CN105068562A

CN105068562A - 一种追日传感器

Info

Publication number: CN105068562A
Application number: CN201510416748.4A
Authority: CN
Inventors: 许正望; 黄周; 汪满; 周文强
Original assignee: Hubei University of Technology
Current assignee: Hubei University of Technology
Priority date: 2015-07-15
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明涉及一种追日传感器，其包括由铂丝制成的热传感器和相关电路。本发明使用热稳定性极佳的铂材料制成的热传感器，采用检测热的方法来获得追日误差信号，克服了一般追日传感器使用多晶硅、光电二极管或光敏电阻等感光传感器参数随温度、时间等变化的缺点，本传感器具有稳定性高、能长期工作的优点。

Description

一种追日传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及太阳光跟踪技术，特别涉及一种追日传感器。

背景技术

随着社会的发展，人类对能源，尤其是绿色能源的需求急剧增长，太阳能是目前受到重视的绿色能源，各种太阳能收集技术和设备越来越多地被投入使用，同时也出现了一种辅助装置，能够使太阳能收集设备跟随太阳运动，以提高太阳能收集效率。

然而目前出现的各种太阳跟踪传感器均直接从检测光的角度出发思考和解决问题，使用多晶硅太阳能电池板、光电二极管或光敏电阻等检测器件，这些检测器件均由感光材料制成，随接收光照强度不同它们输出不同的电压或者表现出不同的电阻值，通过检测这些变化可以获得光照强度变化的信息，从而获得追日误差信息，配合适当的控制器可使太阳能收集设备跟随太阳运动。

根据上述原理新制成或经过仔细调试的传感器可以使设备保持比较高的追日精度，但是经过一段时间的运行后追日精度会明显下降，导致太阳能收集效率的下降。其原因在于，上述那些制作传感器的感光材料稳定性不够，尤其是在室外工作，烈日暴晒时环境温度可达数十度，夜晚则只有几度甚至零下多少度，随着时间的推移材料的输出特性逐步劣化，而且不同的两片材料劣化的速率并不一致，导致参数本应该相等的两片材料的参数有了较大的差距，最终导致传感器追日检测的精度越来越差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种追日传感器，包括以铂材料制成的热传感器，所述热传感器两两成对布置，与精密电阻构成电桥结构，所述精密电阻包括精密固定电阻和精密可调电阻；成对布置的热传感器用于检测南北或东西方向的追日误差，有误差时一个热传感器的阻值变大，而另一个热传感器的阻值变小，电桥结构将这种变化转换成电压信号输出。

所述的热传感器由细铂丝在绝缘、耐热的细棒上绕成螺线型而制成；且制成的热传感器包括直线型或圆弧型。

所述的热传感器在聚光太阳能发电系统中，为4只直型传感器，按正方形布置于光伏芯片的四周，且在一个平面上。

所述的热传感器在有二次匀光器的聚光太阳能发电系统中，为4只圆弧的圆弧型传感器，布置于二次匀光器上方，且在一个平面上。

所述的4只热传感器分别为A、B、C、D；A、C相对布置，用于测量南北方向的追踪误差，传感器B、D相对布置，用于测量东西方向的追踪误差；RA、RB、RC、RD分别代表热传感器A、B、C、D的电阻值，R1、R2为精密固定电阻，RX1、RX2为精密可调电阻；

R1、RX1、RA、RC构成一个平衡电桥，串联的R1、RX1与串联的RA、RC并联；

R2、RX2、RB、RD构成另一个平衡电桥，串联的R2、RX2与串联的RB、RD并联；

两个平衡电桥并联，分别接稳定的直流电源。

还包括有6个连接端子1、2、3、4、5、6，其中2端子从RA、RC之间引出，3端子从R1、RX1之间引出，4端子从RB、RD之间引出，5端子从R2、RX2之间引出；1、6端子之间接稳定的直流电源，从2、3端子输出检测到的南北方向追日误差信号，从4、5端子输出东西方向的追日误差信号。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果:

