CN203689165U - 太阳入射角跟踪测量仪 - Google Patents

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闻宝民
毕丽佳
何丽
闫春英
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Abstract

一种太阳入射角跟踪测量仪,包括太阳直接辐射传感器,接受太阳光垂直照射;光平衡传感器Ⅰ和光平衡传感器Ⅱ,感应太阳相对于太阳直接辐射传感器的垂直与水平方向的偏移量;角度传感器,实时跟踪测量所在位置平面与太阳入射直线的夹角;台架,将太阳直接辐射传感器、光平衡传感器Ⅰ、Ⅱ和角度传感器固定于同一平面;驱动装置,与台架相连接并驱动台架在垂直、水平方向上运动;微控制器,接收来自光平衡传感器Ⅰ、Ⅱ的偏移量信号并使太阳光垂直照射到太阳直接辐射传感器内,接收角度传感器的夹角测量信号,实时跟踪记录太阳入射角数值等。解决了现有人工测量方式繁琐、不能实时测量、误差大的问题。

Description

太阳入射角跟踪测量仪
技术领域
[0001] 本实用新型涉及太阳能应用技术领域,特别是一种太阳入射角跟踪测量仪,适用于测试太阳能集热器等以提高节能效率,可广泛应用于太阳能利用建筑领域和气象部门
坐寸O
背景技术
[0002] 太阳入射角是指所在位置平面法线与太阳入射直线之间的夹角,太阳能集热器入射角跟踪系数是集热器测试的重要指标,国际上要求太阳与集热器平面形成六个角度测量瞬时效率,另外,建造物的方位与太阳入射角也息息相关。但现有的人工用常规的测量方式比较繁琐且不能实现实时测量,误差较大。
发明内容
[0003] 本实用新型的目的是为了提供一种解决现有人工测量方式繁琐、不能实时测量、误差大的问题的太阳入射角跟踪测量仪。
[0004] 本实用新型的技术方案是:
[0005] 一种太阳入射角跟踪测量仪,其特殊之处是:包括
[0006] 太阳直接辐射传感器,用于接受太阳光垂直照射、实时测量太阳直接辐射值;
[0007] 光平衡传感器I和光平衡传感器II,用于感应太阳相对于所述太阳直接辐射传感器的垂直方向与水平方向的偏移量;
[0008] 角度传感器,用于实时跟踪测量所在位置平面与太阳入射直线的夹角;
[0009] 台架,用于将所述太阳直接辐射传感器、光平衡传感器1、光平衡传感器II和角度传感器固定于同一平面;
[0010] 驱动装置,用于与所述台架相连接并驱动台架在垂直方向和水平方向上运动,实现双轴跟I[!示;
[0011] 微控制器,用于接收来自所述光平衡传感器I和光平衡传感器II的偏移量信号并向所述驱动装置发出驱动台架在垂直方向或水平方向上运动的命令,使太阳光垂直照射到所述太阳直接辐射传感器内,实时接收太阳直接辐射值信号,计算出全天的太阳直接辐射量并根据太阳直接辐射值信号启动计时装置记录日照时间;用于接收所述角度传感器的夹角测量信号,实时跟踪记录太阳入射角数值。
[0012] 上述的太阳入射角跟踪测量仪,所述太阳直接辐射传感器的光筒内设有锥面内筒、光栏、热电堆和干燥剂,所述热电堆表面涂有黑色涂层。
[0013] 上述的太阳入射角跟踪测量仪,所述驱动装置由固定于底座上的水平电机和齿轮箱I,安装于底座上方机体内的俯仰电机和齿轮箱II组成,所述台架下方固定有支架,所述支架一端与所述齿轮箱II的输出轴连接并随其转动,所述齿轮箱I的输出轴端部与所述机体底部紧固连接并带动其转动。以达到俯仰电机转动时,支架及设有太阳直接辐射传感器、光平衡传感器1、II和角 度传感器的台架沿垂直方向转动,水平电机转动时,带动机体、支架和台架一起沿水平方向转动。
[0014] 本实用新型的有益效果是:
[0015] 1、在太阳入射角不停的改变的情况下,与其相适应的角度传感器实时跟踪测量出所在位置平面与太阳入射直线的夹角。较人工常用测量方法简便,可实时测量、连续记录,测量效果好、效率高,人为误差小,测量范围达到0-24小时,测量精度为0.1小时。
[0016] 2、既能跟踪太阳又能测量太阳入射角度值和太阳辐射量的数值,并通过电脑计算出日照时间,一种仪器完成三种功能。
[0017] 3、实现对太阳运行的二维自动跟踪,太阳方位角跟踪范围达到0°~270°,太阳高度角跟踪范围达到-45°~45°,跟踪精度达到4小时小于0.5°。
[0018] 4、利用光平衡传感器自动跟踪太阳运行使太阳光垂直照射到太阳直接辐射传感器上,太阳直接辐射传感器的灵敏度为7-14MV/W.Hl2,稳定性为±1%,响应时间≤15秒。
[0019] 5、对日照时间进行测量,测量范围为0-24小时,测量精度≤±0.1小时,分辨率为
0.1小时。
[0020] 6、采用高性能微处理器,并具有大容量储存器,通讯方式满足有线RS232或RS485以及无线网络(GPRS)等通讯模块的要求,与计算机通讯可形成EXCEL数据文件。
附图说明
[0021] 图1是本实用新型的结构示意图;
[0022] 图2是本实用新型的原理图;
[0023] 图3是图1中太阳直接辐射传感器的光筒的剖视图;
[0024] 图4是图1中光平衡传感器I的光筒内光电传感器的结构示意图;
[0025] 图5是图1中光平衡传感器II的光筒内光电传感器的结构示意图。
[0026] 图中:光平衡传感器I 1、光平衡传感器II 2、太阳直接辐射传感器3、光筒301、内筒302、光栏303、热电堆304、角度传感器4、台架5、支架6、机体7、水平电机8、齿轮箱I 9、底座10、俯仰电机11、齿轮箱II 12、微控制器13。
具体实施方式
[0027] 如图1、图2所示,该太阳入射角跟踪测量仪,由底座10,置于底座10上方的机体7,与机体7连接的支架6,固定在支架6上方的台架5,设于台架5上的太阳直接辐射传感器3、光平衡传感器I 1、光平衡传感器II 2和角度传感器4,微控制器13以及驱动装置组成。
[0028] 其中,太阳直接辐射传感器3用于接受太阳光垂直照射、实时测量太阳直接辐射值;光平衡传感器I I和光平衡传感器II 2用于感应太阳相对于所述太阳直接辐射传感器3的垂直方向与水平方向的偏移量,光平衡传感器I I为粗调,光平衡传感器II 2为细调,参见图4、图5 ;角度传感器4用于实时跟踪测量所在位置平面与太阳入射直线的夹角;台架5用于将所述太阳直接辐射传感器3、光平衡传感器I 1、光平衡传感器II 2和角度传感器4固定于同一平面;驱动装置用于与所述台架5相连接并驱动台架5在垂直方向和水平方向上运动,实现双轴跟踪,其具体由固定于底座10上的水平电机8和齿轮箱I 9,安装于底座10上方机体7内的俯仰电机11和齿轮箱II 12组成,所述台架5下方固定有支架6,所述支架6—端与所述齿轮箱II 12的输出轴连接并随其转动,所述齿轮箱I的输出轴端部与所述机体7底部紧固连接并带动其转动;微控制器13,用于接收来自所述光平衡传感器I I和光平衡传感器II 2的偏移量信号并向所述驱动装置发出驱动台架在垂直方向或水平方向上运动的命令,使太阳光垂直照射到所述太阳直接辐射传感器内,实时接收太阳直接辐射值信号,计算出全天的太阳直接辐射量并根据太阳直接辐射值信号启动计时装置记录日照时间;用于接收所述角度传感器4的夹角测量信号,实时跟踪记录太阳入射角数值。
[0029] 如图3所示,太阳直接辐射传感器3的光筒301内设有锥面内筒302、光栏303、热电堆304和干燥剂,所述热电堆304表面涂有黑色涂层,其热结点设于所述黑色涂层上,冷结点设于机体内,使其在线性范围内产生的温差电势与太阳直接辐照度成正比。
[0030] 工作过程:当太阳高度角(垂直方向)改变时,光平衡传感器I 1、II 2发出信号,微控制器13使俯仰电机11转动带动齿轮箱II 12转动,则支架6带动台架5做俯仰转动以使太阳光垂直照射到太阳直接辐射传感器3内,微控制器13实时接收太阳直接辐射值信号,计算出全天的太阳直接辐射量,角度传感器4测量太阳入射角(高度角),由微控制器13接收角度信号后得到角度数值并记录。
[0031] 当太阳的方位角(水平方向)发生变化时,平衡传感器I 1、II 2发出信号,微控制器13使水平电机8转动带动齿轮箱I 9转动,则机体7带动台架5做水平转动以使太阳光垂直照射到太阳直接辐射传感器3内,微控制器13实时接收太阳直接辐射值信号,计算出全天的太阳直接辐射量,角度传感器4测量太阳入射角(方位角),由微控制器13接收角度信号后得到角度数值并记录。
[0032] 当太阳直接辐射传感器3测量到太阳直接辐射值达到120W/ IIf时,微控制器13启动计时装置记录日照时间。

