CN101794155A - 一种高精度跟踪系统中的太阳光信号采集装置 - Google Patents

一种高精度跟踪系统中的太阳光信号采集装置 Download PDF

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Abstract

一种高精度跟踪中的太阳光信号采集装置，包括安装在聚光器接收太阳光平面上的带有内螺纹连接座的基准板，在基准板上位于螺纹连接座内、外均设置有一组光电传感器组成的太阳光信号采集装置，固定螺母通过连接螺纹连接管上端方式固定平凸透镜并且三者形成一体，再通过螺纹连接管下端与带有内螺纹的连接座相联接。本发明通过二组光电传感器的位置分布及组合，对采集的信号分别处理后实现太阳光自动跟踪过程中粗调和细调功能，通过对太阳光汇聚再检测的方法解决太阳光照射强度很弱时检测灵敏度低的问题；又通过减少光电传感器受光面积的方法解决太阳光照射强度很大时导致光电传感器的光电特性进入饱和区而检测灵敏度降低的问题，保证提供准确信号给后处理电路。

Description

一种高精度跟踪系统中的太阳光信号采集装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能跟踪系统中的太阳光信号采集装置，具体涉及一种高精度跟踪中的太阳光信号采集装置。
背景技术
由于太阳能经过聚光后在光伏发电、光热发电以及日常生活中的广泛用途，世界各国都在此领域投入了大量的人力物力进行研究，但是太阳能聚光器的共同特征就是都必然配置有二维的太阳光高精度自动跟踪系统，而准确无误的实时的全天候的获得高精度信号的太阳光信号采集器是该系统必不可少的重要组成部分。
尽管世界各国先后都在投入大量的人力物力对此进行研究，但是至今除了在太阳能热水器为代表的低温度区段得到一定应用外，其它方面应用并未有大的进展。究其原因，制约太阳能推广应用主要因素有二个：其一是能量的分散性(每平方米约1于瓦的功率)；其二是时变性，即能量大小及方向随着时间做周期性变化。虽然通过聚光方式提高太阳能密度也不是什么新技术，而且在自动控制技术发展到今天，实现自动跟踪太阳光并非难事。但是，由于自动跟踪系统及传动机构所处的室外恶劣的工作环境，要在低成本条件下保证其工作可靠性则是有很大困难的。然而如果试想将1000W/m2的太阳能有效的汇聚在碗口大的平面范围内，则相当于1000W电炉的能量，那么不管是光伏或者光热发电还是烧水煮饭等，使用起来都是很方便的。所以研制具有自动跟踪功能和实用价值的太阳能聚光器是推广太阳能应用的重要途径，有效的提高太阳能密度意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够一年四季全天候给自动跟踪系统提供高质量的太阳光信号的高精度跟踪中的太阳光信号采集装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术是：包括安装在聚光器接收太阳光平面上的带有内螺纹连接座的基准板，在基准板上位于螺纹连接座内、外均设置有由四个性能参数完全相同的光电传感器组成的内、外二个光电传感器组，内、外光电传感器组沿同一圆心以上下左右对称布置，利用透镜固定台与螺纹连接管上端固定平凸透镜并且三者形成一体，再通过螺纹连接管下端与带有内螺纹的连接座相联接。
本发明的外光电传感器组与螺纹连接座的圆周外切对称分布；内光电传感器组的内切圆直径应该大于平凸透镜与光电传感器距离最大时汇聚太阳光的圆形区域的直径；基准板与聚光器接收太阳光平面平行。
本发明通过二组光电传感器的位置分布及组合，对采集的信号分别处理后实现太阳光自动跟踪过程中粗调和细调功能，从而保证低成本高精度的太阳能自动跟踪系统的实现，通过对太阳光汇聚再检测的方法解决太阳光照射强度很弱时检测灵敏度低的问题；又通过减少光电传感器受光面积的方法解决太阳光照射强度很大时导致光电传感器的光电特性进入饱和区而检测灵敏度降低的问题；使得太阳光采集器在太阳光“很强”和“很弱”二种极端下仍然能够可靠的提供准确信号给后处理电路。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，2，本发明由二组性能参数完全一致的光电传感器以及相关平凸透镜、机械连接和焦距调节部分组成。其中二组共八个性能相同的光电传感器(1-8)在基准板13上的分布如图2所示，二组光电传感器被基准板13上的带有内螺纹连接座11分为内、外光电传感器组，外光电传感器组实现“粗调”信号采集，即1-4四个光电传感器分别以对称结构与半径为R1的螺纹连接座11的圆周外切，而实现“细调”信号采集的内光电传感器组5-8四个光电传感器分别以对称结构与半径为R2的圆周外切分布。