太阳跟踪系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳跟踪系统及方法，太阳跟踪系统包括传感器单元、控制器单元、驱动器单元、机械单元。传感器单元固定在双自由度受光板上，双自由度受光板为机械单元的一个组件。太阳跟踪系统通过传感器单元感测太阳光入射偏角，将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元驱动机械单元，调整双自由度受光板及传感器单元正对太阳。太阳跟踪方法包括对阳光入射角大角度偏差进行粗调跟踪和对阳光入射角小角度偏差精调跟踪。所述精调跟踪，应用透镜系统汇聚高光强光束，通过平面镜反射形成光杠杆，实现阳光入射角小角度偏差时传感器单元中接收的高光强光束大位移偏移，提升传感器灵敏度，实现精调跟踪。

Sun tracking system and method

The invention discloses a sun tracking system and method. The sun tracking system comprises a sensor unit, a controller unit, a driver unit and a mechanical unit. The sensor unit is fixed on a two-degree-of-freedom light receiving plate, and the two-degree-of-freedom light receiving plate is a component of the mechanical unit. The sun tracking system senses the incidence angle of sunlight through sensor unit, converts the light intensity signal into voltage signal input controller unit, controller unit controls driver unit, driver unit drives mechanical unit, adjusts the two-degree-of-freedom receiving plate and sensor unit to face the sun. Solar tracking methods include coarse-tuning tracking of large angle deviation of sunlight incidence angle and fine-tuning tracking of small angle deviation of sunlight incidence angle. The fine-tuning tracking uses the lens system to gather the high-intensity beams, and forms the light lever through the reflection of the plane mirror. The high-intensity beams received in the sensor unit are shifted greatly when the incidence angle of sunlight is small, and the sensitivity of the sensor is improved, and the fine-tuning tracking is realized.

【技术实现步骤摘要】
太阳跟踪系统及方法
本专利技术属于太阳跟踪技术及太阳能应用领域，具体涉及一种太阳方位实时跟踪的应用系统及太阳方位实时跟踪的方法。
技术介绍
太阳能是一种绿色能源，为了能高效应用、转化太阳能能源，大多太阳能应用装置(包括但不局限于太阳能集热器、太阳能发电装置，下同)需要实时接收最大的太阳光入射光强，以此保证实时接收最大光能，这就需要对太阳能应用装置实施太阳跟踪和控制。实施太阳能应用装置对太阳跟踪和控制的方法，目前主要有太阳轨迹计算法，GPS定位法以及光电感应法。其中太阳轨迹计算法，主要是有应用天文知识计算太阳轨迹，将太阳轨迹输入太阳跟踪系统的程序系统，太阳跟踪系统通过程序控制进行系统调节跟踪，其不足是，天文计算过程比较复杂，不同地理位置安装太阳跟踪系统应用天文计算存在计算误差，尤其对于太阳跟踪精准性要求较高的系统，很难保证其跟踪的实时精准性。GPS定位法，需要跟踪系统的程序读取GPS电路信号，获得当地经度、纬度和日期时刻等信息，依次计算太阳位置进行跟踪，该法存在定位及计算的误差，对于太阳跟踪精准要求的太阳能应用装置很难满足，同时对于山区等特殊地理位置，GPS信号较难覆盖，很难在特殊地理位置应用。光电感应法主要应用感光元件感测太阳光入射光强因太阳光入射角的变化而引起的差异进行测量比对，从而驱动跟踪系统进行调整校对，以消除入射光强的差异，或者追求感测最大光强为跟踪校准的标准，该法的好处是不受经度、纬度以及地理形貌的限制，例如专利“太阳光光纤照明装置”(申请号01113529.8)采用四象限光伏探测器追踪太阳，但也存在一定的缺点，在阳光焦斑偏离四象限的中心时，四象限仅能提供偏差的大致方向信息，无法获得偏差的具体数值和准确方向，同时在焦斑偏离中心的偏离度较小时，即太阳光入射小角度偏差时，由于四象限光伏板的物理误差及光伏板自身灵敏度的局限，四象限光伏探测器很难灵敏感测，因此这种方法对于太阳光入射小角度偏差时很难实现精准调整跟踪的效果。同样基于光电感应原理的太阳追踪系统也有应用光传感面板感测太阳光的强度随入射角度的增大而逐渐变小的效应，从而以光传感面板感测光强最大值为追踪校准的标准，例如专利“太阳光追踪系统、太阳能应用装置与太阳光追踪方法”(申请号201611187714.3)，该方法阐述了应对太阳光入射小角度偏差时的精调方法及步骤，具体为追踪系统的光传感面板测得的光强变化趋势已持续变弱时，追踪系统的控制器控制驱动装置转换为反向运转，直至光传感面板测得的光强变化趋势是由持续变强转变为连续变弱，以此判断追光到位。