本发明针对现有技术的上述缺点，改变思路，虽然目标是追踪太阳，但不是直接去检测太阳光，而是通过检测太阳辐射的热来间接地检测太阳光照方向。采用的核心传感器以铂材料制成，铂具有化学稳定性高(除王水以外不受酸碱腐蚀)、抗氧化性强、热膨胀系数小、热电稳定性强等优点，而且铂的电阻值与其温度有固定的关系，尤其适合于测量温度，目前大量测温元件均为铂材料制成，比如PT10、PT100、PT1000等。

附图说明

图1为本发明在一般聚光太阳能发电系统中，热传感器的布置示意图；

图2为本发明在具有二次匀光器的聚光太阳能发电系统中，热传感器布置俯视图；

图3本发明为在具有二次匀光器的聚光太阳能发电系统中，热传感器布置结构图；

图4为本追日传感器内部电路连接关系示意图；

图5为使用本追日传感器的系统基本结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

以铂材料制成热传感器，由于铂的电阻率很小，一般使用细铂丝，并在绝缘、耐热的细棒上绕制成螺线型，使其总电阻大一些以限制电流，并增加感温能力。制成的热传感器根据具体情况可以为直型、圆弧型或其他合适的形状，在聚光太阳能发电系统中，使用4只直型传感器按正方形布置于光伏芯片的四周(如图1所示)，在有二次匀光器的聚光太阳能发电系统中，则使用4只圆弧的圆弧型传感器布置于二次匀光器上部(如图2、3所示)，在其他系统中按需要布置合适形状和数量的传感器即可。

其中传感器A、C相对布置，用于测量南北方向的追踪误差，传感器B、D相对布置，用于测量东西方向的追踪误差。

电路连接关系如图4所示，RA、RB、RC、RD分别代表热传感器A、B、C、D的电阻值，在制作中使用同样的铂材料并截取同样长度制成热传感器，使RA、RB、RC、RD相等以保证在正确追日的时候电桥为平衡状态；R1、R2为精密固定电阻，RX1、RX2为精密可调电阻；R1、RX1、RA、RC构成一个平衡电桥，理想情况下RA＝RC、R1＝RX1，若制作时有误差不能满足RA＝RC则通过调整RX1可使R1/RX1＝RA/RC，则在正确追日的时候电桥平衡并输出0V的信号；R2、RX2、RB、RD构成另一个平衡电桥，与前一个平衡电桥类似，R2/RX2＝RB/RD，在正确追日的时候电桥平衡并输出0V的信号。本追日传感器有6个连接端子1、2、3、4、5、6，其中1、6端子之间接稳定的直流电源，从2、3端子输出检测到的南北方向追日误差信号，从4、5端子输出东西方向的追日误差信号。

如图5，在实际使用中，追日传感器输出的偏差信号经过放大后由A/D转换成数字信号，控制器根据该信号判断追日偏差的方向和程度，并发出指令控制执行机构动作，使该偏差逐步减小到可以接受的范围。

实施例一

在本实施例中，追日传感器直接与聚光太阳能发电系统相结合，如图1所示，将4个热传感器呈正方形布置于光伏芯片的四周，在调整好方向使透镜聚集的太阳光最佳地照射在光伏芯片上时，再通过调整热传感器的位置和高度使聚集的光斑同时紧挨或略微覆盖4个热传感器。由于经过聚集的太阳光强度很大，光斑移动会导致某一个热传感器受到的照射变强的同时导致相对的一个热传感器受到的照射变弱，两者的温度分别会大幅度上升和下降，通过平衡电桥输出的误差信号则会有明显变化，而且对称性和平衡度可以通过精密可调电阻RX1或RX2调整匹配，因此，在安装过程中无须绝对的对称和平衡，只需大致对称即可，安装简单、快捷。

