太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器的製作方法
2023-12-04 15:57:46
專利名稱：太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種能源技術領域的裝置，具體的說，涉及的是一種太陽光採集系統中所採用的太陽跟蹤定位裝置。
背景技術：
在我國，照明需求較強的經濟發達城市往往處於缺電地區，電力供應緊張；並且電能屬於二次能源，在我國絕大多數是由煤炭、天然氣和核能等不可再生資源發出的；此外，發電過程往往不可避免的產生各種環境汙染物。
太陽光是最清潔的、能量最強的自然光源，取之不盡，用之不竭。特別是在提供相同照度的條件下，天然光帶來的熱量比絕大多數人工光源的都少；也就是說，如果用天然光代替人工光源照明，可大大減少空調負荷，有利於減少建築物能耗。目前，人們對陽光的利用絕大多數停留在通過玻璃窗或天窗取光，達到照明或景觀的作用。但是，這種取光方法利用率較低，而且不能滿足建築中部和陰面等位置的照明需要。為此開發一種太陽光照明系統，特別是不受建築物空間限制的太陽光照明系統意義重大。
因此，從節約不可再生資源和保護環境等角度，使用太陽能照明是很有前景的一項技術。人與自然的和諧共存是人類永恆追求的信念，太陽光採集裝置可以為人們提供清潔和健康的照明太陽光。它利用光纖的傳導原理把太陽光引入到任何需要的地方，這一裝置極大地拓展了接受太陽光照明的空間，可以廣泛應用於建築業、農作物培育養殖業以及倉庫存儲業等行業。
經對對現有技術地文獻檢索發現，張耀明等在《中國工程科學》第四卷第九期(2002年9月)上發表的《採集太陽光的照明系統研究》，該文中提出一種光纖光敏探測器太陽光跟蹤傳感器，其不足在於工藝實現比較困難，特別是光纖和傳感器的排列困難；原理結構比較複雜，需要進行粗調和細調，控制程序和電路比較複雜；系統成本過高。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器，使其可以提高太陽光採集系統的跟蹤精度和太陽光的採集效率；同時本發明工藝簡單、便於加工，成本也非常低。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括紅外濾光片、可見光增透膜、雙凸非球面透鏡、光敏電阻陣列、控制電路、步進電機和固定裝置。
可見光增透膜鍍在雙凸非球面透鏡上，紅外濾光片、雙面鍍可見光增透膜的雙凸非球面透鏡、光敏電阻陣列和步進電機通過固定裝置固定，紅外濾光片位於雙凸非球面透鏡前，光敏電阻陣列的中心位於雙凸非球面透鏡的焦點處，光敏電阻的管腳和控制電路連接；太陽光首先經過紅外濾光片，該器件濾除了太陽光中的大部分紅外光；然後太陽光經過可見光增透膜，可見光增透膜是鍍在雙凸非球面透鏡表面上，在此處可見光的透過率將得到加強；然後再經過雙凸非球面透鏡，此透鏡起到匯聚太陽光的作用，最後太陽光照射在光敏電阻陣列上。光敏電阻陣列把太陽位置的變化轉化為電流的變化，並傳輸給控制電路，控制電路經過判斷後輸出控制信號，步進電機根據控制信號進行轉動，調整系統角度，使太陽光採集系統正對太陽。
本發明的光敏電阻陣列按照十字形式的四個方位排列，由於太陽光照射焦點的移動，光敏電阻受到太陽光的照射會變化，其阻值會發生相應變化，控制電路根據光敏電阻陣列電流的變化就可以判斷出太陽的移動方位。
本發明步進電機有兩個，通過軸承與太陽光採集系統的固定裝置相連接，固定裝置和軸承使得太陽光採集系統可以在水平範圍和俯仰範圍內轉動。
