一种太阳跟踪装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及太阳能利用技术领域，特别是涉及一种太阳跟踪装置及其控制方法。


背景技术：

2.由于环境问题日益突出，清洁能源越来越受到大家的重视，太阳能是一种新型环保的清洁能源，但是由于太阳能密度低、间歇性、空间分布不断变化的特点，导致对太阳能的利用难度增大，因此就需要太阳跟踪装置来实现对太阳的精确追踪，用以提高转化效率。
3.但是目前的太阳跟踪装置无法根据太阳升起角度进行调节，导致不能很好的提高太阳能的转化效率，同时现有的太阳跟踪装置自动化程度不高，对太阳跟踪装置的调节很不方便。
4.因此，亟需设计一种太阳跟踪装置及其控制方法，用以解决上述问题。


技术实现要素：

5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种太阳跟踪装置，包括底座和控制机构，所述底座顶端固接有姿态调节机构，所述姿态调节机构顶端固接有支撑板；所述支撑板顶端铰接有安装架，所述安装架顶端固定嵌设有光伏板；所述支撑板与所述安装架之间设置有升降机构，所述升降机构顶端与所述安装架铰接，所述升降机构底端与所述支撑板固接；所述安装架侧壁均固接有若干光电传感器，所述光伏板、所述升降机构、所述姿态调节机构、所述光电传感器均与所述控制机构电性连接。
6.优选的，所述姿态调节机构包括固定在所述底座顶端的动力部、位于所述动力部上方的姿态调节部，所述动力部与所述控制机构电性连接；所述姿态调节部包括第二三角架，所述第二三角架的下方设置有第一三角架，所述第一三角架固接在所述动力部顶端，所述第一三角架和所述第二三角架之间设置有第一支撑杆、第二支撑杆和第三支撑杆，所述第一支撑杆、所述第二支撑杆和所述第三支撑杆呈三角形分布；所述第一支撑杆底端与所述第一三角架固接，所述第二支撑杆底端和所述第三支撑杆底端均贯穿所述第一三角架并与所述第一三角架滑接，所述第一支撑杆顶端、所述第二支撑杆顶端和所述第三支撑杆顶端均与所述第二三角架活动连接，所述第二支撑杆底端和所述第三支撑杆底端均与所述动力部传动连接。
7.优选的，所述第一支撑杆顶端固接有第一万向节，所述第一万向节末端与所述第二三角架固接。
8.优选的，所述第二支撑杆顶端铰接有第一连接杆，所述第一连接杆在所述第一支撑杆和第二支撑杆所形成的平面内摆动，所述第一连接杆顶端固接有第二万向节，所述第二万向节末端与所述第二三角架固接。
9.优选的，所述第三支撑杆顶端和所述第二三角架底端均固接有球座，两所述球座之间设置有第二连接杆，所述第二连接杆两端均固接有球头，两所述球头分别与两所述球座滑接。
10.优选的，所述动力部包括电动推杆和固定杆，所述第二支撑杆底端和所述第三支撑杆底端均固接有所述电动推杆，所述电动推杆的底端与所述底座固接，所述固定杆顶端与所述第一三角架底端固接，所述固定杆底端与所述底座顶端固接，两所述电动推杆均与所述控制机构电性连接。
11.优选的，所述升降机构包括固接在所述支撑板顶端的滑动套筒，所述滑动套筒内滑接有第一滑杆，所述第一滑杆顶端铰接有第三连接杆，所述第三连接杆末端与所述安装架铰接，所述滑动套筒下方转动连接有第一凸轮，所述第一凸轮与所述第一滑杆底端相接触；所述支撑板顶端固接有驱动电机和传动组件，所述驱动电机通过所述传动组件与所述第一凸轮传动连接，所述驱动电机与所述控制机构电性连接。
12.优选的，所述传动组件包括固接在所述支撑板顶端的第一支架，所述第一支架靠近所述第一凸轮的一侧转动连接有棘轮，所述棘轮与所述第一凸轮同轴固接；所述棘轮远离所述第一凸轮的一侧转动连接有传动杆，所述传动杆末端铰接有棘爪，所述棘爪与所述棘轮相啮合；所述第一支架上滑接有第二滑杆，所述第二滑杆底部套设有弹簧，所述弹簧一端与所述第一支架固接，所述弹簧另一端与所述第二滑杆底端固接，所述第二滑杆一侧与所述传动杆转动连接；所述驱动电机的输出轴固接有第二凸轮，所述第二凸轮与所述第二滑杆底端相接触。
