CN104503475A - 一种适用于太阳能自动跟踪装置的传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于太阳能自动跟踪装置的传感器,包括外圈和内圈,四个光电二极管分别安装在外圈的东西南北四个方向上,能够检测太阳由东向西运动的偏转角度和南北方向的偏转角度;内圈为五个部分,包括中间小圆部分以及将外圈与小圆之间的圆环均分而成的四个象限,四个象限为跟踪定位象限,用于产生方位角和高度角的跟踪控制信号,中间小圆部分为太阳照度探测象限;五个光电池分别安装在内圈的五个部分上,其中中间小圆部分的光电池作为照度传感器来检测太阳的辐射照度,用于控制太阳能自动跟踪装置是否工作。本发明能够对太阳方位角和高度角进行双轴跟踪,在夜晚、阴天或者太阳光辐照度低于工作照度时自动关机,节约能源。

Description

一种适用于太阳能自动跟踪装置的传感器
技术领域
本发明涉及一种传感器,更具体的说是一种适用于太阳能自动跟踪装置的传感器。
背景技术
能源短缺问题是目前许多国家面临的最重要的问题,太阳能作为一种清洁无污染的能源,有着巨大的开发前景。我国的太阳能资源比较丰富,从其分布来看,西部地区的太阳能年辐射总量均在5400MJ/(m.a)以上,西藏地区更是达到了6700MJ/(m.a),开发太阳能对于西部的发展有着重要的现实意义。利用太阳能的关键是提高太阳能电池的转换效率,目前一般情况下仍是采用太阳能电池板固定朝南安装的方式对太阳能进行采集,也有利用太阳的运动规律采用定时的方法对太阳进行跟踪,但这些方法均没有充分利用太阳能资源,转换效率较低,成本高。为了解决这些问题,人们设计了各种各样的太阳能自动跟踪装置。然而,为了实现太阳能自动跟踪装置的功能,就必须有一些合适的传感器。目前,用于太阳能自动跟踪装置的传感器大多是一些单一功能的传感器,并不能提高转换效率,提高跟踪精度。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种适用于太阳能自动跟踪装置的传感器,能够同时检测方位角和高度角,并可以检测太阳光的强度。
为解决上述技术问题,本发明采取的技术方案是:一种适用于太阳能自动跟踪装置的传感器,包括外圈、内圈、光电二极管Ⅰ、光电二极管Ⅱ、光电二极管Ⅲ、光电二极管Ⅳ、光电池Ⅰ、光电池Ⅱ、光电池Ⅲ、光电池Ⅳ和光电池Ⅴ;
所述的光电二极管Ⅰ、光电二极管Ⅱ、光电二极管Ⅲ和光电二极管Ⅳ分别安装在外圈的东西南北四个方向上,其中光电二极管Ⅰ和光电二极管Ⅲ东西对称安装在外圈上,用于检测太阳由东向西运动的偏转角度即方位角;光电二极管Ⅱ和光电二极管Ⅳ南北对称安装在外圈上,用于检测太阳的南北方向的偏转角度即高度角;
所述的内圈用于放置光电池,内圈为五个部分,包括中间小圆部分以及将外圈与小圆之间的圆环均分而成的四个象限,所述的四个象限为跟踪定位象限,用于产生方位角和高度角的跟踪控制信号,所述的中间小圆部分为太阳照度探测象限;所述的光电池Ⅰ、光电池Ⅱ、光电池Ⅲ、光电池Ⅳ和光电池Ⅴ分别安装在内圈的五个部分上,其中光电池Ⅴ安装在中间小圆部分,光电池Ⅴ作为照度传感器来检测太阳的辐射照度,用于控制太阳能自动跟踪装置是否工作。
所述的内圈的五个部分的面积相等。
所述的光电二极管Ⅰ、光电二极管Ⅱ、光电二极管Ⅲ和光电二极管Ⅳ的性能参数相同;所述的光电池Ⅰ、光电池Ⅱ、光电池Ⅲ、光电池Ⅳ和光电池Ⅴ面积相等且性能参数相同。
所述的光电池Ⅰ、光电池Ⅱ、光电池Ⅲ、光电池Ⅳ和光电池Ⅴ上设有焦距可调的光学系统,当光线经过光学系统照到光电池上时,调节所述光学系统,使光斑正好完全覆盖光电池;所述的光学系统的焦平面旁设置遮光片,用于减弱光强,避免光电池饱和。
本发明为双轴跟踪,能够同时在方位角和高度角两个方向跟踪,南北对称的光电二极管能够粗略检测太阳南北方向的偏转角度即高度角,东西对称的光电二极管则能够粗略检测太阳由东向西运动的偏转角度即方位角;五个光电池能够检测太阳光的强度,在夜晚、阴天或者太阳光辐照度低于工作照度时自动关机,节约能源。
附图说明
图1为本发明所述的适用于太阳能自动跟踪装置的传感器的结构图。
图中:1-外圈;2-内圈;3-光电二极管Ⅰ;4-光电二极管Ⅱ;5-光电二极管Ⅲ;6-光电二极管Ⅳ;7-光电池Ⅰ;8-光电池Ⅱ;9-光电池Ⅲ;10-光电池Ⅳ;11-光电池Ⅴ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示,一种适用于太阳能自动跟踪装置的传感器,包括传外圈1、内圈2、光电二极管Ⅰ3、光电二极管Ⅱ4、光电二极管Ⅲ5、光电二极管Ⅳ6、光电池Ⅰ7、光电池Ⅱ8、光电池Ⅲ9、光电池Ⅳ10和光电池Ⅴ11。光电二极管Ⅰ3和光电二极管Ⅲ5东西对称安装在外圈1上,用来粗略的检测太阳由东向西运动的偏转角度即方位角。另一对光电二极管Ⅱ4和光电二极管Ⅳ6南北对称安装在外圈1上,用来粗略检测太阳的南北方向的偏转角度即高度角。
放置光电池的内圈2被分成5个部分,中间为一个小圆,将外圈1与小圆之间的圆环分成四个象限I、II、III、IV。小圆为第V象限,并且使5个象限的面积相等。I、II、III、IV象限为跟踪定位象限,用于产生方位角和高度角的跟踪控制信号,V象限为太阳照度探测象限。将五片面积相等、性能参数相同的光电池Ⅰ7、光电池Ⅱ8、光电池Ⅲ9、光电池Ⅳ10和光电池Ⅴ11安装在所设计的5个象限内,当太阳光照射到光电池上时,必然产生光电流。在光电池正上方放置一个焦距可调的光学系统,当光线经过光学系统照到光电池上时,调节该光学系统,使光斑正好完全覆盖5片光电池,为避免光电池饱和,在光学系统的焦平面附近加一遮光片以减弱光强。
所述传感器可以对太阳方位角和高度角进行双轴跟踪,对于方位角跟踪而言,当太阳光与电池板垂直的方向照射到该传感器上时,光电二极管Ⅱ4和光电二极管Ⅳ6接受到的光照度相同,光电池Ⅰ7和光电池Ⅲ9接受到的光照度也相同,运算放大器输出为零;当太阳光偏离电池板垂直方向一个小角度时,光电二极管Ⅱ4和光电二极管Ⅳ6可能受到环境的影响,不会反映出太阳光线的变化;而由于光电池Ⅰ7和光电池Ⅲ9产生的光电流不一样,运算放大器就会输出差值信号,该差值信号送入控制单元,控制太阳能自动跟踪装置调整太阳能电池板的角度,直到太阳能电池板与太阳光垂直为止。而当太阳光偏离一个较大角度时,内圈2内的光电池Ⅰ7、光电池Ⅱ8、光电池Ⅲ9、光电池Ⅳ10和光电池Ⅴ11可能接受不到太阳光,而外圈1的光电二极管Ⅱ4和光电二极管Ⅳ6能反映出照度差值,该信号经运算放大器后送入控制单元,控制太阳能自动跟踪装置调整太阳能电池板的角度,当达到太阳光偏离电池板垂直方向一个小角度时,系统自动切换到光电池Ⅰ7和光电池Ⅲ9进行探测跟踪。高度角跟踪原理与方位角跟踪原理类似。
光电池Ⅴ11作为照度传感器来检测太阳的辐射照度,可用来控制太阳能自动跟踪装置是否工作。在夜晚、阴天或者太阳光辐照度低于工作照度时自动关机,节约能源。其工作原理为:当光电池Ⅰ7和光电池Ⅲ9,光电池Ⅱ8和光电池Ⅳ10,光电二极管Ⅱ4和光电二极管Ⅳ6,光电二极管Ⅰ3和光电二极管Ⅲ5之间均无差值信号输出时,根据对设定阈值的工作照度与光电池Ⅴ11输出信号的比较结果由单片机输出关机或开机信号。

