CN110375676A - 一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，包括：第一部件及与第一部件底部拼接的第二部件，所述第一部件底部中空，顶部设有透光孔，以使阳光透过透光孔照射进第一部件内从而在第二部件顶部形成光斑；所述第二部件顶部设有数个按规律分布的安装孔，所述安装孔用于放置光敏感应件；所述第二部件内部中空，用于放置光电采集电路及单片机。本发明在进行太阳能追踪时不需要进行复杂的角度计算，只需得出各光敏数值后进行比较就能进行电机的调整。

Description

一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器。

背景技术

当今，利用太阳能发电已成为新能源利用的一种重要的方法。太阳能光伏组件阵列是实现光电转换的主要器件，光伏系统的发电量大小除与电池板功率和运行状况有关外，还与能量的转换效率有关，直接影响性能的好坏。

由于地球的自转，相对于某一个固定地点的太阳能光伏发电系统，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太阳的光照角度时时刻刻都在变化，有效的保证太阳能电池板能够时刻正对太阳，发电效率才会达到最佳状态。目前世界上通用的太阳能跟踪系统都需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，都要靠计算该固定地点每一时刻的太阳位置以实现跟踪。采用的是电脑数据理论，需要地球经纬度地区的的数据和设定，一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新计算参数、设定数据和调整各个参数；原理、电路、技术、设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。

如公开号为CN107943113A的专利公开了一种折叠式太阳能自动追踪装置，包括控制系统、收纳箱、多级层叠太阳翼、驱动装置、调整装置以及折叠支架；控制系统包括单片机控制模块、光电检测追踪模块和太阳角追踪模块，光电检测追踪模块通过检测光照信息实现太阳能的自动追踪，太阳角追踪模块通过计算实时的太阳方位角和高度角实现太阳能的自动追踪，单片机控制模块通过调整装置控制多级层叠太阳翼的朝向；多级层叠太阳翼收拢、折叠支架折叠后连同所述驱动装置、调整装置一起能够装入所述箱体。本发明提高了追踪的效率，保证了太阳翼的光吸收表面在不同的天气状况和不同的光照方位下均能垂直于太阳入射线，且实现了太阳翼的重复展开和收拢运动，解决了户外发电供给的问题。虽然其可以解决户外发电供给的问题，但是依然存在当进行太阳能追踪时需要进行复杂的角度计算的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器。在进行太阳能追踪时不需要进行复杂的角度计算，只需得出各光敏数值后进行比较就能进行电机的调整。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，包括：第一部件及与第一部件底部拼接的第二部件，所述第一部件底部中空，顶部设有透光孔，以使阳光透过透光孔照射进第一部件内从而在第二部件顶部形成光斑；所述第二部件顶部设有数个按规律分布的安装孔，所述安装孔用于放置光敏感应件；所述第二部件内部中空，用于放置光电采集电路及单片机。

进一步的，所述透光孔位于第一部件顶部的中心处，所述安装孔呈米字形分布于第二部件顶部。

进一步的，相邻安装孔之间的距离大于透光孔的直径。

进一步的，所述透光孔和第二部件顶部形成的垂直方向与阳光通过透光孔照射到各个安装孔的方向形成的角度为0-32°。

进一步的，所述透光孔和第二部件顶部形成的垂直方向与阳光通过透光孔照射到各个安装孔的方向形成的角度为0°、2°、4°、8°、16°32°。

进一步的，所述光敏感应件的直径与透光孔的直径相同。

进一步的，所述光敏感应件为光敏电阻，所述光敏电阻的直径为5mm；所述透光孔的直径为5mm。

进一步的，所述第一部件为直径400mm、高300mm、厚度1mm的第一中空圆柱。

进一步的，所述第二部件为直径400mm、高300mm、厚度1mm的第二中空圆柱。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的探测器可检测出太阳偏转2小时后的角度，因此，可以按照使用者需求进行太阳能偏转间隔的设置。

2、本发明的装置由于角度都已事先规定好，所以在进行太阳能追踪时不需要进行复杂的角度计算，只需得出各光敏数值后进行比较就能进行电机的调整。

附图说明

图1是实施例一提供的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器结构图；

图2是实施例一提供的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器的第一部件结构图；

图3是实施例一提供一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器的第二部件结构图；

图4是实施例一提供一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器的第二部件俯视图；

图5是实施例一提供一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器原理图。

其中，1.第一部件；2.第二部件；3.透光孔；4.安装孔；a.光敏电阻a；b.光敏电阻b；c.光敏电阻c；d.光敏电阻d；e.光敏电阻e；f.光敏电阻f。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器。