13.优选的，所述控制机构包括光伏控制器，所述光伏控制器与所述光伏板电性连接，所述光伏控制器电性连接有蓄电池、电机控制器；所述电机控制器电性连接有电机驱动器a、电机驱动器b和电机驱动器c，所述电机驱动器a和所述电机驱动器b分别与两所述电动推杆电性连接，所述电机驱动器c与所述驱动电机电性连接；所述光电传感器与所述电机控制器电性连接。
14.一种太阳跟踪装置的控制方法，基于上述任意一项所述的一种太阳跟踪装置，光伏板输出直流电，通过光伏控制器对直流电整定后为蓄电池进行充电，同时为电机控制器供电；
15.光电传感器采集数据，电机控制器对光电传感器采集的数据进行处理，电机控制器根据光电传感器采集的数据控制电机驱动器a、电机驱动器b和电机驱动器c；
16.电机驱动器a和电机驱动器b分别控制两电动推杆运动实现光伏板姿态的调节，电机驱动器c控制驱动电机运动实现光伏板倾斜角度的调节。
17.本发明公开了以下技术效果：
18.1、本发明通过姿态调节机构根据一天太阳所处的不同位置进行调节，实现光伏板始终追踪太阳，使光伏板得到充分的照射，提高太阳能转化率。
19.2、本发明通过升降机构根据一年中太阳升起角度的变化而调节光伏板的角度，使光伏板得到充分的照射，进一步提高太阳能转化率。
20.3、本发明通过控制机构对升降机构和姿态调节机构进行控制，自动化程度高，控制更加精确。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明一种太阳跟踪装置的结构示意图；
23.图2为本发明一种太阳跟踪装置一方向的轴侧图；
24.图3为图2中a的放大图；
25.图4为本发明一种太阳跟踪装置另一方向的轴侧图；
26.图5为图4中b的放大图；
27.图6为本发明中传动杆的结构示意图；
28.图7为本发明中一种太阳跟踪装置的控制流程图；
29.图8为本发明实施例二的一种太阳跟踪装置的控制流程图；
30.图9为本发明实施例三的限位组件的结构示意图；
31.其中，1为光伏板、2为光电传感器、3为安装架、4为支撑板、5为升降机构、6为第二三角架、7为第一支撑杆、8为第三支撑杆、9为第二支撑杆、10为第一连接杆、11为第一三角架、12为电动推杆、13为固定杆、14为底座、15为支撑腿、16为第三连接杆、17为第一滑杆、18为滑动套筒、19为第二支架、20为第一凸轮、21为转轴、22为第一支架、23为棘爪、24为传动杆、25为棘轮、26为驱动电机、27为弹簧、28为第二凸轮、29为第二滑杆、30为第二万向节、31为第一万向节、32为球座、33为第二连接杆、34为球头、35为电机驱动器a、36为电机驱动器b、37为电机控制器、38为dc负载、39为ac负载、40为逆变器、41为蓄电池、42为光伏控制器、43为电机驱动器c、44为时间继电器、45为转动套、46为卡接槽、47为弹簧、48为卡接块、49为轴芯。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
34.实施例一：
35.参照图1
‑
7，本发明提供一种太阳跟踪装置，包括底座14和控制机构，底座14顶端固接有姿态调节机构，姿态调节机构顶端固接有支撑板4；支撑板4顶端铰接有安装架3，安装架3顶端固定嵌设有光伏板1；支撑板4与安装架3之间设置有升降机构5，升降机构5顶端与安装架3铰接，升降机构5底端与支撑板4固接；安装架3侧壁均固接有若干光电传感器2，光伏板1、升降机构5、姿态调节机构、光电传感器2均与控制机构电性连接。
