CN117705270B - 一种高精度太阳能辐射测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度太阳能辐射测量装置及方法，涉及太阳能辐射测量技术领域，测量装置包括驱动机构、监测组件和收纳组件，驱动机构的底部安装有第一支架，所述监测组件的底部安装有第二支架，所述收纳组件的一端连接有第三支架，测量过程通过安装在预设的点位后，即可借助控制系统定时控制驱动机构进行运行，在后续几天中持续性的完成多次测量过程，简化了测量流程，提高了整个方案执行过程中的稳定性和可靠性。在监测组件的内部设置有吸热涂层，并通过隔热垫以及第二透光玻璃将吸热涂层与接收元件进行隔开，因此能够降低周围结构自身热量以及受到太阳辐射导致升温后反向干扰到接收元件处，降低了外部因素对测量结果的干扰。

Description

一种高精度太阳能辐射测量装置及方法

技术领域

本发明涉及太阳能辐射测量技术领域，具体为一种高精度太阳能辐射测量装置及方法。

背景技术

太阳辐射是指太阳以电磁波的形式向外传递能量，通过太阳能辐射进行测量能够优化对能源的利用，太阳辐射是太阳能利用的基础，测量太阳辐射可以评估太阳能资源的可利用性和潜力，同时也有助于对气候进行研究，而对太阳能辐射进行测量时一般通过太阳能辐射测量装置来实现。

现有技术中通过将接收到的太阳辐射能以较小的损失转变成其他形式能量，如热能、电能后，再对转换后的能量进行检测，最终实现对太阳辐射能的测量过程，但是常规的测量方案会直接将测量装置固定安装在地面上受到太阳照射，而光照的角度会很大程度的影响受到的辐射效果，因此针对多种辐射角度进行测量时就需要人工手动进行切换调节，因此测量步骤繁琐，另一方面，测量装置内部的接收器元件即使通过外部隔热玻璃降低外部气流的干扰，但是周围其它部件自身产生的热辐射以及接收太阳辐射后产生的反射现象都会对接收元件形成外部干扰，从而降低了最终测量的结果精准性和可靠性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种高精度太阳能辐射测量装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明通过驱动机构自动控制监测组件进行角度变化，实现了高效自动化的辐射角度调节过程，并提供了自清洁效果，利用辐射接收器模块外侧的隔热结构进一步降低了外部因素对测量结果的干扰，提高了数据可靠性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种高精度太阳能辐射测量装置，包括测量装置本体，所述测量装置本体包括驱动机构、监测组件和收纳组件，所述驱动机构的底部安装有第一支架，所述监测组件的底部安装有第二支架，所述收纳组件的一端连接有第三支架，所述监测组件的内部安装有辐射接收器模块，所述辐射接收器模块的内部安装有接收元件，所述监测组件的一端安装有齿环，所述齿环的边缘处嵌入到驱动机构的内部，所述监测组件的表面安装有第一透光玻璃。

进一步的，所述收纳组件包括防护外壳和刮条，所述防护外壳的底部开设有弧形缺口，所述刮条的顶部安装有固定条，且固定条的顶部安装在防护外壳内壁的顶端。

进一步的，所述防护外壳的一端与驱动机构的表面固定为整体，所述第二支架从弧形缺口的内部向下穿过。

进一步的，所述监测组件的两端分别设置有前端板和后端板，所述后端板的边缘处设置有齿环，所述监测组件的底部连接有下凸板，所述下凸板的中间连接有转轴，所述第二支架的顶部连接在转轴的中间位置。

进一步的，所述驱动机构包括电机和传动夹层，所述电机使用螺丝固定安装在传动夹层的外侧，所述电机的输出端连接有驱动轴，所述驱动轴的末端安装有齿轮，所述齿轮与齿环相互啮合。

进一步的，所述辐射接收器模块包括基座和接收元件，所述基座的内部铺设有吸热涂层，所述吸热涂层的中间设置有卡槽，所述卡槽的内部插装有隔热垫，所述接收元件安装在隔热垫顶部的中间位置上，所述基座的顶部安装有第二透光玻璃，所述第二透光玻璃的顶部设置有第一透光玻璃。

进一步的，所述第二透光玻璃的中间通过开设的孔洞套设在隔热垫的侧边，且接收元件通过第二透光玻璃与吸热涂层部分相互隔开，所述第一透光玻璃呈弧形结构，所述接收元件采用锰铜窄片材料，所述基座的底部设置有底板。