Claims (3)

1.一种太阳入射角跟踪测量仪,其特征在于:包括 太阳直接辐射传感器,用于接受太阳光垂直照射、实时测量太阳直接辐射值; 光平衡传感器I和光平衡传感器II,用于感应太阳相对于所述太阳直接辐射传感器的垂直方向与水平方向的偏移量; 角度传感器,用于实时跟踪测量所在位置平面与太阳入射直线的夹角; 台架,用于将所述太阳直接辐射传感器、光平衡传感器1、光平衡传感器II和角度传感器固定于同一平面; 驱动装置,用于与所述台架相连接并驱动台架在垂直方向和水平方向上运动,实现双轴跟踪; 微控制器,用于接收来自所述光平衡传感器I和光平衡传感器II的偏移量信号并向所述驱动装置发出驱动台架在垂直方向或水平方向上运动的命令,使太阳光垂直照射到所述太阳直接辐射传感器内,实时接收太阳直接辐射值信号,计算出全天的太阳直接辐射量并根据太阳直接辐射值信号启动计时装置记录日照时间;用于接收所述角度传感器的夹角测量信号,实时跟踪记录太阳入射角数值。
2.根据权利要求1所述的太阳入射角跟踪测量仪,其特征在于:所述太阳直接辐射传感器的光筒内设有锥面内筒、光栏、热电堆和干燥剂,所述热电堆表面涂有黑色涂层。
3.根据权利要求1所述的太阳入射角跟踪测量仪,其特征在于:所述驱动装置由固定于底座上的水平电机和齿轮箱I,安装于底座上方机体内的俯仰电机和齿轮箱II组成,所述台架下方固定有支架,所述支架一端与所述齿轮箱II的输出轴连接并随其转动,所述齿轮箱I的输出轴端部与所述机体底部紧固连接并带动其转动。
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