本發明控制電路的元件位於電路板上，控制電路的輸出信號通過導線傳遞給兩個步進電機，控制電路的輸出是電脈衝信號，控制電路輸出兩路控制信號，分別控制兩個步進電機，一路信號和一個步進電機負責調整系統的水平角，另一路信號和另一個步進電機負責調整系統的俯仰角，步進電機每接收到一個電脈衝，就轉動一個角度，使得整個系統對準太陽。
本發明紅外濾光片去除了入射太陽光中的大部分紅外光，使得最終照射到光敏電阻陣列上的陽光不至於過熱而損壞光敏電阻。可見光增透膜可以使得經過的可見光功率得到加強，提高透過率。
本發明提高了跟蹤精度，提高了採集太陽光的效率，同時由於使用了光敏電阻，大大降低了系統的成本。
圖1為本發明結構框圖。
圖2為本發明各部分功能圖。
圖3為本發明光敏電阻陣列示意圖。
圖4為本發明控制電路結構圖具體實施方式
如圖1所示，本發明的光電轉換部分包括紅外濾光片、可見光增透膜、雙凸非球面透鏡、光敏電阻陣列和固定裝置，可見光增透膜鍍在雙凸非球面透鏡上，固定裝置把紅外濾光片、雙凸非球面透鏡(雙面鍍可見光增透膜)和光敏電阻陣列固定牢固。紅外濾光片位於雙凸非球面透鏡前，光敏電阻陣列的中心位於雙凸非球面透鏡的焦點處。光敏電阻的管腳通過導線和控制電路連接，控制電路通過導線連接兩個步進電機。
如圖2所示，說明了本發明各個部分的功能和關係。本發明中，太陽光首先經過紅外濾光片，該器件濾除了太陽光中的大部分紅外光；然後太陽光經過可見光增透膜，可見光增透膜是鍍在雙凸非球面透鏡表面上，在此處可見光的透過率將得到加強；然後再經過雙凸非球面透鏡，最後太陽光照射在光敏電阻陣列上。光敏電阻陣列把太陽位置的變化轉化為電流的變化，並傳輸給控制電路，控制電路經過判斷後輸出控制信號，步進電機根據控制信號進行轉動，調整系統的俯仰角和水平角，從而使太陽光採集系統正對太陽。
如圖3所示，說明了光敏電阻陣列的具體排列。光敏電阻按照十字形式排列在四個方位上，當太陽的焦點發生移動時，光敏電阻受到的太陽照射強度發生變化，從而電流發生變化，根據這種變化，就可以判斷太陽位置的移動。
使用時，可以把本發明裝置固定在陽光直射處。紅外濾光片的一面對準太陽，此系統就會自動的跟蹤太陽，時刻保持正對太陽。
所述的紅外濾光片去除了入射太陽光中的大部分紅外光，使得最終照射到光敏電阻陣列的太陽光不會因過熱而老化損壞，絕大部分的可見光可以正常通過。
所述的可見光增透膜可以使得經過的可見光功率得到加強，提高透過率。
如圖4所示，所述的控制電路對太陽的位置進行判斷，並輸出控制信號，控制步進電機的轉動。輸入信號來自光敏電阻，經過模擬量切換，信號調理和單片機的計算和判斷，輸出控制電脈衝信號給兩個步進電機的驅動器，調整步進電機的轉動。
所述的控制電路的元件位於電路板上，控制電路的輸出信號通過導線傳遞給兩個步進電機，控制電路的輸出是電脈衝信號，控制電路輸出兩路控制信號，分別控制兩個步進電機，一路信號和一個步進電機負責調整系統的水平角，另一路信號和另一個步進電機負責調整系統的俯仰角，步進電機每接收到一個電脈衝，就轉動一個角度，使得整個系統對準太陽。
所述的步進電機調整系統的俯仰角和水平角，俯仰角的調整範圍是0-90度，水平角的調整範圍是0-180度。
所述的步進電機的步距角是1.8度，細分為1/64，即每脈衝轉動1.8/64＝0.028125度。
所述的固定裝置還保證光敏電阻陣列中心位於雙凸非球面透鏡的焦點上。
權利要求