36.进一步的，底座14底端固接有若干支撑腿15，若干支撑腿15呈矩形分布。
37.进一步的，位于安装架3上下侧壁的光电传感器2用于升降机构5的调节，位于安装架3左右侧壁的光电传感器2用于姿态调节机构的调节。
38.进一步的，姿态调节机构包括固定在底座14顶端的动力部、位于动力部上方的姿态调节部，动力部与控制机构电性连接；姿态调节部包括第二三角架6，第二三角架6的下方
设置有第一三角架11，第一三角架11固接在动力部顶端，第一三角架11和第二三角架6之间设置有第一支撑杆7、第二支撑杆9和第三支撑杆8，第一支撑杆7、第二支撑杆9和第三支撑杆8呈三角形分布；第一支撑杆7底端与第一三角架11固接，第二支撑杆9底端和第三支撑杆8底端均贯穿第一三角架11并与第一三角架11滑接，第一支撑杆7顶端、第二支撑杆9顶端和第三支撑杆8顶端均与第二三角架6活动连接，第二支撑杆9底端和第三支撑杆8底端均与动力部传动连接。
39.进一步的，第一支撑杆7顶端固接有第一万向节31，第一万向节31末端与第二三角架6固接。
40.进一步的，第二支撑杆9顶端铰接有第一连接杆10，第一连接杆10在第一支撑杆7和第二支撑杆9所形成的平面内摆动，第一连接杆10顶端固接有第二万向节30，第二万向节30末端与第二三角架6固接。
41.进一步的，第三支撑杆8顶端和第二三角架6底端均固接有球座32，两球座32之间设置有第二连接杆33，第二连接杆33两端均固接有球头34，两球头34分别与两球座32滑接。
42.第一支撑杆7顶端和第一连接杆10顶端分别通过第一万向节31和第二万向节30与第二三角架6连接，第三支撑杆8通过球面副与第二三角架6连接，使得第一支撑杆7、第一连接杆10和第三支撑杆8与第二三角架6的连接处可以任意角度转动，第一连接杆10底端与第二支撑杆9顶端铰接，且第一连接杆10在一支撑杆和第二支撑杆9形成的平面摆动，使第二三角架6能够以第一支撑杆7与第二三角架6连接处为点运动，使得光伏板1能够根据一天时间段内的不同太阳方向进行调节，实现光伏板1始终追踪太阳，使光伏板1得到充分的照射，提高太阳能转化率。
43.进一步的，动力部包括电动推杆12和固定杆13，第二支撑杆9底端和第三支撑杆8底端均固接有电动推杆12，电动推杆12的底端与底座14固接，固定杆13顶端与第一三角架11底端固接，固定杆13底端与底座14顶端固接，两电动推杆12均与控制机构电性连接。
44.采用电动推杆12作为动力源，与液压式推杆相比，省掉了复杂的液压系统及外在的液压源，减轻了重量；同时，在使用电动推杆12时安装方便，使用可靠，维护简单，耗能较低，且不受气候、环境的限制，便于自动化控制。
45.进一步的，升降机构5包括固接在支撑板4顶端的滑动套筒18，滑动套筒18内滑接有第一滑杆17，第一滑杆17顶端铰接有第三连接杆16，第三连接杆16末端与安装架3铰接，滑动套筒18下方转动连接有第一凸轮20，第一凸轮20与第一滑杆17底端相接触；支撑板4顶端固接有驱动电机26和传动组件，驱动电机26通过传动组件与第一凸轮20传动连接，驱动电机26与控制机构电性连接。
46.进一步的，传动组件包括固接在支撑板4顶端的第一支架22，第一支架22靠近第一凸轮20的一侧转动连接有棘轮25，棘轮25与第一凸轮20同轴固接；棘轮25远离第一凸轮20的一侧转动连接有传动杆24，传动杆24末端铰接有棘爪23，棘爪23与棘轮25相啮合；第一支架22上滑接有第二滑杆29，第二滑杆29底部套设有弹簧27，弹簧27一端与第一支架22固接，弹簧27另一端与第二滑杆29底端固接，第二滑杆29一侧与传动杆24转动连接；驱动电机26的输出轴固接有第二凸轮28，第二凸轮28与第二滑杆29底端相接触。
