CN104714560A - 透镜式十字光电检测太阳跟踪器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透镜式十字光电检测太阳跟踪器，包括外壳、十字光电检测装置、GPS卫星定位系统、角度传感器以及智能化测量控制装置，其中，所述十字光电检测装置包括用于阻挡侧面入射太阳光线的不透光的透镜外壳、设置在透镜外壳上部的凸透镜以及设置在透镜外壳底面的光电检测元件组件。所述光电检测元件组件、GPS卫星定位系统和角度传感器均与所述智能化测量控制装置连接。本发明采用十字光电检测装置对太阳方位角和高度角位置测量准确，避免了四象限光电装置带来的光斑不规则产生的误差。输出控制信号精度高，跟踪灵敏度(即太阳位移角度)可通过单片机程序设定，适应任何天气情况，全自动运行，便于推广。

Description

透镜式十字光电检测太阳跟踪器
技术领域
本发明涉及一种双轴太阳跟踪器，尤其涉及一种透镜式十字光电检测太阳跟踪器。
背景技术
在当今能源问题和环境问题凸显的形势下，各国纷纷寻求新能源开发。作为一种取之不尽用之不竭的洁净能源，对太阳能的开发利用已成为国际共识。各种太阳能产品纷纷面世，但大都由于缺乏太阳跟踪功能而不能最大效率地利用太阳能。在光伏发电方面，如果加自动跟踪功能，那么太阳能的使用效率可提高一倍。中高温太阳能方面，由于太阳自动跟踪运行技术的完善，绝大部分产品还处于研发阶段。
现有的太阳跟踪技术由于缺少太阳光自动定位功能，有的需要人工辅助，有的需要辅助时钟控制，自动化程度弱；同时还存在着不同强度的光线运行特性不一致等问题，跟踪系统运行精度和可靠性较低。所以太阳能行业急需一种运行可靠、定位精准的自动太阳位置确定技术。
发明内容
本发明的目的就是为了解决目前太阳跟踪器的运行精度和可靠性较差等问题，提供一种透镜式十字光电检测太阳跟踪器，它能自动判断出准确的太阳直射位置，并输出位置控制信号，使太阳能设备自动跟随太阳轨迹精确运动。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种透镜式十字光电检测太阳跟踪器，包括外壳、十字光电检测装置、GPS卫星定位系统、角度传感器以及智能化测量控制装置，其中，所述十字光电检测装置包括用于阻挡侧面入射太阳光线的不透光的透镜外壳、设置在透镜外壳上部的凸透镜以及设置在透镜外壳底面的光电检测元件组件。所述光电检测元件组件、GPS卫星定位系统和角度传感器均与所述智能化测量控制装置连接。
优选的，所述的不透光的透镜外壳为中空的圆柱体。
优选的，所述光电检测元件组件包括第一光电检测元件、第二光电检测元件、第三光电检测元件以及第四光电检测元件。
优选的，第一光电检测元件、第二光电检测元件、第三光电检测元件以及第四光电检测元件位于以不透光的透镜外壳底部中心为中心的十字线上。
优选的，第一光电检测元件和第三光电检测元件在东西方向相对分布，第二光电检测元件和第四光电检测元件在南北方向相对分布。
优选的，第二光电检测元件和第四光电检测元件在东西方向相对分布，第一光电检测元件和第三光电检测元件在南北方向相对分布。
优选的，所述智能化测量控制装置由单片机和驱动装置组成，驱动装置为继电器驱动电路或光耦驱动电路。
所述太阳跟踪器外壳顶部还设有透明罩或透明窗。
优选的，所述第一光电检测元件、第二光电检测元件、第三光电检测元件、第四光电检测元件接入所述智能化测量控制装置的单片机A/D输入引脚，进行光电检测。
所述各光电检测元件为光电二级管或各类线性光电元件中的任何一种。
本发明的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，解决了太阳位置自动精确定位的技术难题，所述GPS卫星定位和角度传感器数据直接输入所述智能化测量控制装置，所述智能化测量控制装置的单片机进行天文计算，计算出太阳方位角和高度角位置，所述智能化测量控制装置的驱动装置输出位置驱动信号，经用户的执行机构，使太阳能设备接近正对太阳方向，然后切入精密光跟踪模式；所述第一光电检测元件、第二光电检测元件、第三光电检测元件、第四光电检测元件接入所述智能化测量控制装置的单片机A/D输入引脚，进行光电检测，智能化测量控制装置的单片机计算并输出驱动信号，经用户的执行机构，使太阳能设备精确对准太阳。它采用太阳光检测装置中的线性光电元件检测阳光直射强度，光电元件的输出电压与光强成正比。
本发明的有益技术效果为：
本发明采用的十字光电检测装置对太阳方位角和高度角位置测量准确，避免了四象限光电装置带来的光斑不规则产生的误差。输出控制信号精度高，跟踪灵敏度(即太阳位移角度)可通过程序设定，适应任何天气情况，全自动运行，无须人工干预，便于推广。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为十字光电检测装置的结构示意图；
图3为本发明电路原理框图。
其中，1透明罩、2凸透镜、3透镜外壳、4外壳、5角度传感器、6GPS卫星定位系统、7.第一光电检测元件、8第二光电检测元件、9第三光电检测元件、10第四光电检测元件、11单片机、12驱动装置、13、电源。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，一种透镜式十字光电检测太阳跟踪器，包括外壳4、十字光电检测装置、GPS卫星定位系统6、角度传感器5以及智能化测量控制装置，其中，所述十字光电检测装置包括用于阻挡侧面入射太阳光线的不透光的透镜外壳3、设置在透镜外壳上部的凸透镜2以及设置在透镜外壳底面的光电检测元件组件。所述光电检测元件组件、GPS卫星定位系统6和角度传感器5均与所述智能化测量控制装置连接。
