[发明专利]太阳自动跟踪系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳自动跟踪系统以及基于该系统的太阳自动跟踪方法。

背景技术

建筑物(尤其是高层建筑中)通常会有常年见不到阳光的房间，例如地下室、地下通道、以及地下商场等。这些房间即使在白天、室外光线充足的时候依然需要使用人工电力照明方式，增加了能耗。

为了降低这部分能耗，可以将太阳光反射、导入这些房间中，替代电力照明。因太阳的高度角和方位角随着时间和日期的不同而不同，所以反射太阳光时需要根据太阳的运行轨迹来调整光线传输装置的角度。

现有的太阳自动跟踪方法主要包括两种：第一，使用光电式检测方法实时探测太阳的对地位置，从而控制光线传输装置的对日角度；第二，根据天文知识计算太阳位置以跟踪太阳。第一种方法受气象、环境条件影响较大，容易发生误差；第二种方法没有考虑天气情况，在阴雨天气中这种连续跟踪是没作用的，不但无法反射太阳光反而会对系统资源和能源造成浪费。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种对太阳的自动跟踪效果更准确、延长了装置使用寿命的太阳自动跟踪系统。

本发明的另一个目的是提出一种形成间歇跟踪方式、避免浪费能源的太阳自动跟踪方法。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种太阳自动跟踪系统，所述系统包括光电检测装置、跟踪装置和控制单元；其中，光电检测装置用于检测当前时刻天空中是否有太阳光，并将检测结果发送至所述控制单元；控制单元用于根据所述光电检测装置的检测结果和太阳运行轨迹数据来控制跟踪装置；跟踪装置包括反光镜和转向组件，所述转向组件能根据所述控制单元的指令调整所述反光镜的角度，用于将太阳光反射向指定位置或指定方向。

特别是，所述光电检测装置包括底板，在所述底板上第一光电池、第二光电池、第三光电池和第四光电池沿顺时针方向排列呈田字形，在每两块光电池之间设置不透光的隔板；四块所述光电池相对于所述隔板两两对称；所述第一光电池连接至第一检测电路，所述第二光电池连接至第二检测电路，所述第三光电池连接至第三检测电路，所述第四光电池连接至第四检测电路；所述第一检测电路和所述第三检测电路的输出端共同连接至第一减法电路，所述第一减法电路的输出端连接至第一绝对值电路，所述第一绝对值电路的输出端连接至第一比较电路；所述第二检测电路和所述第四检测电路的输出端共同连接至第二减法电路，所述第二减法电路的输出端连接至第二绝对值电路，所述第二绝对值电路的输出端连接至第二比较电路；所述第一比较电路和所述第二比较电路的输出端共同连接至或门电路。

特别是，所述跟踪装置包括底座、安装在所述底座上的第一支架和第二支架、设置在所述第一支架和第二支架之间的方位角轴、设置在所述方位角轴上的转向组件、以及设置在所述转向组件上的反光镜。

特别是，所述转向组件包括套设在所述方位角轴上的箱体，所述箱体内设置有第一步进电机、第二步进电机和齿轮；其中，所述第一步进电机和齿轮分别套设在所述方位角轴上；所述反光镜设置在高度角轴的一端；所述高度角轴的另一端连接至第二步进电机输出轴。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种基于上述太阳自动跟踪系统的太阳自动跟踪方法，先使用光电检测方法来判断当前时刻天空中是否有太阳光，当确定当前时刻天空中有太阳光后使用视日运动轨迹跟踪方法调整反光镜的角度，以将太阳光反射向指定位置或指定方向。

特别是，所述方法包括下述步骤：

步骤1、根据当前地理位置计算得到每天的日出时间和日落时间，保存计算结果；

步骤2、当达到所述日出时间时启动光电检测装置和跟踪装置；

步骤3、判断当前时刻天空中是否有太阳光，是则转至步骤4；否则转至步骤5；

步骤4、计算得到太阳的高度角Hs和方位角As，使用视日运动轨迹跟踪方法根据所述高度角Hs和方位角As的数值调整反光镜的角度，以将太阳光反射向指定位置或指定方向；计时达到设定时间T后，转至步骤3；

步骤5、所述跟踪装置保持当前状态，计时达到设定时间T后，转至步骤3。

进一步，在所述步骤4中计算太阳的高度角Hs和方位角As所依据的是时间t、当前位置纬度值φ、太阳赤纬角δ以及太阳时角ω。

特别是，在所述步骤3中，在判断当前时刻天空中是否有太阳光之前先判断是否到达所述日落时间，是则转至步骤6，否则使用光电检测装置判断当前时刻天空中是否有太阳光；