CN103970151B - 一种太阳能跟踪控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能跟踪控制装置，包括多个跟踪传感器和电路，电路的输出端连接至驱动系统，至少两个用于测量方位角，至少两个用于测量高度角，并且任何传感器均可用于测量强光，其中每个跟踪传感器由两段玻璃棒、连接管及光敏传感器构成，其中两段玻璃棒以连接管包裹相连，并且两段玻璃棒之间是分隔开的，一段玻璃棒的顶端形成聚光太阳光进口而另一段玻璃棒连接光敏传感器。采用本发明的传感器，能够更精确地控制阳光入射强度，防止光敏元件超温，系统响应快，工作稳定性也得到提高，电路性能稳定，体积小巧，因而该控制装置更适用于太阳能利用装置，精度高，很大程度上提高了太阳能利用装置的利用效率。

Description

一种太阳能跟踪控制装置

技术领域

本发明属于太阳能利用领域，具体来说涉及一种太阳能跟踪控制装置。

背景技术

太阳能利用的关键在于太阳能装置对阳光的朝向。当太阳能装置能正面朝向阳光，使得阳光入射方向能垂直于阳光收集装置时，阳光的吸收效率将最高，因而使得太阳能利用装置的效率达到最大。由于地形和时间的变化，入射角总是变化的，这就需要装置能跟踪太阳的移动，因而存在对太阳能跟踪控制装置的需求。

发明内容

本发明开发了一种太阳能跟踪控制装置，能够有效地控制太阳能装置的朝向。具体来说，本发明所采用的技术方案如下：

一种太阳能跟踪控制装置，包括多个跟踪传感器1和一个处理电路2，处理电路2的输出端连接至驱动系统，处理电路的输入端和多个跟踪传感器相连接，跟踪传感器1中的至少两个用于测量方位角，至少另外两个用于测量高度角，并且任何跟踪传感器均可用于测量光强，其特征在于，每个跟踪传感器1由两段玻璃棒8和10、连接管9及光敏传感器11构成，其中两段玻璃棒8和10被连接管9包裹相连，并且两段玻璃棒8和10之间是分隔开的，一段玻璃棒8的顶端对着聚光太阳光，使阳光进入跟踪传感器1，而另一段玻璃棒连接光敏传感器11，探测太阳光并将光强转换成电信号给处理电路2。

优选地，顶端形成聚光太阳光进口的那一段玻璃棒8是耐高温玻璃棒，连接管9外部还设置有散热片。

优选地，处理电路2包括方位角电流信号模块，高度角电流信号模块、光强检测电流信号模块2-7和供电电路模块2-8，方位角电流信号模块包括方位角测量电路2-1、方位角比较电路2-2和方位角传送电路2-3，高度角电流信号模块包括高度角测量电路2-4、高度角比较电路2-5和高度角传送电路2-6，光强检测电流信号模块2-7也具有测量电路2-7-1、比较电路2-7-2和传送电路2-7-3，传送电路2-3、2-6、2-7-3均连接至传感器电路的信号输出端，信号输出端连接至数据处理系统，其中各测量电路和传送电路利用LM324作为处理芯片，而各比较电路利用LM339作为处理芯片。

更优选地，用于测量方位角的传感器的输出端与方位角测量电路的LM324（1A）和LM324（1B）的输入端2和6引脚电连接，方位角测量电路的LM324（1A）和LM324（1B）的输出端1和7引脚与方位角比较电路的LM339（A）的输入端4和5引脚电连接，方位角比较电路的LM339（A）的输出端1引脚与方位角传送电路的LM324（2B）的输入端5引脚电连接，方位角传送电路输出端为传感器电路的方位角检测电流信号输出端。

更优选地，用于测量高度角的传感器的输出端与高度角测量电路的LM324（1C）和LM324（1D）的输入端9和13引脚电连接，高度角测量电路的LM324（1C）和LM324（1D）的输出端8和14引脚与高度角比较电路的LM339（B）的输入端6和7引脚电连接，高度角比较电路的LM339（B）的输出端2引脚与高度角传送电路的LM324（2C）的输入端9和10引脚电连接，高度角传送电路的输出端为传感器电路的高度角检测电流信号输出端。