螺纹连接管10上端通过与透镜固定台12以螺纹方式将平凸透镜9水平固定，下端通过螺纹连接座11与基准板13相连，因为螺纹连接管10通过与透镜固定台12以螺纹方式将平凸透镜9水平固定后成为一个整体部件，所以还能够通过在内螺母连接11中旋转螺纹连接管10达到调节焦点的位置。实际上半径为R2的园周就是平凸透镜9与光电传感器距离最大时汇聚太阳光的园形区域的半径，而且在内光电传感器组5-8四个光电传感器安装固定后，通过在内螺纹座11中转螺纹连接管10调节平凸透镜9与光电传感器距离变小的方法就可以使得光电传感器平面的园形聚光区域变大(即半径大于R2)，但是这时内光电传感器组5-8四个光电传感器的相互距离已经固定，从而实现根据需要调整1-4四个光电传感器受光面积的目的。
其工作过程如下：首先把太阳光的强度通过光电传感器变换成电信号后分为0-255的256个级别，并且0对应无光照，255为最强的光照。而且认为在同一时刻，8个光电传感器所处区域面积内太阳光强度相同。
在太阳光垂直于基准板13照射时，由于所有8个光电传感器的光照强度和受光面积相同，所以四个对称结构中每一组中的二个输出电信号一定相同，这时单片机经过处理判断后，结论是聚光器接收面正对着太阳光，处于理想状态。但是一旦当太阳由于运动而变换位置时，例如太阳光相对于聚光器偏左偏上很小角度时(例如上午太阳升起过程中)，由于螺纹连接座11内外的光电传感器所处情况不同而结果相异。对于外光电传感器组的1-4四个光电传感器来说，虽然太阳光发生偏离角度变化，螺纹连接座11因为其具有的高度形成的阴影只能影响其中二个光电传感器的的输出信号，而其他二个光电传感器仍然受到太阳光的正常照射，从而依然能够输出电压差信号而驱动自动跟踪系统工作，直到基本对准太阳光后，再由螺纹连接座11内的内光电传感器组5-8四个光电传感器组成的细调信号完成高精度准确跟踪，由于内光电传感器组接收的是聚光后增强了的太阳光信号而非直接接受太阳光信号，所以有效的解决了太阳光比较弱时采集信号分辨率低的技术问题；而对于太阳光太强导致光电传感器的光电特性进入饱和区而检测灵敏度降低的问题，通过光电传感器受光面积中仅有一部分接受汇聚后的太阳光的方法能够使得光电传感器的光电性能退出饱和器而正常输出电信号。另外，根据实际使用情况的不同，还可以方便的通过在螺纹连接座11小旋转螺纹连接管10就可以改变光电传感器平面的园形聚光区域变大，从而实现根据需要调整1-4四个光电传感器受光面积的目的。
实践证明，这种通过对“细调”信号采集部分5-8四个光电传感器的接受汇聚太阳光的新方法，在12月份，相对于非聚光的太阳光信号采集器，将自动跟踪时间由原来的9点开始提前到8.10分，下午由3.50延长到4.45分，而且通过聚光方式模拟夏天中午强光照条件下，自动跟踪系统依然正常工作。有效解决了上述自动跟踪系统工作中的二个技术问题，保证了一年四季全天候提供准确无误的太阳光跟踪信号。
本发明将“细调”功能得到完善和提高。在此基础上结合外围四个光电传感器组成的大范围寻找太阳光的“粗调”功能，从而保证一年四季全天候给自动跟踪系统提供高质量的太阳光信号，使得低成本高精度的太阳能自动跟踪系统的得以实现。

Claims (4)

1.一种高精度跟踪系统中的太阳光信号采集装置，其特征在：包括安装在聚光器接收太阳光平面上的带有内螺纹连接座(11)的基准板(13)，在基准板(13)上位于螺纹连接座(11)内、外均设置有由四个性能参数完全相同的光电传感器组成的内、外二个光电传感器组，内、外光电传感器组沿同一圆心以上下左右对称布置，利用透镜固定台(12)与螺纹连接管(10)上端固定平凸透镜(9)并且三者形成一体，再通过螺纹连接管(10)下端与带有内螺纹的连接座(11)相联接。
2.根据权利要求1所述的高精度跟踪系统中的太阳光信号采集装置，其特征在于：所述的外光电传感器组与螺纹连接座(11)的圆周外切对称分布。
3.根据权利要求1所述的高精度跟踪中的太阳光信号采集装置，其特征在于：所述的内光电传感器组的内切圆直径应该大于平凸透镜(9)与光电传感器距离最大时汇聚太阳光的圆形区域的直径。
4.根据权利要求1所述的高精度跟踪中的太阳光信号采集装置，其特征在于：所述的基准板(13)与聚光器接收太阳光平面平行。
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