CN109839959A - 一种光线方向传感器和采用该传感器的太阳能发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光线方向传感器和采用该传感器的太阳能发电系统，该光线方向传感器能用于感测环境空间的光线方向，光线方向传感器包括感光控制器和测量模块，测量模块包括四个感光孔，四个感光孔均为方形孔且四个感光孔成田字形排布，四个感光孔内均设有感光元件，并且感光元件从感光孔的孔口布置至孔底，感光控制器至少基于四个感光孔内布置的感光元件感测的感光图形计算环境空间的光线方向。本发明的测量模块包括四个感光孔，感光元件从感光孔的孔口布置至孔底，直接由感光孔的孔壁和孔底上布置的感光元件感测感光数据，不存在光线角度偏差大时，导致光线无法照射到四象限光电池的问题，使得本发明的测量范围和精度均大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能集热技术领域和环保领域，尤其涉及能用于可调式太阳能发电系统的光线方向传感器。
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。例如，授权公告号为CN202195810U的中国专利文献公开了一种太阳能光方向检测传感器，包括底座、光感外壳及设于光感外壳内部的四象限传感器，所述底座顶部设置具有光斑孔的遮光筒，光斑孔中心与四象限传感器的中心相对应；其特征在于：还包括设于光感外壳内的角度跟踪调节控制电路，所述角度跟踪调节控制电路与四象限传感器电连接。设置的角度跟踪调节控制电路与四象限传感器电连接，通过采样电路收集的信号传递给CPU，因其不同的电池输出电量，角度跟踪调节控制电路根据实际的光线控制执行机构运转，实现了自动化跟踪，大大提高了精度及工作效率，提高了太阳能光伏的发电效率。但是，其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，进而无法检测的问题。因此，有必要对现有技术进行改进。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种光线方向传感器，该光线方向传感器的测量模块包括四个感光孔，感光元件从感光孔的孔口布置至孔底，直接由感光孔的孔壁和孔底上布置的感光元件感测感光数据，不存在光线角度偏差大时，导致光线无法照射到四象限光电池的问题，使得本发明的测量范围和精度均大大提高。
根据一个优选实施方式，一种光线方向传感器，能用于感测环境空间的光线方向，所述光线方向传感器包括感光控制器和测量模块，所述测量模块包括四个感光孔，所述四个感光孔均为方形孔且所述四个感光孔成田字形排布，所述四个感光孔内均设有感光元件，并且所述感光元件从感光孔的孔口布置至孔底，所述感光控制器至少基于所述四个感光孔内布置的感光元件感测的感光图形计算环境空间的光线方向。
根据一个优选实施方式，所述光线方向传感器包括至少两个测量模块，所述至少两个测量模块包括固定不动的第一测量模块和与所述第一测量模块相比增加了致动部以能够活动的第二测量模块，所述第二测量模块活动时能使第二测量模块上的感光孔的朝向改变，在所述感光控制器基于第一测量模块的感光孔内设置的第一感光元件测量的感光数据感测的感光图形计算太阳能面板所处的环境空间的光线方向之后，所述感光控制器基于计算得到的光线方向调整第二测量模块的角度以动态验证计算得到的光线方向，并在计算得到的光线方向通过验证后才将其传输给控制模块。
根据一个优选实施方式，所述感光控制器基于计算得到的光线方向调整第二测量模块的角度以动态验证计算得到的光线方向的处理包括：所述感光控制器先控制致动部让第二测量模块转动使该第二测量模块的每个感光孔的深度方向与计算得到的光线方向平行并在每个感光孔的深度方向与计算得到的光线方向保持平行的静止状态下让第二测量模块的四个第一感光元件测量四个第一验证感光数据和让第二测量模块的四个第二感光元件测量四个第二验证感光数据；所述感光控制器基于四个第二验证感光数据进行一级验证；所述感光控制器在计算得到的光线方向通过一级验证的情况下基于四个第一验证感光数据进行二级验证；所述感光控制器在计算得到的光线方向通过二级验证的情况下确认计算得到的光线方向通过验证。
根据一个优选实施方式，在所述感光控制器基于四个第二验证感光数据进行一级验证时，所述感光控制器分析四个第二验证感光数据得到四个第二感光元件的90％以上的感光单元均感测到了当前的环境光线时确认计算得到的光线方向通过一级验证；和在所述感光控制器基于四个第一验证感光数据进行二级验证时，所述感光控制器分析四个第一验证感光数据得到四个第一感光元件上的从感光孔的上部到下部排布的感光单元感测到相同的感光量变化趋势且仅靠近感光孔的上部的感光单元的感光量最大时确认计算得到的光线方向通过二级验证。
