一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统

摘要

一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统，包括追光板、支撑柱、轴承、伸缩管和基座，其特征在于，追光板上设有圆形的光电盘，其底部铺有光伏发电片，并与盘底圆心等距离均匀地分隔出2n个感光块，盘外围立着一圈反光条；支撑柱立于基座上，并在重心点处通过轴承支撑起追光板；伸缩管平行于支撑柱设立，并与支撑柱轴心等距离均匀排列，其内部由若干个电磁胶囊首尾串接在一起组成；伸缩管的数目与感光块相同，并分别与相应位置的感光块通过相关电路一一对接，可根据感光块光照强度的不同进行相应伸缩，从而让追光板转动角度。本发明直接取用太阳能及光电信号，直接利用电磁力驱动来实现伸缩量，便于扩展应用到大型光伏发电、自动晾晒系统等不同领域。

说明书

技术领域

本发明涉及太阳光自动追踪领域，尤其是涉及一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统。

背景技术

当前国内现有的日光跟踪系统，多为采用太阳运动轨迹跟踪控制或者光电跟踪控制，其共同点都是反馈控制信号后利用控制程序进行跟踪，系统的复杂程度高，从而限制了其应用范围。申请号为201110136322.5所公布的“一种基于向日葵向阳原理的仿生日光跟踪系统”，提供了一种基于向日葵向阳仿生原理的自动日光跟踪系统，通过感光元件和相关电路光电跟踪控制，摆脱了复杂的逻辑电路结构和控制程序。这一系统虽已降低复杂程度，但其伸缩单元仍需使用电动机驱动，方可将电信号转换成相应的伸缩量，而使用电动机难免带来摩擦损耗和噪音，不够节能环保；此外，该系统缺乏专用的重力支撑机构，当设备较重或规模较大时，该系统难以支撑或能耗太大。因此，有必要对现有跟踪系统做进一步优化改进。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何更好地模仿向日葵的向阳原理，构建一种全新的自动追光系统，使其能量利用率更高，系统复杂度更低，应用范围更广。

本发明所提供的技术方案是：

一种基于向日葵向阳原理的自动追光系统，主要包括追光板1、支撑柱2、伸缩管4和基座5，所述追光板1上设有一块圆形的光电盘6，盘的外缘垂直围立着一圈反光条9；所述光电盘6的底部铺有圆形的光伏发电片7，光伏发电片7的边缘部分按径向均匀分隔出2n个感光块8，n为自然数；所述支撑柱2立于基座5上，通过球头杆端关节轴承3支撑在追光板1的重心点；所述伸缩管4以支撑柱2为轴向，平行于支撑柱2四周均匀对称围成一个圆形，伸缩管4两端分别连接追光板1和基座5；伸缩管4的数目与感光块8相同，每根伸缩管4与对应位置的感光块8通过控制电路一一对接，并根据感光块8光照强度的不同由控制电路完成相应伸缩，从而带动追光板转动角度；所述伸缩管4内部由电磁胶囊12首尾串接而成，外壁为可纵向伸缩的软管11；所述电磁胶囊12外覆可纵向伸缩的胶皮13，内部首尾两端各有一块电磁铁14，两块电磁铁14之间夹着一根小弹簧15；每根伸缩管4中的电磁胶囊14首、尾两端的电磁铁线圈16分别并联，其电流方向及强弱由控制电路控制，从而使电磁胶囊12内首、尾两端的电磁铁14相斥或相吸，并在小弹簧15、胶皮13及软管11的协同作用下实现伸缩管4的定量伸缩。

所述2n个感光块8以光电盘6的圆心为对称点，每2个相对称的感光块8组成一对；每对感光块8中，若因日光垂直照射使两者的光照强度相当，产生的电压相近，则只输出电量；若因日光偏斜照射使其中一块被反光条9遮挡，而与其对称的另一块不仅未被遮挡而且还被反光条9的反射光照射，从而使两者产生的电压差距明显，则在输出电量的同时，还将电信号输入控制电路，控制相应的那对伸缩管4做伸缩运动。

所述球头杆端关节轴承3包括球形关节头17、碗状关节臼18以及填充于其中的胶状粘液；所述球形关节头17固定在追光板1的重心点下方；所述碗状关节臼18设置在支撑柱2顶端；所述胶状粘液具有润滑和阻滞作用，可调节球形关节头17的转动速度，以便与光照角度转换后感光块8的感应速度相合拍。

