CN102262408A - 光度感应精度自适应太阳能自动跟踪传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可根据日照强弱的变化自主调节跟踪精度的太阳能自动跟踪传感器。该传感器利用光敏电阻随光照强度的变化改变阻值大小的特性调节整个传感器的灵敏度，利用互成角度的光电池所产生的电压经比较器比较后输出的电信号驱动马达转动调整电池板角度追踪太阳。既可以充分利用能源又减少系统磨损。

Description

光度感应精度自适应太阳能自动跟踪传感器

技术领域

本发明涉及一种可以根据光照强弱自适应调节跟踪精度的太阳能跟踪传感器，属于太阳能应用技术领域。

背景技术

在太阳能领域，对太阳的实时自动跟踪是一种有效提高太阳能利用率的方式，因此很多太阳能发电系统都是采用实时自动跟踪的方式来发电的。自动跟踪发电系统在日照条件较好的情况下，只有采用高精度跟踪才能高效的利用太阳能。若采用较低精度跟踪，则会降低系统对太阳能的利用率。然而，若在日照条件较差，如阴雨天、早上和傍晚等情况下，系统仍然高精度跟踪，则又会导致自动跟踪系统浪费能源、加速磨损。为了在充分发挥自动跟踪系统的作用的同时，尽量减少自动跟踪系统的磨损与能源损耗，就需要随日照情况的变化自动调节跟踪传感器的精度。但通过对现有自动跟踪太阳能发电系统的调查了解得知，一般的跟踪传感器的精度都不可自动调节。

在对现有技术的文献检索后发现，申请号“98122130.0”，名称为“光源跟踪探测器”的专利，是依靠两个互成角度的光电池的反极性串联或连成电桥来反映传感器探头与入射光线的角度关系，其电信号经过传感器电路进一步处理为自动跟踪信号，驱动自动跟踪系统。这种光源跟踪器就存在着上述不能随日照情况的变化自动调节跟踪精度的不足。如果把这种光源跟踪探测器用在光伏发电系统上，就会对整个系统造成不利影响，尤其是对聚光发电系统。因为对于聚光发电来说主要汇聚的是太阳的直射光，而一天之中，日照条件最好的时段是上午9点至下午3点这6个小时，其他时间段中，太阳的直射光较弱，常常是散射光多于直射光，而阴雨天的时候就更是如此，在这种条件下高精度跟踪不但不会有明显效果，反而会浪费能源加速磨损。反之，如果为了节约能源减少自动跟踪系统的磨损，而降低跟踪精度，则会影响系统的发电效率。因此我们设计发明了可以根据日照强弱的变化自主改变传感器跟踪精度的太阳能自动跟踪传感器。

发明内容：

为了克服光度感应跟踪传感器的精度无法自主调节导致资源浪费的缺陷，提供一种可根据日照强弱的变化自主调节跟踪精度的太阳能自动跟踪传感器。本发明的技术方案是：它包括光电池基座1，电压比较器I和电压比较器II(集成在IC1-1m358中)，电动马达驱动集成电路IC2(L9110)，光敏电阻(RG1)，光敏电阻(RG2)，电阻(R1)，电阻(R2)，光电池(S1)光电池(S2)。S1与S2的感光面相对成钝角安装在光电池基座1上。S1的正极与RG1相连，连接点为输出信号点A，负极与R1相连，三者组成闭合回路，该闭合回路中R1与RG1的连接点为输出信号点B；S2的正极与RG2相连，连接点为输出信号点C，负极与R2相连，三者同样组成闭合回路，该闭合回路中R2与RG2的连接点为输出信号点D，最终由IC2的2号和3号输出口输出电信号驱动马达转动。本发明的原理是利用光敏电阻随光照强度的变化改变阻值大小的特性调节整个传感器的灵敏度，利用互成角度的光电池所产生的电压经比较器比较后输出的电信号驱动马达转动调整电池板角度追踪太阳，也就是A点电压与D点电压比较后输出的信号和C点电压与B点电压比较后输出的信号驱动马达旋转。而A点的电压等于S1的电压值即U_A＝U_S1，C点的电压和S2的电压值相同即U_C＝U_S2，B点和D点的电压可以通过公式

得到，即B点电压

D点电压

因为R1＝R2，所以当U_S1＝U_S2的时候A点电压高于D点电压，电压比较器I输出高电平，C点电压高于B点电压，电压比较器II也输出高电平，此时马达不旋转，太阳能电池板正对太阳；当U_S1＞U_S2的时候U_A＝U_S1，

U_A＞U_D，电压比较器I输出高电平，U_C＝U_S2，

由公式可知当

时，U_B＞U_C电压比较器II输出低电平，此时马达正转，当

时，U_B＜U_C电压比较器II输出高电平，此时马达不转，即U_S1和U_S2的差值小于

时马达不转；当U_S1＜U_S2时，同理有U_B＜U_C电压比较器II输出高电平，

时U_A＜U_D电压比较器I输出低电平，此时马达反转，当

时U_A＞U_D，此时马达不转，即U_S1和U_S2的差值小于

时马达不转。综上可知当R1＝R2，RG1＝RG2时，若U_S1和U_S2的差值小于

时马达不转，系统不做出伺服动作。这样整个系统的灵敏度由

的值决定，又因为光敏电阻RG的阻值随光照强弱的变化而变化，光照越强阻值越小，在100LUX的光照条件下其阻值只有一百多欧，而在10LUX的光照条件下其阻值就增大至五十千欧左右，随光照强度继续降低其阻值可以增大至10MΩ以上甚至趋于无穷。因此