根据一个优选实施方式，每个感光孔的进光处采用透光片密封，并且每个感光孔内部抽为真空；其中，所述透光片能够反射至少部分红外线和紫外线，以让被反射的红外线和/或紫外线不能进入感光孔内部，从而减少红外线和紫外线对感光孔内部的温度的影响。
根据一个优选实施方式，所述测量模块还包括对每个感光孔散热的冷却元件，冷却元件的冷却管螺旋缠绕在感光孔的外围；其中，所述冷却元件被设置为让其内的冷却介质沿冷却管从感光孔的上部绕感光孔的外围螺旋向下运动，以减少感光孔上部和下部之间的温差；从感光孔的上部到下部的方向上，缠绕的冷却管的相邻绕圈的间距由小变大。
根据一个优选实施方式，所述感光孔的外壁设有螺旋凹槽，所述冷却管沿所述螺旋凹槽缠绕以使所述冷却管的至少部分嵌入所述螺旋凹槽内，并且所述螺旋凹槽和所述冷却管的间隙处填充导热膏，以提高感光孔的外壁和冷却管之间的导热效率。
根据一个优选实施方式，每个感光孔内的四个侧面中除布置第一感光元件的侧面以外的三个侧面上均设有黑色的吸光层，以降低光射向未设置第一感光元件的三个的侧面上时产生的多次反射对第一感光元件和/或第二感光元件感测的感光图形的影响。
根据一个优选实施方式，每个感光孔的四个侧面中的一个侧面上设有平行于该侧面布置的第一感光元件，所述四个感光孔内布置第一感光元件的四个侧面的朝向均彼此不同；并且每个感光孔的底部还设有第二感光元件，每个感光孔内的第二感光元件的感光面均垂直于该感光孔内的第一感光元件的感光面；在光线照射到感光孔的底部时，所述感光控制器至少基于所述四个感光孔内布置的第一感光元件和第二感光元件感测的感光图形计算环境空间的光线方向；其中，所述测量模块的四个感光孔中的具有朝向彼此相对的两个第一感光元件的两个感光孔能用于测量第一方向和第二方向的光分量，所述测量模块的四个感光孔中的具有朝向彼此相对的另外两个第一感光元件的另外两个感光孔能用于测量第二方向和第三方向的光分量，所述感光控制器至少基于第一方向、第二方向和第三方向的光分量计算得到的光线方向，第一方向、第二方向和第三方向互成90°夹角，其中，所述第一方向垂直于所述两个感光孔内的第一感光元件的感光面，所述第二方向垂直于所述另外两个感光孔内的第一感光元件的感光面，所述第三方向平行于感光孔的孔深方向；所述光线方向传感器包括至少两个测量模块，所述至少两个测量模块包括固定不动的第一测量模块和与所述第一测量模块相比增加了致动部以能够活动的第二测量模块，所述第二测量模块活动时能使第二测量模块上的感光孔的朝向改变，在所述感光控制器基于第一测量模块的感光孔内设置的第一感光元件感测的感光图形计算太阳能面板所处的环境空间的光线方向之后，所述感光控制器基于计算得到的光线方向调整第二测量模块的角度以动态验证计算得到的光线方向，并在计算得到的光线方向通过验证后才将其传输给控制模块。
根据一个优选实施方式，一种太阳能发电系统，该太阳能发电系统包括光线方向传感器，能用于感测环境空间的光线方向，并基于光线方向传感器感测的环境空间的光线方向让对应的太阳能面板的感光面往朝太阳的方向移动，所述光线方向传感器包括感光控制器和测量模块，所述测量模块包括四个感光孔，所述四个感光孔均为方形孔且所述四个感光孔成田字形排布，所述四个感光孔内均设有感光元件，并且所述感光元件从感光孔的孔口布置至孔底，在光线方向和方形孔的孔深方向的夹角变化时，在所述四个感光孔内布置的感光元件中的至少一个上形成的感光图形也会变化，所述感光控制器至少基于所述四个感光孔内布置的感光元件感测的感光图形计算环境空间的光线方向。
附图说明
图1是光线方向传感器的第一个优选实施方式的俯视示意图；
图2是光线方向传感器的第一个优选实施方式的等轴测示意图；
图3是光线方向传感器第二个优选实施方式的侧视示意图；
图4是冷却管的一个优选实施方式的简化示意图；
图5是感光孔和冷却管的一个优选实施方式的简化示意图
图6是本发明的一个优选实施方式的简化示意图；
图7是本发明的一个优选实施方式的模块连接示意图。
附图标记列表
100：支撑部 SP：太阳能面板 200：角度调整部
210：第一驱动部 220：第二驱动部 230：中间连接部
300：支架 400：光线方向传感器 410：感光控制器
420：测量模块 420A：第一测量模块 420B：第二测量模块
421：第一感光元件 422：第二感光元件 423：吸光层
424：感光孔 425：透光片 426：冷却元件
427：冷却管 500：控制模块 600：致动部
610：第一致动元件 620：第二致动元件 700：姿态感测模块
LX：螺旋凹槽
具体实施方式
下面结合附图1、2、3、4、5、6和7进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要理解的是，若出现“第一”、“第二”等术语，其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，若出现术语“多个”，其含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，还需要理解的是，若出现“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，除非另有明确的规定和/或限定。
