(10)申请公布号 CN 102147621 A
(43)申请公布日 2011.08.10C N 102147621 A
*CN102147621A*
(21)申请号 201110136322.5
(22)申请日 2011.05.25
G05D 3/12(2006.01)
(71)申请人电子科技大学
地址610054 四川省成都市成华区建设北路
二段四号
(72)发明人高椿明 龚艳丽 王亚非 吕奇
王占平 严来军 周鹰
赵斌兴
(54)发明名称
统
(57)摘要
本发明公开一种基于向日葵向阳原理的仿
(2(1)，2(2)，2(3)，...，2(n-2)，2(n-1)，2(n)(n
＝2，3，4，...))和支撑模块3。所述的感光伸缩
模块内部结构相同，其沿跟踪板边缘圆周4均匀
排列一圈，且相互平行放置。各感光伸缩模块根据
其所在位置处圆周4内外侧光强的差异进行相应
的伸缩，完成向阳的功能。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请
权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 10 页
1.一种基于向日葵向阳原理的仿生日光跟踪系统，其特征在于，它包括跟踪板(1)、感光伸缩模块(2(1)，2(2)，2(3)，...，2(n-2)，2(n-1)，2(n)(n＝2，3，4，......))和支撑模块(3)。所述的感光伸缩模块沿跟踪板边缘圆周(4)均匀排列一圈，且相互平行。所述的感光伸缩模块内部结构相同，包括感光单元(21)、跟踪板连接单元(22)、弹性支撑单元(23)和伸缩单元(24)。各感光伸缩模块根据其所在位置处圆周(4)内外侧光强的差异进行相应的伸缩，完成向阳的功能。 2.权利要求1所述的仿生日光跟踪系统，其中的感光伸缩模块之感光单元(21)，其特征在于，感光单元(21)由光敏元件和相关电路构成，由此可将该单元所在圆周(4)位置处内外侧光强的差异转换成相应的电信号输出到伸缩单元(24)。
3.权利要求1所述的仿生日光跟踪系统，其中的感光伸缩模块之跟踪板连接单元(22)，其特征在于，跟踪板连接单元(22)主要完成跟踪板(1)与感光单元(21)和弹性支撑单元(23)的连接。
4.权利要求1所述的仿生日光跟踪系统，其中的感光伸缩模块之弹性支撑单元(23)，其特征在于，弹性支撑单元(23)主要用于均衡各零部件的性能误差，有效提高系统跟踪精度。
5.权利要求1所述的仿生日光跟踪系统，其中的感光伸缩模块之伸缩单元(24)，其特征在于，伸缩单元(24)根据感光单元(21)的输出信号实现直线伸缩运动，最终表现为：当圆周(4)内侧光强大于外侧光强时，伸缩单元伸长；当圆周(4)内侧光强小于外侧光强时，伸缩单元缩短。
6.权利要求1所述的仿生日光跟踪系统，其中的支撑模块(3)，其特征在于，该模块作为整个系统的支撑部分，与感光伸缩模块相匹配，能很好的稳固并支撑整个系统。
一种基于向日葵向阳原理的仿生日光跟踪系统
技术领域
[0001] 本发明涉及自动日光跟踪系统领域，具体涉及一种向日葵式仿生日光跟踪系统。
背景技术
[0002] 太阳能作为一种丰富的绿能源，其应用前景十分广阔，因此得到了越来越多的关注，能有效提高其利用率的自动日光跟踪系统也应运而生。国内现有的日光跟踪系统，从跟踪控制方式上说有太阳运动轨迹跟踪和光电跟踪，从跟踪实现结构上说有单向跟踪和双向跟踪，目前大多采用双向跟踪结构，即从太阳的高度角和方位角(即东西和南北方向)同时进行跟踪。如申请号为200920196802.9所公布的“一种用于太阳自动跟踪的太阳方位检测装置”，即采用一种基于光电控制的太阳方位检测装置与双向跟踪结
