CN101446489B - 一种太阳方位辨向装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能发电领域，特别公开了一种能快速准确跟踪太阳的太阳方位辨向装置及其使用方法。该装置包括基座和安装有两相互垂直的转轴的支撑结构，该支撑结构通过其中一个转轴装配在基座上，另一个转轴上设置有一个垂直光线方向传感器和一个水平光线方向传感器；通过滞回比较器将传感器信号转化为开关信号，使传感器始终处于有光和无光两种状态，能够快速准确的找到太阳的方位，并且光敏元件是否一致，光敏元件是否发生温漂对辨别方向影响很小。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳能发电领域，特别涉及一种能够自动跟踪太阳方位的装置及其使用方法。
背景技术
清洁能源，可再生能源，已成为新时期能源的发展方向。太阳能作为一种绿色环保的能源，越来越受到人们的重视。太阳能发电能为人类提供可持续能源，并保护赖以生存的环境，但其发电效率低，发电成本相对较高仍然是制约其大规模应用的重要因素。在没有出现高效的光伏电池材料之前，研制具有实用价值的太阳自动跟踪装置以充分利用太阳光，使其直射在太阳能电池板上，提高太阳光的使用效率，降低发电成本，则是促进太阳能广泛应用的主要途径之一。太阳能发电板的输出功率与面向太阳的角度有很大关系，如何实现太阳能发电板时刻面向太阳是其关键技术之一。
2007年10月24日公开的申请号为200610072293.X的发明专利说明书公开了一种具有向日追踪功能的太阳能发电装置，该装置是将太阳能电池板于水平呈一定角度地安装在支撑件上，在太阳能电池板上轴对称的设置第一传感器和第二传感器，通过2-4个比较器电路，比较两个传感器的输出电压强弱来分辨太阳的移动方向，然后驱动电机旋转追踪太阳光。这种太阳追踪装置的电路复杂，对传感器的精度和一致性要求较高，如果传感器或其它电子元件发生老化现象，则该追踪装置就会产生较大误差，降低太阳能电池板的发电功率。
2008年7月23日公开的申请号为200801300158.5的发明专利说明书公开了一种自动追踪式太阳能发电机，该发明是在发电机上设置有一感光头，感光头内位于四个方向上各设置了一个红外光电二极管。当太阳光发生偏移时，必有一个红外光电二极管受到太阳光照射，红外光电二极管输出信号，信号经调理电路处理，比较出信号最强的位置后，经逻辑电路控制电机旋转至太阳光最强的位置。该发明使用了四个红外光电二极管，元件较多且结构复杂，如果天气不好，多云或阴天时，该装置就容易失灵，无法校准太阳能发电机的方向。
发明内容
本发明的任务是：提供一种太阳光线双轴自动跟踪装置及其相应的使用方法，该装置具有结构简单，对准准确，对光敏元件的温漂或老化的影响很小的功能。
本发明的技术方案是：一种太阳方位辨向装置，包括基座和安装有两相互垂直的转轴的支撑结构，该支撑结构通过其中一个转轴装配在基座上，在另一个转轴上设置有两个光线方向传感器，两光线方向传感器的外形均含有两个相对设置的不透光的平行平面，其间形成一条窄缝，在窄缝的底部设置有光敏元件，上述两个光线方向传感器的窄缝空间相互交叉，其中一个传感器位于其所在转轴的轴向上。
所述的两个光线方向传感器空间相互垂直。
所述的两个光线方向传感器安装在同一平面上。
所述的光敏元件为光敏三极管。
所述转轴上分别设置有角位移传感器，该角位移传感器用电位器制作，其轴分别与所述转轴同心连接。
一种太阳方位辨向装置，包括基座和安装有两相互垂直的转轴的支撑结构，该支撑结构通过其中一个转轴装配在基座上，另一个转轴上垂直设置有两个光线方向传感器，其中一个光线方向传感器的外形含有两个相对设置的不透光的平行平面，其间形成一条窄缝，在窄缝的底部设置有光敏元件，该传感器位于所在转轴的径向上；另一个传感器由外形为不透光的管状体并在其底部设置光敏元件构成。
所述两个光线方向传感器安装于同一平面。
所述的光敏元件为光敏三极管。
所述转轴上还分别设置有角位移传感器，该角位移传感器用电位器制作，其轴分别与所述转轴同心连接。
上述太阳方位辨向装置的使用方法主要包括以下步骤：第一步，旋转垂直转轴确定太阳光线的水平方位并将方位值同步输入数字跟随系统和PC监控系统中；第二步，旋转水平转轴确定太阳光线的垂直方位并将方位值同步输入数字跟随系统和PC监控系统中；第三步，由数字跟随系统控制驱动装置使太阳能电电池板对准太阳光。
本发明的太阳方位辨向装置，其两个光线方向传感器之间不会相互干扰，结构简单；光敏三极管的电压信号比较明显，经滞回比较器电路转化为开关信号，这样传感器只处在有光和无光两种状态，使传感器的检测更加简单而且更加灵敏；同时，光敏元件的温漂或老化现象对传感器的检测影响降低，大大增加传感器的使用寿命。用电位器制作角位移传感器，通过测量其中间抽头的电压值来确定太阳的方位角，可以节省成本而且结构简单，制作方便。
附图说明
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是本发明实施例二的结构示意图。
具体实施方式
