主动式太阳跟踪装置及其基准定位方法和控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种主动式太阳跟踪装置及其基准定位方法和控制方法，涉及太阳跟踪设备领域，该控制方法包括：将太阳跟踪装置的坐标系与太阳位置地平坐标系进行重合校准，通过控制器模块利用地理信息与时钟模块读取当前的时钟信息以及当地的经度、纬度和高度信息，利用读取到的信息计算太阳在太阳位置地平坐标系中的太阳位置向量，根据太阳位置向量计算得到阳光工作镜面在太阳位置地平坐标系中的高度角和方位角，利用控制器模块发出与高度角和方位角成比例的脉冲信号控制两个电机驱动模块转动带动阳光工作镜面转动至相应角度，使得太阳跟踪装置根据需要工作在定日或向日任一种模式，增加了太阳跟踪装置的功能，扩展了其应用范围。

【技术实现步骤摘要】
主动式太阳跟踪装置及其基准定位方法和控制方法
本专利技术涉及太阳跟踪设备及其操作方法，具体涉及一种主动式太阳跟踪装置及其基准定位方法和控制方法。
技术介绍
太阳能是一种低密度、间歇性、且随时间和空间的变化而变化的清洁能源。太阳跟踪的方法一般分为两类，一类是通过光电传感器实时探测太阳对地的位置，控制采光装置对日角度的被动式跟踪；另一类是根据天文数学公式实时计算太阳对地的位置，控制采光装置对日角度的主动式跟踪。光电式被动跟踪本身的精度较高，但在太阳能利用领域有以下的缺点：在阴天太阳辐照度较弱，光电传感器很难响应光线的变化，跟踪结果不能令人满意；在多云的天气里，太阳本身被云层遮住，或者天空中某处由于云层变薄而出现相对较亮的光斑时，光电式被动跟踪可能会使采光装置误动作，甚至会突然启动引起事故。主动式跟踪通过计算太阳在天空中的位置来确定，给定观测点的经度、纬度、海拔高度和当前标准时间，太阳在天空中的位置可以通过天文数学公式计算得出，具体表现为以观测点的地平坐标系为参照，太阳相对于观测点水平面的高度角和相对于观测点正南北方向的方位角。在当地经度、纬度、海拔高度和时间确定的情况下，太阳跟踪装置的跟踪精度一是取决于太阳跟踪装置本身运动参照坐标系与太阳位置地平坐标系的重合度，即安装精度；二是取决于太阳跟踪装置本身的机械及传动精度。主动式跟踪时时可控，不受天气变化的影响。现有技术一般采用能控制俯仰角度和方位角度的双轴跟踪装置。太阳跟踪装置底部与大地水平面保持平行，同时太阳跟踪装置本身运动的参照坐标系的某一坐标轴与太阳跟踪装置安装地的地理南北线需重合，以确定太阳位置的俯仰角度和方位角度的基准零点。由于地理南北极与地磁北南极不重合，各地磁偏角也不相同，基于地磁感应原理的指南针、电子罗盘等难以寻找到高精度的真北方向，极易形成太阳跟踪装置的安装误差，难以保证太阳跟踪装置本身运动参照坐标系与太阳位置地平坐标系的重合度。同时太阳跟踪装置本身一般存在机械误差，如俯仰旋转轴和方位旋转轴存在非正交偏角误差，阳光工作镜面相对俯仰轴存在不平行偏角误差，俯仰旋转轴和方位旋转轴存在零位偏角误差等。如上所述安装误差和各类机械误差如果形成的累积误差过大，就会使得太阳跟踪装置的跟踪精度难以保证。如何减少或消除安装误差和机械误差形成的累积误差是太阳跟踪装置面临的主要问题。这也促使目前的太阳跟踪装置大多使用价格昂贵的高精度角度传感器，激光测距，CCD成像，陀螺经纬仪等，采用闭环控制系统消除真北方向和机械的累积误差，使太阳跟踪装置的成本大幅增加，安装调试复杂。现行的太阳跟踪装置一般只具有“向日”或“定日”的采光模式，使得太阳跟踪装置功能单一，应用范围受到限制，难以推广。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开了主动式太阳跟踪装置及其基准定位方法和控制方法。本专利技术的技术方案如下：一种主动式太阳跟踪装置，该主动式太阳跟踪装置包括：控制器模块、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第一零位开关、第二零位开关、阳光工作镜面、光源模块、水准泡、地理信息与时钟模块以及支座模块；第二电机驱动模块固定在支座模块上，第一电机驱动模块固定在第二电机驱动模块的输出轴上，第一电机驱动模块在第二电机驱动模块的驱动下相对第二电机驱动模块转动；第一电机驱动模块的输出轴的轴线与第二电机驱动模块的输出轴的轴线垂直，阳光工作镜面固定在第一电机驱动模块的输出轴上，阳光工作镜面在第一电机驱动模块的驱动下相对第一电机驱动模块转动；第一零位开关固定在第一电机驱动模块上，第二零位开关固定在第二电机驱动模块上，光源模块和水准泡分别固定在支座模块上；第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第一零位开关、第二零位开关、光源模块以及地理信息与时钟模块分别电性连接控制器模块并由控制器模块控制。