CN104635758A - 太阳直射面辐射传感器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

太阳直射面辐射传感器，包括第一电机，第一电机通过第一齿轮副连接第一转轴，所述第一转轴模拟地轴线倾斜布置，第一转轴可转动的架设在第一支架上；所述第一转轴上固定套装有第二电机底座，第二电机底座上固定有第二电机，第二电机通过第二齿轮副连接第二转轴，所述第二电机底座上端固定有安装箱体，第二电机和第二齿轮副设置在安装箱体内，安装箱体为柔性，第二转轴的两端可转动的架设在支架上，支架与第二电机底座固定连接，第二转轴和支架设置在安装箱体内，所述安装箱体的外端面上布置有采集太阳辐射值的辐射传感器，所述第二转轴与辐射传感器固定连接。本发明提供一种可以直接测得太阳直射面辐射值的太阳直射面辐射传感器及其控制方法。

Description

太阳直射面辐射传感器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种辐射传感器及其控制方法。

背景技术

当地太阳辐射资源的大小是决定光伏电站发电量的重要因素；辐射资源越丰富，光伏电站发电量越大，收益越好。因此在建造光伏电站前都需要查看当地的太阳辐射数据，以估算光伏电站的效益。

现有太阳辐射只能观测水平面上的太阳辐射量；而对于追光光伏电站来说，接收的是太阳直射面的太阳辐射量，其发电量与太阳直射面的太阳辐射量成正比。目前，都是以观测到的水平面的太阳辐射量来作为参考值来预算追光光伏电站所能接收到的辐射量；而水平面太阳辐射值和太阳直射面辐射值数值不相同，由于直射、散射以及现在大气污染如雾霾、水汽等等众多因素的影响，水平面太阳辐射值和太阳直射面辐射值也不是简单的比例关系。如果能够提供太阳直射面的太阳辐射数值，可以为追光光伏电站提供更有价值的可以直接使用的数据。

太阳的运动轨迹如图1所示，O点为观察点，地球自转相当于太阳做圆周运动（24小时一周），太阳的圆周运动与地轴线垂直，地轴线与水平面的夹角为当地纬度值；地球周转相当于太阳运动的圆周沿地轴线D移动，图1中A为夏至时太阳的圆周运动图，B为春分或秋分时太阳的圆周运动图，C为冬至时太阳的圆周运动图，其中，W为西方，E为东方，N为北方，S为南方。根据这个原理，如若能在O点安装辐射传感器，使其沿太阳的圆周运动方向追踪太阳的方位角，沿地轴线方向追踪太阳高度角，则可以通过辐射传感器直接测得太阳直射面辐射值。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种沿太阳的圆周运动方向追踪太阳的方位角、沿地轴线方向追踪太阳高度角、可以直接测得太阳直射面辐射值的太阳直射面辐射传感器及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

太阳直射面辐射传感器，包括第一电机，第一电机通过第一齿轮副连接第一转轴，第一齿轮副包括与第一电机的输出轴固定的第一主动齿轮、与第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮，第一从动齿轮固定套装在第一转轴上，所述第一转轴模拟地轴线倾斜布置，第一转轴与水平面的夹角为当地纬度值，第一转轴的左端支撑有第一立柱，第一转轴的右端支撑有第二立柱，第一转轴可转动的架设在第一立柱和第二立柱上；所述第一转轴上固定套装有第二电机底座，第二电机底座上固定有第二电机，第二电机通过第二齿轮副连接第二转轴，第二转轴垂直于第一转轴布置，第二齿轮副包括与第二电机的输出轴固定的第二主动齿轮、与第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮，第二从动齿轮固定套装在第二转轴上；所述第二电机底座上端固定连接安装箱体，第二电机和第二齿轮副设置在安装箱体内，安装箱体为柔性，第二转轴的两端由支架转动支承，支架与所述第二电机底座固定连接，第二转轴和支架设置在安装箱体内，所述安装箱体的外端面上布置有采集太阳辐射值的辐射传感器，辐射传感器与第一转轴平行布置，所述第二转轴与辐射传感器固定连接。

