僅需一個電機的三維追日系統及其控制方法技術方案

本發明專利技術涉及一種僅需一個電機的三維追日系統及其控制方法，該系統包括一個控制器、一個電機、至少一個電磁鐵離合裝置、系統赤緯角調節機構、至少兩個追日裝置，其中，控制器控制電機直接、間接或通過減速機構驅動追日系統中任一方位角轉軸上的方位齒輪、鏈輪或蝸輪或與其相連的齒條、鏈條或蝸桿，借助電磁鐵離合裝置，使各追日裝置同時進行隨陽方位、高度和赤緯的三維追日運動。

【技術實現步驟摘要】
僅需一個電機的三維追日系統及其控制方法
本專利技術屬于清潔能源、光電轉換裝置制造領域，特別涉及一種僅需一個電機的三維追日系統及其控制方法。
技術介紹
太陽能是人類可以無限使用下去的一種巨大的天然能源，并作為一種清潔的、沒有任何污染的能源越來越受到和引起世界各國的關注和極大的興趣。人類對太陽能的利用有著悠久的歷史，如利用鋼制四面鏡聚焦太陽光來點火、利用太陽能來干燥農副產品等等。迄今，太陽能的利用已日益廣泛，它包括太陽能的光熱利用，太陽能的光電利用和太陽能的光化學利用等。然而，由于技術問題，迄今商業化的光伏發電裝置/太陽能電池的價格太高、光電轉換效率過低。在城市電力系統中，高昂的一次性投資成本無疑更為光伏發電裝置/太陽能電池產品推廣增加了難度，大規模開發和利用光伏太陽能發電，提高電池的光電轉換效率和降低生產成本成為核心所在。因此，最大程度利用太陽(能)、提高光電轉換效率、降低生產成本、擴大生產規模成為現今開發、生產光伏發電裝置/太陽能電池的主題。中國專利CN94119393.4提出一種太陽跟蹤器裝置，包括兩個隨太陽運行的太陽跟蹤器及太陽能裝置，其特征是：這兩個跟蹤器以液體或氣體作為工作介質的力傳遞相互連接，當其中的一個跟蹤器隨太陽運行時，另一個跟蹤器也進行相協調的運動。然而，這兩個跟蹤器的太陽能裝置1、1’是通過一個液壓式的，采用液體或氣體作為工作介質的力傳遞直接相互連接，當兩個跟蹤器之一的太陽能裝置隨太陽運行時，另一個跟蹤器太陽能裝置也進行相協調的互補性的運動，但不能三維跟蹤太陽。中國專利公開說明書CN01102265.5提出一種主要用于太陽能利用的跟蹤太陽的方法及裝置。跟蹤太陽是等分時間、擬分角度的間隔調整。將地球自轉一周時間段和地球公轉一周時間段等分為若干個調整時間間隔，將每個調整時間間隔內太陽相對于地球的角度變化各個模擬地分配在模擬赤道的自轉角調整齒輪和模擬黃道的俯仰角調整齒輪上，從而產生相對于固定時間間隔的角度間隔，通過伺服機構在各自的每個時間間隔調整一次角度，周期循環調整。并根據該方法給出一個太陽跟蹤裝置。但該裝置不能三維聯動跟蹤太陽。中國專利公開說明書CN01124176.4提出一種主要用于太陽能利用的跟蹤太陽的方法及裝置。并根據該方法給出一個太陽跟蹤裝置。該太陽跟蹤方法包括：A.將平太陽時的一個周日視運動時間段與一個周年視運動時間段各等分為若干個一定合適時長的時間段。B.將太陽與地球表面任一點的連線與這一點的與地軸平行的參考面的夾角變化分解為地球繞太陽公轉和地球自轉兩個夾角變化，前者為仰角變化，后者為自轉角變化，對這兩個角度變化的跟蹤是在這一點的與地軸平行的參考面上進行的。C.將地球公轉一個周年視運動時間段等分為若干個調整時間間隔，將每個調整時間間隔內地球公轉過太陽的角度變化順序映射在仰角調整齒輪上，從而產生相對于固定時間間隔的角度間隔，通過與仰角調整齒輪關連的角度調整范圍為正負23度26分21秒的伺服機械機構在每個時間間隔調整一次角度，即完成仰角跟蹤。D.