CN202394125U

CN202394125U - 太阳位置传感器

Info

Publication number: CN202394125U
Application number: CN2011204836688U
Authority: CN
Inventors: 薛黎明; 纪东斌; 康茂轩; 国晓军
Original assignee: Rayspower New Energy Co Ltd
Current assignee: Rayspower Energy Group Co Ltd
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2021-11-29

Abstract

本实用新型公开了一种太阳位置传感器，包括寻找追踪单元和精确跟踪单元，其中，寻找追踪单元包括均匀分布的两组若干个光电二极管，各个光电二极管分别接受太阳光线的照射以产生电流，通过计算电流偏差值来初步确定太阳的位置，以引导精确跟踪单元转动，使太阳光线进入精确跟踪单元的探测范围。本实用新型结构紧凑，被控设备的跟踪精度可优于0.1度以上，适用于地球上可利用太阳能发电的任何地区使用。

Description

太阳位置传感器

技术领域

本实用新型涉及一种太阳位置传感器。

背景技术

太阳位置传感器是光伏发电、光热发电跟踪系统重要的组成部件。它负责追踪太阳光线，保证发电系统以最大的受光面积和最强的受光强度合理接受利用太阳能量，在相同投资的情况下，获得最大的发电效益，所以，太阳位置传感器对提高发电量起着举足轻重的作用，因此，追踪精度要求较高，一般不低于0.1度。

目前市场上拥有多种国产和进口太阳位置传感器，其结构各异，功能单一，价格不等，追踪精度参差不齐，工作稳定性有较大的差异。如何在保证跟踪精度的情况下，能够优化结构、降低成本、方便生产、调试简单、功能多样可变、适用于不同的系统接口、不同控制组态网络使用、通用性强的太阳位置传感器，是我们开发新型太阳位置传感器的主要目的，因市场上具备此类功能传感器不多，在一定程度上影响光伏光热发电对太阳位置传感器的选择范围。

尤其是，现有跟踪精度较高的太阳位置传感器中一般采用PSD作为跟踪部件，由于其面积小，在检测时存在盲点，在某一角度时容易失去太阳的位置，而造成跟踪失败。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种结构紧凑、跟踪精度高的太阳位置传感器。

为实现上述目的，本实用新型太阳位置传感器，包括寻找追踪单元和精确跟踪单元，其中，寻找追踪单元包括均匀分布的若干个光电二极管，各个光电二极管分别接受太阳光线的照射以产生电流，通过计算电流偏差值来初步确定太阳的位置，引导太阳位置传感器向着太阳的方向转动，使太阳光线进入精确跟踪单元的探测范围。

进一步，若干个所述光电二极管分布在若干个平面上，并且同一平面上设置的若干个所述光电二极管按照各自的平面以四象限均匀分布，每一象限内的所述光电二极管形成一个检测单元。

进一步，所述光电二极管分布在2个平面上，每一个所述平面上均设置有4个所述光电二极管，每一个象限内设置1个所述光电二极管，同一所述平面上的4个所述光电二极管设置在一圆周上。

进一步，所述精确跟踪单元包括PSD光电转换部件，该PSD光电转换部件设置在所述圆周的圆心处，PSD光电转换部件包括呈四象限分布的四个感光单元；各个感光单元被太阳光线照射后产生相应的电压与电流，通过计算电流偏差值来判断太阳的实际精确位置，以引导传感器的中心向垂直于太阳光线的方向移动，直到四个感光单元的输出电流平衡为止完成精确跟踪。

进一步，所述寻找追踪单元、精确跟踪单元及其电路板均固定设置在固定底座上，固定底座的底部固定设置有固定支架。

进一步，所述固定底座上还设置有透镜支架，透镜支架的中心部设置有内筒，该内筒对应于所述圆周的圆心处，内筒内设置有透镜内支架，透镜内支架上安装有为所述PSD光电转换部件提供聚焦光信号的玻璃透镜。

进一步，所述固定底座上罩扣有半球型玻璃罩，所述固定底座的周向外围套装有外壳，外壳的上部与半球型玻璃罩之间设置有相互压紧的卡接结构，所述外壳通过螺纹结构固定到所述固定底座上的同时，通过卡接结构将半球型玻璃罩固定安装在所述固定底座的上部。

进一步，8个所述光电二极管分为两组，第一组的4个所述光电二极管安装在所述外壳圆周面上，第二组的4个所述光电二极管安装在所述透镜支架上，每一组中的4个所述光电二极管均按照各自的平面以四象限均匀分布。

