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CN101469822B - 自主伺服式太阳能系统 - Google Patents

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CN101469822B CN2007100328961A CN200710032896A CN101469822B CN 101469822 B CN101469822 B CN 101469822B CN 2007100328961 A CN2007100328961 A CN 2007100328961A CN 200710032896 A CN200710032896 A CN 200710032896A CN 101469822 B CN101469822 B CN 101469822B
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Abstract

本发明公开了一种自主伺服式太阳能照明系统，它包括用于将光能转换成电能的太阳能光电转换装置，它还包括方向伺服装置，用于控制所述太阳能光电转换装置的方向；太阳定向装置，用于自动计算出太阳在任何指定区域内和任何年月日时分上的方位并记忆这类数据，以及控制一台或多台所述的方向伺服装置。本发明采用了方向伺服装置和太阳定向装置，因此能够自主地确定和维持最大的太阳光有效接收面积，充分提高了光电转换效率。

Description

自主伺服式太阳能系统
技术领域
本发明涉及智能太阳能照明系统，尤其涉及一种把太阳定向系统、方向伺服系统和太阳能光电转换系统有机地组合的自主伺服式太阳能系统。
背景技术
太阳能是一种取之不尽用之不绝的可再生能源。它已广泛用于取暖，照明等领域。但是，要充分提高光电转换，人们必须考虑二大因素：一是内部的光电转换板，二是外部的太阳光有效接收面积。目前，大量创新工作只关注如何提高内部光电转换板的效率，但是对于如何确定和维持最大的太阳光有效接收面积却没有进一步的开发研究。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种自主伺服式太阳能系统，能够自主地确定和维持最大的太阳光有效接收面积。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种自主伺服式太阳能系统，它包括用于将光能转换成电能的太阳能光电转换装置，它还包括：
方向伺服装置，用于控制所述太阳能光电转换装置的方向；
太阳定向装置，用于自动计算出太阳在任何指定区域内和任何年月日时分上的方位并记忆这类数据，以及控制一台或多台所述的方向伺服装置；所述太阳定向装置包括摄像头，用于拍摄天空图像作为输出；计算机，用于读取摄像头的输出，以适当的算法计算出图像中最大最亮的区域，然后以适当的方法确定太阳的方位并输出；方位表，用于读取计算机输出的太阳方位数据并贮存；方位数据通讯接口，用于定时读出方位表的方位数据，并以适当的形式转递给一台或多台方向伺服装置。
所述的太阳能光电转换装置包括太阳能光电转换板、电池和照明电灯，通过太阳能光电转换板把光能转换成电能，把电能贮存于电池，把贮存的电能供应给照明电灯。
所述的方向伺服装置包括：
微控制器，它接收来自方位数据通讯的数据，然后执行两个位置反馈控制单元，每个位置反馈控制单元直接控制双自由度转台中的相应电机；
双自由度转台，它由两个垂直的自由度组成，其中每个自由度带一个电机和角度位置感应器，每个电机由微控制器的一个角度位置反馈控制单元来操作，其中，一个角度位置反馈控制单元负责实现太阳能光电转换板的斜度角，另一个角度位置反馈控制单元负责实现太阳能光电转换板的偏航角；
动力转输装置，它通过齿轮或皮带轮的组合把双自由度转台和太阳能光电转换板相连接。
所述的摄像头可采用商用数码摄影机并配备适当的广角镜头。
所述的摄像头可自带由电机驱动的云台底座。
所述适当的算法包括图像分割或亮度分析算法。
所述适当的方法包括根据摄像头的参数来直接计算，或者通过控制摄像头的自带云台来间接测量。
所述计算机输出的太阳方位由斜度角和偏航角组成，并含有年月日时分时间信息。
所述方位表以表格形式贮存时间信息、斜度角和偏航角。
与现有技术相比，由于本发明采用了方向伺服装置和太阳定向装置，因此能够自主地确定和维持最大的太阳光有效接收面积，充分提高了光电转换效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的组成连接示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本实施方式中的太阳能光电转换装置1首先通过太阳能光电转换板4把光能转换成电能，太阳能光电转换板4可采用任何商用产品。然后，把电能贮存于电池5，电池5可采用任何商用产品。最后，把贮存的电能供应给照明电灯6或其它用电设备。