在本发明的描述中，还需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例1
本实施例公开了一种传感器，也可以称为一种光线方向传感器，也可以称为一种能用于太阳能发电系统的光线方向传感器，也可以称为一种能用于感测太阳方向的传感器，该传感器适于执行本发明记载的各个方法步骤，以达到预期的技术效果。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。
根据一个优选实施方式，一种传感器，能用于感测环境空间的光线方向。光线方向传感器400可以包括感光控制器410和/或测量模块420。四个感光孔424可以为方形孔。四个感光孔424可以成田字形排布。四个感光孔424内均可以设有感光元件。感光元件可以从感光孔424的孔口布置至孔底。感光控制器410可以至少基于四个感光孔424内布置的感光元件感测的感光图形计算环境空间的光线方向。优选地，感光元件可以包括第一感光元件421和第二感光元件422中的至少一个。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，感光元件从感光孔的孔口布置至孔底，直接由感光孔的孔壁和孔底上布置的感光元件感测感光数据，不存在光线角度偏差大时，导致光线无法照射到四象限光电池的问题，使得本发明的测量范围和精度均大大提高；第二，方形孔内更便于布置感光元件；第三，方形孔内布置感光元件，使得计算光线方向更方便，减少计算开销。
根据一个优选实施方式，每个感光孔424的进光处可以采用透光片425密封。每个感光孔424内部可以抽为真空。
根据一个优选实施方式，透光片425可以反射至少部分红外线和紫外线。由此，可以让被反射的红外线和/或紫外线不能进入感光孔424内部，从而减少红外线和紫外线对感光孔424内部的温度的影响。
根据一个优选实施方式，冷却元件426可以被设置为让其内的冷却介质沿冷却管427从感光孔424的上部绕感光孔424的外围螺旋向下运动，以减少感光孔424上部和下部之间的温差。优选地，冷却元件426可以是水冷装置或者空调。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：由于感光孔上部受光照的时间通常大于下部，温度升高比下部更快，因此，冷却介质先从上往下流，以减少感光孔424上部和下部之间的温差，提高测量精度。
根据一个优选实施方式，从感光孔424的上部到下部的方向上，缠绕的冷却管427的相邻绕圈的间距可以由小变大。
根据一个优选实施方式，感光孔424的外壁可以设有螺旋凹槽LX。冷却管427可以沿螺旋凹槽LX缠绕以使冷却管427的至少部分嵌入螺旋凹槽LX内。螺旋凹槽LX和冷却管427的间隙处可以填充导热膏。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：提高感光孔424的外壁和冷却管427之间的导热效率，能够更好地调节感光孔内的温度，使之保持在所需的温度范围内，减少温漂和噪声，提高测量的准确性。
实施例2
本实施例公开了一种可调式太阳能发电系统，或者说一种用于太阳能发电的系统，或者说一种太阳能面板角度可调的发电系统，或者说一种太阳能发电系统，该系统可以采用本发明的传感器，以达到预期的技术效果。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。
根据一个优选实施方式，该系统可以包括光线方向传感器。该光线方向传感器能用于感测环境空间的光线方向。该系统可以基于该光线方向传感器感测的环境空间的光线方向让对应的太阳能面板SP的感光面往朝太阳的方向移动。
根据一个优选实施方式，该系统包括：支撑部100、角度调整部200、支架300、支架300、光线方向传感器400、太阳能面板SP和控制模块500中的至少一个。
根据一个优选实施方式，支撑部100可以用于承载至少一块太阳能面板SP。角度调整部200可以用于调整支撑部100的角度。支架300可以经由角度调整部200间接连接于支撑部100。光线方向传感器400可以用于感测对应的太阳能面板SP所处的环境空间的光线方向。控制模块500可以至少基于光线方向传感器400感测到的光线方向控制相应的角度调整部200让对应的支撑部100随太阳位置的移动而转动，以使对应的太阳能面板SP的感光面往朝太阳的方向移动。优选地，感光组件400可以包括设于感光孔424内的四个第一感光元件421。感光孔424可以为方形孔。四个第一感光元件421可以沿方形孔的侧壁设置。四个第一感光元件421可以分别朝向四个彼此不同的方向。第一感光元件421可以从感光孔的孔口布置至孔底。在光线方向和方形孔的孔深方向的夹角变化时，在四个第一感光元件421中的至少一个上形成的感光图形也会变化。感光组件400可以基于四个第一感光元件中的至少一个上形成的感光图形计算环境空间的光线方向。优选地，感光图形也可以称为感光图像。
