CN107153430B - 一种太阳位置传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种太阳位置传感器，包括：呈凹槽型的外壳、位于外壳内的电路板、一端相互固连的多块隔板、多个具有光生伏特效应的主光敏元件、用于为主光敏元件遮光的圆形挡板和透明盖，外壳与透明盖形成密封腔体；电路板设于外壳内；隔板固设于外壳的底板的中间，形成多个相互独立的隔间；主光敏元件与隔间一一对应，且与电路板电连接，多个主光敏元件分别对称设于隔间中；用于为主光敏元件遮光的圆形挡板，设于隔板相互固连的一端的正上方。本发明的太阳位置传感器，同时提高了可检测光线范围和提升了检测精度，从而保证高精度跟踪太阳光位置，使太阳能电池板获得最大光照强度。

Description

一种太阳位置传感器

技术领域

本发明涉及太阳能追踪技术领域，特别是指一种太阳位置传感器。

背景技术

聚光光伏设备和跟踪光伏系统中都需要对太阳位置进行连续跟踪捕获，其基本原理是利用对阳光的遮挡变化引起光电子器件的输出变化得到跟踪的方向。目前常见的有塔式太阳位置传感器和光筒式太阳位置传感器等。

塔式太阳位置传感器：在一个锥形圆台四周贴了4片相同的光伏电池，太阳光从上方投射下来，当太阳光正中向下方投射时，4个光伏电池光线夹角相同，产生的电流相同。当太阳光偏向左侧(西方)时，左侧光伏电池光照加强，输出电流增大；右侧光伏电池光照减弱，输出电流减小。所以根据各光伏电池电流变化可以判断阳光的偏向。其优点是捕获范围广，但存在容易受到周围光线干扰、精度不高等缺点。

光筒式太阳位置传感器：采用圆筒来遮光，圆筒上方中心开有圆孔，在圆筒底部中心安装一个四象限光电池，来自上方的太阳光通过圆孔投向底部，当太阳光正中向下方投射时，投射的光斑中心与四象限光电池中心重合，四象限光电池各电池输出相同。当太阳光偏向左侧(西方)时，投射的光斑偏向东方，四象限光电池左侧两个电池被部分遮挡，右侧电池输出大于左侧电池输出，于是根据各光伏电池电流的变化可以判断出阳光的偏向。光筒式太阳位置传感器可以防止周围光线的干扰，对光线偏差的灵敏度也高多了，可检测出太阳位置较小的偏差；但存在检测的光线角度较小，光线角度偏差大时，会导致光线无法照射到四象限光电池，进而无法检测。

发明内容

为解决以上现有技术的不足，本发明提出了一种太阳位置传感器。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种太阳位置传感器，包括：呈凹槽型的外壳和与其相配合的透明盖，二者形成密封腔体；电路板，设于外壳内；一端相互固连的多块隔板，固设于外壳的底板的中间，形成多个相互独立的隔间；多个具有光生伏特效应的主光敏元件，与隔间一一对应，且与电路板电连接，多个主光敏元件分别对称设于隔间中；用于为主光敏元件遮光的圆形挡板，设于隔板相互固连的一端的正上方；当光线从正上方直射时，主光敏元件的PN结部位因圆形挡板的遮挡而接收不到光线；与主光敏元件一一对应的辅光敏元件，与电路板电连接；透明盖的边沿处设有透明的折边，折边的边缘位置低于辅光敏元件的位置；辅光敏元件垂直向下的正投影位于其所处隔间的中心线上；辅光敏元件的PN结部位被遮挡，使光线无法通过被遮挡的部位射向辅光敏元件的PN结；光线通过折边的边缘位置射向主光敏元件形成的入射角为α，光线通过被遮挡的部位的边缘射向辅光敏元件的PN结形成的入射角为β，β大于α。

作为本发明的进一步改进，隔板的数量为4块，组成十字形；主光敏元件的数量为4个，分别对称设于隔板形成的四个隔间中。

作为本发明的进一步改进，电路板固设于外壳的底板的中间，电路板与外壳的底板之间留有距离，隔板固设于电路板的中间，主光敏元件固设于电路板上。

作为本发明的进一步改进，主光敏元件和辅光敏元件为光电二极管或发光二极管。

作为本发明的进一步改进，正对的两个辅光敏元件为一组，其中，一组中两个辅光敏元件的外侧形状呈长方体，另一组中两个辅光敏元件的外侧形状呈圆弧形。

作为本发明的进一步改进，其特征在于，辅光敏元件呈水平设置，其PN结部位朝向圆形挡板。

作为本发明的进一步改进，α为55°-65°。

作为本发明的进一步改进，隔板的上侧边高于折边的边缘位置。

作为本发明的进一步改进，外壳的内壁呈哑光黑色。

本发明的太阳位置传感器，通过透明盖、隔板、圆形挡板以及主、辅光敏元件的设计，同时提高了可检测光线范围和提升了检测精度，从而保证高精度跟踪太阳光位置，使太阳能电池板获得最大光照强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例中太阳位置传感器的俯视结构示意图；