进一步，所述第一转轴的转速为15度/小时，所述第二转轴的转速为0.2574度/天。

进一步，所述辐射传感器的沿第二转轴方向的两侧的下端分别固定有固定杆，一侧的固定杆穿过安装箱体的外端面与固定套装在第二转轴一侧的轴套固定连接，另一侧的固定杆穿过安装箱体的外端面与固定套装在第二转轴另一侧的轴套固定连接。

进一步，所述支架包括支撑第二转轴两端的第三立柱，第二转轴通过第三轴承可转动的架设在第三立柱上，第三立柱的下端与所述第二电机底座固定连接。

进一步，所述安装箱体具有侧面和连接在侧面上沿的所述外端面，安装箱体的侧面的下沿与所述第二电机底座固定连接，安装箱体没有下端面，呈倒扣的筒状。所述辐射传感器贴靠在安装箱体的外端面上。

进一步，所述第一转轴的左端通过第一轴承可转动的架设在第一立柱上，第一轴承装在第一轴承箱体内，第一轴承箱体与第一立柱固定连接；第一转轴的右端通过第二轴承可转动的架设在第二立柱上，第二轴承装在第二轴承箱体内，第二轴承箱体与第二立柱固定连接。

进一步，所述第三轴承设置在第三轴承箱体内，第三轴承箱体与第三立柱固定连接。

进一步，所述第一齿轮副为减速齿轮副，第二齿轮副为减速齿轮副。

进一步，所述第一电机布置在第一电机底座上，第一电机底座具有支撑第一电机的斜面，该斜面与第一电机的输出轴平行，第一电机的输出轴与所述第一转轴平行。

太阳直射面辐射传感器的控制方法，第一电机通过第一齿轮副带动第一转轴沿太阳的圆周运动方向追踪太阳的方位角，辐射传感器对应太阳方位角的转动范围是自东向西转过180度，起点对应太阳自东向西运动的升起处，终点对应太阳自东向西运动的降落处，当辐射传感器转到对应太阳降落处的终点时，第一电机驱动第一转轴转回到对应太阳升起处的起点，等待12小时，然后继续开始第二天沿东西方向的180度转动，第一转轴的转速是180度/12小时=15度/小时；第二电机通过第二齿轮副带动第二转轴转动以追踪太阳沿地轴线方向移动的高度角，太阳高度角的追踪范围是南回归线至北回归线之间，也即南纬23.5度至北纬23.5度之间，太阳一年在南回归线和北回归线之间运动两趟，太阳在南回归线和北回归线之间运动一趟高度角的转动范围是47度，所以第二转轴的转速是47度*2/365.242天=0.2574度/天，第二电机到了冬至和夏至要改变旋转的方向，冬至时太阳运动至南回归线，夏至时太阳运动至北回归线；

上述第二转轴追踪的太阳高度角是正午太阳高度角，正午太阳高度角对应于太阳直射点在南回归线至北回归线之间移动。由于第一转轴已经追踪太阳方位角，这里只需让辐射传感器追踪正午太阳高度角即可。

本发明的技术构思是：第一电机通过第一齿轮副带动第一转轴转动，第一转轴模拟地轴线倾斜布置，第一转轴与水平面的夹角为当地纬度值，第一转轴通过第二电机底座、安装箱体带动辐射传感器转动，第一转轴的转动是跟踪太阳的圆周运动以追踪太阳的方位角；第二电机通过第二齿轮副带动第二转轴转动，第二转轴与辐射传感器固定连接，由于辐射传感器布置于柔性的安装箱体上，因此第二转轴可以带动辐射传感器转动以追踪太阳沿地轴线移动的高度角。

由于第一转轴模拟地轴线布置，而太阳的圆周运动与地轴线垂直，因此第一转轴的转动是跟踪太阳的圆周运动，而第二转轴的转动是跟踪太阳沿地轴线的移动。因此，辐射传感器可以同时追踪太阳圆周运动的方位角，以及太阳沿地轴线移动的高度角。