方向伺服装置3包括：
双自由度转台11，该双自由度转台11由两个垂直的自由度组成，其中，每个自由度带一个电机和角度位置感应器，每个电机由微控制器13的一个角度位置反馈控制单元来操作，其中一个角度位置反馈控制单元负责实现太阳能光电转换板4的斜度角，另一个角度位置反馈控制单元负责实现太阳能光电转换板4的偏航角。按照本发明的描述，双自由度转台11中的机构，电机和角度位置感应器都可以采用商用产品。
动力转输装置12，它通过齿轮或皮带轮的组合把双自由度转台11和太阳能光电转换板4相连接。
微控制器13，它接收来自方位数据通讯接口10的数据，然后它执行两个位置反馈控制单元，每个位置反馈控制单元直接控制双自由度转台11中的相应电机。
太阳定向装置2包括：
摄像头7，它的作用是拍摄天空图像作为输出。按照本发明的描述，摄像头7可采用商用数码摄影机，并配备适当的广角镜头。按照本发明的描述，摄像头7可自带由电机驱动的云台底座；
计算机8，它读取摄像头7的输出，首先计算机8以适当的算法计算出图像中最大最亮的区域。按照本发明的描述，这类算法包括图像分割，亮度分析等。然后，计算机8以适当的方法确定太阳的方位。按照本发明的描述，这类方法包括根据摄像头7的参数来直接计算，或通过控制摄像头7的自备云台来间接测量。按照本发明的描述，计算机8输出的太阳方位由斜度角和偏航角组成，并含有年月日时分等时间信息。
方位表9，它读取计算机8的输出，并以表格形式贮存时间信息，斜度角和偏航角。按照本发明的描述，方位表9中的方位和时间信息也可以通过人工编程的方式来预先设定。
方位数据通讯接口10，它定时读出方位表9的方位数据，并以适当的形式转递给一台或多台方向伺服装置3。按照本发明的描述，本发明中的方位数据通讯10可采用有线通讯接口，或无线通讯接口。
虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通人员，在不脱离本发明的范围内作些改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种自主伺服式太阳能系统，它包括用于将光能转换成电能的太阳能光电转换装置，其特征在于，它还包括：
方向伺服装置，用于控制所述太阳能光电转换装置的方向；
太阳定向装置，用于自动计算出太阳在任何指定区域内和任何年月日时分上的方位并记忆这类数据，以及控制一台或多台所述的方向伺服装置；所述太阳定向装置包括摄像头，用于拍摄天空图像作为输出；计算机，用于读取摄像头的输出，以适当的算法计算出图像中最大最亮的区域，然后以适当的方法确定太阳的方位并输出；方位表，用于读取计算机输出的太阳方位数据并贮存；方位数据通讯接口，用于定时读出方位表的方位数据，并以适当的形式转递给一台或多台方向伺服装置。
2.如权利要求1所述的自主伺服式太阳能系统，其特征在于，所述的太阳能光电转换装置包括太阳能光电转换板、电池和照明电灯，通过太阳能光电转换板把光能转换成电能，把电能贮存于电池，把贮存的电能供应给照明电灯。
3.如权利要求2所述的自主伺服式太阳能系统，其特征在于，所述的方向伺服装置包括：
微控制器，它接收来自方位数据通讯的数据，然后执行两个位置反馈控制单元，每个位置反馈控制单元直接控制双自由度转台中的相应电机；
双自由度转台，它由两个垂直的自由度组成，其中每个自由度带一个电机和角度位置感应器，每个电机由微控制器的一个角度位置反馈控制单元来操作，其中，一个角度位置反馈控制单元负责实现太阳能光电转换板的斜度角，另一个角度位置反馈控制单元负责实现太阳能光电转换板的偏航角；
动力转输装置，它通过齿轮或皮带轮的组合把双自由度转台和太阳能光电转换板相连接。
4.如权利要求1所述的自主伺服式太阳能系统，其特征在于，所述的摄像头可采用商用数码摄影机并配备适当的广角镜头。
5.如权利要求1所述的自主伺服式太阳能系统，其特征在于，所述的摄像头可自带由电机驱动的云台底座。
6.如权利要求1所述的自主伺服式太阳能系统，其特征在于，所述适当的算法包括图像分割或亮度分析算法。
7.如权利要求5所述的自主伺服式太阳能系统，其特征在于，所述适当的方法包括根据摄像头的参数来直接计算，或者通过控制摄像头的自带云台来间接测量。
8.如权利要求1所述的自主伺服式太阳能系统，其特征在于，所述计算机输出的太阳方位由斜度角和偏航角组成，并含有年月日时分时间信息。
9.如权利要求8所述的自主伺服式太阳能系统，其特征在于，所述方位表以表格形式贮存时间信息、斜度角和偏航角。
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