进一步，所述寻找追踪单元、所述精确跟踪单元、所述透镜支架、所述电路板及所述玻璃透镜均罩扣在所述半球型玻璃罩内，所述半球型玻璃罩的表面有度膜层。

进一步，所述半球型玻璃罩与外壳之间、及所述外壳与固定底座之间均设置有防水密封圈，所述传感器上设置有485输出网线接口和232输出网线接口。

本实用新型结构紧凑，被控设备的跟踪精度可优于0.1度以上，适用于地球上可利用太阳能发电的任何地区使用。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型后视图；

图3为本实用新型剖视图；

图4为图3中A-A向视图；

图5为本实用新型控制原理方框图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本实用新型进行更全面的说明，附图中示出了本实用新型的示例性实施例。然而，本实用新型可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本实用新型全面和完整，并将本实用新型的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的位置关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。

本实用新型工作原理：

1、一级寻找追踪模式：当第一组光电二极管当中的1个或2个同时受到太阳光线的照射时，说明太阳在传感器被照射光电二极管相应方向的斜后方，此时控制器将引导传感器向太阳的方向转动，直到第二组光电二极管当中的任意一个接收到太阳光线为止。当第一组光电二极管当中的4个同时受到太阳光线的照射时，说明太阳在传感器的正后方，此时控制器将引导传感器向相反的方向转动，直到第二组光电二极管当中的任意一个接收到太阳光线为止。当第二组光电二极管当中的任意一个受到太阳光线的照射时，单片机检测四个光电二极管13的电流并计算电流偏差值，判断太阳的实际位置后，再通过驱动器控制电路输出数字脉冲控制步进电机旋转，使传感器的中心向垂直于太阳光线的方向移动。直至PSD接收到光线信号。

2、二级精确跟踪模式：当太阳光线通过透镜聚焦后照射在PSD光电转换部件的感光面上时，系统自动进入二级精确跟踪模式，PSD光电转换部件14同样成四象限分布，单片机检测PSD光电转换部件14的电流并计算电流偏差值，判断太阳的实际精确位置后，再通过驱动器控制电路输出数字脉冲控制步进电机旋转，使传感器的中心向垂直于太阳光线的方向移动，完成精确跟踪。

如图1至图5所示，本实用新型太阳位置传感器，包括寻找追踪单元和精确跟踪单元，其中，寻找追踪单元包括均匀分布的若干个光电二极管13和22，精确跟踪单元包括PSD光电转换部件14。

8个光电二极管分为两组，安装在外壳5圆周面上的4个光电二极管22为第一组，安在透镜支架2上的4个光电二极管13为第二组。每一组中的光电二极管按照各自的平面以四象限均匀分布，即4个光电二极管22设置在同一平面上，并且4个光电二极管22设置在一圆周上，其以该平面的四象限均匀分布；4个光电二极管13也设置在同一平面上，并且4个光电二极管13也设置在一圆周上，其以该平面的四象限均匀分布。每一象限内的一个光电二极管形成一个检测单元。根据结构要求的不同，光电二极管13和22可分布在平面或整体球面上，当光电二极管13和22分布在平面上时，其各自按照平面的四象限均匀分布，每一象限内的光电二极管形成一个检测单元。本实施例中，在透镜支架2的平面上和外壳5圆周面上各设置有4个光电二极管，每一个象限内设置1个光电二极管，两组光电二极管各自设置在相应的圆周面上。当传感器按照结构的要求设计成球形时，光电二极管将按照球面的八象限均匀分布，每一象限内的光电二极管形成一个检测单元。

本实用新型中利用光电二极管13和22可全方位感应捕捉太阳光线。各个光电二极管13和22分别接受太阳光线的照射以产生电流，由于光电二极管13和22均按照设置面的象限进行分布，当斜射的太阳光线照向各个光电二极管13和22时，各个光电二极管之间产生的电流必然存在电流偏差，通过单片机计算电流偏差值来初步确定太阳的位置，引导太阳位置传感器向着太阳的方向转动，使太阳光线进入精确跟踪单元的探测范围。光电二极管22负责大方向的判定，光电二极管13负责将太阳光线引导至PSD的感光器件上。

