CN105043537B - 户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明一种户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器，包括三棱台形的传感器，所述传感器的上台面以及三个侧面上分别设有光敏电阻R1、R2、R3、R4。本发明光敏电阻的排列由传统四象限光电探测器的平面二维布局改为三棱锥形的立体三维布局，使得各光敏电阻的法线角度、朝向以及采光范围各不相同，可增大测量范围并提高测量精度。当视角方向光线照射到探测器时，相邻平面上的光敏电阻的受光面积不同，相同光照下受光面积较大的光强越大，进而可以提高传感器精度，与平面分布的光电元件相比灵敏度更高。
Description
技术领域
本发明涉及一种户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器。
背景技术
近年来，随着社会低碳经济的发展，社会对可再生能源发电的需求呈上升态势，光伏发电具有清洁、可再生、用不枯竭、稳定可靠等特性，发展越来越受到重视。
为了提高光伏电池的利用效率，如何提高太阳光的吸收效率成为技术重点。由于太阳光线随着时间变化而导致入射光线的角度不同，进而造成阳光入射到光伏极板的辐照度不同。总所周知，在相同条件下只有太阳光线垂直照射在光伏组件上才能最大程度的提高极板吸收的辐照度。现在使用的光伏组件多采用固定安装方式，不能最大程度地吸收太阳能。发明出用于户用光伏组件自动跟踪的平顶三棱锥形传感器可以精确检测太阳方位，是提高光伏电池发电效率的重要技术手段。所以，如何确定光线的入射方向，进而调整光伏组件的旋转角度成为首先需要解决的问题。
现有的光伏组件自动跟踪系统有两种，一是时钟跟踪法，二是传感器跟踪法。时钟跟踪法与传感器跟踪法是根据位置给定值随时间变化或者光照角度变化为依据的位置控制系统。时钟跟踪法是根据光伏发电系统所在地理位置的时间，计算出太阳的高度角与方位角，从而确定驱动系统由当前位置开始应该动作的方向和距离。传感器跟踪法是把不同位置的光敏元件在阳光照射下产生的模拟信号经过调理后送入控制转换成为数字量，通过比较、分析和决策，控制驱动机构动作使光伏电池的受光面维持与入射阳光垂直。传感器跟踪法主要利用的传感器是光敏电阻、光电池或光电晶体管。
现有的传感在传感器跟踪方法中，目前主要采用的结构形式为基于传统四象限探测器的二维布局，四象限传感器中的光敏电阻有两种状态：受光、不受光。通过测量电路元件进行信号分析，传统光敏电阻在受光和不受光两种状态下对应两种能输出信号：1或0，缺乏对由于光线照射角度不同而形成的光线强弱程度的精确比较。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种相同光照下受光面积较大的光强越大，进而提高了传感器精度、灵敏度的户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器。
为达到上述发明目的，本发明户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器，包括三棱台形的传感器，所述传感器的上台面以及三个侧面上分别设有光敏电阻(R1、R2、R3、R4)。
特别地，所述上台面和所述下台面均为等边三角形。
优选地，所述上台面与各个侧面的夹角均为60°。
进一步地，还包括罩设在所述三棱台传感器外的防光板，其中所述防光板包括底面和设置在底面上的环装侧壁。
进一步地，所述光敏电阻组成光伏极板方位检测电路，所述光敏电阻组成光伏极板方位检测电路与单片机相连，所述光敏电阻(R1)与三极管开关电路相连，所述光敏电阻(R1)用于检测否有光线照射，并输出控制信号至单片机；光敏电阻(R2、R3)分别与放大器负反馈、正反馈相连，通过根据光敏电阻(R2、R3)的变化输出相应的脉冲信号给单片机；光敏电阻(R4)与同向放大器相连，随光线的变化光敏电阻(R4)阻值也将变化，通过放大器输出信号，用于光伏极板俯仰角控制。
有益效果：
与现有相关技术相比，本发明具有以下有益效果：
相较于现有技术光敏电阻的排列由传统四象限光电探测器的平面二维布局，本发明为三棱锥形的立体三维布局。传统四象限检测器的检测角度一般约为20°，本发明中各光敏电阻的法线角度、朝向以及采光范围各不相同，可增大测量范围并提高测量精度。当视角方向光线照射到探测器时，相邻平面上的光敏电阻的受光面积不同，相同光照下受光面积较大的光强越大，进而可以提高传感器精度，与平面分布的光电元件相比灵敏度更高。
附图说明
图1是本发明户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器实施例1的传感器的结构示意图；
图2是本发明户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器实施例2的装设防光板的平顶三棱锥形传感器结构示意图；
图3是本发明户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器实施例2的装设防光板的平顶三棱锥形传感器结构的前视图；