    上述太阳的方位角和高度角为光伏发电行业的专业术语。

    本发明的有益效果是：辐射传感器一边沿太阳的圆周运动方向追踪太阳的方位角，一边沿地轴线方向追踪太阳的高度角，因此辐射传感器可以直接测得太阳直射面的辐射值。

附图说明

图1为太阳的运动轨迹图；

图2为本发明实施例的结构示意图；

图3为本发明实施例的安装箱体的内部结构图；

附图标号：A-夏至时太阳的圆周运动图；B-春分或秋分时太阳的圆周运动图；C-冬至时太阳的圆周运动图；D-地轴线；1-第一电机；2-第一转轴；3-第一主动齿轮；4-第一从动齿轮；5-第二电机底座；6-第二电机；7-第二转轴；8-第二主动齿轮；9-第二从动齿轮；10-安装箱体；11-辐射传感器；12-第一立柱；13-第二立柱；14-第一轴承；15-第二轴承；16-第一轴承箱体；17-第二轴承箱体；18-第一电机底座；19-固定杆；20-轴套；21-第三立柱；22-第三轴承；23-第三轴承箱体；24-侧面；25-外端面。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述：

参照图2-3：太阳直射面辐射传感器，包括第一电机1，第一电机1通过第一齿轮副连接第一转轴2，第一齿轮副包括与第一电机1的输出轴固定的第一主动齿轮3、与第一主动齿轮3啮合的第一从动齿轮4，第一从动齿轮4固定套装在第一转轴2上，所述第一转轴2模拟地轴线倾斜布置，第一转轴2与水平面的夹角为当地纬度值，第一转轴2的左端支撑有第一立柱12，第一转轴2的右端支撑有第二立柱13，第一转轴2可转动的架设在第一立柱12和第二立柱13上；所述第一转轴2上固定套装有第二电机底座5，第二电机底座5上固定有第二电机6，第二电机6通过第二齿轮副连接第二转轴7，第二转轴7垂直于第一转轴2布置，第二齿轮副包括与第二电机6的输出轴固定的第二主动齿轮8、与第二主动齿轮8啮合的第二从动齿轮9，第二从动齿轮9固定套装在第二转轴7上；所述第二电机底座5上端固定连接安装箱体10，第二电机6和第二齿轮副设置在安装箱体10内，安装箱体10为柔性，第二转轴7的两端由支架转动支承，支架与所述第二电机底座5固定连接，第二转轴7和支架设置在安装箱体10内，所述安装箱体10的外端面25上布置有采集太阳辐射值的辐射传感器11，辐射传感器11与第一转轴2平行布置，所述第二转轴2与辐射传感器11固定连接；

所述第一转轴2的转速为15度/小时，第一转轴2的转速为辐射传感器11沿太阳的圆周运动方向追踪太阳方位角的转速；所述第二转轴7的转速为0.2574度/天，第二转轴7的转速为辐射传感器11沿地轴线方向追踪太阳高度角的转速。

所述辐射传感器11的沿第二转轴7方向的两侧的下端分别固定有固定杆19，一侧的固定杆19穿过安装箱体10的外端面与固定套装在第二转轴7一侧的轴套20固定连接，另一侧的固定杆19穿过安装箱体10的外端面与固定套装在第二转轴7另一侧的轴套20固定连接。

所述支架包括支撑第二转轴7两端的第三立柱21，第二转轴7通过第三轴承22可转动的架设在第三立柱21上，第三立柱21的下端与所述第二电机底座5固定连接。所述第三轴承22设置在第三轴承箱体23内，第三轴承箱体23与第三立柱21固定连接。

所述安装箱体10具有侧面24和连接在侧面24上沿的所述外端面25，安装箱体的侧面24的下沿与所述第二电机底座5固定连接，安装箱体10没有下端面，呈倒扣的筒状。所述辐射传感器11贴靠在安装箱体10的外端面25上。

所述第一转轴2的左端通过第一轴承14可转动的架设在第一立柱12上，第一轴承14设置在第一轴承箱体16内，第一轴承箱体16与第一立柱12固定连接；第一转轴2的右端通过第二轴承15可转动的架设在第二立柱13上，第二轴承15设置在第二轴承箱体17内，第二轴承箱体17与第二立柱13固定连接。