1.一種太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器，包括紅外濾光片、可見光增透膜、雙凸非球面透鏡、光敏電阻陣列、控制電路、步進電機和固定裝置，其特徵在於可見光增透膜鍍在雙凸非球面透鏡上，紅外濾光片、雙面鍍可見光增透膜的雙凸非球面透鏡、光敏電阻陣列和步進電機通過固定裝置固定，紅外濾光片位於雙凸非球面透鏡前，光敏電阻陣列的中心位於雙凸非球面透鏡的焦點處，光敏電阻的管腳和控制電路連接；太陽光首先經過紅外濾光片，濾除了太陽光中的大部分紅外光，然後經過可見光增透膜，加強可見光的透過率，再經過雙凸非球面透鏡，匯聚後的太陽光照射在光敏電阻陣列上，光敏電阻陣列把太陽位置的變化轉化為電流的變化，並傳輸給控制電路，控制電路經過判斷後輸出控制信號，步進電機根據控制信號進行轉動，調整系統角度，使太陽光採集系統正對太陽。
2.根據權利要求1所述的太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器，其特徵是所述的光敏電阻陣列，其中的光敏電阻按照十字的形式排列，正對太陽時，太陽平均的照射在四個方位的光敏電阻上。
3.根據權利要求1所述的太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器，其特徵是所述的步進電機有兩個，通過軸承與太陽光採集系統的固定裝置相連接。
4.根據權利要求1所述的太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器，其特徵是所述的控制電路對太陽的位置進行判斷，並輸出控制信號，控制步進電機的轉動，輸入信號來自光敏電阻，經過模擬量切換，信號調理和單片機的計算和判斷，輸出控制電脈衝信號給兩個步進電機的驅動器，調整步進電機的轉動。
5.根據權利要求1或者4所述的太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器，其特徵是所述的控制電路的元件位於電路板上，控制電路的輸出信號通過導線傳遞給兩個步進電機，控制電路的輸出是電脈衝信號，控制電路輸出兩路控制信號，分別控制兩個步進電機，一路信號和一個步進電機負責調整系統的水平角，另一路信號和另一個步進電機負責調整系統的俯仰角，步進電機每接收到一個電脈衝，就轉動一個角度，使得整個系統對準太陽。
6.根據權利要求1或者4所述的太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器，其特徵是所述的步進電機，調整系統的俯仰角和水平角，俯仰角的調整範圍是0-90度，水平角的調整範圍是0-180度。
7.根據權利要求1或者4所述的太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器，其特徵是所述的步進電機的步距角是1.8度，細分為1/64。
全文摘要
一種能源技術領域的太陽光採集系統所用的太陽跟蹤定位器。本發明中，可見光增透膜鍍在雙凸非球面透鏡上，固定裝置把紅外濾光片、雙面鍍可見光增透膜的雙凸非球面透鏡、光敏電阻陣列和步進電機固定牢固，紅外濾光片位於雙凸非球面透鏡前，光敏電阻陣列的中心位於雙凸非球面透鏡的焦點處；太陽光首先經過紅外濾光片，然後經過可見光增透膜，再經過雙凸非球面透鏡，匯聚後的太陽光照射在光敏電阻陣列上，控制電路根據光敏電阻陣列的電流變化判斷太陽位置的變化，並輸出控制信號控制步進電機，步進電機根據控制信號調整系統俯仰角和水平角的變化，保證系統正對太陽。本發明提高了可見光的採集效率，提高了跟蹤太陽的精度，且大大降低了系統的成本。
文檔編號F24J2/38GK1869546SQ20061002831
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月29日 優先權日2006年6月29日
發明者姜文寧, 陳迪, 李長治 申請人:寧波新亞機電有限公司