图4是图3的左视图；
图5是图3的俯视图；
图6是本发明用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器的方位检测电路图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。
实施例1
如图1所示，本实施例户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器，包括三棱台形的传感器，所述传感器的上台面以及三个侧面上分别设有光敏电阻(R1、R2、R3、R4)。
本实施例的平顶三棱锥形传感器采用底面与顶面相互平行的三角形构成。由于顶面面积小于底面面积，所以传感器的侧面具有一定的倾斜度。平顶三棱锥形传感器如图1所示，面ABC为顶面，面DEF为底面。光敏电阻分别安装在锥形传感器的四个不同平面，面ADEB、BEFC、CFDA与面DEF上。
实施例2
如图2至5所示，本实施例在实施例1的基础上进一步地，为了避免探测器的光敏电阻受到周围物体的漫反射与光污染也会改变其阻值造成的影响，还包括罩设在所述三棱台传感器外的圆形防光板，为了减少误差在三棱锥形传感器的外侧部装设圆形防光板，使其接受的主要光线来自太阳，遮挡住周围不必要的漫反射干扰。其中所述圆形防光板包括底面和设置在底面上的环装侧壁。
上述各实施例中，面ADEB、BEFC、CFDA与面DEF成60°输出最为理想。
上述各实施例中，所述上台面和所述下台面均为等边三角形。
上述各实施例中，如图6所示，光伏极板方位检测电路图，传感器上的R1、R2、R3和R4。当光敏电阻受光线照射时，其电阻值随光线方向变化。随着光的增强，电阻的阻值逐渐减小。在无光线照射时光敏电阻的阻值较高。R2，R3分别与放大器负反馈INPUT1(-)、正反馈INPUT1(+)相连。通过光电元件的变化使OUTPUT1输出相应的脉冲信号给单片机。
位于传感器顶端的光敏电阻R1主要用于检查是否有光线照射，使装置在夜晚暂停工作。在电路图中此光敏电阻与三极管开关电路相连。为了使测量更加精确可靠，光敏电阻R1与给定阻值R6串联分压，R6根据各地白昼光强的不同应选用适当的阻值。R4与同向放大器相连，随光线的变化阻值也将变化，通过放大器输出信号，用于光伏极板俯仰角控制。
本发明可实现电机控制转轴带动太阳能电池板高精度追日转动。根据检查装置的脉冲信号可实现电机正转与反转。不同环境下系统运行的稳定性较高，不会受到高温，大风等影响。区别于传统四象限探测器的二维布局，新型传感器的光敏电阻通过三维立体布局对光线进行检测，传统光敏电阻有两种状态：受光、不受光。而本发明中每个电阻受光强度不同，进而产出不同信号。给出了光电检测传感器基本发明要点，通过测量电路元件进行信号分析，较传统传感器只能输出信号1或0相比，本发明能够使方位检测结果更加精确。根据光线的影响，检测电路输出信号大小不同，当电池板需要向西移动以保证其垂直太阳光线时，输出信号为173mV～2.9V。当电池板垂直太阳光时输出信号在0.1V以下。
本发明中各光敏电阻的法线角度、朝向以及采光范围各不相同，可增大测量范围并提高测量精度。当视角方向光线照射到探测器时，相邻平面上的光敏电阻的受光面积不同，相同光照下受光面积较大的光强越大，进而可以提高传感器精度，与平面分布的光电元件相比灵敏度更高。
对本发明应当理解的是，以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明，以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限定本发明，凡是在本发明的精神原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种户用光伏组件跟踪的平顶三棱锥形传感器，其特征在于，包括三棱台形的传感器，所述传感器的上台面以及三个侧面上分别设有第一光敏电阻(R1)、第二光敏电阻(R2)、第三光敏电阻(R3)、第四光敏电阻(R4)；
上台面和下台面均为等边三角形；
所述上台面与各个侧面的夹角均为60°；
还包括罩设在所述三棱台传感器外的圆形防光板，其中所述圆形防光板包括底面和设置在底面上的环装侧壁；
所述的第一光敏电阻(R1)、第二光敏电阻(R2)、第三光敏电阻(R3)、第四光敏电阻(R4)组成光伏极板方位检测电路，所述光伏极板方位检测电路与单片机相连，所述第一光敏电阻(R1)与三极管开关电路相连，所述第一光敏电阻(R1)用于检测否有光线照射，并输出控制信号至单片机；所述的第二光敏电阻(R2)、第三光敏电阻(R3)分别与放大器负反馈、正反馈相连，通过根据所述的第二光敏电阻(R2)、第三光敏电阻(R3)的变化输出相应的脉冲信号给单片机；所述第四光敏电阻(R4)与同向放大器相连，随光线的变化所述第四光敏电阻(R4)阻值也将变化，通过放大器输出信号，用于光伏极板俯仰角控制。
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