更优选地，用于测量光强的传感器的输出端与光强测量电路的LM324（2A）的输入端2引脚电连接，测量电路的LM324（2A）的输出端1引脚与比较电路的LM339（C）的输入端8引脚电连接，比较电路的LM339（C）的输出端14引脚与传送电路的LM324（2D）的输入端12引脚电连接，传送电路的输出端为传感器电路的光强检测电流信号输出端。

进一步，在各传感器的输出端与各测量电路的输入端之间还串接有发光二极管。

进一步，各测量电路的输入端与输出端之间设置有与各LM324并联的反馈电阻，并且各反馈电阻串接有微调电阻R11、R12、R13、R14和R15，用于校正光敏传感器的工艺偏差。

进一步，方位角比较电路与高度角比较电路中LM339的输入端接有双向二极管，同时LM339还分别串并接有电阻以构成迟滞比较器。

进一步，供电电路是采用由D43、D44、D45和D46构成的桥式电路作为电源输入的接入端。

有益效果：本发明中所采用的传感器结构能够更精确地监控阳光入射参数，工作稳定性也得到提高，电路性能稳定，体积小巧，因而该控制装置更适用于太阳能利用装置，精度高，很大程度上提高了太阳能利用装置的利用效率。

附图说明

图1是本发明的太阳能跟踪控制装置的模块图。

图2是控制装置的结构外观图。

图3是控制装置中的传感器结构图。

图4是控制装置电路中的方位角电流信号模块图。

图5是控制装置电路中的高度角电流信号模块图。

图6是控制装置电路中的光强检测电流信号模块图。

图7是控制装置电路中的供电电路模块图。

在图中：1跟踪传感器模块；2电路模块；2-1方位角测量电路；2-2方位角比较电路；2-3方位角传送电路；2-4高度角测量电路；2-5高度角比较电路；2-6高度角传送电路；2-7光强检测电路；2-8供电电路；3数据处理系统；4驱动系统；5跟踪传感器；6电路板；7聚光太阳光进口；8玻璃棒；9连接管；10玻璃棒；11光敏传感器。

具体实施方式

下面将结合附图进一步详细说明本发明。

图1示出本发明的太阳能跟踪控制装置的模块图。跟踪传感器模块1将电流信号传给电路2，电路2将处理过的信号传送到MCU数据处理系统3，MCU数据处理系统3根据相应的光强、方位角和高度角信号向驱动系统4发送信号以调整太阳能装置的方位朝向。驱动机构包括程序跟踪部分和步进驱动部分，程序跟踪组分用于在光强不足时根据程序计算太阳位置，获取可能的最大迎光面。在光强足够时，信号被方位角步进电机驱动电路4-1-1和高度角步进电机驱动电路4-2-1接收处理，驱动方位角步进电机4-1-2和高度角步进电机4-2-2运作调整装置朝向。

图2示出了控制装置的结构外观。如图中所见，设有多个跟踪传感器5，作为一个实例，设置了4个跟踪传感器，其中左右相对的两个用于测量方位角并与方位角电流信号模块相连，上下相对的两个用于测量高度角并与高度角电流信号模块相连，而其中任何传感器都可用于测量光强并与光强检测模块相连。

图3示出其中一个传感器的结构。传感器由分开的两段玻璃棒8和10构成，玻璃棒外面包裹连接管9，向外的那段玻璃棒8的顶端形成聚光太阳光进口7，向内的那段玻璃棒10连接光敏传感器11。玻璃棒8是由耐高温玻璃制成，连接管9外面还设置了散热片，通过耐高温玻璃材质的玻璃棒、两段玻璃棒之间的间隙以及散热片，能够有效地耐受聚光的高热量，使光敏传感器与高热量隔绝并且及时将玻璃吸收的热能散失在环境中，有效降低传感器的温度，从而有利于工作稳定性。