所述第一齿轮副为减速齿轮副，第二齿轮副为减速齿轮副。

所述第一电机1布置在第一电机底座18上，第一电机底座18具有支撑第一电机1的斜面，该斜面与第一电机1的输出轴平行，第一电机1的输出轴与所述第一转轴2平行。

控制太阳直射面辐射传感器的方法，第一电机1通过第一齿轮副带动第一转轴2沿太阳的圆周运动方向追踪太阳的方位角，辐射传感器11对应太阳方位角的转动范围是自东向西转过180度，起点对应太阳自东向西运动的升起处，终点对应太阳自东向西运动的降落处，当辐射传感器11转到对应太阳降落处的终点时，第一电机1驱动第一转轴2转回到对应太阳升起处的起点，等待12小时，然后继续开始第二天沿东西方向的180度转动，第一转轴2的转速是180度/12小时=15度/小时；第二电机6通过第二齿轮副带动第二转轴7转动以追踪太阳沿地轴线方向移动的高度角，太阳高度角的追踪范围是南回归线至北回归线之间，也即南纬23.5度至北纬23.5度之间，太阳一年在南回归线和北回归线之间运动两趟，太阳在南回归线和北回归线之间运动一趟高度角的转动范围是47度，所以第二转轴的转速是47度*2/365.242天=0.2574度/天，第二电机到了冬至和夏至要改变旋转的方向，冬至时太阳运动至南回归线，夏至时太阳运动至北回归线。第二电机6到了冬至和夏至要改变旋转的方向，是因为到了冬至太阳直射点到达了北回归线就要开始往南回归线移动，而移动到南回归线后又要折回来往北回归线移动。辐射传感器11只有在春分和秋分这两天和第一转轴2平行，其余时间都在第二转轴7的带动下与第一转轴2存在一个夹角。

上述第二转轴追踪的太阳高度角是正午太阳高度角，正午太阳高度角对应于太阳直射点在南回归线至北回归线之间移动。由于第一转轴已经追踪太阳方位角，这里只需让辐射传感器追踪正午太阳高度角即可。

本实施例的工作原理是：第一电机1通过第一齿轮副带动第一转轴2转动，第一转轴2模拟地轴线倾斜布置，第一转轴2与水平面的夹角为当地纬度值，本实施例中，水平面也即地面，第一转轴2通过第二电机底座5、安装箱体10带动辐射传感器11转动，第一转轴2的转动是跟踪太阳的圆周运动以追踪太阳的方位角；第二电机6通过第二齿轮副带动第二转轴7转动，第二转轴7与辐射传感器11固定连接，由于辐射传感器11布置于柔性的安装箱体10上，因此第二转轴7可以带动辐射传感器11转动以追踪太阳沿地轴线移动的高度角。

由于第一转轴2模拟地轴线布置，而太阳的圆周运动与地轴线垂直，因此第一转轴2的转动是跟踪太阳的圆周运动，太阳的圆周运动如图1中单个A、B、C所示；而第二转轴7的转动是跟踪太阳沿地轴线的移动。因此，辐射传感器11可以同时追踪太阳圆周运动的方位角，以及太阳沿地轴线移动的高度角。

辐射传感器11一边沿太阳的圆周运动方向追踪太阳的方位角，一边沿地轴线方向追踪太阳的高度角，因此本装置可以直接测得太阳直射面的辐射值。       

上述太阳的方位角和高度角为光伏发电行业的专业术语。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.太阳直射面辐射传感器，其特征在于：包括第一电机，第一电机通过第一齿轮副连接第一转轴，第一齿轮副包括与第一电机的输出轴固定的第一主动齿轮、与第一主动齿轮啮合的第一从动齿轮，第一从动齿轮固定套装在第一转轴上，所述第一转轴模拟地轴线倾斜布置，第一转轴与水平面的夹角为当地纬度值，第一转轴的左端支撑有第一立柱，第一转轴的右端支撑有第二立柱，第一转轴可转动的架设在第一立柱和第二立柱上；所述第一转轴上固定套装有第二电机底座，第二电机底座上固定有第二电机，第二电机通过第二齿轮副连接第二转轴，第二转轴垂直于第一转轴布置，第二齿轮副包括与第二电机的输出轴固定的第二主动齿轮、与第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮，第二从动齿轮固定套装在第二转轴上；所述第二电机底座上端固定连接安装箱体，第二电机和第二齿轮副设置在安装箱体内，安装箱体为柔性，第二转轴的两端可转动的架设在支架上，支架与所述第二电机底座固定连接，第二转轴和支架设置在安装箱体内，所述安装箱体的外端面上布置有采集太阳辐射值的辐射传感器，所述第二转轴与辐射传感器固定连接。

