[发明专利]一种太阳能板转动机构及其太阳能追踪方法

权利要求书

1.一种太阳能板转动机构，其特征是，包括太阳能板(1)、齿条(2)、减速电机(3)、支撑底座(5)、直流电机(6)、第一铰链(8)、第二铰链(10)、水平转动盘(11)、竖向转动轴(12)；所述直流电机固定于支撑底座，所述直流电机的输出轴与竖向转动轴相连，所述水平转动盘固定连接于竖向转动轴顶部；所述第一铰链、减速电机分别设置于水平转动盘上的相对位置，所述太阳能板的背面中部与第一铰链相连，太阳能板的背面顶部通过第二铰链与齿条的顶部相连，所述齿条还与减速电机的输出轴通过齿轮啮合连接。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能板转动机构，其特征是，所述支撑底座上还设有齿轮箱(7)，所述齿轮箱通过轴与直流电机、竖向转动轴连接。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能板转动机构，其特征是，所述减速电机通过固定支架(9)安装在水平转动盘上。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能板转动机构，其特征是，所述支撑底座包括两侧的支撑板(5-1)、底板(5-2)、顶板(5-3)连接而成，所述直流电机固定于底板上。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能板转动机构，其特征是，该装置还设有竖向支撑轴(4)，所述竖向支撑轴为空心管状结构，其底部通过安装座(4-1)与支撑底座的顶板固定连接，所述竖向转动轴(12)依次穿过支撑底座的顶板、竖向支撑轴的空腔与水平转动盘(11)的底部固定连接，所述竖向转动轴与竖向支撑轴之间采用转动连接。

6.根据权利要求4所述的一种太阳能板转动机构，其特征是，所述支撑板的横截面为U型结构。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的太阳能板转动机构的太阳能追踪方法，其特征是，包括以下步骤：

1)备好A/D转换器、Arduino芯片，将太阳能板的电压输出端与A/D转换器相连，A/D转换器与Arduino芯片相连，所述Arduino芯片分别通过继电器与减速电机、直流电机控制连接；

2)通过对太阳与地球的相对位置变化情况建立数学模型，得到了任意经纬度及日期时间下太阳光线的高度角与方位角，Arduino芯片根据已建立的数学模型计算得到当前的太阳位置，并通过控制减速电机、直流电机的继电器通断时间，使其转动相应的角度，以驱动太阳能板转动至太阳直射位置；

3)由于累积误差和机械误差原因，太阳能板的位置并非完全垂直太阳光，因此需要进行微调；随着太阳能板与太阳光夹角的变化，太阳能板的输出电压值会发生改变，当光线直射时太阳能板的输出电压值最大；

驱动直流电机或减速电机正转或反转，使太阳能板朝某一方向运行一小段距离；通过A/D转换器将太阳能板输出的模拟电压采集并转换为数字量输入Arduino芯片进行计算；在直流电机或减速电机向某一个方向运行一段距离后，判断此时太阳能板的输出电压是否上升；如果上升，则说明该运动方向为正确方向并继续向该方向前进，如果下降，则说明方向不正确，则反向运动；

4)在确定运动方向后，持续采集电压值并与前次电压值比较，当等于或小于前次电压值时，则说明达到垂直位置，停止电机运行；

5)隔一段时间后，再重复步骤2)-步骤4)，以获得新的太阳能板位置。

8.根据权利要求7所述的一种太阳能板转动机构的太阳能追踪方法，其特征是，所述步骤5)中，每隔15分钟，再重复步骤2)-步骤4)，以获得新的太阳能板位置。

9.根据权利要求7所述的一种太阳能板转动机构的太阳能追踪方法，其特征是，步骤2)中，所述数学模型包括太阳的高度角H和方位角Z；

所述高度角H的计算公式为：

所述方位角Z的计算公式为：

式中：δ表示真太阳时，L表示当地纬度，σ表示赤纬角。

10.根据权利要求9所述的一种太阳能板转动机构的太阳能追踪方法，其特征是，所述赤纬角σ的计算公式如下：

σ＝0.006918-0.399912×cosθ₀+0.070257×sinθ₀-0.006758×cos2θ₀+0.000907×sin2θ₀-0.002679×cos3θ₀+0.00148×sin3θ₀；

其中日角n表示积日；

δ＝北京时+(参考地经度-120)×4÷60+时差÷60；

时差＝229.2×(0.000075+0.001868*cosθ₀-0.032077*sinθ₀-0.014615*cos2θ₀-0.04089*sin2θ₀)。