图4至7示出了控制装置电路中的方位角电流信号模块、高度角电流信号模块、光强检测电流信号模块和供电电路模块。

如图4所示，方位角电流信号模块包括方位角测量电路2-1、方位角比较电路2-2和方位角传送电路2-3。方位角测量电路2-1的LM324（1A）和LM324（1B）输出端1和7引脚与方位角比较电路2-2的LM339（A）输入端4和5引脚电连接，方位角比较器LM339（A）的输出端1引脚与方位角传送电路2-3的LM324（2B）输入端5引脚电连接，方位角传送电路2-3输出端为传感器电路2的方位角检测电流信号输出端。

如图5所示，高度角电流信号模块包括高度角测量电路2-4、高度角比较电路2-5和高度角传送电路2-6。高度角测量电路2-4的LM324（1C）和LM324（1D）的输出端8和14引脚与高度角比较电路2-5的LM339（B）输入端6和7引脚电连接，高度角比较器（LM339）（B）的输出端2引脚与高度角传送电路2-6的LM324（2C）输入端9和10引脚电连接，高度角传送电路2-6的输出端为传感器电路2的高度角检测电流信号输出端。

如图6所示，光强检测电路2-7包括测量电路、比较电路、传送电路，测量电路的LM324（2A）输出端1引脚与比较电路的LM339（C）输入端8引脚电连接，比较电路的LM339输出端14引脚与传送电路的LM324（2D）输入端12引脚电连接，传送电路的输出端为传感器电路2的光强检测电流信号输出端。

如图7所示，供电电路模块2-8用来给所用到的芯片LM324、LM339提供电源和一些保护措施。供电电路模块2-8与电路制造成一体，以双绞线接出连接控制室电源给电路提供24V直流电。供电电路采用桥式电路，从而无需担心24V电源极性接反问题，具有安全保护作用。

由图4至7可见，本发明的电路具有以下优点：

1、在光敏传感器输出端串接发光二极管（LED1，LED2，LED3，LED4，LED5）可以辅助判断光敏传感器工作状况；

2、在光敏测量电路反馈电阻中分别串接微调电阻R11、R12、R13、R14和R15，用来校准光敏工艺偏差；

3、方位角比较电路与高度角比较电路中LM339输入端接入双向二极管保护电压比较器的输入，同时采用迟滞比较器（由LM339串并接电阻构成）用以设定有效动作阈值，避免系统一直响应；

4、传感器电路中方位角传送电路和高度角传送电路信号输出采用0-20ma电流信号传输，可以适合远距离应用，信号不失真，同时节约成本；

5、供电简单安全，只需要在控制室通过一根双绞线远距离给电路提供24V直流电，接到供电电路的二极管D44和D45上，采用桥式电路（D43，D44，D45，D46）也无需担心24V直流电源极性接反问题，具有安全保护作用；

6、安装方便，整个传感器电路板可以封装在一个盒子里，只需将光敏传感器电流信号接入电路板即可使用，也可以起到防水防晒的效果。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种太阳能跟踪控制装置，包括多个跟踪传感器（1）和一个处理电路（2），处理电路（2）的输出端连接至驱动系统，处理电路的输入端和多个跟踪传感器相连接，跟踪传感器（1）中的至少两个用于测量方位角，至少另外两个用于测量高度角，并且任何跟踪传感器均可用于测量光强，其特征在于，每个跟踪传感器（1）由两段玻璃棒（8、10）、连接管（9）及光敏传感器（11）构成，其中两段玻璃棒（8、10）被连接管（9）包裹相连，并且两段玻璃棒（8、10）之间是分隔开的，一段玻璃棒（8）的顶端对着聚光太阳光，使阳光进入跟踪传感器（1），而另一段玻璃棒连接光敏传感器（11），探测太阳光并将光强转换成电信号给处理电路（2）。

