【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自动控制，具体涉及到一种三象限太阳自动追踪系统及方法。
技术介绍
1、太阳能作为一种清洁、可再生的能源源源不断地供应着地球上的能量需求，在可持续发展的能源应用技术中起着很关键的作用。然而，为了充分利用太阳能，需要解决许多技术挑战，其中之一就是如何追踪太阳的位置以实现最大的能源捕获。
2、现有的太阳追踪系统在提高能源收集效率方面存在限制，具体通过以下几种常见的类型进行说明：
3、四象限太阳追踪系统：这种系统在运行时，两个轴在旋转，但是在信号采集时只是将四个光敏电阻通过两块相交的不透光板隔开，其信号采集部分完全敞开，当光强度较大时无法准确定位太阳方向，其追踪机制不够灵活和准确，精度将大幅度下降，并且无法最大程度地跟踪太阳轨迹，因此会导致损失一部分太阳能。
4、光伏跟踪支架：这种支架可以在单轴上进行运动，能够在一定程度上精确地跟踪太阳，提供更高的能源产出。优点是可以根据太阳的位置自动调整面板方向，并且可以最大程度地捕捉到太阳的光线。然而，光伏跟踪支架通常比固定安装系统昂贵，其包含追踪机制、电机和控制系统的成本，需要更多的材料和劳动力进行安装和维护。由于复杂的机械部件和电气部件，跟踪系统通常需要更多的维护，包括定期检查和维修，以确保运行正常。跟踪系统中的机械部件容易受到环境因素(如风、雨、沙尘)的影响，可能会出现故障，导致系统停止工作。光伏跟踪支架的复杂设计使其更难安装和校准，需要专业技术人员的参与。跟踪系统的适用性可能受到地理位置、气候条件和具体应用的限制。在某些地区，固定安装系统更为
5、闭环追踪系统：这种系统只有内置控制程序需根据当地经纬度确定，不与外界产生信息交换。这种配置可以提供更高的灵活性和可靠性，不会因为天气状况出现故障，其仍然可以正常工作。然而，闭环追踪系统在不同的地理位置需要重新更改程序，并且相应地增加了成本，从而影响了其性能。不适合大规模分散使用。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种结构简单、成本低、精度高、能有效减少环境光影响的三象限太阳自动追踪系统。
2、解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种三象限太阳自动追踪系统，安装座上设置有显示器、控制器、太阳自动追踪机构；所述太阳自动追踪机构为电动水平旋转机构上设置有电动俯仰调节机构，电动俯仰调节机构上设置有感光机构；所述感光机构为导光筒上设置有筒盖，筒盖中心设置有凸透镜，凸透镜的焦距＜导光筒深度，导光筒内竖向设置有三块尺寸相同且呈120°分布的挡板，三块挡板将导光筒分隔成三个扇形区域，每个扇形区域内导光筒壁及挡板侧面上均设置有反光膜，三个扇形区域内底部分别设置有第一感光元件、第二感光元件、第三感光元件，第一感光元件所在扇形区域的外侧壁上设置有太阳能板，太阳能板的中垂线与导光筒轴线平行；
3、所述第一感光元件、第二感光元件、第三感光元件与控制器相连，用于检测三个扇形区域的光强度并将光强度信号转换成电信号；
4、所述电动水平旋转机构与控制器相连，用于根据控制器的动作指令，调节感光机构水平旋转角度；
5、所述电动俯仰调节机构与控制器相连，用于根据控制器的动作指令，调节感光机构俯仰转动角度；
6、所述显示器与控制器相连，用于显示三个感光元件采集的光强度值；
7、所述控制器，根据三个感光元件采集的光强度信号进内部运算后向电动水平旋转机构和电动俯仰调节机构输出动作指令，同时将光强度信号值输出到显示器进行显示。
8、作为一种优选的技术方案，所述电动水平旋转机构包括底板、卡座、第一电机、支撑架，底板固定设置在安装座上，底板上固定设置有卡座，第一电机的动力端竖直固定在卡座上，第一电机的机身上固定设置有支撑架，第一电机通过机身转动带动支撑架转动。
9、作为一种优选的技术方案，所述电动俯仰调节机构包括第二电机、俯仰架，第二电机的动力轴水平设置在支撑架上，第二电机的机身上设置有俯仰架，第二电机通过机身转动带动俯仰架做俯仰动作。
10、作为一种优选的技术方案，所述俯仰架为矩形安装板的一端底部设置有电机安装座、另一端上表面设置有导光筒安装座。
11、作为一种优选的技术方案，所述凸透镜的直径与导光筒的内径比为1：7。
12、作为一种优选的技术方案，所述挡板顶部与筒盖内顶部之间的距离＞凸透镜的焦距。
13、作为一种优选的技术方案，所述第一感光元件、第二感光元件、第三感光元件均由光敏电阻和上拉电阻串联构成。
14、本专利技术还提供一种三象限太阳自动追踪系统的追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
15、步骤1.第一感光元件、第二感光元件、第三感光元件分别采集三个扇形区域内光强度，第一感光元件采集到的光强度模拟值为e1，第二感光元件采集到的光强度模拟值为e2，第三感光元件采集到的光强度模拟值为e3；
16、步骤2.控制器比较第一感光元件和第二感光元件及第三感光元件采集到的光强度模拟值，控制第一电机和第二电机转动一定角度，具体为:
17、1)e1-e2＞100且e1-e3＞100，第二电机正向旋转角度β＝a-c,a为第二电机当下角度值，c为参数，c＝15°；
18、2)第二电机正向旋转角度β＝c-a；
19、3)e1-e2≤100且第二电机不动；
20、4)且e2-e3＞100，第一电机正向旋转角度γ＝b+c，b为第一电机当下角度值；
21、5)且e3-e2＞100，第一电机正向旋转角度γ＝b-c；
22、6)且|e3-e2|≤100，第一电机不动。