这类方法主要有两点不足，第一，只考虑太阳光直射光的光强，其辐射到光传感面板的光强是与入射角成余弦函数的关系，在太阳光入射角为0°附近的小角度范围内，入射光强变化不明显，即太阳光入射的光强最大时，在入射角为0°临近小角度偏差内，光强平稳光滑，而不是尖锐峰值，所以这对感测光强的传感器系统灵敏度要求极高，成本较低的普通光伏板很难达到这种高灵敏度的要求，因此这类方法依然对太阳光入射角小角度偏差时在实际应用中很难精准校对跟踪；另外，从光传感面板感测最大光强的过程可以看到，最终判断追光到位的标准为传感器测得的光强变化趋势是由持续变强转变为连续变弱，以此判断追光到位，显然方法存在固有偏差，追光系统判断光强最大值得位置显然过了最大值的实际方位，因此这种方法存在固有的小角度偏差，这对要求精准跟踪太阳的系统很难适用。
技术实现思路
本专利技术的一个主要目的在于针对上述现有技术、方法的缺陷，至少针对一种缺陷，提供一种高精度跟踪太阳的系统，同时追求这种方法及系统的低成本化。本专利技术的另一个主要目的在于针对上述现有技术、方法的缺陷，至少针对一种缺陷，提供一种高精度跟踪太阳的方法。为实现上述专利技术，本专利技术采用如下技术方案：根据专利技术的一个方面，提供了一种太阳跟踪系统，所述的太阳跟踪系统包括传感器单元，控制器单元，驱动器单元，机械单元。所述传感器单元固定在双自由度受光板上，所述双自由度受光板为机械单元的一个组件。所述传感器单元感测太阳光入射角偏角，将光强信号转化为电压信号传输给控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元驱动机械单元，调整机械单元的双自由度受光板组件进行跟踪太阳运动。根据本专利技术的一实施方式，其中所述的传感器单元具有一粗调装置和精调装置，所述的粗调装置能够对太阳光入射角大角度偏差时进行感测，并将接收到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元，所述的控制器单元控制驱动器单元，所述的驱动器单元驱动机械单元，所述的机械单元调整双自由度受光板进行粗调跟踪太阳；所述的精调装置能够对太阳光入射角小角度偏差时进行感测，并将接收到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元，所述的控制器单元控制驱动器单元，所述的驱动单元驱动机械单元，所述的机械单元调整双自由度受光板进行精调跟踪太阳。根据本专利技术的一实施方式，其中所述的粗调装置包含在精调装置中，所述的粗调装置全部组件为精调装置的部分组件。所述的传感器单元包括光强感测面板，所述的光强感测面板为光伏板、光敏电阻阵列、光电二极管。根据本专利技术的一实施方式，其中所述的光强感测面板包括两组光强感测板，第一组光强感测板为第一光强感测面板与第二光强感测面板，第二组光强感测板为第三光强感测面板与第四光强感测面板；所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板分别布置在所述的双自由度受光板的受光面上，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板平行于双自由度受光板横轴方向对称布置，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板成直角夹角布置在双自由度受光板的受光面上，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板分别与双自由度受光板成45°角布置在双自由度受光板的受光面上。所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板分别布置在所述的双自由度受光板的受光面上，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板平行于双自由度受光板纵轴方向布置，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板成直角夹角布置在双自由度受光板的受光面上，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板分别与双自由度受光板成45°角布置在双自由度受光板的受光面上。根据本专利技术的一实施方式，其中所述的光强感测面板为光伏板，所述的第一光强感测面板、第二光强感测面板、第三光强感测面板及第四光强感测面板为四块全等的等腰梯形面板，所述的等腰梯形的底角大小为所述的第一光强感测面板的右侧腰线与第三光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第三光强感测面板的右侧腰线与第二光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第二光强感测面板的右侧腰线与第四光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第四光强感测面板的右侧腰线与第一光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，组成对面垂直的正四棱台光强感测单元。根据本专利技术的一实施方式，其中所述的光强感测面板包括两组光强感测板，所述的两组光强感测板组成对面垂直的正四棱台光强感测单元，所述的正四棱台光强感测单元与降低光强的滤镜片构成粗调装置，所述的粗调装置能够在太阳光入射角大角度偏差时至少一组光强感测面板中的两块光强感测面板接收太阳光光强存在差异，所述的两组光强感测板分别将光强信号转化为电压信号并输入控制器单元，所述的两组光强感测板中第一组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳跟踪系统，所述太阳跟踪系统包括传感器单元，控制器单元，驱动器单元，机械单元；所述传感器单元固定在双自由度受光板上，所述双自由度受光板为机械单元的一个组件；所述传感器单元感测太阳光入射角偏角，将光强信号转化为电压信号传输给控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元驱动机械单元，调整机械单元的双自由度受光板组件进行跟踪太阳运动。