其进一步的技术方案为，支座模块的基座平面在水准泡的气泡位置居中时与水平面平行，且与第二电机驱动模块的输出轴的轴线垂直，并与第一电机驱动模块的输出轴的轴线平行。其进一步的技术方案为，光源模块在控制器模块的控制下发射出十字形的光射线，十字形的光射线包括两条相互垂直的光射线分别为水平光射线和垂直光射线，水平光射线与支座模块的基座平面平行，垂直光射线与支座模块的基座平面垂直。其进一步的技术方案为，主动式太阳跟踪装置还包括摇杆手柄模块，摇杆手柄模块电性连接控制器模块并由控制器模块控制，述控制器模块用于根据摇杆手柄模块的操作控制第一电机驱动模块和/或第二电机驱动模块的转动。其进一步的技术方案为，摇杆手柄模块采用实体类摇杆手柄实现，或者采用虚拟类摇杆手柄实现。一种主动式太阳跟踪装置的基准定位方法，方法用于上述主动式太阳跟踪装置中，该方法包括：根据水准泡的气泡位置调整支座模块的基座平面与水平面平行、支座模块上的光源模块发出的十字形的光射线朝向地理南方，十字形的光射线投射到与主动式太阳跟踪装置间隔预定距离的参照物上；通过控制器模块利用地理信息与时钟模块读取当前的时钟信息以及当地的经度、纬度和高度信息，并根据读取到的信息计算太阳在太阳位置地平坐标系中的太阳位置向量，太阳位置地平坐标系是以水平面为xy平面、铅垂线方向为z方向建立的坐标系，地理东西向和地理南北向分别为xy平面的两个方向；通过对地理正南向量与太阳位置向量按平行四边形法则求向量和得到阳光工作镜面的法线向量；通过对阳光工作镜面的法线向量分解得到阳光工作镜面在太阳位置地平坐标系中的高度角和方位角；通过控制器模块根据高度角发出第一脉冲信号、根据方位角发出第二脉冲信号，第一脉冲信号与第一零位开关共同作用控制第一电机驱动模块转动，第二脉冲信号与第二零位开关共同作用控制第二电机驱动模块转动，阳光工作镜面在第一电机驱动模块和第二电机驱动模块的带动下将太阳光反射至地理南方，阳光工作镜面反射的太阳光斑投射到参照物上；旋转支座模块直至阳光工作镜面反射的太阳光斑的垂直中心线与十字形的光射线的垂直光射线重合时，紧固支座模块，完成主动式太阳跟踪装置的基准定位。一种主动式太阳跟踪装置的控制方法，该方法用于上述主动式太阳跟踪装置中，该主动式太阳跟踪装置工作于定日模式，该方法包括：对主动式太阳跟踪装置进行基准定位；通过控制器模块利用地理信息与时钟模块读取当前的时钟信息以及当地的经度、纬度和高度信息，并根据读取到的信息计算太阳在太阳位置地平坐标系中的太阳位置向量，太阳位置地平坐标系是以水平面为xy平面、铅垂线方向为z方向建立的坐标系，地理东西向和地理南北向分别为xy平面的两个方向；通过对目标向量与太阳位置向量按平行四边形法则求向量和得到阳光工作镜面的法线向量，目标向量是目标点在太阳位置地平坐标系中的向量；通过对阳光工作镜面的法线向量分解得到阳光工作镜面在太阳位置地平坐标系中的高度角和方位角；通过控制器模块根据高度角发出第一脉冲信号、根据方位角发出第二脉冲信号，第一脉冲信号与第一零位开关共同作用控制第一电机驱动模块转动，第二脉冲信号与第二零位开关共同作用控制第二电机驱动模块转动，阳光工作镜面在第一电机驱动模块和第二电机驱动模块的带动下将太阳光反射至目标点。其进一步的技术方案为，该方法还包括：确定目标点；通过控制器模块根据摇杆手柄模块的操作向第一电机驱动模块和/或第二电机驱动模块分别发送脉冲信号，直至阳光工作镜面在第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动式太阳跟踪装置，其特征在于，所述主动式太阳跟踪装置包括：控制器模块、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第一零位开关、第二零位开关、阳光工作镜面、光源模块、水准泡、地理信息与时钟模块以及支座模块；所述第二电机驱动模块固定在所述支座模块上，所述第一电机驱动模块固定在所述第二电机驱动模块的输出轴上，所述第一电机驱动模块在所述第二电机驱动模块的驱动下相对所述第二电机驱动模块转动；所述第一电机驱动模块的输出轴的轴线与所述第二电机驱动模块的输出轴的轴线垂直，所述阳光工作镜面固定在所述第一电机驱动模块的输出轴上，所述阳光工作镜面在所述第一电机驱动模块的驱动下相对所述第一电机驱动模块转动；所述第一零位开关固定在所述第一电机驱动模块上，所述第二零位开关固定在所述第二电机驱动模块上，所述光源模块和所述水准泡分别固定在所述支座模块上；所述第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第一零位开关、第二零位开关、光源模块以及地理信息与时钟模块分别电性连接所述控制器模块并由所述控制器模块控制。