Claims (3)

1.一种适用于太阳能自动跟踪装置的传感器,其特征在于,包括外圈、内圈、光电二极管Ⅰ、光电二极管Ⅱ、光电二极管Ⅲ、光电二极管Ⅳ、光电池Ⅰ、光电池Ⅱ、光电池Ⅲ、光电池Ⅳ和光电池Ⅴ;
所述的光电二极管Ⅰ、光电二极管Ⅱ、光电二极管Ⅲ和光电二极管Ⅳ分别安装在外圈的东西南北四个方向上,其中光电二极管Ⅰ和光电二极管Ⅲ东西对称安装在外圈上,用于检测太阳由东向西运动的偏转角度即方位角;光电二极管Ⅱ和光电二极管Ⅳ南北对称安装在外圈上,用于检测太阳的南北方向的偏转角度即高度角;
所述的内圈用于放置光电池,内圈为五个部分,包括中间小圆部分以及将外圈与小圆之间的圆环均分而成的四个象限,所述的四个象限为跟踪定位象限,用于产生方位角和高度角的跟踪控制信号,所述的中间小圆部分为太阳照度探测象限;所述的光电池Ⅰ、光电池Ⅱ、光电池Ⅲ、光电池Ⅳ和光电池Ⅴ分别安装在内圈的五个部分上,其中光电池Ⅴ安装在中间小圆部分,光电池Ⅴ作为照度传感器来检测太阳的辐射照度,用于控制太阳能自动跟踪装置是否工作。
2.根据权利要求1所述的适用于太阳能自动跟踪装置的传感器,其特征在于,所述的内圈的五个部分的面积相等,所述的光电二极管Ⅰ、光电二极管Ⅱ、光电二极管Ⅲ和光电二极管Ⅳ的性能参数相同;所述的光电池Ⅰ、光电池Ⅱ、光电池Ⅲ、光电池Ⅳ和光电池Ⅴ面积相等且性能参数相同。
3.根据权利要求1或2所述的适用于太阳能自动跟踪装置的传感器,其特征在于,所述的光电池Ⅰ、光电池Ⅱ、光电池Ⅲ、光电池Ⅳ和光电池Ⅴ上设有焦距可调的光学系统,当光线经过光学系统照到光电池上时,调节所述光学系统,使光斑正好完全覆盖光电池;所述的光学系统的焦平面旁设置遮光片,用于减弱光强,避免光电池饱和。
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