[发明专利]一种太阳自动跟踪装置

摘要

一种太阳自动跟踪装置，涉及一种实时准确跟踪太阳，用于太阳能的高效采集和利用的装置，包括太阳能光伏阵列、与太阳能光伏阵列连接并调节太阳能光伏阵列位置的调节装置、支撑调节装置的立柱及控制系统，所述的调节装置由俯仰角调节组件和方位角调节组件组成，太阳能光伏阵列通过支撑架与俯仰角调节组件相连接，俯仰角调节组件通过立轴与方位角调节组件相连，方位角调节组件设置在立柱上，控制系统对调节装置进行闭环控制；该装置跟踪太阳的精度小于0.1 ，且能耗仅为所驱动光伏阵列发电量的0.5%，具有寿命长、保护功能完善等特点。

主权项

一种太阳自动跟踪装置，包括太阳能光伏阵列（1）、与太阳能光伏阵列连接并调节太阳能光伏阵列位置的调节装置、支撑调节装置的立柱（5）及控制系统，其特征在于：所述的调节装置由俯仰角调节组件和方位角调节组件组成，太阳能光伏阵列（1）通过支撑架（2）与俯仰角调节组件相连接，俯仰角调节组件通过立轴（7）与方位角调节组件相连，方位角调节组件设置在立柱（5）上，控制系统对调节装置进行闭环控制；所述方位角调节组件主要由方位电机（4）、方位减速器（59）、蜗杆（42）、蜗轮（18）、立轴（7）组成，方位电机（4）的动力输出轴与方位减速器（59）的输入轴连接，方位减速器（59）的输出轴通过膜片联轴器与蜗杆（42）连接，蜗杆（42）与蜗轮（18）啮合连接，蜗轮（18）通过键与立轴（7）配合连接，实现立轴（7）的方位旋转运动；所述方位角调节组件的立轴（7）上还设有用以检测太阳能光伏阵列实际位置信息的方位角圆磁栅（27）和方位角圆磁栅读头（28）；俯仰角调节组件固定设置在立轴（7）上，所述俯仰角调节组件主要由俯仰电机（9）、联轴器、弧齿锥齿轮副、动力传递轴（39）和支撑架（2）组成，俯仰电机（9）的动力输出轴通过联轴器与弧齿锥齿轮副的主动轮（12）的一端连接，弧齿锥齿轮副的从动轮（36）通过键与动力传递轴（39）连接，支撑架（2）固定在动力传递轴（39）的两端，实现支撑架的俯仰旋转运动，在支撑架（2）安装有太阳能光伏阵列（1）；所述俯仰角调节组件的动力传递轴（39）上还安装有用以检测太阳能光伏阵列实际位置信息的俯仰角光电编码器（33）；所述控制系统主要由数据处理器（53）、时间获取与校准模块、信息反馈模块、运动控制模块和D/A转换模块组成；所述时间获取与校准模块由时钟芯片（50）和GPS模块（49）组成，其时钟芯片（50）用于将一天中太阳不同位置的时间信息发送至数据处理器（53）； GPS模块（49）用于定期对时钟芯片（50）进行高精度校准；所述信息反馈模块由俯仰角光电编码器（33）和方位角圆磁栅读头（28）构成，用以获取跟踪太阳能光伏阵列实际的方位角和俯仰角并将此信息发送至数据处理器，与计算出的太阳角度位置信息比较得到跟踪误差，实现系统的闭环控制；所述运动控制模块由俯仰电机驱动电路（56）、俯仰限位开关（8）、方位电机驱动电路（57）和方位限位开关（26）组成，俯仰电机驱动电路（56）和方位电机驱动电路（57）对电机的控制信号进行放大，以驱动俯仰电机（9）和方位电机（4）进行旋转，俯仰限位开关（8）和方位限位开关（26）用于对太阳能光伏板转动的方位角和俯仰角极限位置进行限位；所述数据处理器（53）利用时钟芯片（50）准确计算出的一年中某天的时间信息，根据当地的经纬度数据和太阳周期运动的规律方程，计算出某天不同时刻时太阳的方位角和俯仰角，由此确定太阳能光伏阵列对应的方位角和俯仰角，分别作为伺服系统方位角和俯仰角输入指令信号；所述俯仰角光电编码器（33）测量出光伏阵列的实际俯仰角，作为俯仰角反馈信号送入数据处理器（53）；数据处理器（53）根据俯仰角输入指令信号和俯仰角反馈信号的偏差等状态，利用自适应控制算法，计算出俯仰电机（9）转速数字控制信号的大小后，通过D/A转换模块Ⅰ（54）将转速数字控制信号转化为转速模拟控制信号，同时数据处理器发出俯仰电机旋转方向信号；俯仰电机驱动电路（56）根据接收到的转速模拟控制信号和方向信号，输出相应的三相定子绕组方波电压控制俯仰电机（9）以一定的速度旋转，通过俯仰电机（9）带动太阳能光伏阵列（1）动作，实现太阳能光伏阵列在俯仰方向的旋转来实时调整俯仰角，直到俯仰角输入指令信号和俯仰角反馈信号的偏差为零，太阳能光伏阵列停止旋转，从而实现对太阳俯仰角实时的高精度跟踪；所述方位角圆磁栅读头（28）测量出太阳能光伏阵列的实际方位角，作为方位角反馈信号送入数据处理器（53）；所述数据处理器根据方位角输入指令信号和方位角反馈信号的偏差等状态，计算出方位电机（4）转速数字控制信号的大小后，由D/A转换模块Ⅱ（55）将转速数字控制信号转化为转速模拟控制信号，同时数据处理器发出方位电机旋转方向信号；方位电机驱动电路（57）根据接收到的转速模拟控制信号和方向信号，输出相应的三相定子绕组方波电压控制方位电机（4）以一定的速度旋转，通过方位电机（4）带动太阳能光伏阵列绕立轴（7）旋转，实现太阳能光伏阵列在方位方向的旋转来实时调整方位角，直到方位角输入指令信号和方位角反馈信号的偏差为零，太阳能光伏阵列停止旋转，从而实现对太阳方位角实时的高精度跟踪。