47.进一步的，第一支架22为f字型，第二滑杆29为t字型，第二滑杆29位于第一支架22的上横板和下横板之间，第二滑杆29的竖杆顶端和底端分别贯穿上横板和下横板，竖杆底
端固接有凸起；弹簧27套设在竖杆的底部，弹簧27的一端与下横板顶端，弹簧27的另一端与凸起固接，第二凸轮28与凸起底端相接触；传动杆24靠近驱动电机26的一侧固接有连接块，第二滑杆29的横杆远离竖杆的一端与连接块转动连接。
48.进一步的，第一凸轮20远离第一支架22的一侧设置有第二支架19，第二支架19固接在支撑板4顶端，第一支架22与第二支架19之间设置有转轴21，转轴21的两端分别与第一支架22和第二支架19转动连接，第一凸轮20和棘轮25固定套设在转轴21上，传动杆24一端转动套设在转轴21上。
49.电机控制器37通过电机驱动器c43带动驱动电机26转动，驱动电机26带动与之固接第二凸轮28转动，第二凸轮28顶动第二滑杆29，同时在弹簧27的作用下第二滑杆29上下移动，进而第二滑杆29带动与之转动连接的传动杆24绕转轴21转动，进而带动与之铰接的棘爪23沿棘轮25移动，当第二滑杆29在弹簧27的作用下向下移动时会带动棘爪23顶动棘轮25转动，进而带动与之同轴固接的第一凸轮20转动，第一凸轮20顶动第一滑杆17，第一滑杆17带动与之铰接的第三连接杆16运动，进而带动与第三连接杆16铰接的安装架3运动，最终实现光伏板1角度的调节，实现根据一年中太阳升起角度的变化而调节光伏板1的角度，使光伏板1得到充分的照射，进一步提高太阳能转化率。
50.进一步的，控制机构包括光伏控制器42，光伏控制器42与光伏板1电性连接，光伏控制器42电性连接有蓄电池41、电机控制器37；电机控制器37电性连接有电机驱动器a35、电机驱动器b36和电机驱动器c43，电机驱动器a35和电机驱动器b36分别与两电动推杆12电性连接，电机驱动器c43与驱动电机26电性连接；光电传感器2与电机控制器37电性连接。本发明通过控制机构实现对姿态调节机构以及升降机构的控制，完成太阳跟踪装置的追日，自动化程度高，对太阳跟踪装置的控制更加精确，响应更加迅速。同时光伏板1转化的电能一部分供给给蓄电池41，蓄电池41将电能储存起来，能够为驱动电机26及电动推杆12的运转提供能源，无需额外提供能源。
51.进一步的，光伏控制器42还电性连接有逆变器40和dc负载38，逆变器40电性连接有ac负载39。经过光伏控制器42整流的直流电能直接供给dc负载38，还可以经过逆变器40转化为交流电直接供给ac负载39。
52.进一步的，光伏控制器42在太阳跟踪装置中具有充放电控制，过充、过放电保护，过载及反接保护等一系列控制保护作用，选取二代智能型太阳能光电控制器，额定充电电流自动识别为10
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50a，系统电压为12v/24v自动识别，控制方式上能够在充电时进行pwm脉宽调制。
53.进一步的，电机控制器37采用以运动控制芯片为核心的智能双轴控制器be
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1209，输入电压为24v，信号输出为5
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24v的脉冲和方向信号，同时可以实现程序的编译、读入、删除及保存，通过串口和上位机程序进行串口通讯，实现指令程序的传输、测试及操作。电机控制器37能够储存光电传感器2每天采集的数据，当阴云遮蔽的情况下，光电传感器2传回的光电信号差值较大，电机控制器37会运行前一天的光电传感器2采集的数据，并通过时间继电器44控制电机驱动器a35、电机驱动器b36驱动两电动推杆12实现调姿跟踪太阳。