2.如权利要求1所述的太阳能跟踪控制装置，其特征在于，顶端形成聚光太阳光进口的那一段玻璃棒（8）是耐高温玻璃棒，连接管（9）外部还设置有散热片。

3.如权利要求1所述的太阳能跟踪控制装置，其特征在于，处理电路（2）包括方位角电流信号模块，高度角电流信号模块、光强检测电流信号模块（2-7）和供电电路模块（2-8），方位角电流信号模块包括方位角测量电路（2-1）、方位角比较电路（2-2）和方位角传送电路（2-3），高度角电流信号模块包括高度角测量电路（2-4）、高度角比较电路（2-5）和高度角传送电路（2-6），光强检测电流信号模块（2-7）也具有测量电路（2-7-1）、比较电路（2-7-2）和传送电路（2-7-3），方位角传送电路（2-3）、高度角传送电路（2-6）、光强检测电流信号模块的传送电路（2-7-3）均连接至传感器电路的信号输出端，信号输出端连接至数据处理系统，其中各测量电路和传送电路每一个均利用LM324作为处理芯片，而各比较电路每一个均利用LM339作为处理芯片。

4.如权利要求3所述的太阳能跟踪控制装置，其特征在于，用于测量方位角的传感器的输出端与方位角测量电路的第一LM324（1A）的输入端2引脚和第二LM324（1B）的输入端6引脚电连接，方位角测量电路的第一LM324（1A）的输出端1引脚和第二LM324（1B）的输出端7引脚分别与方位角比较电路的LM339（A）的输入端4和5引脚电连接，方位角比较电路的LM339（A）的输出端1引脚与方位角传送电路的LM324（2B）的输入端5引脚电连接，方位角传送电路输出端为传感器电路的方位角检测电流信号输出端。

5.如权利要求3所述的太阳能跟踪控制装置，其特征在于，用于测量高度角的传感器的输出端与高度角测量电路的第三LM324（1C）的输入端9引脚和第四LM324（1D）的输入端13引脚电连接，高度角测量电路的第三LM324（1C）的输出端8引脚和第四LM324（1D）的输出端14引脚分别与高度角比较电路的LM339（B）的输入端6和7引脚电连接，高度角比较电路的LM339（B）的输出端2引脚与高度角传送电路的LM324（2C）的输入端9和10引脚电连接，高度角传送电路的输出端为传感器电路的高度角检测电流信号输出端。

6.如权利要求3所述的太阳能跟踪控制装置，其特征在于，用于测量光强的传感器的输出端与光强检测电流信号模块的测量电路的LM324（2A）的输入端2引脚电连接，光强检测电流信号模块的测量电路的LM324（2A）的输出端1引脚与光强检测电流信号模块的比较电路的LM339（C）的输入端8引脚电连接，光强检测电流信号模块的比较电路的LM339（C）的输出端14引脚与光强检测电流信号模块的传送电路的LM324（2D）的输入端12引脚电连接，光强检测电流信号模块的传送电路的输出端为传感器电路的光强检测电流信号输出端。

7.如权利要求3至6中任一项所述的太阳能跟踪控制装置，其特征在于，在各传感器每一个的输出端与各测量电路每一个的相应输入端之间还串接有发光二极管。

8.如权利要求3至6中任一项所述的太阳能跟踪控制装置，其特征在于，方位角测量电路、高度角测量电路、光强检测电流信号模块的测量电路的输入端与输出端之间设置有与各相应LM324并联的反馈电阻，并且各反馈电阻串接有微调电阻R11、R12、R13、R14和R15，用于校正光敏传感器的工艺偏差。

9.如权利要求3至6中任一项所述的太阳能跟踪控制装置，其特征在于，方位角比较电路与高度角比较电路中LM339的输入端接有双向二极管，同时方位角比较电路与高度角比较电路中的LM339还分别串并接有电阻以构成迟滞比较器。

10.如权利要求3至6中任一项所述的太阳能跟踪控制装置，其特征在于，供电电路是采用由D43、D44、D45和D46构成的桥式电路作为电源输入的接入端。