CN209844884U - 探测光传感遮光结构及其太阳能追日探测光传感装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种探测光传感遮光结构及其太阳能追日探测光传感装置，包括四组光传感器和对四组光传感器进行分隔挡光的挡光板，四组光传感器的排列方式为2*2的方形排列分布，中间用不透光的十字光隔挡光板相互垂直隔离，四组光传感器以2*2的分别设十字交叉光隔的四个光隔区域内。探测光传感遮光结构中的四个光传感器分别与光传感器光照阈值调节连接电路模块和控制模块相电连接，驱动装置包括具有水平旋转舵机和垂直旋转舵机的双舵机构成的驱动装置，水平、垂直旋转舵机分别与控制模块相电连接。更好避免不同时区太阳光造成干扰，获得更准确太阳光感探测追踪光源效果，更好垂直太阳能电磁波，充分利用太阳能。

Description

探测光传感遮光结构及其太阳能追日探测光传感装置

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能发电，尤其是涉及一种使用于太阳能追踪式系统的探测光传感遮光结构及其太阳能追日探测光传感装置。

背景技术

相比其他能源，太阳能能源有着其本身非常大的优势。太阳能虽然资源丰富,但有着能量分散,集中在某点的能量较少,同时太阳能本身固有的方向性也决定了不可能在较长时间内在固定方向上一直获取较大的太阳能。因而在光伏发电中，太阳辐射入射量从源头上决定了其最终的发电量。而地球的自转因素产生了太阳方位角二十四小时变化，地球的公转因素产生了太阳高度角的四季变化，而对于固定方位安装的光电池，不能保证太阳辐射实时垂直太阳能电磁波，从而不能充分利用太阳能。然而现有追日系统不能更好垂直太阳能电磁波，不同时区太阳光造成的干扰现象比较明显，不能充分利用太阳能，不能更好追踪光源的位置，不能最大程度上的隔离其他不同时区的光线干扰影响，无法获得更准确有效的追日探测光传感效果，更好避免不同时区太阳光造成的干扰，

实用新型内容

本实用新型为解决现有追踪式太阳能系统存在着更好垂直太阳能电磁波，不能充分利用太阳能，不能更好追踪光源的位置，不能最大程度上的更好提高稳定可靠的探测光传感遮光效果等现状而提供的一种可更好探测光传感效果，更好避免不同时区太阳光造成的干扰，获得更准确的太阳光感探测效果，更好垂直太阳能电磁波，更充分利用太阳能，更好追踪光源的位置，能最大程度上提高稳定可靠的探测光传感遮光效果的探测光传感遮光结构及其太阳能追日探测光传感装置。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种探测光传感遮光结构，其特征在于：包括四组光传感器和对四组光传感器进行分隔挡光的挡光板，四组光传感器的排列方式为2*2的方形排列分布，中间用不透光的十字光隔挡光板相互垂直隔离，四组光传感器以2*2的分别设在十字交叉光隔的挡光板形成的四个光隔区域内。当太阳光垂直照射时，四个光敏电阻都受到光照，水平旋转舵机和垂直旋转舵机均不转动；在非垂直照射时，又可更能好的隔离其他时区的光线影响，获得可更准确有效的探测光传感效果，更好避免不同时区太阳光造成的干扰，获得更准确的太阳光感探测效果，更好垂直太阳能电磁波，更充分利用太阳能，更好追踪光源的位置，更加稳定可靠的探测光传感遮光效果，提高太阳光的入射量，提高转换率。

作为优选，所述的四组光传感器每组均采用一个光传感器，每个光传感器上的光敏电阻分别尽量靠近十字光隔挡光板中心处；四个光传感器在挡光板位置中形成俯视图的四个视角分别对应为西北角、东北角、东南角和西南角。提高隔光效果，增大了正对太阳和背对太阳光传感器的光照度差值，同时4个光传感器可实时检测四周的太阳光照度，提高太阳追日效果。

