CN106802142A

CN106802142A - 测量太阳位置的方法

Info

Publication number: CN106802142A
Application number: CN201611268032.5A
Authority: CN
Inventors: 张志鹏; 刘妙; 马佳佳; 田楠
Original assignee: Northwest Institute Of Mechanical And Electrical Engineering
Current assignee: Northwest Institute Of Mechanical And Electrical Engineering
Priority date: 2016-12-31
Filing date: 2016-12-31
Publication date: 2017-06-06

Abstract

本发明本发明一种测量太阳位置的方法，其中，包括，建立测量坐标系，圆盘和遮光柱的焦点为O点，朝里为x轴，右手方向为y轴，z轴朝上；随着太阳相对位置的变化，遮光柱在圆盘的感光板上形成l长度的阴影，阴影与x轴夹角为α度；根据阴影参数l、遮光柱长度h，角度β为遮光柱阴影与太阳光线的夹角，由tanβ＝h/l可确定出角度β；根据光路原理可确定太阳的位置。本发明的测量太阳位置的方法精确有效、成本低、可靠性高。

Description

测量太阳位置的方法

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种测量太阳位置的方法。

背景技术

目前，中国蕴藏着丰富的太阳能资源，对于太阳能的开发利用也成为日益关注的焦点。比如常用的太阳能集热器、太阳能发电、太阳能制冷等，对于大部分太阳能利用来说，都存在着利用成本高、效率低等缺点。鉴于此，设计人员从怎样提高太阳辐射能量的采集效率为出发点，重点对太阳的对地位置进行实时、精确的检测和计算，通过电子控制系统对太阳能电池板的位置角度进行调整，从而达到提高太阳能电池板能量采集效率的目的。

本设计重在研究怎样对太阳的对地位置进行实时、精确的监测。传统的太阳位置测量方法主要有两种：一种是天文日历算法，根据日地之间的运行规律，采用一定的天文算法对太阳位置进行计算，从而实现对太阳的跟踪。但在实际测量中，海拔、气温、气压等多方面因素会对其轨迹产生一定的影响，导致测量精度不高；另一种是直接测量方法，运用光电探测技术，通过两个位置不同的光传感器，直接测量太阳的光照强度，根据产生的电信号大小来确定太阳的位置，但由于太阳与地球的距离和两个光传感器距离相差甚远，导致其测量精度不高。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是，解决低成本高精度测量太阳光照强度的问题。

本发明一种测量太阳位置的方法，其中，包括，建立测量坐标系，圆盘和遮光柱的焦点为O点，朝里为x轴，右手方向为y轴，z轴朝上；随着太阳相对位置的变化，遮光柱在圆盘的感光板上形成l长度的阴影，阴影与x轴夹角为α度；根据阴影参数l、遮光柱长度h，角度β为遮光柱阴影与太阳光线的夹角，由tanβ＝h/l可确定出角度β；根据光路原理可确定太阳的位置。

根据本发明的测量太阳位置的方法的一实施例，其中，控制系统可根据测量的太阳的位置参数α和β控制太阳能电池板旋转，以确保太阳能电池板始终垂直太阳光线。

根据本发明的测量太阳位置的方法的一实施例，其中，还包括：设置一套太阳位置测量系统，太阳位置测量系统包括多个光敏元件，对每个光敏元件进行编号，确定每个光敏元件在测量装置里的参数，随着太阳相对位置的变化，通过检测感光板上各光敏元件的电压得到参数l和α。

根据本发明的测量太阳位置的方法的一实施例，其中，将光敏元件安装在遮光柱的四周，形成光照检测盘，不同时刻的遮光柱阴影会使光照检测盘上的光敏元件产生不同的电信号，经放大、运算后得出当前太阳的相对位置。

根据本发明的测量太阳位置的方法的一实施例，其中，由于阴影覆盖的光敏元件电压较低，通过检测感光板上各光敏元件的电压，可得到阴影覆盖的光敏元件的编号n，进而确定对应的位置坐标(X,Y)，并根据和计算出参数l和α。

本发明的测量太阳位置的方法基于阴影产生原理，通过阴影将太阳的光照强度值间接放大，根据阴影的大小和长度计算太阳的相对位置，这种方式精确有效、成本低、可靠性高。

附图说明

图1所示为测量太阳位置的方法的原理图；

图2本发明测量太阳位置的方法的一种实施例示意图；

图3为本发明的测量太阳位置的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1所示为测量太阳位置的方法的原理图，如图1所示，当有太阳光线照射时，遮光柱将在光照检测盘上形成长度和角度随太阳位置变化的阴影，因此可通过测量其长度、角度来确定太阳的相对位置。