一种基于上述测量装置的测量方法，包括以下内容，步骤一、选取太阳能辐射测量点位；步骤二、搭建独立的辐射测量装置，将辐射测量装置底部的第一支架、第二支架和第三支架使用螺丝固定安装在地面上，并将借助驱动机构以及齿轮组将监测组件转动至外侧；步骤三、通过控制电机旋转，改变辐射接收器模块的指向位置，并设定电机的启动时间和执行时的旋转角度；步骤四、通过辐射接收器模块中的接收元件接收太阳辐射能，并在基座的内部对热能进行转换，采集太阳辐射能量数据；步骤五、获取一天时间内的太阳辐射能量数据，日落时通过驱动机构带动整个监测组件转动至防护外壳的内部；步骤六、电机在日落后运行，控制辐射接收器模块转动，改变后续与太阳能辐射之间的夹角，并重复步骤四至步骤六，获取多组测量数据结果。

进一步的，所述步骤四中，通过吸热涂层对接收元件周围的太阳辐射进行吸收，并启动监测组件底部的散热结果，将吸热涂层吸收的热量从底部朝向外部排出，所述接收元件始终处于第一透光玻璃和第二透光玻璃的夹层中进行辐射吸收。

进一步的，所述步骤二和步骤六中通过电机运行控制监测组件整体均转动到防护外壳的内部，借助防护外壳内侧的刮条与监测组件顶部的第一透光玻璃表面进行贴合，对第一透光玻璃表面进行清洁处理。

本发明的有益效果：

1.该高精度太阳能辐射测量装置在端部安装有驱动机构，通过驱动机构带动整个测量组件进行一定角度的旋转，即可自动控制监测组件进行调节，改变内部辐射接收器与太阳辐射之间形成的夹角，实现了高效自动化的辐射角度调节过程，能够更加便捷高效的获取多种不同条件下的辐射能结果数据，且同时也能够借助收纳组件进行存储和清洁处理。

2.该高精度太阳能辐射测量装置在监测组件的内部设置有吸热涂层，并通过隔热垫以及第二透光玻璃将吸热涂层与接收元件进行隔开，因此能够降低周围结构自身热量以及受到太阳辐射导致升温后反向干扰到接收元件处，降低了外部因素对测量结果的干扰，提高了数据精准性。

3.该高精度太阳能辐射测量方法测量过程通过安装在预设的点位后，即可借助控制系统定时控制驱动机构进行运行，即可在后续几天中持续性的完成多次测量过程，简化了测量流程，且能够在阴雨天气中远程控制对测量组件进行存储保护，提高了整个方案执行过程中的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明一种高精度太阳能辐射测量装置的外形的结构示意图；

图2为本发明测量装置中监测组件部分的结构示意图；

图3为本发明测量装置中监测组件的爆炸图；

图4为本发明测量装置中收纳组件部分的结构图；

图5为本发明测量装置中传动夹层内部的连接示意图；

图6为本发明一种高精度太阳能辐射测量方法的流程图；

图中：1、第一支架；2、第二支架；3、第三支架；4、驱动机构；5、收纳组件；6、监测组件；7、前端板；8、后端板；9、辐射接收器模块；10、齿环；11、下凸板；12、转轴；13、底板；14、基座；15、吸热涂层；16、卡槽；17、隔热垫；18、接收元件；19、第二透光玻璃；20、第一透光玻璃；21、传动夹层；22、电机；23、防护外壳；24、弧形缺口；25、固定条；26、刮条；27、驱动轴；28、齿轮。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种高精度太阳能辐射测量装置，包括测量装置本体，所述测量装置本体包括驱动机构4、监测组件6和收纳组件5，所述驱动机构4的底部安装有第一支架1，所述监测组件6的底部安装有第二支架2，所述收纳组件5的一端连接有第三支架3，所述监测组件6的内部安装有辐射接收器模块9，所述辐射接收器模块9的内部安装有接收元件18，所述监测组件6的一端安装有齿环10，所述齿环10的边缘处嵌入到驱动机构4的内部，所述监测组件6的表面安装有第一透光玻璃20，该高精度太阳能辐射测量装置通过底部的多组支架进行安装固定，并通过驱动机构4对测量组件进行角度调控，调节至设定角度后，即可通过内部的辐射接收器模块9实现对太阳能辐射的采集过程。

本实施例，所述收纳组件5包括防护外壳23和刮条26，所述防护外壳23的底部开设有弧形缺口24，所述刮条26的顶部安装有固定条25，且固定条25的顶部安装在防护外壳23内壁的顶端，所述防护外壳23的一端与驱动机构4的表面固定为整体，所述第二支架2从弧形缺口24的内部向下穿过，具体的，通过启动电机22后电机22带动驱动轴27以及末端的齿轮28进行转动，齿轮28与齿环10进行啮合，因此能够直接控制齿环10以及整个监测组件6进行转动，监测组件6的底部通过可转动的转轴12进行支撑，且转轴12的中轴线与齿环10的中轴线相重合，因此通过驱动机构4带动齿环10进行转动后，即可对辐射接收器模块9的朝向角度进行控制。