图2为实施例中太阳位置传感器的侧视结构示意图；

图3为实施例中辅光敏元件接收光照情况的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和2所示，为实施例中太阳位置传感器的结构示意图。

实施例中太阳位置传感器，包括：呈凹槽型的外壳1、位于外壳1内的电路板2、一端相互固连的多块隔板3、多个具有光生伏特效应的主光敏元件5、用于为主光敏元件5遮光的圆形挡板6和透明盖7，其中，

外壳与透明盖相配合形成密封腔体；隔板3固设于外壳1的底板的中间，形成多个相互独立的隔间4；主光敏元件5与隔间4一一对应，且与电路板2电连接，多个主光敏元件5分别对称设于隔间4中；圆形挡板6设于隔板3相互固连的一端的正上方；当光线从正上方直射时，主光敏元件5的PN结部位因圆形挡板6的遮挡而接收不到光线。

优选地，隔板3的数量为4块，组成十字形；主光敏元件5的数量为4个，分别对称设于隔板3形成的四个隔间4中。

上述实施例中，当有光线照射到位于某一个方向的主光敏元件5时，太阳能电池板向该侧面的方向转动；随着光线逐渐趋于垂直太阳位置传感器的表面(即光线从太阳位置传感器的正上方直射)，此时圆形挡板6投下的阴影对主光敏元件5产生遮挡，太阳能电池板停止转动，跟踪完成。当太阳方位发生变化时，重复上述动作，实现持续跟踪。

优选地，电路板固设于外壳的底板的中间，电路板与外壳的底板之间留有距离，隔板固设于电路板的中间，主光敏元件固设于电路板上。实施例中，优选通过螺丝柱实现抬高电路板高度，由于电路板为双面布线，电路板背面元件的焊接需要焊接高度，同时也为辅光敏元件8延伸至透明盖区域创造条件。

实施例中太阳位置传感器，还包括：与主光敏元件5一一对应的辅光敏元件8，与电路板2电连接；透明盖7的边沿处设有透明的折边9，折边9的边缘位置低于辅光敏元件8的位置，以使辅光敏元件8能够接收到其他方向的光线；辅光敏元件8垂直向下的正投影位于其所处隔间4的中心线上；辅光敏元件8的PN结部位被遮挡，使光线无法通过被遮挡的部位射向辅光敏元件8的PN结；光线通过折边9的边缘位置射向主光敏元件5形成的入射角为α(如图1所示)，光线通过被遮挡的部位的边缘射向辅光敏元件8的PN结形成的入射角为β(如图3所示)，β大于α；只有当光线照向辅光敏元件8的入射角≤β时，辅光敏元件8的PN结才能接收到光线。

优选地，实施例中α为55°-65°，α太大导致辅光敏元件8起不到应有的作用，α太小会影响太阳位置传感器的精度。

实施例中，优选地，辅光敏元件8呈水平设置，其PN结部位朝向圆形挡板6。辅光敏元件8通过焊接在电路板2上的长引脚抬高安装位置，且如图3所示，辅光敏元件8的PN结部位被遮挡，使其只能接收到来自入射角度较大光线照射，当光线从正上方照射辅光敏元件8时由于被遮挡，辅光敏元件8的PN结部位接收不到光线。

实施例中，光生伏特效应为：当主光敏元件5或辅光敏元件8的PN结接收到光照时，会产生电流，电路中电压发生变化。根据电压的变化，进而调整太阳能电池板的方向。

优选地，主光敏元件5和辅光敏元件8为光电二极管或发光二极管。

优选地，正对的两个辅光敏元件8为一组，其中，一组中两个辅光敏元件的外侧形状呈长方体，另一组中两个辅光敏元件的外侧形状呈圆弧形。安装使用时，长方体辅光敏元件位于东西方向，长方体辅光敏元件可减少对散射光的接收，直射光不受影响，若东西方位偏差较大时，只接收直射光线，减少跟踪误差；圆弧形辅光敏元件位于南北方向，由于俯仰角度(太阳维度)变换相对较小，不需要专门屏蔽散射光。