实施例一

本实施例提供一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，如图1-5所示，包括：第一部件1及与第一部件底部拼接的第二部件2，第一部件1底部中空，顶部设有透光孔3，以使阳光透过透光孔照射进第一部件1内从而在第二部件2顶部形成光斑；第二部件顶部设有数个按规律分布的安装孔4，安装孔4，用于放置光敏感应件；第二部件2内部中空，用于放置光电采集电路及单片机。其中，光电采集电路及单片机用于处理光敏数值。

在现有技术中，光敏感应件直接暴露在阳光中时，各光敏数值相差不大，无法确定阳光的偏转角度。因此，本实施例中第一部件1的作用是给第二部件2上的光敏感应件提供一个暗盒的环境，只让阳光从位于第一部件1圆心的透光孔3中穿过，从而挡住其余光线。

透光孔3位于第一部件1顶部的中心处；安装孔4呈米字形分布于第二部件2顶部，且相邻安装孔之间的距离大于透光孔的直径。

透光孔3和第二部件2顶部形成的垂直方向与阳光通过透光孔3照射到各个安装孔4的方向形成的角度为0-32°

透光孔3和第二部件2顶部形成的垂直方向与阳光通过透光孔3照射到各个安装孔4的方向形成的角度为0°、2°、4°、8°、16°、32°。

光敏感应件与透光孔的直径相同，是为了保证阳光通过透光孔3所形成的的光斑完全覆盖光敏感应件。

优选的，光敏感应件为光敏电阻，光敏电阻的直径为5mm；透光孔的直径为5mm

第一部件1为直径400mm、高300mm、厚度1mm的第一中空圆柱。

第二部件2为直径400mm、高300mm、厚度1mm的第二中空圆柱。

当阳光通过第一部件1上的透光孔3照射进来后，在第二部件2的顶部形成光斑，根据阳光入射角度的不同，光斑位置会发生变化，则光敏数值也会变化。因此，光敏电阻都是通过特定入射角时光斑位置进行排列的。

本实施例提供一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器的基本原理如下：

如图3所示，将第二部件2的顶部分为8组安装孔，即共41个直径为5mm的安装孔，用于放置光敏电阻。

如图4所示为第二部件2的俯视图，第二部件2顶部的中心处放置一个光敏电阻，其余光敏电阻呈米字形分布于第二部件2顶部，并且将第二部件2顶部等分为8个区域。

将分布于第二部件2顶部的每组光敏电阻按照其不同功能分别将其所在轴线命名为水平轴、垂直轴和次序轴。

当阳光通过透光孔3照射进来后，在第二部件2顶部形成光斑。由于太阳方向与光斑方向所在位置关于中心点对称，因此水平方向与垂直方向上的电机都应朝着光斑关于中心点相反的方向旋转。

上电机向左旋转，垂直方向上电机向下旋转。

当光斑落于第Ⅰ区域时，次序轴一与水平轴一上分别有1个光敏电阻的光敏数值相对于其他光敏电阻的光敏数值是最大的；因此此时水平轴一上的光敏数值明显大于垂直轴一的数值，为了保证旋转角度的准确率，先进行水平方向上的角度调整，再捕获调整后垂直轴一上的最大数值光敏位置进行垂直方向的调整。

当光斑落于第Ⅱ区域时，垂直轴一与次序轴一上分别有1个光敏电阻的光敏数值相对于其他光敏电阻的光敏数值是最大的；因此此时垂直轴一上的光敏数值明显大于水平轴一的数值，为了保证旋转角度的准确率，因此先进行垂直方向上的调整，再进行水平方向的调整。

当光斑落入其余区域时，对于调整方式的原理与第Ⅰ区域、第Ⅱ区域类似，在此不做赘述。

如图5所示为1组光敏电阻的排列平面图，光敏电阻a为第二部件2顶部中心处的光敏电阻，光敏电阻b～f通过一定规律放置于第二部件2顶部，其中，光敏电阻a～f为同一平面并且按规律成线性排列；如图5所示的虚线表示阳光通过透光孔3照射到各个光敏电阻所形成的光束，其中，阳光通过透光孔3照射到各个光敏电阻所形成的光束与透光孔3和第二部件2顶部形成的垂直方向产生一定的角度。

在本实施例中，透光孔位于光敏电阻a的正上方，即阳光通过透光孔3照射到各个光敏电阻所形成的光束与阳光通过透光孔3照射到光敏电阻a所形成的光束产生一定的角度。

为了保证相邻光敏电阻不会同时被光斑覆盖进而影响系统判断，因此相邻光敏电阻之间的距离大于透光孔的直径。

在实际生活中，地球公转1小时偏转15°，相对的，太阳对地球在东西方向上也是1小时偏转15°，因此本实施例的探测器将最大量程设置为32°，足够检测到太阳偏转2小时后的位置。