根据一个优选实施方式，光线方向传感器400可以包括感光控制器410和/或测量模块420。测量模块420可以包括至少四个感光孔424。测量模块420可以包括四个感光孔424。四个感光孔424可以均为方形孔。四个感光孔424可以成田字形排布。优选地，四个感光孔424彼此隔离。四个第一感光元件421分别设于四个感光孔424中的一个内。优选地，四个第一感光元件421设于一个感光孔内虽然简化了结构，但是由于光在四个第一感光元件421间的反射等因素的影响，会对测量准确性造成影响。每个感光孔424的四个侧面中的一个侧面上可以设有平行于该侧面布置的第一感光元件421。优选地，四个感光孔424内布置第一感光元件421的四个侧面的朝向可以均彼此不同。每个感光孔424的底部可以设有第二感光元件422。每个感光孔424内的第二感光元件422的感光面可以均垂直于该感光孔424内的第一感光元件421的感光面。在光线照射到感光孔424的底部时，感光控制器410可以至少基于四个感光孔424内布置的第一感光元件421和第二感光元件422感测的感光图形计算对应的太阳能面板SP所处的环境空间的光线方向。优选地，在光线未照射到感光孔424的底部时，感光控制器410可以仅基于四个感光孔424内布置的第一感光元件421感测的感光图形计算对应的太阳能面板SP所处的环境空间的光线方向。优选地，方形的感光孔424的边长与孔的深度之比大于等于1：5。尤其优选地，感光孔424的方形口的边长与孔的深度之比大于等于1：10。在光线未直射感光孔424时，位于不同感光孔内的第一感光元件421和第二感光元件422感测到的感光数据存在差异，以此来计算光线方向。当感光孔的孔深方向和光线方向的差异较大时，第二感光元件422可能感测不到光线，而仅仅是第一感光元件421的部分感光单元感测到光线，由此，可以仅根据四个第一感光元件421的感光数据则可以推算出光线角度。当感光孔的孔深方向和光线方向的差异较小时，则部分第一感光元件421的感光单元均可以感测到光线，且第二感光元件422的部分感光单元也可以感测到光线，则此时可以需要基于第一和第二感光元件422感测到的感光数据来计算光线角度。而当当感光孔的孔深方向和光线方向彼此平行时，则四个第一感光元件421上的从感光孔424的上部到下部排布的感光单元感测到相同的感光量变化趋势，因为此时几乎只有靠近感光孔的上部边缘处的感光单元能感测到光线，而四个第二感光元件422的90％～99％以上的感光单元均能感测到当前的环境光线。优选地，第一感光元件421和/或第二感光元件422可以是CCD传感器或者CMOS传感器。
根据一个优选实施方式，每个感光孔424内的四个侧面中除布置第一感光元件421的侧面以外的三个侧面上均可以设有黑色的吸光层423。优选地，吸光层423对照射在其上的光的吸收率可以大于等于80％。尤其优选地，吸光层423对照射在其上的光的吸收率可以大于等于95％，尤其优选地，吸光层423对光的吸收率大于等于99％。吸光层423可以降低光射向未设置第一感光元件421的三个的侧面上时产生的多次反射对第一感光元件421和/或第二感光元件422感测的感光图形的影响。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，降低光射向未设置第一感光元件421的三个的侧面上时产生的多次反射对第一感光元件421和/或第二感光元件422感测的感光图形降低因光在不同的侧面上反射而对感测的感光图形的影响，提高测量的准确性；第二，涂覆了吸光层423的三个侧面呈凵字型布局，能进一步吸收影响测量准确性的光，提高准确性，具体地，当照射在其上的光在被一个侧面吸收了部分后，未被吸收的光被折射出去，则大概率会进一步射向另一个侧面而被另一侧面进一步吸收，由于吸光层423的吸光率高，即使被反射到设有第一感光元件421的侧面上，对测量的准确性的影响也较小。
根据一个优选实施方式，吸光层423可以采用现有的吸光率大于等于95％的吸光材料。比如，吸光材料可以是碳纳米管。进一步地，例如Vantablack或者碳纳米管森林Vertically alignedcarbon nanotube。又比如，吸光材料可以是石墨烯。进一步地，例如，英国萨里大学研发的基于纳米纹理的超薄石墨烯片。