PSD光电转换部件14设置在圆周17的圆心处，PSD光电转换部件14包括呈四象限分布的四个PSD单元；各个PSD单元分别接受太阳光线的照射以产生电流，当斜射的太阳光线照向四个PSD单元时，各个PSD单元之间产生的电流必然存在电流偏差，通过单片机计算电流偏差值来判断太阳的实际精确位置，以引导传感器的中心向垂直于太阳光线的方向移动，完成精确跟踪。

本实施例中，寻找追踪单元、精确跟踪单元及其电路板12均固定设置在固定底座11上，固定底座11的底部固定设置有固定支架15，固定支架15用于将传感器整体安装固定。

固定底座11上还设置有透镜支架2，透镜支架2的中心部设置有内筒16，内筒16的筒壁上设置有4块加强筋板以将其固定。内筒16对应于圆周17的圆心处，内筒16内设置有透镜内支架4，透镜内支架4上安装有为PSD光电转换部件14提供聚焦光信号的玻璃透镜3。

固定底座11上罩扣有半球型玻璃罩1，寻找追踪单元、精确跟踪单元、透镜支架2、电路板12及玻璃透镜3均罩扣在半球型玻璃罩1内，并且半球型玻璃罩1的表面有度膜层。

固定底座11的周向外围套装有外壳5，外壳5的上部与半球型玻璃罩1之间设置有相互压紧的卡接结构，外壳5通过螺纹结构固定到固定底座11上的同时，通过卡接结构将半球型玻璃罩1固定安装在固定底座11的上部。半球型玻璃罩1与外壳5之间、及外壳5与固定底座11之间均设置有防水密封圈，外壳5的外圆周上安装设置有光电二极管22。

本实用新型太阳位置传感器的结构并不局限于上述的实施例，其中，根据使用需要，还可采用将寻找追踪单元和精确跟踪单元分开独立设置等结构形式，其只要满足一级寻找追踪模式和二级精确跟踪模式即可。

本实用新型优点如下：

1．结构紧凑。控制电路与感光探头合为一体。组成完整的传感器。

2．两级分步跟踪，以达到精确控制跟踪精度。

一级为寻找引导追踪，初步确定太阳的位置，引导太阳光线进入PSD的探测范围。

二级为精确跟踪，由于将PSD分为四象限工作模式，只有光斑照射在PSD的中点时，四个象限的电流输出才相等。如果不相等，则表明传感器没有对正太阳，以此判断太阳位置的跟踪是否正常与准确，被控设备的跟踪精度可优于0.1度以上。

3.全方位太阳光线感应捕捉。不论太阳在任何位置，或跟踪系统因故停止在任何位置，传感器的一级追踪控制系统内的某一感光器件都能够感受的太阳光线的照射，并引导跟踪装置向垂直于太阳光线的方向旋转，直到二级跟踪系统PSD开始正常跟踪时为止。因此，本传感器适用于地球上可利用太阳能发电的任何地区使用。

4.控制精度参数可调。本传感器具有4种不同灵敏度的跟踪精度参数可调节，分别是精度1°、0.5°、0.25°、0.1°。通过旋开密封螺母，采用拨动拨码开关的方式，可以非常方便进行跟踪精度的转换。

