CN101923353B - 双光电传感器联合控制太阳跟踪方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双光电传感器联合控制太阳跟踪方法，它包括粗跟踪和精跟踪两个步骤。本发明通过粗跟踪光电传感器模块实现大范围捕捉太阳位置，达到聚光架的粗跟踪，通过精跟踪光电传感器模块实现精确捕捉太阳位置，达到聚光架的精准跟踪太阳。采用双传感器联合控制太阳跟踪器解决编码器跟踪精度低和单个光电传感器跟踪局限性问题。故本发明具有跟踪范围大、跟踪精度高、易于制造、成本低廉、性价比高的优点。本发明还公开了一种双光电传感器联合控制太阳跟踪装置。

Description

双光电传感器联合控制太阳跟踪方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能利用技术领域，特别是涉及一种双光电传感器联合控制太阳跟踪方法及其装置。

背景技术

太阳能是一种清洁无污染的可再生能源，取之不尽，用之不竭，充分开发利用太阳能不仅可以节约日益枯竭的常规能源，缓解严峻的资源短缺问题，而且还可以减少污染，保护人类赖以生存的生态环境。在众多的太阳能利用技术中，太阳能光伏发电技术实现了直接将太阳能转化为电能，是一种最方便的利用方式，它具有运行安全可靠、无需燃料、无噪声、无污染、可就地利用、使用维护简便、规模可大可小等优点，因而受到了世界各国的重视。

虽然太阳能光伏发电具有很多优点，但在光伏发电的发展过程中，使用成本过高一直是制约其迅速推广应用的关键因素。其重要原因之一是：用于生产太阳能电池的半导体材料价格昂贵，消耗量大，导致以太阳能电池为核心的光伏发电系统的成本难以大幅度降低。

常规的光伏发电系统一般是将太阳能电池固定安装，价格居高不下，难以迅速推广应用。根据太阳能电池在一定条件下输出的电流与接受的光照强度成正比增加而又不至于影响光伏电池寿命的特征，人们开始研究采用聚光和跟踪技术，希望在获得同样电能的情况下减少太阳能电池的用量，而增加的跟踪聚光的成本远低于所节约的太阳能电池的成本相当于用普通的金属玻璃等材料代替昂贵的半导体材料。德国、美国、西班牙、澳大利亚等国都分别开发了菲涅尔透镜聚光、反射聚光等各种聚光光伏发电系统。

太阳能聚光跟踪的核心技术是跟踪控制技术，现有的跟踪控制技术一般采用天文跟踪和单个传感器判断太阳光的跟踪控制方式。天文跟踪是根据聚光器安装地点的经纬度计算当地不同时间的太阳高度角和方位角，并采用角度编码器测量聚光架的转动角度，由计算机编程控制聚光架的转动，实现太阳跟踪控制技术，该方案的控制成本较高，且跟踪精度较低。采用单个传感器判断太阳光的跟踪控制方式，收到传感器采光灵敏性的影响。如使用高精度的传感器，控制器捕捉太阳的盲区较大；使用灵敏性较低的传感器，则跟踪精度不高。

发明内容

本实用发明的一个目的在于提供一种跟踪范围大、跟踪精度高的双光电传感器联合控制太阳跟踪方法。

本实用发明的另一个目的在于提供一种跟踪范围大、跟踪精度高、易于制造、成本低廉、性价比高的双光电传感器联合控制太阳跟踪装置。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种双光电传感器联合控制太阳跟踪方法，它包括粗跟踪光电传感器模块、精跟踪光电传感器模块、控制电路、聚光电池组件、聚光架、驱动机构；它包括以下步骤：(1)粗跟踪，将粗跟踪光电传感器模块安装在聚光架上，跟随聚光架转动跟踪太阳并将电信号传送给控制电路，控制电路接收粗跟踪光电传感器模块的电信号，通过电路计算控制驱动机构带动聚光架初步对准太阳，偏差角度在±3°以内；(2)精跟踪，将精跟踪光电传感器模块安装在聚光电池组件的四个角上，跟随聚光架转动跟踪太阳并将电信号传送给控制电路，控制电路接收精跟踪光电传感器模块的电信号，通过电路计算控制驱动机构带动聚光架精确对准太阳，偏差角度在±0.5°以内。

步骤(1)粗跟踪方法为：将粗跟踪光电传感器模块中的长方体基座的底面固定在聚光架上，在长方体基座的四个侧面上分别安装四个用于接收光照的光电元件。

步骤(2)精跟踪方法为：在聚光电池组件的四个角、与聚光架上聚光电池组件相对面的四个角上分别安装四个用于接收聚光架汇聚的太阳光斑的光电元件。

本发明还提供一种双光电传感器联合控制太阳跟踪装置，它包括粗跟踪光电传感器模块、精跟踪光电传感器模块、控制电路、聚光电池组件、聚光架、驱动机构；所述的粗跟踪光电传感器模块安装在聚光架的顶部，聚光电池组件安装在聚光架的上部，接收聚光架汇聚的太阳光斑；所述的精跟踪光电传感器模块安装在聚光电池组件上且与聚光架的平面镜相对，接收聚光架汇聚的太阳光斑；所述的粗跟踪光电传感器模块和精跟踪光电传感器模块将电信号传送给控制电路；所述的驱动机构安装在聚光架上且接受控制电路的控制。