图2本发明测量太阳位置的方法的一种实施例示意图，将光敏元件安装在遮光柱的四周，形成光照检测盘，不同时刻的遮光柱阴影会使光照检测盘上的光敏元件产生不同的电信号，经放大、运算后得出当前太阳的相对位置。

图3为本发明的测量太阳位置的方法的流程图，如图3所示，其具体过程如下：

第一步：如图2的形式设置一套太阳位置测量系统。

第二步：对每个光敏元件进行编号1、2、…、N。

第三步：建立测量坐标系，圆盘和遮光柱的焦点为O点，朝里为x轴，右手方向为y轴，z轴朝上。确定每个光敏元件在测量装置里的位置、角度等参数。

第四步：随着太阳相对位置的变化，在感光板上形成l长度的阴影，阴影与x轴夹角为α度，通过检测感光板上各光敏元件的电压得到参数l和α。

第五步：根据阴影参数l、遮光柱长度h,由tanβ＝h/l可确定出角度β。如图1所示，根据光路原理可确定太阳的位置。

根据以上五步即可确定太阳的相对位置，在实际应用中，控制系统可根据测量的太阳的位置参数α、β控制太阳能电池板旋转即可确保太阳能电池板始终垂直太阳光线。

如图1至图3所示，本发明测量太阳位置的方法的一实施例，包括：

第一步：如图2的形式设置一套太阳位置测量系统。

第二步：对每个光敏元件进行编号1、2、…、N。

第三步：建立测量坐标系，圆盘和遮光柱的焦点为O点，朝里为x轴，右手方向为y轴，z轴朝上。编写每个光敏元件在测量装置里的位置坐标(Xi，Yi)i＝1,2,3…。

第四步：随着太阳相对位置的变化，在感光板上形成l长度的阴影，阴影与x轴夹角为α度，由于阴影覆盖的光敏元件电压较低，通过检测感光板上各光敏元件的电压，可得到阴影覆盖的光敏元件的编号n，进而确定对应的位置坐标(X,Y)，并根据和计算出参数l、α。

第五步：根据阴影参数l、遮光柱长度h,由tanβ＝h/l可确定出角度β。如图1所示，根据光路原理可确定太阳的相对位置。

本发明测量太阳位置的方法的效果体现在如下几个方面：

(1)本发明涉及一种新型测量太阳位置变化的方法，该发明最大的优点是利用影子产生原理，将太阳光照强度微小差距进行放大，从而精确的测量出太阳相对位置；

(2)本发明基于遮光柱投影影子的长度和角度来对太阳位置进行判断，其中遮光柱的尺寸主要决定了测量的精度。

(3)本发明减少了开发成本，提高了测量的精度。

(4)本发明原理简单，可操作性强，容易实施。

本发明针对传统测量方法效率低、成本高的缺点，提出了一种新型的太阳阴影与光电探测技术相结合测量太阳位置方法，该方法的设计原理是基于阴影产生原理。设计人员通过制定一定规则的遮光柱和光照检测盘，根据阴影的位置来间接的测量太阳的相对位置，有效地提高了太阳位置的测量精度，从而提高了太阳能的利用率，同时本发明也可用于火炮、车辆的辅助定位，根据火炮、车辆与太阳的位置确定火炮、车辆的位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种测量太阳位置的方法，其特征在于，包括：

建立测量坐标系，圆盘和遮光柱的焦点为O点，朝里为x轴，右手方向为y轴，z轴朝上；

随着太阳相对位置的变化，遮光柱在圆盘的感光板上形成l长度的阴影，阴影与x轴夹角为α度；

根据阴影参数l、遮光柱长度h，角度β为遮光柱阴影与太阳光线的夹角，由tanβ＝h/l可确定出角度β；

根据光路原理可确定太阳的位置。

2.如权利要求1所述测量太阳位置的方法，其特征在于，控制系统可根据测量的太阳的位置参数α和β控制太阳能电池板旋转，以确保太阳能电池板始终垂直太阳光线。

3.如权利要求1所述测量太阳位置的方法，其特征在于，还包括：

设置一套太阳位置测量系统，太阳位置测量系统包括多个光敏元件，对每个光敏元件进行编号，确定每个光敏元件在测量装置里的参数，随着太阳相对位置的变化，通过检测感光板上各光敏元件的电压得到参数l和α。

4.如权利要求3所述测量太阳位置的方法，其特征在于，将光敏元件安装在遮光柱的四周，形成光照检测盘，不同时刻的遮光柱阴影会使光照检测盘上的光敏元件产生不同的电信号，经放大、运算后得出当前太阳的相对位置。

5.如权利要求3所述测量太阳位置的方法，其特征在于，

通过检测感光板上各光敏元件的电压，可得到阴影覆盖的光敏元件的编号n，进而确定对应的位置坐标(X,Y)，并根据和计算出参数l和α。