作为优选，在挡光板所形成的光隔区域底部设有隔光底板，四个光传感器分别设在靠近隔光底板的上方位置处。提高底部方向的光隔探测效果。

作为优选，所述的挡光板长度为2～5米，挡光板高度为2～4米。在合理有效尺寸及成本控制基础上，提高档光效果，降低不同时区光的干扰影响。

作为优选，所述的挡光板和/或隔光底板采用黑色挡光板结构。降低其他光线对太阳能追日探测光效果的干扰影响。

本实用新型的另一个发明目的在于提供一种太阳能追日探测光传感装置，其特征在于：包括光传感器光照阈值调节连接电路模块、控制模块、驱动模块和上述技术方案之一所述的探测光传感遮光结构中的四个光传感器分别与光传感器光照阈值调节连接电路模块和控制模块相电连接，驱动模块包括驱动装置，驱动装置包括具有水平旋转舵机和垂直旋转舵机的双舵机，水平旋转舵机和垂直旋转舵机分别与控制模块相电连接。当太阳光垂直照射时，四个光敏电阻都受到光照，水平旋转舵机和垂直旋转舵机均不转动；在非垂直照射时，又可更能好的隔离其他时区的光线影响，获得可更准确有效的探测光传感效果，更好避免不同时区太阳光造成的干扰，获得更准确的太阳光感探测效果，更好垂直太阳能电磁波，更充分利用太阳能，更好追踪光源的位置，能最大程度上提高稳定可靠的探测光传感遮光效果。使用现有舵机结构使安装使用及驱动控制更为简单方便，相比与采用支撑伸缩杆控制垂直位置，成本低。

作为优选，所述的光传感器光照阈值调节连接电路模块包括光敏电阻、可调电位器和比较器，四个光传感器采用四个相互独立的上述光传感器光照阈值调节连接电路结构；其中一路光传感器光照阈值调节连接电路为在比较器正比较输入端串联第一电阻后与电路电源正端相电连接，比较器正比较输入端串联光敏电阻后与电路电源地相电连接，光敏电阻两端电并联第二电容，比较器负比较输入端与可调电位器调节端相电连接，可调电位器两端分别与电路电源正端和电源地相电连接，比较器输出端输出光照阈值调节比较输出数字信号。采用光敏电阻为光传感器组成的光传感器光照阈值调节连接电路模块，在功能基本实现的条件下，采用光敏电阻简单又经济；光照阈值调节连接简单可靠有效，制作成本低。

作为优选，所述的比较器采用LM393, 比较器输出端与电路电源正端间并联有低电平输出LED指示电路。电路结构简单，提高状态指示效果。

作为优选，所述的四个光传感器在挡光板位置中形成俯视图的四个视角分别为西北角、东北角、东南角和西南角，四个视角的输出信号线分别与控制模块电连接。提高四个光传感器在太阳探测光传感装置中的追日检测、驱动控制精度与驱动控制简单方便性。

作为优选，所述的控制模块采用Arduino控制模块。Arduino控制模块本身自带舵机驱动方波，不再需要外加方波进行驱动，简单方便；太阳光的探测追日控制设计更加简单便捷。

本实用新型的有益效果是：当太阳光垂直照射时，四个光敏电阻都受到光照，水平旋转舵机和垂直旋转舵机均不转动；在非垂直照射时，又可更能好的隔离其他时区的光线影响，获得可更准确有效的探测光传感效果，更好避免不同时区太阳光造成的干扰，获得更有效的太阳光感探测效果，更好垂直太阳能电磁波，更充分利用太阳能，更好追踪光源的位置，更加稳定可靠的探测光传感遮光效果，提高太阳光的入射量，提高转换率。具有广阔的应用前景和发展。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

图1是本实用新型探测光传感遮光结构的俯视结构示意图。

图2是本实用新型探测光传感遮光结构的侧视结构示意图。

图3是本实用新型探测光传感遮光结构的原理俯视结构示意图。

图4是本实用新型探测光传感遮光结构的原理侧视结构示意图。

图5是本实用新型太阳能追日探测光传感装置的原理结构框图示意图。

图6是本实用新型太阳能追日探测光传感装置中的光传感器光照阈值调节连接电路模块电路结构示意图。

图7是本实用新型太阳能追日探测光传感装置的硬件连接结构示意图。

具体实施方式

实施例1:

