[发明专利]一种太阳能电池板阳光自动跟踪系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，具体为一种太阳能电池板阳光自动跟踪系统。

背景技术

随着全球不可再生资源的迅速消耗，太阳能资源的利用备受关注，太阳能光伏发电装置是太阳能资源利用的重要方式，发展前景非常广阔。

现在市面上太阳能板发电装置的太阳能电池板多是位置固定、角度固定安装的，所以其接受太阳光的角度也是固定的。然而，由于地球本身的自转及公转，太阳光线对于太阳能电池板的入射角随纬度、季节及每天的时间变化而有所不同。固定角度的太阳能电池板无法跟踪变化的太阳光线，即无法充分利用太阳能及其光电转换效益。因此，固定的太阳能电池板发电效率低、成本高。研究表明，太阳能电池板跟踪太阳光线运动与否，太阳能量的利用率相差30％以上。

当太阳能电池板始终保持与入射的阳光垂直，就可在有限的使用面积内利用更多的太阳能。因此自动跟踪太阳光线装置是提高其太阳能的利用率的首选方案。目前研制可跟踪太阳的太阳能电池板，是当前太阳能发电领域的重要课题。

已有的定时追日方法主要有检测阳光智能判定跟踪方法，它通过采用光敏器件来感知太阳光的位置，虽然设计容易，但由于阳光的散射，光敏器件对太阳光角度的偏离并不敏感；复杂天气时会引起判断失误，灰尘的遮盖也使光敏元件感光能力减弱；同时室外恶劣的环境也对光敏器件的准确度和寿命有很大的影响，最终影响跟踪效果。同时，这种追日装置造价太高，不利于推广。

另外，多变的气候及环境条件，如雨雪冰霜及灰尘，也都影响太阳能电池板的发电效率。

发明内容

本发明的目的为一种太阳能电池板阳光自动跟踪系统，为双轴跟踪系统，水平的高度角旋转轴安装于竖直的方位角旋转轴顶端，太阳能电池板安装于高度角旋转轴上，高度角跟踪驱动电机和方位角跟踪驱动电机分别连接驱动二轴。二电机则受中心处理器控制信号的控制。中心处理器根据本设备位置及当前时间，得到当前太阳的方位，通过中心处理器预先存储的控制程序控制调整太阳能电池板的姿态，使太阳能电池板始终跟踪太阳的运动轨迹，即太阳能电池板的法线始终与太阳光入射方向一致，太阳能电池板实时跟踪太阳的运动，保持阳光垂直入射，显著提高了太阳能的利用效率。

本发明设计的一种太阳能电池板阳光自动跟踪系统，其包括中心处理器、底座、水平的高度角旋转轴、竖直的方位角旋转轴及太阳能电池板，方位角旋转轴底端可旋转地安装于底座，高度角旋转轴可旋转地安装于方位角旋转轴顶端，太阳能电池板支撑架固定于高度角旋转轴。

中心处理器根据本系统所在的经纬度地理位置信息以及从时钟模块提取的当前时间，计算本系统所处位置的当前太阳的高度角γ和太阳方位角θ，得到当前太阳光线入射本系统太阳能电池板的角度，进而换算得到高度角跟踪驱动电机和方位角跟踪驱动电机对应的控制信号。实时调整太阳能电池板的姿态，使之跟踪太阳光线，保持其法线为阳光方向，太阳能电池板受到阳光的垂直照射，在有限的使用面积内利用更多的太阳能资源，提高发电效率。

中心处理器连接时钟模块，存储有根据当前时间和本系统地理方位控制太阳能电池板姿态的程序，中心处理器的输出分别接入高度角脉宽调制模块和方位角脉宽调制模块，高度角脉宽调制模块和方位角脉宽调制模块输出的驱动信号分别接入高度角跟踪驱动电机与方位角跟踪驱动电机，高度角跟踪驱动电机与方位角跟踪驱动电机分别经减速传动机构连接驱动高度角旋转轴和方位角旋转轴。

高度角跟踪驱动电机经上减速传动机构连接驱动高度角旋转轴。上减速传动机构包括高度角跟踪驱动电机的输出轴上固定的上小齿轮、上大齿轮、上蜗杆轴和高度角旋转轴上固定的上蜗轮。上小齿轮啮合减速增扭矩的上大齿轮，上大齿轮固定安装在上蜗杆轴上，上蜗杆轴与高度角旋转轴上固定的上蜗轮啮合，带动高度角旋转轴转动。

方位角跟踪驱动电机经下减速传动机构连接驱动方位角旋转轴。下减速传动机构包括方位角跟踪驱动电机的输出轴上固定的下小齿轮、三级减速的齿轮组、下大齿轮、下蜗杆轴和方位角旋转轴上固定的下蜗轮。下小齿轮啮合三级减速齿轮组的初级齿轮，三级减速齿轮组的末级齿轮啮合下大齿轮，下大齿轮固定安装在下蜗杆轴上，下蜗杆轴与方位角旋转轴上固定的下蜗轮啮合，带动方位角旋转轴转动。

高度角跟踪驱动电机和上减速传动机构安装于上箱体内，上箱体固定于方位角旋转轴顶端。

方位角跟踪驱动电机和上减速传动机构安装于下箱体内，下箱体与底座固定连接。且下箱体上安装竖直的立柱护筒，方位角旋转轴穿过立柱护筒。