23、作为一种优选的技术方案，所述第二电机的当下角度值a在初始状态时a＝90°；所述第一电机的当下角度值b在初始状态时b＝0°。
24、本专利技术的有益效果如下：
25、本专利技术通过电动水平旋转机构上设置有电动俯仰调节机构，电动俯仰调节机构上设置有感光机构，实现感光机构的水平转动调节和俯仰调节，保证感光机构精准的追踪到太阳；本专利技术的导光筒分隔成三个相等的扇形区域，通过三个感光元件检测三个扇形区域的光强度，控制器通过比较第一感光元件检测的光强度与其他两感光元件检测的光强度，然后精准调节导光筒的位置，以确保太阳能持续垂直投射在太阳能电池板上，以最大程度地捕捉光能，解决了光能收集系统中的定向对准问题，从而使太阳能技术更加高效和可持续，以满足未来能源需求并减少对传统能源的依赖，这不仅有助于减少能源成本，还对环境产生积极影响，为未来能源的可持续利用提供了重要的支持。
26、本专利技术相对于现有技术的四象限太阳追踪系统大幅降低系统的复杂度，减少了制造和校准的复杂性，由于简化的设计，减少了潜在的故障点和校准问题。这导致了更高的可靠性，降低了维护和维修成本。本专利技术相对于现有技术不需要根据当地经纬度计算每天太阳运动轨迹，相对于去并联杆控制的追本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：安装座上设置有显示器、控制器、太阳自动追踪机构；所述太阳自动追踪机构为电动水平旋转机构上设置有电动俯仰调节机构，电动俯仰调节机构上设置有感光机构；所述感光机构为导光筒上设置有筒盖，筒盖中心设置有凸透镜，凸透镜的焦距＜导光筒深度，导光筒内竖向设置有三块尺寸相同且呈120°分布的挡板，三块挡板将导光筒分隔成三个扇形区域，每个扇形区域内导光筒壁及挡板侧面上均设置有反光膜，三个扇形区域内底部分别设置有第一感光元件、第二感光元件、第三感光元件，第一感光元件所在扇形区域的外侧壁上设置有太阳能板，太阳能板的中垂线与导光筒轴线平行；
2.根据权利要求1所述三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：所述电动水平旋转机构包括底板、卡座、第一电机、支撑架，底板固定设置在安装座上，底板上固定设置有卡座，第一电机的动力端竖直固定在卡座上，第一电机的机身上固定设置有支撑架，第一电机通过机身转动带动支撑架转动。
3.根据权利要求2所述三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：所述电动俯仰调节机构包括第二电机、俯仰架，第二电机的动力轴水平设置在支撑架上，第
4.根据权利要求3所述三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：所述俯仰架为矩形安装板的一端底部设置有电机安装座、另一端上表面设置有导光筒安装座。
5.根据权利要求1所述三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：所述凸透镜的直径与导光筒的内径比为1：7。
6.根据权利要求1所述三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：所述挡板顶部与筒盖内顶部之间的距离＞凸透镜的焦距。
7.根据权利要求1所述三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：所述第一感光元件、第二感光元件、第三感光元件均由光敏电阻和上拉电阻串联构成。
8.根据权利要求1所述三象限太阳自动追踪系统的追踪方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述三象限太阳自动追踪系统的追踪方法，其特征在于：所述第二电机的当下角度值a在初始状态时a＝90°；所述第一电机的当下角度值b在初始状态时b＝0°。
...【技术特征摘要】
1.一种三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：安装座上设置有显示器、控制器、太阳自动追踪机构；所述太阳自动追踪机构为电动水平旋转机构上设置有电动俯仰调节机构，电动俯仰调节机构上设置有感光机构；所述感光机构为导光筒上设置有筒盖，筒盖中心设置有凸透镜，凸透镜的焦距＜导光筒深度，导光筒内竖向设置有三块尺寸相同且呈120°分布的挡板，三块挡板将导光筒分隔成三个扇形区域，每个扇形区域内导光筒壁及挡板侧面上均设置有反光膜，三个扇形区域内底部分别设置有第一感光元件、第二感光元件、第三感光元件，第一感光元件所在扇形区域的外侧壁上设置有太阳能板，太阳能板的中垂线与导光筒轴线平行；
2.根据权利要求1所述三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：所述电动水平旋转机构包括底板、卡座、第一电机、支撑架，底板固定设置在安装座上，底板上固定设置有卡座，第一电机的动力端竖直固定在卡座上，第一电机的机身上固定设置有支撑架，第一电机通过机身转动带动支撑架转动。
3.根据权利要求2所述三象限太阳自动追踪系统，其特征在于：所述电动俯仰调节机构包括第...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢小涛，徐煜，刘乙楼，崔福龙，贾子煜，赵锐杉，刘详业，费晓龙，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：
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