根据一个优选实施方式，每个感光孔424的进光处可以采用透光片425密封。每个感光孔424的进光处可以设有透光片425。透光片425可以将感光孔424的进光口封闭。每个感光孔424内部可以抽真空。测量模块420可以包括对每个感光孔424散热的冷却元件426。冷却元件426的冷却管427可以螺旋缠绕在感光孔424的外围。冷却元件426被设置为让感光孔424内部的温度保持在60°以下，优选地，冷却元件426可以被设置为让感光孔424内部的温度保持在50°以下，尤其优选地，冷却元件426被设置为让感光孔424内部的温度保持在30°以下，最优选地，冷却元件426被设置为让感光孔424内部的温度保持在25～30°。冷却元件426中的冷却介质可以沿冷却管427从感光孔424的上部绕感光孔424的外围螺旋向下运动，以减少感光孔424上部和下部之间的温差。优选地，从感光孔424的上部到下部的方向上，缠绕的冷却管427的相邻绕圈的间距由小变大。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，感光孔424内抽真空以避免在感光孔424内形成水珠影响测量的准确性，同时还能对感光元件进行保护，减少光氧化，降低感光元件的老化速度；第二，由于感光元件设置在户外，密封且抽真空的感光孔424可以防止灰尘进入，减少感光孔424内积灰对测量精度的影响，也便于后期维护；第三，冷却元件426的设置可以减少感光元件因温度过高而引起的温漂和噪声，提高测量精度。
根据一个优选实施方式，测量模块420的四个感光孔424中的具有朝向彼此相对的两个第一感光元件421的两个感光孔424可以用于测量第一方向和第二方向的光分量。测量模块420的四个感光孔424中的具有朝向彼此相对的另外两个第一感光元件421的另外两个感光孔424可以用于测量第二方向和第三方向的光分量。感光控制器410可以至少基于第一方向、第二方向和第三方向的光分量计算得到的光线方向。第一方向、第二方向和第三方向可以互成90°夹角。
根据一个优选实施方式，测量模块420的每个感光孔424的底部设有第二感光元件422，每个感光孔424内的第二感光元件422的感光面垂直于该感光孔424内的第一感光元件421的感光面，感光控制器410在第一感光元件421和第二感光元件422均未感测到光线时，确认感光控制器410处于黑暗的环境空间中。
根据一个优选实施方式，光线方向传感器400可以包括至少两个测量模块420。至少两个测量模块420可以第一测量模块420A和/或第二测量模块420B。至少两个测量模块420可以包括固定不动的第一测量模块420A和/或与第一测量模块420A相比增加了致动部600以能够活动的第二测量模块420B。第二测量模块420B活动时可以使第二测量模块420B上的感光孔424的朝向改变。在感光控制器410基于第一测量模块420A的感光孔424内设置的第一感光元件421感测的感光图形计算太阳能面板SP所处的环境空间的光线方向之后，感光控制器410可以基于计算得到的光线方向调整第二测量模块420B的角度以动态验证计算得到的光线方向。感光控制器410在计算得到的光线方向通过验证后才将计算得到的光线方向传输给控制模块500。
根据一个优选实施方式，感光控制器410基于计算得到的光线方向调整第二测量模块420B的角度以动态验证计算得到的光线方向的处理可以包括：感光控制器410先控制致动部600让第二测量模块420B转动使该第二测量模块420B的每个感光孔424的深度方向与计算得到的光线方向平行并在每个感光孔424的深度方向与计算得到的光线方向保持平行的静止状态下让第二测量模块420B的四个第一感光元件421测量四个第一验证感光数据和让第二测量模块420B的四个第二感光元件422测量四个第二验证感光数据；感光控制器410基于四个第二验证感光数据进行一级验证；感光控制器410在计算得到的光线方向通过一级验证的情况下基于四个第一验证感光数据进行二级验证；和感光控制器410在计算得到的光线方向通过二级验证的情况下确认计算得到的光线方向通过验证中的至少一个步骤。优选地，致动部600可以包括第一致动元件610和/或第二致动元件620。第一致动元件610和第二致动元件620可以驱动第二测量模块420B绕两个彼此垂直的轴转动。优选地，第一致动元件610和/或第二致动元件620可以是电机，例如可以是步进电机。
根据一个优选实施方式，在感光控制器410基于四个第二验证感光数据进行一级验证时，感光控制器410分析四个第二验证感光数据得到四个第二感光元件422的90％以上的感光单元均感测到了当前的环境光线时可以确认计算得到的光线方向通过一级验证。在感光控制器410基于四个第一验证感光数据进行二级验证时，感光控制器410分析四个第一验证感光数据得到四个第一感光元件421上的从感光孔424的上部到下部排布的感光单元感测到相同的感光量变化趋势且仅靠近感光孔424的上部的感光单元的感光量最大时可以确认计算得到的光线方向通过二级验证。