所述光电检测元件组件包括第一光电检测元件7、第二光电检测元件8、第三光电检测元件9以及第四光电检测元件10。其中，第一光电检测元件7和第三光电检测元件9在东西方向相对分布，第二光电检测元件8和第四光电检测元件10在南北方向相对分布。或者第二光电检测元件8和第四光电检测元件10在东西方向相对分布，第一光电检测元件7和第三光电检测元件9在南北方向相对分布。
智能化测量控制装置由单片机11和驱动装置12组成，驱动装置12为继电器驱动电路或光耦驱动电路；其中，(1)由电阻、三极管以及继电器组成的驱动输出电路，优点是成本低、过载能力强。(2)光电耦合器输出电路，优点是抗干扰能力强，适合远距离信号输出。单片机11与电源13连接。各光电检测元件可选择：(1)光电二极管；(2)线性光电元件。外壳4的顶面还设有透明罩1对其顶面进行保护。
所述GPS卫星定位系统6获取定位数据信息，角度传感器测量实际位置数据，智能化测量控制装置的单片机11接收并进行天文计算，计算出太阳方位角和高度角位置，经用户的执行机构，驱动装置12输出位置驱动信号，经用户的执行机构，使太阳能设备接近正对太阳方向，然后切入精密光跟踪模式；所述第一光电检测元件7、第二光电检测元件8、第三光电检测元件9以及第四光电检测元件10接入智能化测量控制装置的单片机的A/D输入引脚，进行光电检测，智能化测量控制装置的单片机计算并输出驱动信号，经用户的执行机构，使太阳能设备精确对准太阳。
十字光电检测装置的透镜外壳3是不透光的中空圆柱体，第一光电检测元件7、第二光电检测元件8、第三光电检测元件9以及第四光电检测元件10位于以不透光的透镜外壳3底部中心为中心的十字线上。第二光电检测元件8和第四光电检测元件10对太阳高度角光强进行检测，当太阳运行一定高度，第二光电检测元件8和第四光电检测元件10差动电压大于设定数值时，输出高度角驱动信号，第二光电检测元件8和第四光电检测元件10差动电压为0V时停止输出。第一光电检测元件7和第三光电检测元件9对太阳方位角光强进行检测，当太阳运行一定高度，第一光电检测元件7和第三光电检测元件9差动电压大于设定数值时，输出方位角驱动信号，第一光电检测元件7和第三光电检测元件9差动电压为0V时停止输出。经过高度角及方位角驱动，保证太阳能设备精确对准太阳方向。当然，第二光电检测元件8和第四光电检测元件10与第一光电检测元件7和第三光电检测元件9的功能也可更根据外壳4的放置位置而进行互换。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：包括外壳、十字光电检测装置、GPS卫星定位系统、角度传感器以及智能化测量控制装置，其中，所述十字光电检测装置包括用于阻挡侧面入射太阳光线的不透光的透镜外壳、设置在透镜外壳上部的凸透镜以及设置在透镜外壳底面的光电检测元件组件；所述光电检测元件组件、GPS卫星定位系统和角度传感器均与所述智能化测量控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：所述光电检测元件组件包括第一光电检测元件、第二光电检测元件、第三光电检测元件以及第四光电检测元件。
3.根据权利要求2所述的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：所述第一光电检测元件、第二光电检测元件、第三光电检测元件以及第四光电检测元件位于以所述透镜外壳底部中心为中心的十字线上。
4.根据权利要求3所述的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：所述第一光电检测元件和第三光电检测元件在东西方向相对分布，所述第二光电检测元件和第四光电检测元件在南北方向相对分布。
5.根据权利要求3所述的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：所述第二光电检测元件和第四光电检测元件在东西方向相对分布，所述第一光电检测元件和第三光电检测元件在南北方向相对分布。
6.根据权利要求3所述的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：所述智能化测量控制装置由单片机和驱动装置组成，所述驱动装置为继电器驱动电路或光耦驱动电路。
7.根据权利要求6所述的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：所述太阳跟踪器外壳顶部还设有透明罩或透明窗。
8.根据权利要求7所述的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：所述第一光电检测元件、第二光电检测元件、第三光电检测元件、第四光电检测元件接入所述智能化测量控制装置的单片机A/D输入引脚，进行光电检测。
9.根据权利要求2所述的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：所述各光电检测元件为光电二级管或线性光电元件中的任何一种。
10.根据权利要求1所述的透镜式十字光电检测太阳跟踪器，其特征在于：所述的透镜外壳为不透光的中空圆柱体。
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