构结合实现日光跟踪；申请号为200910086876.1所公布的“太阳能光伏发电全天候自跟踪系统”则将太阳运动轨迹跟踪控制与光电跟踪控制通过跟踪方式控制模块结合起来采用双向跟踪结构实现日光跟踪；申请号为201010244994.3所公布的“自动跟踪太阳光装置”，即将根据太阳运动轨迹的天文常数设定的跟踪控制程序与双向跟踪结构结合实现日光跟踪。另外，申请号为201020181844.8所公布的“双涡轮双轴太阳能跟踪机构”主要介绍了一种改进的双向跟踪结构。
[0003] 对于现有的这些跟踪系统，无论是采用太阳运动轨迹跟踪控制还是光电跟踪控制，其控制信号最终反馈到控制程序，通过程控步进系统实行跟踪。程控单元的使用无疑增加了系统的复杂度，这限制了系统的应用范围。另外，单向跟踪结构，其跟踪精度难以提高；双向跟踪结构，即通过水平旋转和竖直俯仰实现太阳的方位角和高度角跟踪，这种跟踪结构本身就会使运动误差具有累积性，其跟踪精度也有局限。因此，有必要对现有跟踪系统做进一步优化改进，使其更普遍地应用于太阳能利用领域。
发明内容：
[0004] 本发明所要解决的问题是：如何构建一种自动日光跟踪系统，其跟踪精度相比于现有系统的跟踪精度能有所提高，而且可以减小控制系统的复杂度，并能扩展应用于不同需求下的日光跟踪领域。
[0005] 本发明所提供的技术问题是这样解决的：它包括跟踪板(1)、感光伸缩模块(2(1)，2(2)，2(3)，...，2(n-2)，2(n-1)，2(n)(n＝2，3，4，......))和支撑模块(3)。所述的感光伸缩模块沿跟踪板边缘
圆周(4)均匀排列一圈，且相互平行放置。所述的感光伸缩模块内部结构相同，包括感光单元(21)、跟踪板连接单元(22)、弹性支撑单元(23)和伸缩单元(24)。各感光伸缩模块根据其所在位置处圆周(4)内外侧光强的差异进行相应的伸缩，完成向阳的功能。
[0006] 按照本发明所提供的仿生日光跟踪系统，其中的感光伸缩模块之感光单元(21)，其特征在于，感光单元(21)由光敏元件和相关电路构成，由此可将该单元在圆周(4)位置处内外侧光强的差异转换成相应的电信号输出到伸缩单元(24)。
[0007] 按照本发明所提供的仿生日光跟踪系统，其中的感光伸缩模块之跟踪板连接单元(22)，其特征在于，跟踪板连接单元(22)主要完成跟踪板(1)与感光单元(21)和弹性支撑单元(23)的连接。
[0008] 按照本发明所提供的仿生日光跟踪系统，其中的感光伸缩模块之弹性支撑单元(23)，其特征在于，弹性支撑单元(23)主要用于均衡各零部件的性能误差，有效提高系统跟踪精度。
[0009] 按照本发明所提供的仿生日光跟踪系统，其中的感光伸缩模块之伸缩单元(24)，其特征在于，伸缩单元(24)根据感光单元(21)的输出信号实现直线伸缩运动，最终表现为：当圆周(4)内侧光强大于外侧光强时，伸缩单元伸长；当圆周(4)内侧光强小于外侧光强时，伸缩单元缩短。
[0010] 按照本发明所提供的仿生日光跟踪系统，其中的支撑模块(3)，其特征在于，该模块作为整个系统
的支撑部分，与感光伸缩模块相匹配，能很好的稳固并支撑整个系统。[0011] 按照本发明所提供的仿生日光跟踪系统，是一种完全基于向日葵向阳这一仿生理念的自动日光跟踪系统，它摆脱了复杂的逻辑电路结构和控制程序，通过感光元件和相关电路实现光电跟踪控制，并将光电跟踪控制与跟踪实现结构集成于一个独立的模块，即感光伸缩模块，通过模块的扩展即可实现不同精度需求的日光跟踪。
附图说明：
[0012] 图1为系统的总体结构示意图；
[0013] 图2为系统的俯视图；图3为感光伸缩模块结构示意图；
[0014] 图4为感光伸缩模块之感光单元示例1——块状承载结构；
[0015] 图5为感光伸缩模块之感光单元示例2——筒状承载结构；
[0016] 图6为感光伸缩模块之跟踪板连接单元示例——螺纹结构；
[0017] 图7为感光伸缩模块之弹性支撑单元示例1——橡胶结构；
[0018] 图8为感光伸缩模块之弹性支撑单元示例2——弹簧结构；
[0019] 图9为感光伸缩模块之伸缩单元示例1——普通电机加齿轮齿条结构；[0020] 图10为感光伸缩模块之伸缩单元示例2——直线电机结构；