根据一个优选实施方式，在计算得到的光线方向未通过一级验证或者二级验证时，感光控制器410控制致动部600可以让第二测量模块420B转动并可以在转动的过程中获取四个第一感光元件421和四个第二感光元件422测量的感光参数作为调整转动方向的参考，直至让该第二测量模块420B转动至让四个第二感光元件422的90％以上的感光单元均感测到了当前的环境光线且四个第一感光元件421上的从感光孔424的上部到下部排布的感光单元感测到相同的感光量变化趋势且仅靠近感光孔424的上部的感光单元的感光量最大的特定方向。感光控制器410可以基于该特定方向更新计算得到的光线方向。感光控制器410可以将更新的光线方向的数据发送给控制模块500。控制模块500可以从感光控制器410获取更新的光线方向。
根据一个优选实施方式，一种光线方向传感器，可以用于感测环境空间的光线方向和/或光线入射方向之变化趋势。光线方向传感器400可以包括感光控制器410和测量模块420。测量模块420可以包括至少四个感光孔424。这些感光孔424可以为至少四边形孔且彼此等距排布。感光孔优选呈田字形排布。在这些感光孔424中设有沿内壁从各自孔口延伸至孔底的感光元件，使得在光线入射方向与孔深方向的夹角变化时，在至少其中一个感光孔424内布置的感光元件上形成的感光图形也会随之变化。彼此不同的感光孔424中的感光元件可以面向彼此不同的方向，从而感光控制器410能够基于这些感光元件感测的感光图形和/或感光图形之变化来计算当前环境空间的光线入射方向和/或光线入射方向之变化趋势。优选地，致动部600可以根据光线入射方向之变化趋势来提前确定第二测量模块420B转动方向。本发明采用此方式至少能够实现以下有益技术效果：第一，本发明能够快速提前确定第二测量模块420B转动方向，以缩短光线方向的验证时间；第二，有别于现有的筒式传感器仅在底部采用较小面积的传感器测量小孔进入的光斑，本发明采用布置于孔壁上的大面积传感器，获取更多的感光数据，以更精准地测量光线入射方向之变化趋势。此外，也正因为采用了大面积传感器，就需要考虑温差和温漂，所以才需要散热。
根据一个优选实施方式，角度调整部200可以包括第一驱动部210和第二驱动部220。第一驱动部210可以让支撑部100绕第一枢转轴转动。第二驱动部220可以让支撑部100绕第二枢转轴转动。第一枢转轴和第二枢转轴可以彼此垂直。第一驱动部210可以用于调整支撑部100和支架300的第一相对旋转角度。第二驱动部220可以用于调整支撑部100和支架300的第二相对旋转角度。优选地，控制模块500可以至少计算得到的光线方向控制第一驱动部210和第二驱动部220让对应的支撑部100随太阳位置的移动而转动以使对应的太阳能面板SP的感光面往朝太阳的方向移动。优选地，支撑部100可以枢接于中间连接部230上。优选地，第一驱动部210可以是液压杆或者电动推杆。第一驱动部210的一端可以铰接在支撑部100上。第一驱动部210的另一端可以铰接在中间连接部230上。中间连接部230可以枢接在支架300上。或者，第一驱动部210也可以是电机，例如可以是步进电机，设于支撑部100和中间连接部230的枢接处。第二驱动部220可以是电机，例如可以是步进电机。第二驱动部220可以设于支架300上。
根据另一个优选实施方式，感光控制器410可以先控制致动部600让第二测量模块420B转动使该第二测量模块420B的每个感光孔424的深度方向与计算得到的光线方向平行。感光控制器410可以在每个感光孔424的深度方向与计算得到的光线方向保持平行的静止状态下让第二测量模块420B的四个第一感光元件421测量四个第一基础参数和让第二测量模块420B的第二感光元件422测量第二基础参数。感光控制器410可以在控制致动部600让第二测量模块420B在以计算得到的光线方向为中心的情况下依次绕两个彼此垂直的轴线转动。感光控制器410可以在第二测量模块420B转动的过程中让四个第一感光元件421测量若干第一验证参数和让第二感光元件422测量若干第二验证参数。感光控制器410可以基于第一验证参数与第一基础参数的比较和第二验证参数和第二基础参数的比较分析计算得到的光线方向的误差。感光控制器410可以在光线方向的误差小于等于预设误差阈值之时确认计算得到的光线方向通过验证。
根据一个优选实施方式，该系统可以包括姿态感测模块700。姿态感测模块700可以设于支撑部100上，以感测支撑部100的至少包括支撑部100的倾斜角度的姿态数据。控制模块500基于光线方向控制相应的角度调整部200让对应的支撑部100随太阳位置的移动而转动之后，控制模块500可以基于姿态感测模块700感测的姿态数据对支撑部100的实际倾斜角度进行验证。在实际倾斜角度与目标倾斜角度的偏差存在超过预设阈值的时，控制模块500可以基于姿态数据再次控制支撑部100调整，以使际倾斜角度与目标倾斜角度的偏差小于预设阈值。