图1、图2、图3、图4所示的实施例中，一种探测光传感遮光结构，包括四组光传感器11和对四组光传感器进行分隔挡光的挡光板12，四组光传感器的排列方式为2*2的方形排列分布，中间用不透光的十字光隔挡光板相互垂直隔离(见图1)，四组光传感器以2*2的分别安装在十字交叉光隔的挡光板12形成的四个光隔区域内。四组光传感器每组均采用一个光传感器，每个光传感器上的光敏电阻LDR分别尽量靠近十字光隔挡光板中心处；四个光传感器在挡光板位置中形成俯视图的四个视角分别对应为西北角、东北角、东南角和西南角(见图1所示俯视图)。在挡光板所形成的光隔区域底部安装有隔光底板13（见图2所示侧视图），四个光传感器11分别安装在靠近隔光底板的上方位置处。挡光板12长度为4米，挡光板高度为3米。当然挡光板12长度也可根据当地场地等情况采用为2～5米，挡光板高度也可根据当地场地等情况采用为2～4米。挡光板12和隔光底板13均采用黑色挡光板结构，或者是挡光板12采用黑色挡光板结构。

实施例2:

图5、图6、图7所示的实施例中，一种太阳能追日探测光传感装置，包括光传感器光照阈值调节连接电路模块、控制模块、驱动模块和实施例1所述的探测光传感遮光结构，探测光传感遮光结构10中的四个光传感器11分别与光传感器光照阈值调节连接电路模块40和控制模块相电连接，驱动模块30包括驱动装置31，驱动装置31包括具有水平旋转舵机34和垂直旋转舵机33的双舵机32（见图4、图5），水平旋转舵机和垂直旋转舵机分别与控制模块20的Arduino控制模块21相电连接。其中一路光传感器光照阈值调节连接电路为在比较器第3引脚正比较输入端串联第一电阻R1后与电路电源正端VCC相电连接，比较器第3引脚正比较输入端串联光敏电阻LDR后与电路电源地相电连接，光敏电阻LDR两端电并联第二电容C2，比较器第2引脚负比较输入端与可调电位器RV调节端相电连接，可调电位器RV两端分别与电路电源正端VCC和电源地相电连接，比较器第1引脚输出端输出光照阈值调节比较输出数字信号。比较器输出端与电路电源正端间并联有低电平输出LED指示电路。四个光传感器在挡光板位置中形成俯视图的四个视角分别为西北角、东北角、东南角和西南角，四个视角的输出信号线分别与控制模块电连接。比较器U采用LM393, 比较器第1引脚输出端与电路电源正端VCC间并联有低电平输出LED指示电路，低电平输出LED指示电路包括串联的LED灯R和第四电阻R4，比较器第1引脚输出端与第四电阻R4相电连接。本设计采用常见的光传感器,也即可见光光敏电阻。使用Arduino控制模块接通各模块的电源VCC和GND，也可以使用外接相应电压的电源接通各模块的VCC和GND。四个光传感器在挡光板位置中形成俯视图的四个视角分别为西北角、东北角、东南角和西南角，四个视角的输出信号线分别与Arduino控制模块的第2引脚、第3引脚、第4引脚和第5引脚相电连接，水平旋转舵机和垂直旋转舵机的信号线分别与Arduino控制模块的第10引脚、第11引脚相电连接。

控制模块采用Arduino控制模块。采用现有技术中的Arduino控制模块本身自带舵机驱动方波特性，不再需要另外添加设计方波进行驱动，驱动简单方便；采用光敏电阻为光传感器组成的探测光传感模块，在功能基本实现的条件下，采用光敏电阻简单又经济；采用双舵机为驱动装置设计驱动模块。图3、图4中所示H方向标记代表垂直旋转方向， L方向标记代表水平旋转方向。