本实施例，所述监测组件6的两端分别设置有前端板7和后端板8，所述后端板8的边缘处设置有齿环10，所述监测组件6的底部连接有下凸板11，所述下凸板11的中间连接有转轴12，所述第二支架2的顶部连接在转轴12的中间位置，所述驱动机构4包括电机22和传动夹层21，所述电机22使用螺丝固定安装在传动夹层21的外侧，所述电机22的输出端连接有驱动轴27，所述驱动轴27的末端安装有齿轮28，所述齿轮28与齿环10相互啮合，在端部安装有驱动机构4，通过驱动机构4带动整个测量组件进行一定角度的旋转，即可自动控制监测组件6进行调节，改变内部辐射接收器与太阳辐射之间形成的夹角，实现了高效自动化的辐射角度调节过程，能够更加便捷高效的获取多种不同条件下的辐射能结果数据，且同时也能够借助收纳组件5进行存储和清洁处理。

具体的，通过上述对辐射接收器模块9部分的角度调节过程后，在辐射接收器模块9内部的接收元件18暴露在太阳能辐射下后，即可通过接收元件18对太阳能辐射进行吸收，在接收元件18的周围，通过吸热涂层15对侧边的太阳能辐射进行吸收，且吸热涂层15部分产生的热量通过第一透光玻璃20与接收元件18进行阻隔，从而避免对接收元件18部分影响和干扰，接收元件18始终处于第一透光玻璃20和第二透光玻璃19之间的夹层中，借助接收元件18底部的隔热垫17进一步减小第二透光玻璃19以及吸热涂层15位置上温度的传递。

本实施例，所述辐射接收器模块9包括基座14和接收元件18，所述基座14的内部铺设有吸热涂层15，所述吸热涂层15的中间设置有卡槽16，所述卡槽16的内部插装有隔热垫17，所述接收元件18安装在隔热垫17顶部的中间位置上，所述基座14的顶部安装有第二透光玻璃19，所述第二透光玻璃19的顶部设置有第一透光玻璃20，所述第二透光玻璃19的中间通过开设的孔洞套设在隔热垫17的侧边，且接收元件18通过第二透光玻璃19与吸热涂层15部分相互隔开，所述第一透光玻璃20呈弧形结构，所述接收元件18采用锰铜窄片材料，所述基座14的底部设置有底板13，在监测组件6的内部设置有吸热涂层15，并通过隔热垫17以及第二透光玻璃19将吸热涂层15与接收元件18进行隔开，因此能够降低周围结构自身热量以及受到太阳辐射导致升温后反向干扰到接收元件18处，降低了外部因素对测量结果的干扰，提高了数据精准性。

本实施例还提供一种基于上述测量装置的测量方法，包括以下内容：

步骤一、选取太阳能辐射测量点位，并确保测量点位附近没有对太阳能辐射造成遮挡的阻挡物；

步骤二、搭建独立的辐射测量装置，将辐射测量装置底部的第一支架1、第二支架2和第三支架3使用螺丝固定安装在地面上，通过电机22运行控制监测组件6整体转动到防护外壳23的内部，借助防护外壳23内侧的刮条26与监测组件6顶部的第一透光玻璃20表面进行贴合，对第一透光玻璃20表面进行清洁处理，并将借助驱动机构4以及齿轮28组将监测组件6转动至外侧；

步骤三、通过控制电机22旋转，改变辐射接收器模块9的指向位置，并设定电机22的启动时间和执行时的旋转角度，其中对电机22的定时和控制均通过内置的控制系统来实现，且电机22定时启动的控制系统均为现有的成熟机构；

步骤四、通过辐射接收器模块9中的接收元件18接收太阳辐射能，并在基座14的内部对热能进行转换，采集太阳辐射能量数据，通过吸热涂层15对接收元件18周围的太阳辐射进行吸收，并启动监测组件6底部的散热结果，将吸热涂层15吸收的热量从底部朝向外部排出，所述接收元件18始终处于第一透光玻璃20和第二透光玻璃19的夹层中进行辐射吸收；

步骤五、获取一天时间内的太阳辐射能量数据，日落时通过驱动机构4带动整个监测组件6转动至防护外壳23的内部，其中辐射接收器模块9内部的接收元件18为现有的成熟技术，本实施例中的接收元件18采用高吸收率的锰铜窄片材料作接收器。并将另外一片锰铜窄片安装在基座14的内部进行屏蔽处理，并对隐藏后的锰铜窄片进行通电加热。每片上都安置热电偶，当两个锰铜窄片之间的温度差为零时，屏蔽片加热电流的功率便是单位时间接收元件18部分所接收的太阳辐射量结果；