【技术特征摘要】
1.一种主动式太阳跟踪装置，其特征在于，所述主动式太阳跟踪装置包括：控制器模块、第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第一零位开关、第二零位开关、阳光工作镜面、光源模块、水准泡、地理信息与时钟模块以及支座模块；所述第二电机驱动模块固定在所述支座模块上，所述第一电机驱动模块固定在所述第二电机驱动模块的输出轴上，所述第一电机驱动模块在所述第二电机驱动模块的驱动下相对所述第二电机驱动模块转动；所述第一电机驱动模块的输出轴的轴线与所述第二电机驱动模块的输出轴的轴线垂直，所述阳光工作镜面固定在所述第一电机驱动模块的输出轴上，所述阳光工作镜面在所述第一电机驱动模块的驱动下相对所述第一电机驱动模块转动；所述第一零位开关固定在所述第一电机驱动模块上，所述第二零位开关固定在所述第二电机驱动模块上，所述光源模块和所述水准泡分别固定在所述支座模块上；所述第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、第一零位开关、第二零位开关、光源模块以及地理信息与时钟模块分别电性连接所述控制器模块并由所述控制器模块控制。2.根据权利要求1所述的主动式太阳跟踪装置，其特征在于，所述支座模块的基座平面在所述水准泡的气泡位置居中时与水平面平行，且与所述第二电机驱动模块的输出轴的轴线垂直，并与所述第一电机驱动模块的输出轴的轴线平行。3.根据权利要求1所述的主动式太阳跟踪装置，其特征在于，所述光源模块在所述控制器模块的控制下发射出十字形的光射线，所述十字形的光射线包括两条相互垂直的光射线分别为水平光射线和垂直光射线，所述水平光射线与所述支座模块的基座平面平行，所述垂直光射线与所述支座模块的基座平面垂直。4.根据权利要求1至3任一所述的主动式太阳跟踪装置，其特征在于，所述主动式太阳跟踪装置还包括摇杆手柄模块，所述摇杆手柄模块电性连接所述控制器模块并由所述控制器模块控制，所述控制器模块用于根据所述摇杆手柄模块的操作控制所述第一电机驱动模块和/或所述第二电机驱动模块的转动。5.根据权利要求4所述的主动式太阳跟踪装置，其特征在于，所述摇杆手柄模块采用实体类摇杆手柄实现，或者采用虚拟类摇杆手柄实现。6.一种主动式太阳跟踪装置的基准定位方法，所述方法用于如权利要求1至5任一所述的主动式太阳跟踪装置中，其特征在于，所述方法包括：根据所述水准泡的气泡位置调整所述支座模块的基座平面与水平面平行、所述支座模块上的所述光源模块发出的十字形的光射线朝向地理南方，所述十字形的光射线投射到与所述主动式太阳跟踪装置间隔预定距离的参照物上；通过所述控制器模块利用所述地理信息与时钟模块读取当前的时钟信息以及当地的经度、纬度和高度信息，并根据读取到的信息计算太阳在太阳位置地平坐标系中的太阳位置向量，所述太阳位置地平坐标系是以水平面为xy平面、铅垂线方向为z方向建立的坐标系，地理东西向和地理南北向分别为xy平面的两个方向；通过对地理正南向量与所述太阳位置向量按平行四边形法则求向量和得到所述阳光工作镜面的法线向量；通过对所述阳光工作镜面的法线向量分解得到所述阳光工作镜面在所述太阳位置地平坐标系中的高度角和方位角；通过所述控制器模块根据所述高度角发出第一脉冲信号、根据所述方位角发出第二脉冲信号，所述第一脉冲信号与所述第一零位开关共同作用控制所述第一电机驱动模块转动，所述第二脉冲信号与所述第二零位开关共同作用控制所述第二电机驱动模块转动，所述阳光工作镜面在所述第一电机驱动模块和所述第二电机驱动模块的带动下将太阳光反射至地理南方，所述阳光工作镜面反射的太阳光斑...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐小力，
申请(专利权)人：唐小力，
类型：发明
国别省市：江苏,32