【技术特征摘要】
1.一种太阳跟踪系统，所述太阳跟踪系统包括传感器单元，控制器单元，驱动器单元，机械单元；所述传感器单元固定在双自由度受光板上，所述双自由度受光板为机械单元的一个组件；所述传感器单元感测太阳光入射角偏角，将光强信号转化为电压信号传输给控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元驱动机械单元，调整机械单元的双自由度受光板组件进行跟踪太阳运动。2.如权利要求1所述的太阳跟踪系统，其特征在于，所述的传感器单元具有一粗调装置和精调装置，所述的粗调装置能够对太阳光入射角大角度偏差时进行感测，并将接收到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元，所述的控制器单元控制驱动器单元，所述的驱动器单元驱动机械单元，所述的机械单元调整双自由度受光板进行粗调跟踪太阳；所述的精调装置能够对太阳光入射角小角度偏差时进行感测，并将接收到的光强信号转化为电压信号输入给控制器单元，所述的控制器单元控制驱动器单元，所述的驱动单元驱动机械单元，所述的机械单元调整双自由度受光板进行精调跟踪太阳。3.如权利要求2所述的传感器单元，其特征在于，所述的粗调装置包含在精调装置中，所述的粗调装置全部组件为精调装置的部分组件；所述的传感器单元包括光强感测面板，所述的光强感测面板为光伏板、光敏电阻阵列、光电二极管。4.如权利要求3所述的传感器单元，其特征在于，所述的光强感测面板包括两组光强感测板，第一组光强感测板为第一光强感测面板与第二光强感测面板，第二组光强感测板为第三光强感测面板与第四光强感测面板；所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板分别布置在所述的双自由度受光板的受光面上，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板平行于双自由度受光板横轴方向对称布置，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板成直角夹角布置在双自由度受光板的受光面上，所述的第一光强感测面板与第二光强感测面板分别与双自由度受光板成45°角布置在双自由度受光板的受光面上；所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板分别布置在所述的双自由度受光板的受光面上，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板平行于双自由度受光板纵轴方向布置，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板成直角夹角布置在双自由度受光板的受光面上，所述的第三光强感测面板与第四光强感测面板分别与双自由度受光板成45°角布置在双自由度受光板的受光面上。5.如权利要求3或4所述的传感器单元，其特征在于，所述的光强感测面板为光伏板，所述的第一光强感测面板、第二光强感测面板、第三光强感测面板及第四光强感测面板为四块全等的等腰梯形面板，所述的等腰梯形的底角大小为所述的第一光强感测面板的右侧腰线与第三光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第三光强感测面板的右侧腰线与第二光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第二光强感测面板的右侧腰线与第四光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，第四光强感测面板的右侧腰线与第一光强感测面板的左侧腰线重合绝缘拼接，组成对面垂直的正四棱台光强感测单元。6.如权利要求2或4或5所述的传感器单元，其特征在于，所述的光强感测面板包括两组光强感测板，所述的两组光强感测板组成对面垂直的正四棱台光强感测单元，所述的正四棱台光强感测单元与降低光强的滤镜片构成粗调装置，所述的粗调装置能够在太阳光入射角大角度偏差时至少一组光强感测面板中的两块光强感测面板接收太阳光光强存在差异，所述的两组光强感测板分别将光强信号转化为电压信号并输入控制器单元，所述的两组光强感测板中第一组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度受光板在第一自由度上进行旋转；所述的两组光强感测板中第二组光强感测板将光强信号转化为电压信号输入控制器单元，控制器单元控制驱动器单元，驱动器单元控制所述的双自由度受光板在第二自由度上进行旋转，实现太阳光入射大角度偏差的粗调跟踪。7.如权利要求2或3或5所述的传感器单元，其特征在于，所述的精调装置应用光杠杆方式进行太阳精准跟踪，所述的光杠杆是将太阳光入射小角度偏差转化为汇聚高光强光束大位移偏转；所述的精调装置包括汇聚太阳光线的透镜组、反射光线的反射镜组、遮挡光线的遮挡片、降低光强的滤镜片及所述的对面垂直的正四棱台光强感测单元。8.如权利要求7所述的传感器单元，其特征在于，所述的精调装置的透镜组为两片凸透镜，所述的反射镜组为两块平面镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丁玮，熊晗，杨春庄，杨辉宇，廖进，倪强，陶立新，
申请(专利权)人：上海极矩教育科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31