步骤六、电机22在日落后运行，控制辐射接收器模块9转动，改变后续与太阳能辐射之间的夹角，并重复步骤四至步骤六，获取多组测量数据结果。

该高精度太阳能辐射测量方法测量过程通过安装在预设的点位后，即可借助控制系统定时控制驱动机构4进行运行，即可在后续几天中持续性的完成多次测量过程，简化了测量流程，且能够在阴雨天气中远程控制对测量组件进行存储保护，并在雨雪天气或者第一透光玻璃20表面粘附上杂质灰尘后，控制驱动机构4运行，通过清洁机构实现对第一透光玻璃20表面进行自动清洁，提高了整个方案执行过程中的稳定性和可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种高精度太阳能辐射测量装置，包括测量装置本体，其特征在于：所述测量装置本体包括驱动机构（4）、监测组件（6）和收纳组件（5），所述驱动机构（4）的底部安装有第一支架（1），所述监测组件（6）的底部安装有第二支架（2），所述收纳组件（5）的一端连接有第三支架（3），所述监测组件（6）的内部安装有辐射接收器模块（9），所述辐射接收器模块（9）的内部安装有接收元件（18），所述监测组件（6）的一端安装有齿环（10），所述齿环（10）的边缘处嵌入到驱动机构（4）的内部，所述监测组件（6）的表面安装有第一透光玻璃（20），所述收纳组件（5）包括防护外壳（23）和刮条（26），所述防护外壳（23）的底部开设有弧形缺口（24），所述刮条（26）的顶部安装有固定条（25），且固定条（25）的顶部安装在防护外壳（23）内壁的顶端，所述监测组件（6）的两端分别设置有前端板（7）和后端板（8），所述后端板（8）的边缘处设置有齿环（10），所述监测组件（6）的底部连接有下凸板（11），所述下凸板（11）的中间连接有转轴（12），所述第二支架（2）的顶部连接在转轴（12）的中间位置，所述辐射接收器模块（9）包括基座（14）和接收元件（18），所述基座（14）的内部铺设有吸热涂层（15），所述吸热涂层（15）的中间设置有卡槽（16），所述卡槽（16）的内部插装有隔热垫（17），所述接收元件（18）安装在隔热垫（17）顶部的中间位置上，所述基座（14）的顶部安装有第二透光玻璃（19），所述第二透光玻璃（19）的顶部设置有第一透光玻璃（20），所述第二透光玻璃（19）的中间通过开设的孔洞套设在隔热垫（17）的侧边，且接收元件（18）通过第二透光玻璃（19）与吸热涂层（15）部分相互隔开，所述第一透光玻璃（20）呈弧形结构，所述接收元件（18）采用锰铜窄片材料，所述基座（14）的底部设置有底板（13）。

2.根据权利要求1所述的一种高精度太阳能辐射测量装置，其特征在于：所述防护外壳（23）的一端与驱动机构（4）的表面固定为整体，所述第二支架（2）从弧形缺口（24）的内部向下穿过。

3.根据权利要求1所述的一种高精度太阳能辐射测量装置，其特征在于：所述驱动机构（4）包括电机（22）和传动夹层（21），所述电机（22）使用螺丝固定安装在传动夹层（21）的外侧，所述电机（22）的输出端连接有驱动轴（27），所述驱动轴（27）的末端安装有齿轮（28），所述齿轮（28）与齿环（10）相互啮合。

4.一种基于权利要求1所述测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一、选取太阳能辐射测量点位；步骤二、搭建独立的辐射测量装置，将辐射测量装置底部的第一支架、第二支架和第三支架使用螺丝固定安装在地面上，并将借助驱动机构以及齿轮组将监测组件转动至外侧；步骤三、通过控制电机旋转，改变辐射接收器模块的指向位置，并设定电机的启动时间和执行时的旋转角度；步骤四、通过辐射接收器模块中的接收元件接收太阳辐射能，并在基座的内部对热能进行转换，采集太阳辐射能量数据；步骤五、获取一天时间内的太阳辐射能量数据，日落时通过驱动机构带动整个监测组件转动至防护外壳的内部；步骤六、电机在日落后运行，控制辐射接收器模块转动，改变后续与太阳能辐射之间的夹角，并重复步骤四至步骤六，获取多组测量数据结果，所述步骤四中，通过吸热涂层对接收元件周围的太阳辐射进行吸收，并启动监测组件底部的散热结果，将吸热涂层吸收的热量从底部朝向外部排出，所述接收元件始终处于第一透光玻璃和第二透光玻璃的夹层中进行辐射吸收，所述步骤二和步骤六中通过电机运行控制监测组件整体均转动到防护外壳的内部，借助防护外壳内侧的刮条与监测组件顶部的第一透光玻璃表面进行贴合，对第一透光玻璃表面进行清洁处理。