將地球自轉一個平太陽日時間段等分為若干個調整時間間隔，將每個調整時間間隔內地球自轉過太陽的自轉角視角度變化順序映射在自轉角調整齒輪上，從而產生相對于固定時間間隔的角度間隔，通過與自轉角調整齒輪關連的伺服機械機構在每個時間間隔調整一次角度，即完成自轉角跟蹤。E.將仰角調整齒輪映射地球公轉不等角度的時間間隔順序的真太陽時與平太陽時時差所致自轉角角度差弧長輻向順序映射在仰角調整齒輪側面上，并通過相對應的關連機械機構反應在自轉角調整上，隨仰角調整齒輪的調整而調整時差對自轉角調整的影響，一周一個時差調整循環，即完成時差調整。F.將仰角跟蹤和自轉角跟蹤及時差調整疊加為一個完整系統，周期循環調整。但該裝置不能三維聯動跟蹤太陽。中國專利CN02222766.0提出一種微功耗定時太陽跟蹤裝置，由一個步進式驅動的機械傳動機構和微電腦控制電路部分組成。步進式驅動的機械傳動機構由步進電機、蝸輪和蝸桿組成。微電腦控制電路部分由MOSFET步進電機驅動電路、光電位置傳感器電路、單片機芯片、實時時鐘芯片和鍵盤顯示電路組成。它利用地球以每小時自轉15度的規律，通過微電腦控制系統和步進式驅動的機械傳動機構使太陽射線以接近0度的入射角進入太陽能裝置，提高太陽能裝置的太陽能轉換效率。但該裝置需較高造價。中國專利公開說明書CN03109488.0提出一種單驅動太陽跟蹤系統，包括定支架、自轉角跟蹤機構、仰角調整機構和時差調整機構。利用單驅動實現太陽的自轉角跟蹤、時差調整和仰角跟蹤，減化了結構；自轉角跟蹤機構包括主工作軸、減速機構、伺服電機和系統控制器，系統控制器的輸出端連接伺服電機，伺服電機輸出軸與減速機構的輸入端同軸連接，減速機構的輸出端與主工作軸同軸連接，主工作軸轉動支承在定支架上并與地軸平行，自轉角跟蹤機構一個工作循環為平太陽時的24小時轉動1周，連續驅動主工作軸隨動于太陽日視運動時角變化；所述的自轉角跟蹤機構的一個循環所用步數的每步步時長為一個平太陽日的整除步數時長，調整主工作軸間歇、勻速地隨動于太陽日視運動時角變動；所述的時差調整機構包括螺桿、時差調整模塊環、時差調整桿和時差傳動副，時差調整模塊環由多個時差調整模塊活動連接而成，每一時差調整模塊的外側面有沿時差調整模塊環面并與所述螺桿嚙合的圓弧螺紋槽；在所述時差調整模塊環的內環側面有沿環面的時差調整槽，每塊時差調整模塊上的時差調整槽對應該模塊調整時間區間的平太陽時與真太陽時的時差在太陽跟蹤系統中所反映的時角弧長曲線，各時差調整模塊的時差調整槽是連續、閉合和不重復的，整個時差調整槽對應一回歸年的平太陽時與真太陽時時差在太陽跟蹤系統中所反映的時角弧長曲線；所述的時差調整桿固定在定支架上，其外端垂直插入所述的時差調整槽內；時差調整機構一個工作循環為1回歸年，螺桿驅動時差調整模塊環轉動1周，連續調整1回歸年的平太陽時與真太陽時的時差；所述的自轉角跟蹤機構的系統控制器、伺服電機、減速機構和時差調整機構的螺桿、時差調整模塊環、時差傳動副的主動錐齒輪和從動錐齒輪均轉動支承于動支架上，動支架繞主工作軸微動，所述的螺桿軸向為主工作軸的徑向。但該裝置結構不易保證該裝置平滑準確跟蹤太陽。中國專利公開說明書CN200510094900.8公開了一種基于跟蹤姿態反饋的太陽跟蹤裝置及跟蹤方法，裝置包括受光面板與控制器電連接的傳感器、電機，所說受光面板經鉸鏈與支撐桿、高度角調節桿連接，支撐桿的另一端與立柱連接，所說控制器為單片機的模/數端口分別與高度角傳感器和方位角傳感器電連接、數/模端口分別與高度角驅動電機控制端口和方位角驅動電機控制端口電連接；跟蹤方法包括利用經度、緯度和日期時間計算當地當日太陽赤緯和時差，根據經度、緯度、太陽赤緯、時差和時刻實時計算太陽方位角和高度角，利用閉環控制實現實時跟蹤；其控制器為單片機的模/數端口分別與高度角傳感器和方位角傳感器電連接、數/模端口分別與高度角驅動電機控制端口和方位角驅動電機控制端口電連接。