安装好热传感器之后，按图4所示电路连接热传感器、固定电阻和精密可调电阻，完成追日传感器的安装；再增加以仪表放大器AD620为核心的放大电路，按图5(其中的放大电路、A/D控制及执行机构属于现有技术)所示方法连接追日传感器和放大电路；调整聚光太阳能发电板的方向，使之正对太阳，使聚集的光斑最佳地覆盖光伏芯片；按上述方法调整4个热传感器至合适位置和高度；调整可调电阻RX1和RX2，使放大电路的输出为0。至此，整个传感器安装和调试完成，即可使用A/D转换采集误差信号并据此进行控制执行机构调整聚光太阳能发电板的方向，主要过程为：A/D转换器采集误差信号，控制器根据采集的信号进行追日偏差方向和大小的判断，并据此发出方向和PWM脉冲信号，这两种信号经过步进电机驱动器后驱动执行机构中的步进电机(型号为57HS11242A4JD11)向合适的方向转动合适的角度，步进电机的转动经过减速比为1/60的减速器增加精度后最终使太阳能发电装置转向正对太阳的方向。

实施例二

在本实施例中，追日传感器亦直接与聚光太阳能发电系统相结合，如图2、3所示，这种聚光太阳能发电系统使用二次匀光器将透镜聚集的太阳光均匀分布地照射到光伏芯片上，以充分利用光伏芯片，具有更好的发电效率。由于太阳光被二次匀光器限制在内部，光伏芯片的四周不再有足够强度的光和热，不能按实施例一那样将热传感器布置于光伏芯片的四周。在本实施例中，将4个1/4圆周的热传感器呈圆形布置于二次匀光器的上部。与上述实施例一类似，在调整好方向使太阳光最佳地照射在光伏芯片上时，可以通过调整热传感器的位置和高度使聚集的光斑同时紧挨或略微覆盖4个热传感器。

其他相关电路以及安装、调试步骤等均与实施例一相同。

Claims

1.一种追日传感器，其特征在于：包括以铂材料制成的热传感器，所述热传感器两两成对布置，与精密电阻构成电桥结构，所述精密电阻包括精密固定电阻和精密可调电阻；成对布置的热传感器用于检测南北或东西方向的追日误差，有误差时一个热传感器的阻值变大，而另一个热传感器的阻值变小，电桥结构将这种变化转换成电压信号输出。

2.根据权利要求1所述的一种追日传感器，其特征在于：所述的热传感器由细铂丝在绝缘、耐热的细棒上绕成螺线型而制成；且制成的热传感器包括直线型或圆弧型。

3.根据权利要求2所述的一种追日传感器，其特征在于：所述的热传感器在聚光太阳能发电系统中，为4只直型传感器，按正方形布置于光伏芯片的四周，且在一个平面上。

4.根据权利要求2所述的一种追日传感器，其特征在于：所述的热传感器在有二次匀光器的聚光太阳能发电系统中，为4只圆弧的圆弧型传感器，布置于二次匀光器上方，且在一个平面上。

5.根据权利要求3或4所述的一种追日传感器，其特征在于：所述的4只热传感器分别为A、B、C、D；A、C相对布置，用于测量南北方向的追踪误差，传感器B、D相对布置，用于测量东西方向的追踪误差；RA、RB、RC、RD分别代表热传感器A、B、C、D的电阻值，R1、R2为精密固定电阻，RX1、RX2为精密可调电阻；

两个平衡电桥并联，分别接稳定的直流电源。

6.根据权利要求5所述的一种追日传感器，其特征在于：还包括有6个连接端子1、2、3、4、5、6，其中2端子从RA、RC之间引出，3端子从R1、RX1之间引出，4端子从RB、RD之间引出，5端子从R2、RX2之间引出；1、6端子之间接稳定的直流电源，从2、3端子输出检测到的南北方向追日误差信号，从4、5端子输出东西方向的追日误差信号。