以满足光伏、光热发电不同的跟踪精度需要。同时亦满足其它需要太阳光线跟踪的设备及仪器使用。

5.满足不同输出接口方式的需要。本传感器具有232接口与485接口两种输出模式。以满足不同制式不同控制系统的需要。通过旋开密封螺母，可以非常方便进行接口的转换。

6.满足不同控制方式的使用：

独立使用：即可独立开环控制，同时保证高精度的太阳光线的跟踪，又可与其他传感器组合使用，形成闭环控制。同时作为其他控制参数的校准标准。

零件组成与功能：

1. 半球型玻璃罩1：传感器的主要透光载体。表面度膜，为光电部件提供控制光源，起透光隔尘防水的作用。安装在固定底座11上，通过外壳5压紧并用固定大螺母7固定。

2. 透镜支架2：安装玻璃透镜3，同时将传感器的控制部分分成四象限。安装在电路板的上端。同电路板12一起固定在固定底座11上。

3. 玻璃透镜3：为光电部件PSD 14提供聚焦光信号。安装在透镜支架2内，并用透镜内支架4将其固定在预定位置上。

4. 透镜内支架4：用于固定玻璃透镜3。安装在透镜支架2的内筒16上。

5. 外壳5：防尘防水、固定半球型玻璃罩1。通过固定大螺母7套装在固定底座11的圆柱外圈上。

6. 密封圈6：起密封防水防尘的作用。安装在外壳5与半球型玻璃罩1之间。

7. 固定大螺母7：用于锁紧外壳5同时将半球型玻璃罩号1固定在固定底座11上。

8. 密封圈8：起密封防水防尘的作用。安装在固定大螺母7和固定底座11之间。

9. 密封螺母9：旋开时用于调节组合电路板12的功能。安装在固定底座11上。

10.密封圈10：起密封防水防尘的作用。安装在密封螺母9和固定底座11之间。

11.固定底座11：传感器主要安装承载部件,为传感器提供组装平台。其上安装有传感器的所有部件。

12.电路板12：光电控制核心部件，对外输出跟踪信号，控制电机旋转，完成跟踪操作。安装在固定底座11上。

13.光电二极管13：光电转换部件，用以接收太阳光线并转换成电信号后输出到控制电路。

14. PSD光电转换部件14：光电转换部件，用以接收太阳光线并转换成电信号后输出到控制电路。完成对太阳光线的精确跟踪。

15.固定支架15：用于固定太阳位置传感器。

16.电路板固定螺丝20：用于将电路板12固定在固定底座11上。

17.支架固定螺丝21：用于将太阳位置传感器固定在固定支架15上。

18.光电二极管22：光电转换部件，和光电二极管13配合使用，用以接收太阳光线并转换成电信号后输出到控制电路。

19.防尘罩23：固定安装在外壳5上，将光电二极管22罩扣在其内，用于保护光电二极管22，起防尘防水的作用。

Claims

1.太阳位置传感器，其特征在于，该传感器包括寻找追踪单元和精确跟踪单元，其中，寻找追踪单元包括均匀分布的若干个光电二极管，各个光电二极管分别接受太阳光线的照射以产生电流，通过计算电流偏差值来初步确定太阳的位置，以引导太阳位置传感器向着太阳的方向转动，使太阳光线进入精确跟踪单元的探测范围。

2.如权利要求1所述的太阳位置传感器，其特征在于，若干个所述光电二极管分布在若干个平面上，并且同一平面上设置的若干个所述光电二极管按照各自的平面以四象限均匀分布，每一象限内的所述光电二极管形成一个检测单元。

3.如权利要求2所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述光电二极管分布在2个平面上，每一个所述平面上均设置有4个所述光电二极管，每一个象限内设置1个所述光电二极管，同一所述平面上的4个所述光电二极管设置在一圆周上。

4.如权利要求3所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述精确跟踪单元包括PSD光电转换部件，该PSD光电转换部件设置在所述圆周的圆心处，PSD光电转换部件包括呈四象限分布的四个感光单元；各个感光单元被太阳光线照射后产生相应的电压与电流，通过计算电流偏差值来判断太阳的实际精确位置，以引导传感器的中心向垂直于太阳光线的方向移动，直到四个感光单元的输出电流平衡为止，完成精确跟踪。

5.如权利要求4所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述寻找追踪单元、精确跟踪单元及其电路板均固定设置在固定底座上，固定底座的底部固定设置有固定支架。

6.如权利要求5所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述固定底座上还设置有透镜支架，透镜支架的中心部设置有内筒，该内筒对应于所述圆周的圆心处，内筒内设置有透镜内支架，透镜内支架上安装有为所述PSD光电转换部件提供聚焦光信号的玻璃透镜。

7.如权利要求6所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述固定底座上罩扣有半球型玻璃罩，所述固定底座的周向外围套装有外壳，外壳的上部与半球型玻璃罩之间设置有相互压紧的卡接结构，所述外壳通过螺纹结构固定到所述固定底座上的同时，通过卡接结构将半球型玻璃罩固定安装在所述固定底座的上部。

8.如权利要求7所述的太阳位置传感器，其特征在于，8个所述光电二极管分为两组，第一组的4个所述光电二极管安装在所述外壳圆周面上，第二组的4个所述光电二极管安装在所述透镜支架上，每一组中的4个所述光电二极管均按照各自的平面以四象限均匀分布。

9.如权利要求8所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述寻找追踪单元、所述精确跟踪单元、所述透镜支架、所述电路板及所述玻璃透镜均罩扣在所述半球型玻璃罩内，所述半球型玻璃罩的表面有度膜层。

10.如权利要求9所述的太阳位置传感器，其特征在于，所述半球型玻璃罩与外壳之间、及所述外壳与固定底座之间均设置有防水密封圈，所述传感器上设置有485输出网线接口和232输出网线接口。