但該裝置造價并不能低廉。中國專利公開說明書CN201020214261.0公開了一種大功率半齒輪俯角跟蹤太陽能采光裝置，它由太陽能電池板、減速箱體、支座、電機、直齒輪、渦桿、渦輪、豎直驅動軸、水平驅動軸、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
僅需一個電機的三維追日系統，其特征在于：該系統包括一個控制器、一個電機、至少一個電磁鐵離合裝置、系統赤緯角調節機構、至少兩個追日裝置；其中，每個追日裝置包括由金屬和/或非金屬材料制成的朝陽面板、含有高度調節槽或高度調節軌道的高度角調節機構、含有帶方位齒輪、鏈輪或蝸輪的方位角轉軸的方位角調節機構、方位支架、支架，這些追日裝置分布在一根或多根由金屬和/或非金屬材料制成的赤緯角轉軸上，多根赤緯角轉軸間直接或通過與其相連的由金屬和/或非金屬材料制成的齒輪、鏈輪或蝸輪由相應的齒條、鏈條或蝸桿連接，系統赤緯角調節機構與一根或多根赤緯角轉軸上的轉臂相連，各追日裝置中方位角轉軸上的方位齒輪、鏈輪或蝸輪由相應的齒條、鏈條或蝸桿連接，至少一個電磁鐵離合裝置位于其通電時能與方位角調節機構及系統赤緯角調節機構相接觸的位置。

【技術特征摘要】
1.僅需一個電機的三維追日系統，其特征在于：該系統包括一個控制器、一個電機、至少一個電磁鐵離合裝置、系統赤緯角調節機構、至少兩個追日裝置；其中，每個追日裝置包括由金屬和/或非金屬材料制成的朝陽面板、含有高度調節槽或高度調節軌道的高度角調節機構、含有帶方位齒輪、鏈輪或蝸輪的方位角轉軸的方位角調節機構、方位支架、支架，這些追日裝置分布在一根或多根由金屬和/或非金屬材料制成的赤緯角轉軸上，多根赤緯角轉軸間直接或通過與其相連的由金屬和/或非金屬材料制成的齒輪、鏈輪或蝸輪由相應的齒條、鏈條或蝸桿連接，系統赤緯角調節機構與一根或多根赤緯角轉軸上的轉臂相連，各追日裝置中方位角轉軸上的方位齒輪、鏈輪或蝸輪由相應的齒條、鏈條或蝸桿連接，至少一個電磁鐵離合裝置位于其通電時能與方位角調節機構及系統赤緯角調節機構相接觸的位置。2.根據權利要求1所述的僅需一個電機的三維追日系統，其特征在于：所述的高度角調節機構包括至少一根高度調節桿、相應的機械滑動和/或轉動部件；其中，高度調節桿直接或借助滑動和/或轉動部件沿高度調節槽或高度調節軌道運動。3.根據權利要求1所述的僅需一個電機的三維追日系統，其特征在于：所述的系統赤緯角調節機構包括帶有齒輪和/或螺旋部分的赤緯角調節桿、相應的機械滑動和/或轉動部件。4.根據權利要求1所述的僅需一個電機的三維追日系統，其特征在于：所述的高度調節槽或高度調節軌道的形狀是斜線、曲線、直線、螺旋、他們中任兩種或兩種以上的組合形狀。5.根據權利要求1所述的僅需一個電機的三維追日系統，其特征在于：所述的電機包括恒速電機、變速電機、換向電機、伺服電機或步進電機。6.根據權利要求1所述的僅需一個電機的三維追日系統，其特征在于：所述的追日裝置進而包括方位...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉津平，劉文韜，高霞，
申請(專利權)人：劉津平，江西杰彼新能源有限公司，
類型：發明
國別省市：