根据一个优选实施方式，控制模块500可以基于姿态数据和光线方向闭环控制相应的角度调整部200让对应的支撑部100随太阳位置的移动而转动，以使对应的太阳能面板SP的感光面往朝太阳的方向移动。优选地，闭环控制可以是指控制模块500在控制角度调整部200调整角度时，不断地获取姿态感测模块700感测的姿态数据，并基于姿态数据辨别角度是否调整到位。
根据一个优选实施方式，该系统可以包括蓄电装置。该蓄电装置可以储存太阳能面板产生的电能。该蓄电装置可以为该系统的部分或者全部用电元件供电。
实施例3
本实施例可以是对实施例1、2或者其结合的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。本实施例公开了一种感测光线方向的方法，或者说一种感测太阳光的光线方向的方法。该方法可以由本发明的系统和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的传感器或者系统中的各个零部件实现本发明的方法。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。
根据一个优选实施方式，该方法可以包括：使用本发明的光线方向传感器感测环境空间的光线方向。
如本文所用的词语“模块”描述任一种硬件、软件或软硬件组合，其能够执行与“模块”相关联的功能。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种光线方向传感器，能用于感测环境空间的光线方向，其特征在于，所述光线方向传感器(400)包括感光控制器(410)和测量模块(420)，所述测量模块(420)包括四个感光孔(424)，所述四个感光孔(424)均为方形孔且所述四个感光孔(424)成田字形排布，所述四个感光孔(424)内均设有感光元件，并且所述感光元件从感光孔(424)的孔口布置至孔底，所述感光控制器(410)至少基于所述四个感光孔(424)内布置的感光元件感测的感光图形计算环境空间的光线方向。
2.如权利要求1所述的光线方向传感器，其特征在于，所述光线方向传感器包括至少两个测量模块(420)，所述至少两个测量模块(420)包括固定不动的第一测量模块(420A)和与所述第一测量模块(420A)相比增加了致动部(600)以能够活动的第二测量模块(420B)，所述第二测量模块(420B)活动时能使第二测量模块(420B)上的感光孔(424)的朝向改变，在所述感光控制器(410)基于第一测量模块(420A)的感光孔(424)内设置的第一感光元件(421)测量的感光数据感测的感光图形计算太阳能面板(SP)所处的环境空间的光线方向之后，所述感光控制器(410)基于计算得到的光线方向调整第二测量模块(420B)的角度以动态验证计算得到的光线方向，并在计算得到的光线方向通过验证后才将其传输给控制模块(500)。
3.如前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述感光控制器(410)基于计算得到的光线方向调整第二测量模块(420B)的角度以动态验证计算得到的光线方向的处理包括：
所述感光控制器(410)先控制致动部(600)让第二测量模块(420B)转动使该第二测量模块(420B)的每个感光孔(424)的深度方向与计算得到的光线方向平行并在每个感光孔(424)的深度方向与计算得到的光线方向保持平行的静止状态下让第二测量模块(420B)的四个第一感光元件(421)测量四个第一验证感光数据和让第二测量模块(420B)的四个第二感光元件(422)测量四个第二验证感光数据；
所述感光控制器(410)基于四个第二验证感光数据进行一级验证；
所述感光控制器(410)在计算得到的光线方向通过一级验证的情况下基于四个第一验证感光数据进行二级验证；
所述感光控制器(410)在计算得到的光线方向通过二级验证的情况下确认计算得到的光线方向通过验证。
4.如前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，在所述感光控制器(410)基于四个第二验证感光数据进行一级验证时，所述感光控制器(410)分析四个第二验证感光数据得到四个第二感光元件(422)的90％以上的感光单元均感测到了当前的环境光线时确认计算得到的光线方向通过一级验证；和
在所述感光控制器(410)基于四个第一验证感光数据进行二级验证时，所述感光控制器(410)分析四个第一验证感光数据得到四个第一感光元件(421)上的从感光孔(424)的上部到下部排布的感光单元感测到相同的感光量变化趋势且仅靠近感光孔(424)的上部的感光单元的感光量最大时确认计算得到的光线方向通过二级验证。
5.如前述权利要求之一所述的光线方向传感器，其特征在于，每个感光孔(424)的进光处采用透光片(425)密封，并且每个感光孔(424)内部抽为真空；
