制系统，包括圆形轨道11、轴承轮7、保护外壳16、高度角舵机8b、方位角舵机8a、支撑杆5、太阳能放置板3、雨滴传感器6和上位机18。其中，[0037] 圆形轨道11通过承重杆12设置在水平支撑面上；[0038] 轴承轮7转动设置在圆形轨道11上，轴承轮7包括相互嵌套的外轴承和内轴承，外轴承外圈直径为2cm，内轴承外圈为1cm，外轴承和内轴承的内外圈均能够360°转动；[0039] 保护外壳16通过固定底座17固定设置在圆形轨道11中心点处的水平支撑面上，保护外壳16内设有相互连接的控制电路板14、驱动拓展电路板15和第一无线射频芯片13a；[0040] 高度角舵机8b，通过固定螺丝10固定设置在保护外壳16上表面，高度角舵机8b上端输出轴上连接设有固定卡钳9，驱动拓展电路板15能够驱动高度角舵机8b转动，从而带动固定卡钳9转动；[0041] 方位角舵机8a，连接设置在固定卡钳9上，方位角舵机8a的水平输出轴上连接设有旋转圆饼4，驱动拓展电路板15能够驱动方位角舵机8a转动，从而带动旋转圆饼4转动；[0042] 支撑杆5一端与旋转圆饼4固定连接，另一端与轴承轮7转动连接，支撑杆5为锥形，支撑杆5较粗一端与旋转圆饼4连接，支撑杆5较细一端穿入轴承轮7的内轴承孔中；[0043] 太阳能放置板3设置在支撑杆5上，太阳能电池放置板3四个边的中点处分别设有一个不透光平面板2，不透光平面板2材质为黑色硬质塑料，尺寸形状为2cm*5cm的矩形，每个不透光平面板2外侧面设有一个光敏电阻传感器1，光敏电阻传感器1均与控制电路板14电性连接，光敏电阻传感器1的接口端与不透光平面板2连接太阳能放置板3的一边对齐，光敏电阻传感器1的接口端采用四个单总线串行接口连接在控制电路板14的模拟输入引脚；[0044] 雨滴传感器6设置在太阳能电池放置板3的右下角处，并与控制电路板14电性连接，雨滴传感器6以单总线串行接口连接到控制电路板14的模拟输入引脚上；[0045] 上位机18通过第二无线射频芯片13b和第一无线射频芯片13a与控制电路板14无线连接，第一无线射频芯片13a和第二无线射频芯片13b之间互相作为接收端与发射端，信号以数据包的形式作为媒介相互通信，实现上位机18远程无线控制太阳能放置板3对日角度的功能。[0046] 上述实施例的工作方法，包括以下步骤：[0047] 1)光电追踪模式：当太阳光照射到不透光平面板2的光敏电阻传感器1，光敏电阻传感器1进行太阳信号采集并且检测，当太阳光出现偏移，照射到不透光平面板2上的太阳光就有偏差，不透光平面板2反射的影子能迅速遮蔽光敏电阻传感器1，光敏电阻传感器1发送差异信号给控制电路板14，控制电路板14将信号处理后，通过驱动拓展电路板15驱动高度角舵机8b和方位角舵机8a工作，带动支撑杆5进行转动，轴承轮7在支撑杆5的带动下在圆形轨道11上转动，从而使太阳能放置板3始终能接收到最佳入射角的太阳光，实现光电追踪；[0048] 2)太阳轨迹跟踪模式：上位机18系统提供一个真太阳时，根据赤纬、时角、太阳高度角方位角和高度角公式计算此时太阳的高度角与方位角，计算完成后，控制电路板14通过驱动拓展电路板15控制高度角舵机8b和方位角舵机8a工作，带动支撑杆5进行转动，轴承轮7在支撑杆5的带动下在圆形轨道11上转动，从而使太阳能放置板3始终能接收到最佳入射角的太阳光，进行太阳轨迹跟踪；[0049] 3)雨水天气模式：雨滴传感器6检测当前环境湿度，将信号传输给控制电路板14，控制电路板14将信号通过第一无线射频芯片13a和第二无线射频芯片13b传输给上位机18，上位机18即可显示湿度警报，系统停止工作，若天气转晴，系统恢复工作。[0050] 上述电子元件的具体型号未作特殊指定，均可以选用市售的普通产品，只要能够满足本发明的使用需求即可。[0051] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：江西

专利申请日期：2022-07-05

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN115061504B