所述的粗跟踪光电传感器模块由一个长方体基座和多个光电元件组成，所述的长方体基座的底面固定在聚光架的顶部，多个光电元件分别安装在长方体基座的四个侧面上。

所述的精跟踪光电传感器模块由多个光电元件构成，该多个光电元件分别安装在聚光电池组件的四个角上，用于接收聚光架汇聚的太阳光斑。

通过粗跟踪光电传感器模块的光电元件实现大范围捕捉太阳位置，聚光架粗跟踪太阳，使得聚光架汇聚的光斑局部照射在聚光电池组件上；再把跟踪控制权限移交给精跟踪光电传感器模块，由精跟踪光电传感器模块的光电元件捕捉聚光架汇聚的太阳光斑，使得聚光架汇聚的太阳光斑始终照满整块聚光电池组件，达到聚光架精准跟踪太阳。

采用上述方案后，本发明具有以下优点：

(1)通过粗跟踪光电传感器模块实现大范围捕捉太阳位置，达到聚光架的粗跟踪。

(2)通过精跟踪光电传感器模块实现精确捕捉太阳位置，达到聚光架的精准跟踪太阳。

(3)采用双传感器联合控制太阳跟踪器解决编码器跟踪精度低和单个光电传感器跟踪局限性问题。

(4)本发明的粗跟踪光电传感器模块中的多个光电元件分别安装在长方体基座的四个侧面上，通过长方体基座的四个侧面上的光电元件接收太阳光斑，而精跟踪光电传感器模块的光电元件别安装在聚光电池组件的四个角上接收太阳光斑，具有跟踪范围大、跟踪精度高的优点。

综上所述，本发明具有跟踪范围大、跟踪精度高、易于制造、成本低廉、性价比高的双传感器联合控制太阳跟踪器。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的俯视立体图；

图2是本发明的仰视立体图；

图3是本发明粗跟踪光电传感器模块的轴测图；

图4是本发明精跟踪光电传感器模块的轴测图。

具体实施方式

如图1所示，一种双光电传感器联合控制太阳跟踪装置，它包括粗跟踪光电传感器模块1、精跟踪光电传感器模块2、控制电路(图中未示)、聚光电池组件3、聚光架4、驱动机构5。

所述的粗跟踪光电传感器模块1安装在聚光架4的顶部，聚光电池组件3安装在聚光架4的上部，接收聚光架4汇聚的太阳光斑；所述的精跟踪光电传感器模块2安装在聚光电池组件3上且与聚光架4的平面镜相对，接收聚光架4汇聚的太阳光斑；所述的粗跟踪光电传感器模块1和精跟踪光电传感器模块2将电信号传送给控制电路；所述的驱动机构5安装在聚光架4上，控制电路(图中未标)接收粗跟踪光电传感器模块1和精跟踪光电传感器模块2的电信号，通过电路计算控制驱动机构5带动聚光架4精准跟踪太阳。

所述的驱动机构5由高度角驱动机构51和方位角驱动机构52构成。

如图3参考图1所示，所述的粗跟踪光电传感器模块1由一个长方体基座11和四个光电元件121、122、123、124组成。所述的长方体基座11的底面固定在聚光架4的顶部，四个光电元件121、122、123、124分别安装在长方体基座11的四个侧面上，对应东、北、南、西四个朝向。例如，当光电元件121和124的光照强度不同时，则此时光电元件121和124分别将各自的光照强度转化为电信号并传递给控制电路来控制方位角驱动机构52带动聚光架4跟踪太阳方位角，直至光电元件121和124的光照强度接近时，聚光架4东西方向跟踪控制权限移交精跟踪光电传感器模块2。同理，当光电元件122和123的光照强度不同时，则此时光电元件122和123分别将各自的光照强度转化为电信号并传递给控制电路来控制高度角驱动机构51带动聚光架4跟踪太阳高度角，直至光电元件122和123的光照强度接近时，聚光架4南北方向跟踪控制权限移交精跟踪光电传感器模块2。

当粗跟踪光电传感器模块1上的四个光电元件121、122、123、124的光照强度接近时，聚光架4基本对准太阳，聚光架4所汇聚的太阳光斑反射到聚光架4顶部的电池组件3上，由于粗跟踪光电传感器模块1的精度较低，偏差角度在±3°以内，汇聚的太阳光斑无法精确反射到整块聚光电池组件3上，但汇聚的太阳光斑至少会照射到聚光电池组件3上精跟踪光电传感器模块2的一个光电元件上。这时，粗跟踪光电传感器模块1把控制权限移交精跟踪光电传感器模块2。