光敏电阻a～f的排列方式是阳光通过透光孔3照射所形成的光束与透光孔3和第二部件2顶部形成的垂直方向产生的角度为0°、2°、4°、8°、16°、32°，将通过不同角度所产生的光斑所在位置进行排列。

在本实施例中，假设入射角为α，透光孔3到光敏电阻a的距离为h，光敏电阻b、c、d、e、f分别到光敏电阻a的距离为x，则可得到公式：

在本实施例中，透光孔3到光敏电阻a的距离为300mm，因此，通过上述公式计算得出光敏电阻a到光敏电阻b的距离约等于10.47mm，光敏电阻a到光敏电阻c的距离约等于20.97mm，光敏电阻a到光敏电阻d的距离约等于42.16mm，光敏电阻a到光敏电阻e的距离约等于86.02mm，光敏电阻a到光敏电阻f的距离约等于187.46mm。此时相邻光敏电阻之间的距离均大于5mm，即相邻光敏电阻之间的距离均大于透光孔3的直径。

在本实施例中，当阳光通过透光孔3照射所形成的光束与透光孔3和第二部件2顶部形成的垂直方向所形成的角度为16°～32°之间时，光敏电阻e和光敏电阻f的光敏数值相对于其他光敏电阻的光敏数值是最大的。具体为：

若通过阳光照射所生成的光斑更接近光敏电阻f时，即角度范围为24°～32°，此时光敏电阻f的光敏数值最大。电机动作带动光电探测器所在的装置动作，以使光电探测器产生偏转动作，动作幅度为光敏电阻f代表的预设值32°，此时光斑会偏向与当前组的光敏电阻相对于第二部件2的中心所对称的那一组的光敏电阻上，并且由于调整前光斑偏向光敏电阻f，因此调整后的光斑位于相对于第二部件2的中心所对称的那一组的光敏电阻中的0～8°间，进一步通过上述方法进行调整。比如光斑的偏转角度为7°，此时光斑更接近于光敏电阻-d，电机动作带动光电探测器所在的装置动作，以使光电探测器产生偏转动作，动作幅度为光敏电阻-d代表的预设值8°，此时光斑偏向光敏电阻b，以此方法调整，直至靠近光敏电阻a，则停止。

若通过阳光照射所生成的光斑更接近光敏电阻e时，即角度范围为16°～24°，此时光敏电阻e的光敏数值最大。电机动作带动光电探测器所在的装置动作，以使光电探测器产生偏转动作，动作幅度为光敏电阻e代表的预设值16°，此时光斑会偏向当前组的光敏电阻上且是与光敏电阻a更近的区域，并且由于调整前光斑偏向光敏电阻e，因此调整后的光斑位于当前组的光敏电阻中的0～8°间，进一步通过上述方法进行调整。

与现有技术相比，本实施例具有以下优点：

1、本发明的探测器可检测出太阳偏转2小时后的角度，因此，可以按照使用者需求进行太阳能偏转间隔的设置。

2、本发明的装置由于角度都已事先规定好，所以在进行太阳能追踪时不需要进行复杂的角度计算，只需得出各光敏数值后进行比较就能进行电机的调整。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，其特征在于，包括：第一部件及与第一部件底部拼接的第二部件，所述第一部件底部中空，顶部设有透光孔，以使阳光透过透光孔照射进第一部件内从而在第二部件顶部形成光斑；所述第二部件顶部设有数个按规律分布的安装孔，所述安装孔用于放置光敏感应件；所述第二部件内部中空，用于放置光电采集电路及单片机。

2.根据权利要求1所述的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，其特征在于，所述透光孔位于第一部件顶部的中心处，所述安装孔呈米字形分布于第二部件顶部。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，其特征在于，相邻安装孔之间的距离大于透光孔的直径。

4.根据权利要求2所述的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，其特征在于，所述透光孔和第二部件顶部形成的垂直方向与阳光通过透光孔照射到各个安装孔的方向形成的角度为0-32°。

5.根据权利要求4所述的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，其特征在于，所述透光孔和第二部件顶部形成的垂直方向与阳光通过透光孔照射到各个安装孔的方向形成的角度为0°、2°、4°、8°、16°32°。

6.根据权利要求1所述的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，其特征在于，所述光敏感应件直径与透光孔的直径相同。

7.根据权利要求6所述的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，其特征在于，所述光敏感应件为光敏电阻，所述光敏电阻的直径为5mm；所述透光孔的直径为5mm。

8.根据权利要求1所述的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，其特征在于，所述第一部件为直径400mm、高300mm、厚度1mm的第一中空圆柱。

9.根据权利要求1所述的一种用于双轴太阳能追踪系统的光电探测器，其特征在于，所述第二部件为直径400mm、高300mm、厚度1mm的第二中空圆柱。