所述光电盘6可与所述追光板1分开设置，光电盘6须与追光板1平行。

所述基座5上设有升降固定装置，可将整个系统倾斜安装。

所述控制电路置于控制盒10内，控制电路包括可充电电池；所述可充电电池用于存贮所述光伏发电片7及感光块8产生的电量，并依据感光块8输出的电信号为伸缩管4供电。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：一是就地取材，直接取用太阳能及光电信号，系统结构功能更为简洁明快；二是悄无声息，直接利用电磁力驱动来实现伸缩量，仿生度很高；三是设有专用的重力支撑机构，便于扩展应用到大型光伏发电、自动晾晒系统等不同领域。

附图说明

图1是本发明一个实施例的立体结构示意图；

图2本发明光电盘的俯视示意图；

图3是本发明光电盘的剖视示意图；

图4是本发明伸缩管的剖视示意图；

图5是本发明球头杆端关节轴承的剖视示意图。

图中标号含义：

1.追光板，2.支撑柱，3.球头杆端关节轴承，4.伸缩管，5.基座，6.光电盘，7.光伏发电片，8.感光块，9.反光条，10.控制盒，11.软管，12.电磁胶囊，13.胶皮，14.电磁铁，15.小弹簧，16.线圈，17.球形关节头，18.碗状关节臼，19.胶状粘液。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

当阳光倾斜照射该系统时，光电盘中总有一个感光块离太阳最近，而与其对称的另一个感光块则离太阳最远。离太阳最近的感光块被反光条遮挡，而离太阳最远的感光块不仅未被遮挡而且还被反光条的反射光照射，从而使两者产生的电压大小差距明显，此时，系统输出电信号，使离太阳最近的伸缩管缩短、离太阳最远的伸缩管伸长，从而带动追光板转动到与阳光垂直的位置。

运行过程中，随着追光板位置的变化，当成对的两个感光块的光照强度达到相同的瞬间，对与之相应的伸缩管的控制电流值就维持在那一瞬间的大小不变，从而使伸缩管的保持那一瞬间的长短不变。

下面结合附图来阐述该系统的功能实现过程：

实施例之一：

伸缩管内的所有电磁胶囊中电磁铁线圈的绕组方向一致，均并联在一起，其电流的方向及强弱均相同。通电时，电磁胶囊内首、尾两端的电磁铁相互吸引，从而压紧小弹簧，实现伸缩管的定量收缩。

为方便表述，以我国南方夏天的太阳运行情况为例，并将平放的光电盘中，最东边的感光块标注为A，最西边的感光块标注为B；与感光块A、B相对应的伸缩管分别标注为a、b。

凌晨，当天色渐亮时，光电盘在水平位置，所有感光块均开始发电，A、B感光块的光照强度相同，即A=B；此时对包括a、b在内的所有伸缩管均不供电；则伸缩管均保持其原有的自然长度，追光板保持水平。

早晨，旭日东升后，由于反光条的遮挡和反光作用，A感光块的光照强度迅速减小，B感光块的光照强度迅速变大；此时对a伸缩管开始供电且电流迅速增大，对b伸缩管仍不供电；则a伸缩管迅速缩短，b伸缩管被拉长，追光板迅速向东偏斜，直到与阳光垂直。

上午，太阳继续升起，光电盘原本向东偏斜，由于反光条的遮挡和反光作用，A感光块的光照强度逐渐变大，B感光块的光照强度逐渐变小；此时对a伸缩管的供电电流逐渐减小，对b伸缩管的供电电流逐渐增大；则a伸缩管逐渐伸长，b伸缩管逐渐缩短，追光板逐渐回到水平位置。

正午，太阳当空直照时，光电盘上包括A、B在内的所有感光块的光照强度均达到最大，其发电量也达到最大；此时对a、b伸缩管的供电电流也达到某个恒定值；则a、b伸缩管的长度达到相等，追光板回到水平位置。

下午，太阳继续偏西，光电盘原本在水平位置，由于反光条的遮挡和反光作用，A感光块的光照强度逐渐变大，B感光块的光照强度逐渐变小；此时对a伸缩管的供电电流逐渐减小，对b伸缩管的供电电流逐渐增大；则a伸缩管逐渐伸长，b伸缩管逐渐缩短，追光板逐渐向西倾斜。

黄昏，当夕阳西下后，天色渐暗，光电盘所有感光块均停止发电，此时对伸缩管均停止供电，则伸缩管均恢复到其原有的自然长度，追光板迅速回到水平位置。

详见下表：

注：1、表中“↑、↓”表示迅速升降；“↗、↘”表示逐渐升降。

2、此处以我国南方的夏天为例，若在北方或冬天，则该系统全天候均偏南运行，其向东、向西的运行机制与上表一致。

以上述依据本发明的实施例为启示，通过上述说明，工作人员可在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行各种变更和修改，均在本发明的保护范围内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须根据权利要求范围来确定其技术性范围。