[0021] 图11为支撑模块示例1；
[0022] 图12为支撑模块示例2。
[0023] 其中，图1、图2中，1为跟踪板，2(1)、2(2)、2(3)、...、2(n-2)、2(n-1)、2(n)为感光伸缩模块，3为支撑模块，4为圆周；图3中，21为感光单元，22为跟踪板连接单元，23为弹性支撑单元，24为伸缩单元；图4、图5中，2111(1)、2111(2)、2111(3)、2112(1)、2112(2)、2112(3)、2112(4)均为光敏元件，2121、2122分别为块状承载结构和筒状承载结构，2131、2132均为固定连接杆；图6中，221为固定连接筒，222为固定螺钉，223为螺纹连接杆；图7、图8中，2311、2331、2312、2332均为螺孔连接结构，2321、2322分别为橡胶和弹簧，2341、2342均为螺纹连接杆；图9中，2411为螺孔连接结构，2421为齿条，2431为齿轮，2441为旋转电机，2451为垫片；图10中，2412为螺孔连接结构，2422为直线电机，2432为垫片；图11中，311为支撑板，321(1)、321(2)、321(3)、...、321(n-2)、321(n-1)、321(n)为空心支座；图12中，312(1)、312(2)、312(3)、...、312(n-2)、312(n-1)、312(n)为空心支柱，322为底
板。
具体实施方式：
[0024] 下面结合附图对本发明做进一步描述：
[0025] 如图1所示为系统的总体结构示意图，该系统包括跟踪板1、感光伸缩模块(2(1)，2(2)，2(3)，...，2(n-2)，2(n-1)，2(n))和支撑模块3。所述的感光伸缩模块沿跟踪板边缘圆周4均匀排列。每个模块内部结构相同，如图3所示为其内部结构示意图，包括感光单元21、跟踪板连接单元22、弹性支撑单元23和伸缩单元24。
[0026] 当阳光倾斜射入该系统时，各感光伸缩模块的感光单元21将其所在位置处圆周4内外侧的光差异信号转换成电信号输出到伸缩单元24，伸缩单元24即开始做朝向太阳的直线伸缩运动，并通过弹性支撑单元23带动跟踪板1在各个方向的向阳运动。由于各类元件的性能差异，挡光板在多个方向同时运动时可能会有冲突，这种情况则可通过弹性支撑单元23来均衡系统误差，最终提高系统精度。
[0027] 下面结合附图实例来阐述感光伸缩模块的功能实现：
[0028] 图4、5为感光单元21的结构实例，图4中间的板形承载结构和图5中间的筒状承载结构均以圆周4为对称轴，光敏元件对称地置于其上圆周4两边，再通过相关电路即可将圆周4两边光强的差异转换成相应电信号。另外，其下端的固定连接杆用于将其与相关单元的固定连接。
[0029] 图6为跟踪板连接单元22的结构实例，其上部分通过螺孔螺钉将感光单元21固定，下部分通过螺纹连接杆将跟踪板1和弹性支撑单元23固定连接，由此将跟踪板1、感光单元21和弹性支撑单元23三者同时固定。
[0030] 图7、8为弹性支撑单元23的结构实例，图7为橡胶结构，图8为弹簧结构，用于均衡系统误差，有效提高系统跟踪精度。其顶端和底端的螺纹结构用于该单元与相关单元的连接。
[0031] 图9、10为伸缩单元24的结构实例，其中，图9为普通电机与齿轮齿条相结合，图10为直线电机，两者功能一样，均将电信号转换成相应的竖直伸缩量，实现挡光板在其对应方向上对日光的跟踪。这两种结构实例所选用的电机，可直接由感光单元21的输出电信号驱动。
[0032] 图11、12为支撑模块3的结构实例，其中，图11所示的结构可以用于匹配如图9所示的伸缩结构，图12所示的结构可以用于匹配如图10所示的伸缩结构。其中，图11中的空心支座和图12中的空心支柱均可用于承载伸缩单元的收缩量。这两种结构均可以稳固并支撑起整个系统，且方便扩展。
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