实施例中，辅光敏元件8PN结部位的遮挡，可以采用现有手段，能够实现遮挡效果即可。优选地，辅光敏元件8的PN结部位涂有白漆。

为提高隔板3的隔离效果，以及圆形挡板6的遮盖效果的角度出发，优选地，隔板3的上侧边高于折边9的边缘位置。

优选地，外壳1的内壁呈哑光黑色，以尽量减少光线照射到传感器外壳内壁时所产生的漫反射造成的混杂信号。

实施例中，太阳位置传感器，还包括：用于与外部设备链接的接头，与电路板2电连接。

上述实施例中，如图1所示，以光线通过折边9的边缘位置射向主光敏元件5时的入射角α作为基准：当光线入射角＞α时，光线只能从侧面照射到位于某一个方向的辅光敏元件8，而照射不到该方向的主光敏元件5，此时辅光敏元件8发挥作用，太阳能电池板向该方向转动；随着入射角逐渐变小，辅光敏元件8接收的光线因被白漆遮盖而大大减少，当光线入射角≤α时，光线照射到主光敏元件5，而辅光敏元件8因被白漆遮盖接收不到光线，此时主光敏元件5发挥作用，太阳能电池板继续向该方向转动；随着入射角继续变小，当光线逐渐趋于垂直太阳位置传感器的表面(即光线从太阳位置传感器的正上方直射)，此时圆形挡板6投下的阴影对主光敏元件5产生遮挡，主光敏元件5和辅光敏元件8均接收不到光线，太阳能电池板停止转动，跟踪完成。当太阳方位发生变化时，重复上述动作，实现持续跟踪。

上述实施例中的太阳位置传感器，通过透明盖、隔板、圆形挡板以及主、辅光敏元件的设计，同时提高了可检测光线范围和提升了检测精度，从而保证高精度跟踪太阳光位置，使太阳能电池板获得最大光照强度。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳位置传感器，其特征在于，包括：

呈凹槽型的外壳和与其相配合的透明盖，二者形成密封腔体；

电路板，设于所述外壳内；

一端相互固连的多块隔板，固设于所述外壳的底板的中间，形成多个相互独立的隔间；

多个具有光生伏特效应的主光敏元件，与所述隔间一一对应，且与所述电路板电连接，多个所述主光敏元件分别对称设于所述隔间中；

用于为所述主光敏元件遮光的圆形挡板，设于所述隔板相互固连的一端的正上方；当光线从正上方直射时，所述主光敏元件的PN结部位因所述圆形挡板的遮挡而接收不到光线；

与所述主光敏元件一一对应的辅光敏元件，与所述电路板电连接；所述透明盖的边沿处设有透明的折边，所述折边的边缘位置低于所述辅光敏元件的位置；所述辅光敏元件垂直向下的正投影位于其所处隔间的中心线上；所述辅光敏元件的PN结部位被遮挡，使光线无法通过被遮挡的部位射向所述辅光敏元件的PN结；光线通过所述折边的边缘位置射向所述主光敏元件形成的入射角为α，光线通过被遮挡的部位的边缘射向所述辅光敏元件的PN结形成的入射角为β，β大于α。

2.根据权利要求1所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述隔板的数量为4块，组成十字形；所述主光敏元件的数量为4个，分别对称设于所述隔板形成的四个所述隔间中。

3.根据权利要求1或2所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述电路板固设于所述外壳的底板的中间，所述电路板与所述外壳的底板之间留有距离，所述隔板固设于所述电路板的中间，所述主光敏元件固设于所述电路板上。

4.根据权利要求1所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述主光敏元件和所述辅光敏元件为光电二极管或发光二极管。

5.根据权利要求1所述的太阳位置传感器，其特征在于，正对的两个所述辅光敏元件为一组，其中，一组中两个所述辅光敏元件的外侧形状呈长方体，另一组中两个所述辅光敏元件的外侧形状呈圆弧形。

6.根据权利要求1所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述辅光敏元件呈水平设置，其PN结部位朝向所述圆形挡板。

7.根据权利要求1所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述α为55°-65°。

8.根据权利要求1所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述隔板的上侧边高于所述折边的边缘位置。

9.根据权利要求1所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述外壳的内壁呈哑光黑色。

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