54.一种太阳跟踪装置的控制方法，基于上述任意一项的一种太阳跟踪装置，光伏板1输出直流电，通过光伏控制器42对直流电整定后为蓄电池41进行充电，同时为电机控制器37供电；
55.光电传感器2采集数据，电机控制器37对光电传感器2采集的数据进行处理，电机控制器37根据光电传感器2采集的数据控制电机驱动器a35、电机驱动器b36和电机驱动器c43；
56.电机驱动器a35和电机驱动器b36分别控制两电动推杆12运动实现光伏板1姿态的调节，电机驱动器c43控制驱动电机26运动实现光伏板1倾斜角度的调节。
57.具体实施方式：电机控制器37根据光电传感器2采集的参数，联合控制两个电动推杆12的伸缩，带动与之固接的第二支撑杆9和第三支撑杆8沿竖直方向移动，由于第一支撑杆7顶端和第一连接杆10顶端分别通过第一万向节31和第二万向节30与第二三角架6连接，第三支撑杆8通过球面副与第二三角架6连接，第一连接杆10底端与第二支撑杆9顶端铰接，且第一连接杆10在一支撑杆和第二支撑杆9形成的平面摆动，使第二三角架6能够以第一支撑杆7与第二三角架6连接处为点运动，进而带动光伏板1移动；电机控制器37控制驱动电机26转动，驱动电机26带动棘轮25转动，棘轮25带动与之固接的第一凸轮20转动，顶动第一滑杆17，第一滑杆17带动与之铰接的第三连接杆16运动，进而带动与第三连接杆16铰接的安装架3运动，最终实现光伏板1角度的调节，实现根据一年中太阳升起角度的变化而调节光伏板1的角度，使光伏板1得到充分的照射，进一步提高太阳能转化率。
58.实施例二：
59.参照图8，实施例二与实施例一的区别在于，电机控制器37通过时间继电器44与电机驱动器c43电性连接。
60.具体实施方式：电机控制器37能够储存驱动电机26运转的参数，一天光伏板1转过的总角度a，每次升降机构与转轴转动的角度为b，则一天内太阳能电池板共转动a/b次，光伏板1一天的工作时间为12h，那么设定通电时间为12/(a/b)h，则当阴云遮蔽的情况下，根据前一天的运行情况，时间继电器44通电，时间继电器44控制电机驱动器c43启动，驱动电机26带动转轴21旋转；当时间继电器44的延时时间结束，时间继电器44控制电机驱动器c43停止工作，升降装置停止转动。
61.实施例三：
62.参照图9，第一连接杆10与第二支撑杆9的连接处、第三连接杆16与第一滑杆17的连接处均设置有限位组件，第一连接杆10与第二支撑杆9和第三连接杆16与第一滑杆17均通过限位组件铰接；
63.限位组件包括转动套45，转动套45内转动连接有轴芯49；轴芯49上周向开设有两个卡接槽46，两卡接槽46对称设置，卡接槽46的截面形状为直角三角形；转动套45内侧开设有凹槽，凹槽内滑接有与卡接槽46相适配的卡接块48，凹槽底端与卡接块48之间设置有若干弹簧47，弹簧47两端分别与凹槽和卡接块36固接；卡接块48设置有两个，两卡接块48所呈的角度与两卡接槽46所呈的角度不相等；
64.两转动套45分别与第一连接杆10和第三连接杆16固接，两所述轴芯49分别与第二支撑杆9和第一滑杆17固接。
65.具体实施方式：通过限位组件铰接，当一卡接块48与一卡接槽46卡接时，另一卡接块48与另一卡接槽46不卡接，当轴芯49反向转动时，由于卡接槽46截面为直角三角形，卡接块48与卡接槽46解除卡接，当转到一定角度时一卡接块48与一卡接槽46卡接时，则无法在转动，防止转动角度过大造成升降机构和姿态调节机构损坏。
66.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
67.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。