其中，所述透光片(425)能够反射至少部分红外线和紫外线，以让被反射的红外线和/或紫外线不能进入感光孔(424)内部，从而减少红外线和紫外线对感光孔(424)内部的温度的影响。
6.如前述权利要求之一所述的光线方向传感器，其特征在于，所述测量模块(420)还包括对每个感光孔(424)散热的冷却元件(426)，冷却元件(426)的冷却管(427)螺旋缠绕在感光孔(424)的外围；
其中，所述冷却元件(426)被设置为让其内的冷却介质沿冷却管(427)从感光孔(424)的上部绕感光孔(424)的外围螺旋向下运动，以减少感光孔(424)上部和下部之间的温差；
从感光孔(424)的上部到下部的方向上，缠绕的冷却管(427)的相邻绕圈的间距由小变大。
7.如前述权利要求之一所述的光线方向传感器，其特征在于，所述感光孔(424)的外壁设有螺旋凹槽(LX)，所述冷却管(427)沿所述螺旋凹槽(LX)缠绕以使所述冷却管(427)的至少部分嵌入所述螺旋凹槽(LX)内，并且所述螺旋凹槽(LX)和所述冷却管(427)的间隙处填充导热膏，以提高感光孔(424)的外壁和冷却管(427)之间的导热效率。
8.如前述权利要求之一所述的光线方向传感器，其特征在于，每个感光孔(424)内的四个侧面中除布置第一感光元件(421)的侧面以外的三个侧面上均设有黑色的吸光层(423)，以降低光射向未设置第一感光元件(421)的三个的侧面上时产生的多次反射对第一感光元件(421)和/或第二感光元件(422)感测的感光图形的影响。
9.如前述权利要求之一所述的光线方向传感器，其特征在于，每个感光孔(424)的四个侧面中的一个侧面上设有平行于该侧面布置的第一感光元件(421)，所述四个感光孔(424)内布置第一感光元件(421)的四个侧面的朝向均彼此不同；并且
每个感光孔(424)的底部还设有第二感光元件(422)，每个感光孔(424)内的第二感光元件(422)的感光面均垂直于该感光孔(424)内的第一感光元件(421)的感光面；
在光线照射到感光孔(424)的底部时，所述感光控制器(410)至少基于所述四个感光孔(424)内布置的第一感光元件(421)和第二感光元件(422)感测的感光图形计算环境空间的光线方向；
其中，所述测量模块(420)的四个感光孔(424)中的具有朝向彼此相对的两个第一感光元件(421)的两个感光孔(424)能用于测量第一方向和第二方向的光分量，所述测量模块(420)的四个感光孔(424)中的具有朝向彼此相对的另外两个第一感光元件(421)的另外两个感光孔(424)能用于测量第二方向和第三方向的光分量，所述感光控制器(410)至少基于第一方向、第二方向和第三方向的光分量计算得到的光线方向，第一方向、第二方向和第三方向互成90°夹角，其中，所述第一方向垂直于所述两个感光孔(424)内的第一感光元件(421)的感光面，所述第二方向垂直于所述另外两个感光孔(424)内的第一感光元件(421)的感光面，所述第三方向平行于感光孔(424)的孔深方向；
所述光线方向传感器(400)包括至少两个测量模块(420)，所述至少两个测量模块(420)包括固定不动的第一测量模块(420A)和与所述第一测量模块(420A)相比增加了致动部(600)以能够活动的第二测量模块(420B)，所述第二测量模块(420B)活动时能使第二测量模块(420B)上的感光孔(424)的朝向改变，在所述感光控制器(410)基于第一测量模块(420A)的感光孔(424)内设置的第一感光元件(421)感测的感光图形计算太阳能面板(SP)所处的环境空间的光线方向之后，所述感光控制器(410)基于计算得到的光线方向调整第二测量模块(420B)的角度以动态验证计算得到的光线方向，并在计算得到的光线方向通过验证后才将其传输给控制模块(500)。
10.一种太阳能发电系统，该太阳能发电系统包括光线方向传感器，能用于感测环境空间的光线方向，并基于光线方向传感器感测的环境空间的光线方向让对应的太阳能面板(SP)的感光面往朝太阳的方向移动，
其特征在于，
所述光线方向传感器(400)包括感光控制器(410)和测量模块(420)，所述测量模块(420)包括四个感光孔(424)，所述四个感光孔(424)均为方形孔且所述四个感光孔(424)成田字形排布，所述四个感光孔(424)内均设有感光元件，并且所述感光元件从感光孔(424)的孔口布置至孔底，在光线方向和方形孔的孔深方向的夹角变化时，在所述四个感光孔(424)内布置的感光元件中的至少一个上形成的感光图形也会变化，所述感光控制器(410)至少基于所述四个感光孔(424)内布置的感光元件感测的感光图形计算环境空间的光线方向。
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