2.如权利要求1所述的太阳直射面辐射传感器，其特征在于：所述第一转轴的转速为15度/小时，所述第二转轴的转速为0.2574度/天。

3.如权利要求1或2所述的太阳直射面辐射传感器，其特征在于：所述辐射传感器的沿第二转轴方向的两侧的下端分别固定有固定杆，一侧的固定杆穿过安装箱体的外端面与固定套装在第二转轴一侧的轴套固定连接，另一侧的固定杆穿过安装箱体的外端面与固定套装在第二转轴另一侧的轴套固定连接。

4.如权利要求3所述的太阳直射面辐射传感器，其特征在于：所述支架包括支撑第二转轴两端的第三立柱，第二转轴通过第三轴承可转动的架设在第三立柱上，第三立柱的下端与所述第二电机底座固定连接。

5.如权利要求4所述的太阳直射面辐射传感器，其特征在于：所述安装箱体具有侧面和连接在侧面上沿的所述外端面，安装箱体的侧面的下沿与所述第二电机底座固定连接，安装箱体呈倒扣的筒状；所述辐射传感器贴靠在安装箱体的外端面上。

6.如权利要求1所述的太阳直射面辐射传感器，其特征在于：所述第一转轴的左端通过第一轴承可转动的架设在第一立柱上，第一轴承设置在第一轴承箱体内，第一轴承箱体与第一立柱固定连接；第一转轴的右端通过第二轴承可转动的架设在第二立柱上，第二轴承设置在第二轴承箱体内，第二轴承箱体与第二立柱固定连接。

7.如权利要求4所述的太阳直射面辐射传感器，其特征在于：所述第三轴承设置在第三轴承箱体内，第三轴承箱体与第三立柱固定连接。

8.如权利要求1所述的太阳直射面辐射传感器，其特征在于：所述第一齿轮副为减速齿轮副，第二齿轮副为减速齿轮副。

9.如权利要求1所述的太阳直射面辐射传感器，其特征在于：所述第一电机布置在第一电机底座上，第一电机底座具有支撑第一电机的斜面，该斜面与第一电机的输出轴平行，第一电机的输出轴与所述第一转轴平行。

10.如权利要求1所述太阳直射面辐射传感器的控制方法，其特征在于：第一电机通过第一齿轮副带动第一转轴沿太阳的圆周运动方向追踪太阳的方位角，辐射传感器对应太阳方位角的转动范围是自东向西转过180度，起点对应太阳自东向西运动的升起处，终点对应太阳自东向西运动的降落处，当辐射传感器转到对应太阳降落处的终点时，第一电机驱动第一转轴转回到对应太阳升起处的起点，等待12小时，然后继续开始第二天沿东西方向的180度转动，第一转轴的转速是180度/12小时=15度/小时；第二电机通过第二齿轮副带动第二转轴转动以追踪太阳沿地轴线方向移动的高度角，太阳高度角的追踪范围是南回归线至北回归线之间，也即南纬23.5度至北纬23.5度之间，太阳一年在南回归线和北回归线之间运动两趟，太阳在南回归线和北回归线之间运动一趟高度角的转动范围是47度，所以第二转轴的转速是47度*2/365.242天=0.2574度/天，第二电机到了冬至和夏至要改变旋转的方向，冬至时太阳运动至南回归线，夏至时太阳运动至北回归线；

上述第二转轴追踪的太阳高度角是正午太阳高度角，正午太阳高度角对应于太阳直射点在南回归线至北回归线之间移动。