实施例一：如图1所示，太阳能电池板4平行安装在U形支架5的水平转轴3上，U形支架5固定在垂直转轴9上，垂直转轴9装配在底座6上。水平转轴3和垂直转轴9的端部分别设置有角位移传感器7、8。在太阳能电池板4上同向垂直设置有光线方向传感器1和光线方向传感器2，光线方向传感器1和光线方向传感器2是由外形为两个不透光的扇形平面平行设置，其间形成一条窄缝，在窄缝的底部设置光敏元件构成的光敏传感器，该光敏元件为光敏三极管。其中，光线方向传感器1设置在水平转轴3的轴向上，光线方向传感器2垂直设置在水平转轴3的径向上。
对于光线方向传感器1只有当两个不透光的平面平行设置形成的窄缝与光线平行时光线才能射到传感器的底部，而不会受水平方向入射角度的影响。对于光线方向传感器2只要光线沿着扇形所在平面入射光线，才能射入传感器底部，而不会受垂直方向入射角度的影响。在光线方向传感器1和光线方向传感器2的底部都装有光敏三极管来检测是否有光照射到底部。光敏三极管输出的电压信号，变化明显，经滞回比较器电路转化为开关信号，这样传感器只是处于有光和无光两种状态。从而可以克服的干扰，也使检测变得更加简单。光敏三极管一致性，温漂，老化等问题对装置的影响也很小。
工作时通过电机带动垂直转轴9先在垂直扇面的水平方向扫描，当光线方向传感器2检测到光时，即确定了太阳的水平方位角。通过单片机控制AD转换芯片测出水平角位移传感器8的电压值，并保存至PC监控系统中。然后再沿扇面在垂直方向扫描，当光线方向传感器1检测到光时即确定了太阳的垂直方向，检测出垂直角位移传感器7的电压值即为太阳的垂直方位角并保存至PC监控系统中。当太阳转动，光线发生偏移时，光线方向传感器1检测不到太阳光，装置便开始重新扫描直到重新寻找太阳的方位。每次找到太阳方位以后，辨向装置都通过485总线将数据传输给数字跟随装置和PC机，数字跟随装置将根据方位数据调整太阳能板的位置，PC将接收到的数据显示出来。若是阴天，PC将根据当地的纬度和时间计算出太阳的方位定时发送给数字跟随装置，由数字跟随装置驱动电机转到太阳的方位。
实施例二：本实施例二与实施例一的不同之处在于，在太阳能电池板4上垂直设置有光线方向传感器10和光线方向传感器2，其中，光线方向传感器10由外形为不透光的管状体并在其底部设置光敏元件构成。该光线方向传感器10的最佳位置是设置在光线方向传感器2的外侧面上。
Claims (9)
1.一种太阳方位辨向装置，包括基座和安装有两相互垂直的转轴的支撑结构，该支撑结构通过其中一个转轴装配在基座上，其特征在于，在另一个转轴上设置有两个光线方向传感器，两光线方向传感器的外形均含有两个相对设置的不透光的平行平面，其间形成一条窄缝，在窄缝的底部设置有光敏元件，上述两个光线方向传感器的窄缝空间相互垂直，其中一个传感器位于其所在转轴的轴向上；所述的两转轴分别为垂直转轴和水平转轴，在垂直转轴的端部设置有水平角位移传感器，在水平转轴的端部设置有垂直角位移传感器，工作时分别旋转垂直转轴和水平转轴，当两光线方向传感器检测到太阳光时，分别通过垂直角位移传感器测得太阳的水平方位角，通过水平角位移传感器测得太阳的垂直方位角，并将测得的数据同步输入到数字跟随装置和PC监控系统中。
2.根据权利要求1所述的太阳方位辨向装置，其特征在于，所述的两个光线方向传感器安装在同一平面上。
3.根据权利要求1或2所述的太阳方位辨向装置，其特征在于，所述的光敏元件为光敏三极管，该光敏三极管的感应信号经滞回比较器电路转化为开关信号。
4.根据权利要求1所述的太阳方位辨向装置，其特征在于，所述的水平角位移传感器和垂直角位移传感器分别由电位器制成，其轴分别与所述两转轴对应同心连接。
5.一种太阳方位辨向装置，包括基座和安装有两相互垂直的转轴的支撑结构，该支撑结构通过其中一个转轴装配在基座上，其特征在于，另一个转轴上垂直设置有两个光线方向传感器，其中一个光线方向传感器的外形含有两个相对设置的不透光的平行平面，其间形成一条窄缝，在窄缝的底部设置有光敏元件，该传感器位于所在转轴的径向上；另一个传感器由外形为不透光的管状体并在其底部设置光敏元件构成；所述的两转轴分别为垂直转轴和水平转轴，在垂直转轴端部设置有水平角位移传感器，在水平转轴端部设置有垂直角位移传感器，工作时分别旋转垂直转轴和水平转轴，当两光线方向传感器检测到太阳光时，分别通过垂直角位移传感器测得太阳的水平方位角，通过水平角位移传感器测得太阳的垂直方位角，并将测得的数据同步输入到数字跟随装置和PC监控系统中。
6.根据权利要求5所述的太阳方位辨向装置，其特征在于，所述两个光线方向传感器安装于同一平面。
7.根据权利要求5或6所述的太阳方位辨向装置，其特征在于，所述的光敏元件为光敏三极管，该光敏三极管的感应信号经滞回比较器电路转化为开关信号。
8.根据权利要求5所述的太阳方位辨向装置，其特征在于，所述的水平角位移传感器和垂直角位移传感器分别由电位器制成，其轴分别与所述两转轴对应同心连接。
9.根据权利要求1或5所述的太阳方位辨向装置的使用方法，其特征在于，该方法主要包括以下步骤：第一步，旋转垂直转轴确定太阳光线的水平方位并将方位值同步输入数字跟随装置和PC监控系统中；第二步，旋转水平转轴确定太阳光线的垂直方位并将方位值同步输入数字跟随装置和PC监控系统中；第三步，由数字跟随装置控制驱动装置使太阳能电池板对准太阳光。
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