的值在光强很强的时候几乎等于0％，而光强很弱时会趋近100％。这样系统的灵敏度可以根据日照条件的变化自主调节，当光照很强的时候，传感器可以侦测到极为微小的角度变化，而当光照强度为0时，系统停止工作。

附图说明：

下面结合附图进一步说明：

图1是传感器的探头示意图。

图2是电路原理图。

具体实施方式：

如图1中所示，本发明光度感应精度自适应太阳能自动跟踪传感器的探头包括光电池基座1，光电池2、3，光敏电阻4、5。光电池2、3是向内成钝角安装在光电池基座1上的，光敏电阻4、5分别安装在光电池基座上表面的左边和右边，并各自与相对的光电池相连接。图1左上角标有本发明传感器示意图对应的X轴，Y轴，Z轴组成的空间直角坐标系，探头可以安装在需要绕Z轴转动的装置上，为相应的伺服机构提供驱动信号。需要被跟踪的光源(例如太阳)，发出的光线照在光电池2、3上，在传感器没有正对光源的情况下入射光线与光电池2、3分别成不同的角度，而使光电池2、3的产生的电压值不同。由于光电池非常敏感，可以在弱光照射下产生电压值，因此阴天或多云的散射光照的状态亦可以侦测到入射光线的方向的微弱不同。

如图2所示，整个电路包含比较器集成电路IC1(1m358)，电动马达驱动集成电路IC2(L9110)，光敏电阻4(RG1)，光敏电阻5(RG2)，电阻(R1)，电阻(R2)，光电池2(S1)，光电池3(S2)。S1与S2的电压差可以反映传感器与光线入射方向的角度关系。S1的正极与RG1相连，连接点为输出信号点A，负极与R1相连，三者组成闭合回路，RG1与R1的连接点为输出信号点B。S2的正极与RG2相连，连接点为输出信号点C，负极与R2相连，三者组成闭合回路，RG2与R2的连接点为输出信号点D，A点连接IC1的3号输入口，D点连接IC1的2号输入口，A、D两点输出的信号经IC1的比较器比较后由IC1的1号输出口输出至IC2的6号输入口；C点连接IC2的5号输入口，B点连接IC1的6号输入口，C、B两点输出的信号经IC1的比较器比较后由IC1的7号输出口输出至IC2的7号输入口，最终由IC2的2号和3号输出口输出电信号驱动马达转动。也就是A点电压与D点电压比较后输出的信号和C点电压与B点电压比较后输出的信号驱动马达旋转。在日照条件好，RG的阻值很小的情况下，系统灵敏度极高，当S1电压值高于S2电压值的时候，若A点电压高于D点电压且C点电压低于B点电压，IC2接收到逆时针转动信号，马达正转，直至S1电压值与S2电压值的差别小于

IC2无信号输入，马达停止转动，此时传感器正对太阳；相反当S2电压值高于S1电压值时，若A点电压低于D点电压且C点电压高于B点电压，则IC2接收到顺时针转动信号，马达反转，直至S1电压值与S2电压值的差别小于

IC2无信号输入，马达停止转动传感器正对太阳。随着日照强度的减弱，光敏电阻RG的阻值逐渐增大，传感器对S1电压值与S2电压值的差别的容忍度增大，使系统的灵敏度逐渐降低。当光线强度降低到一定程度，RG趋近无穷大，系统对S1电压值与S2电压值100％的差别也不会作出反应，系统即停止对光源的跟踪。

Claims (3)

1.一种光度感应精度自适应太阳能自动跟踪传感器，其特征在于，所述的光度感应精度自适应太阳能自动跟踪传感器的探头包括光电池基座1，光电池2、3，光敏电阻4、5；光电池2、3是向内成钝角安装在光电池基座1上的，光敏电阻4、5分别安装在光电池基座上表面的左边和右边；光敏电阻4(RG1)和电阻(R1)串联后与光电池2(S1)并联，三者形成闭合回路；光敏电阻5(RG2)和电阻(R2)串联后与光电池3(S2)并联，三者形成闭合回路；S1、S2的正极分别为信号输出点A、C；RG1与R1的连接点为出信号点B；RG2与R2的连接点为输出信号点D；A点和D点分别连接电压比较器I的正、负极输入口，电压比较器I的输出信号为正、反转信号；B点和C点分别连接电压比较器II的负、正极输入口，电压比较器II的输出信号为反、正转信号。

2.根据权利要求1所述的光度感应精度自适应太阳能自动跟踪传感器，其特征是，所述的光电池可以是硅光电池、砷化镓光电池、有机染料光电池等可以在光照下产生电压的光电池器件。

3.根据权利要求1所述的光度感应精度自适应太阳能自动跟踪传感器，其特征是，所述的电压比较器可以是LM358等运放IC也可以是LM339等电压比较IC。

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