[发明专利]一种应用太阳轨迹自动跟踪及光伏技术调节室内光照强度的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及电子信息、光伏、机械传动等领域，特指一种依据太阳视位置实现太阳轨迹自动跟踪的方法，并将此方法应用于调节室内全天光照。节能低碳环保。 

背景技术

随着人们生活水平的提高，对各项生活指标的要求也在不断增加。室内光照能自动调节，以适应人们快节奏的生活，也开始被人们关注。传统意义上的调节方式——窗帘，已经越来越不能适应人们的需求了。 

对太阳轨迹自动跟踪的研究，目前国内外所采用的跟踪方法不外乎以下几种：1、光电跟踪；2、太阳的视运动轨迹跟踪；或二者结合。 

但是，光电追踪带有盲目性，响应慢，并且采用的是模拟电路，精度差，寿命短，稳定性差，易受照度，温度，湿度等气候因素的影响及外部物体的干扰，而且对光敏传感器间性能的一致性要求很高。太阳的视运动轨迹跟踪的方法一段时间后会产生累积误差，需要人工介入来消除，且计算量大。所以用到了新的依据太阳视位置对太阳轨迹实现自动跟踪的方法。 

发明内容

本发明是一种依据太阳视位置对太阳轨迹进行自动跟踪的方法的一种现实应用。通过对太阳照射物体的投影进行拍摄，再经图像处理后得到太阳视位置，然后依据太阳视位置计算得到太阳光的入射方位和入射角，通过微处理器产生驱动脉冲给步进电机，再经传动装置，及配套的百叶窗，实现对室内光线的自动调节。再配合光伏技术，可实现室内全天的照明需要。这种方法使用方便，不需有天文知识，计算量小，并且是实时控制，不存在累积误差的问题。 

附图说明

图1 太阳跟踪系统的示意图；图2 圆锥体投影产生的等边三角形；图3 百叶窗的结构图。 

具体实施方式

太阳的定位

将一个高为H，底部直径为D的圆锥体垂直竖立在一个半透明的圆盘中心，圆盘底下安一个数码相机，圆盘一周为360°。圆锥体经太阳照射后的投影为一个等边三角形，投影的长度，即三角形的高为L，一直线通过圆锥体顶端和圆锥体投影顶端与圆盘平面间的夹角，即太阳射线与圆盘平面间的夹角为 （见图1）。

太阳的定位可分为二步，第一步：根据由圆锥体投影产生的等边三角形的中线在圆盘平面上的位置转180°就是太阳入射的方位。 

第二步：太阳射线与圆盘平面间的夹角可以由     （1）得到，也就是太阳的入射角。 

百叶窗叶片针对阳光入射角的角度调整

百叶窗叶片跟踪太阳时可以根据以上的第一步来确定太阳入射的方位，转动垂直轴将百叶窗叶片转到相应方位，然后根据第二步得到的角来转动水平轴使百叶窗叶片平面的法向量和圆盘平面间的夹角为，这样百叶窗叶片就可准确地追踪太阳。当夜晚不在检测到光线的时候，叶片恢复初始位置，等待第二天太阳升起。

光伏技术的应用

将普通的百叶窗叶片更换为光伏电池板，通过光伏技术，就可以把白天照射在叶片上的太阳能储存起来，等夜晚到来，这部分被储存的太阳能就可以作为室内的照明用电。节能环保。

控制部分的实现

图像的拍摄控制，图像处理和步进电机的驱动控制主要由带有DSP芯片的微处理器来实现。微处理器根据给定的时间间隔对圆盘上的太阳投影进行拍摄，然后对相片进行图像处理和计算得到太阳光的入射方位和入射角（仰角），根据所得的入射方位和入射角由微处理器内部的PWM波发生器产生驱动脉冲给步进电机经变速齿轮来转动太阳能电池板的垂直轴和水平轴。