如图4参考图2所示，所述的精跟踪光电传感器模块2由四个光电元件21、22、23、24构成，该四个光电元件21、22、23、24分别安装在聚光电池组件3的四个角上且与聚光架4的平面镜相对，分别对应西南、西北、东南、东北，接收聚光架4汇聚的太阳光斑。由于粗跟踪存在一定的误差，使得光电元件21、22、23、24接收到得光照强度的不一，故光电元件21、22、23、24将不同的光电信号反馈给控制电路的信号不同，从而控制驱动机构5带动聚光架4跟踪太阳，直至光电元件21、22、23、24接收到的光照强度一致，即聚光电池组件3整块面积都接收到汇聚的太阳光斑，达到聚光架精准跟踪太阳。东南、东北的光电元件23、24也可安装在另一块聚光电池组件的25、26位置上。控制电路接收精跟踪光电传感器模块的电信号，通过电路计算控制驱动机构带动聚光架精确对准太阳，偏差角度在±0.5°以内。

如图1、图2所示，本发明是一种双光电传感器联合控制太阳跟踪方法，它包括粗跟踪光电传感器模块、精跟踪光电传感器模块、控制电路、聚光电池组件、聚光架、驱动机构。它包括以下步骤：

(1)粗跟踪，将粗跟踪光电传感器模块1安装在聚光架4上，跟随聚光架4转动跟踪太阳并将电信号传送给控制电路，控制电路接收粗跟踪光电传感器模块1的电信号，通过电路计算控制驱动机构5带动聚光架4初步对准太阳，偏差角度在±3°以内。该步骤粗跟踪方法为：将粗跟踪光电传感器模块1中的长方体基座11的底面固定在聚光架4上，在长方体基座11的四个侧面上分别安装四个用于接收光照的光电元件121、122、123、124。

(2)精跟踪，将精跟踪光电传感器模块2安装在聚光电池组件3的四个角上，跟随聚光架4转动跟踪太阳并将电信号传送给控制电路，控制电路接收精跟踪光电传感器模块2的电信号，通过电路计算控制驱动机构5带动聚光架4精确对准太阳，偏差角度在±0.5°以内。该步骤精跟踪方法为：在聚光电池组件3的四个角、与聚光架4上聚光电池组件3相对面的四个角上分别安装四个用于接收聚光架4汇聚的太阳光斑的光电元件21、22、23、24。

本发明的工作原理：

如图2、图3所示，通过粗跟踪光电传感器模块1的光电元件121、122、123、124实现大范围捕捉太阳位置，聚光架4粗跟踪太阳，使得聚光架4汇聚的光斑局部照射在聚光电池组件3上；再把跟踪控制权限移交给精跟踪光电传感器模块2，由精跟踪光电传感器模块2的光电元件21、22、23、24捕捉聚光架4汇聚的太阳光斑，使得聚光架4汇聚的太阳光斑始终照满整块聚光电池组件3，达到聚光架4精准跟踪太阳。

本发明的重点就在于：通过粗跟踪光电传感器模块实现大范围捕捉太阳位置，达到聚光架的粗跟踪。通过精跟踪光电传感器模块实现精确捕捉太阳位置，达到聚光架的精准跟踪太阳。采用双传感器联合控制太阳跟踪器解决编码器跟踪精度低和单个光电传感器跟踪局限性问题。

故，凡采用二个光电传感器模块分别实现聚光器粗跟踪和精跟踪的方法，皆属本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种双光电传感器联合控制太阳跟踪装置，其特征在于：它包括粗跟踪光电传感器模块、精跟踪光电传感器模块、控制电路、聚光电池组件、聚光架、驱动机构；所述的粗跟踪光电传感器模块安装在聚光架的顶部，聚光电池组件安装在聚光架的上部，接收聚光架汇聚的太阳光斑；所述的精跟踪光电传感器模块安装在聚光电池组件上且与聚光架的平面镜相对，接收聚光架汇聚的太阳光斑；所述的粗跟踪光电传感器模块和精跟踪光电传感器模块将电信号传送给控制电路；所述的驱动机构安装在聚光架上且接受控制电路的控制；所述的精跟踪光电传感器模块由多个光电元件构成，该多个光电元件分别安装在聚光电池组件的四个角上，用于接收聚光架汇聚的太阳光斑。

2.根据权利要求1所述的双光电传感器联合控制太阳跟踪装置，其特征在于：所述的粗跟踪光电传感器模块由一个长方体基座和多个光电元件组成，所述的长方体基座的底面固定在聚光架的顶部，多个光电元件分别安装在长方体基座的四个侧面上。

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