光敏电阻是利用半导体的内光电效应制成的一种光电转换元器件，其对光照度非常敏感，只要人眼可感受的光都能引起它阻值的变化；本实用新型设计的光敏电阻应用光照越强，阻止就越低，随着光照度的提高，电阻值迅速下降。用10K电位器RV控制光照度阈值，电位器RV接入比较器U中2引脚的电压与光敏电阻两端电压进行比较，后比较器U以数字信号输出比较结果。在无光照的条件下，光敏电阻的暗电阻一半很大，当受到一定波长范围的光照时，它的阻值急剧变化，电路中的电流将迅速增加，因此电压比较器正极电压随光照度增加而减小，电位器提供电压比较器负极电压，即为光照阈值，当光照度达到阈值时，电压比较器输出低电平，当光照度未达到阈值时，电压比较器输出高电平，从而把外界光照强是否达到阈值转化成了数字量输出。通过四个光传感器检测不同方位的光照度，由于挡光板的存在，光传感器模块在没有正对太阳光源的时候，四个光传感器检测到的太阳光照度差别非常大，如上午太阳在东南方，高度角为30度，若光传感器模块此时朝向为正南方，高度角为45度，此时光传感器模块中只有右下角的光传感器光照度超过阈值（以图5中上北下南左西右东为例），光传感器模块只要往此超过光强阈值的光传感器的方向转动就可以达到正对光源的目的。当太阳光垂直照射时，四个光敏电阻都受到光照，水平旋转舵机和垂直旋转舵机均不转动。

将光传感器中光敏电阻两端的电压通过LM393比较器与电位器RV调节端电压比较，电位器RV调节端电压即为阈值，因此在刚好输出低电平时，光照度值最大；驱动模块由两个180度舵机组成双舵机，由于现有舵机本身具有闭环控制系统，其机电结构本身具有由小型直流电机、变速齿轮组、可调电位器和控制板等部件，使用现有舵机结构使安装使用及驱动控制更为简单方便，相比与采用支撑伸缩杆控制垂直位置，成本低。更好适应太阳方位角以及太阳高度角的二十四小时变化及四季变化需求。

Claims (10)

1.一种探测光传感遮光结构，其特征在于：包括四组光传感器和对四组光传感器进行分隔挡光的挡光板，四组光传感器的排列方式为2*2的方形排列分布，中间用不透光的十字光隔挡光板相互垂直隔离，四组光传感器以2*2的分别设在十字交叉光隔的挡光板形成的四个光隔区域内。

2.按照权利要求1所述的探测光传感遮光结构，其特征在于：所述的四组光传感器每组均采用一个光传感器，每个光传感器上的光敏电阻分别尽量靠近十字光隔挡光板中心处；四个光传感器在挡光板位置中形成俯视图的四个视角分别对应为西北角、东北角、东南角和西南角。

3.按照权利要求1所述的探测光传感遮光结构，其特征在于：在挡光板所形成的光隔区域底部设有隔光底板，四个光传感器分别设在靠近隔光底板的上方位置处。

4.按照权利要求1所述的探测光传感遮光结构，其特征在于：所述的挡光板长度为2～5米，挡光板高度为2～4米。

5.按照权利要求1或2或3或4所述的探测光传感遮光结构，其特征在于：所述的挡光板和/或隔光底板采用黑色挡光板结构。

6.一种太阳能追日探测光传感装置，其特征在于：包括光传感器光照阈值调节连接电路模块、控制模块、驱动模块和权利要求1～5之一所述的探测光传感遮光结构，探测光传感遮光结构中的四个光传感器分别与光传感器光照阈值调节连接电路模块和控制模块相电连接，驱动模块包括驱动装置，驱动装置包括具有水平旋转舵机和垂直旋转舵机的双舵机，水平旋转舵机和垂直旋转舵机分别与控制模块相电连接。

7.按照权利要求6所述的太阳能追日探测光传感装置，其特征在于：所述的光传感器光照阈值调节连接电路模块包括光敏电阻、可调电位器和比较器，四个光传感器采用四个相互独立的上述光传感器光照阈值调节连接电路结构；其中一路光传感器光照阈值调节连接电路为在比较器正比较输入端串联第一电阻后与电路电源正端相电连接，比较器正比较输入端串联光敏电阻后与电路电源地相电连接，光敏电阻两端电并联第二电容，比较器负比较输入端与可调电位器调节端相电连接，可调电位器两端分别与电路电源正端和电源地相电连接，比较器输出端输出光照阈值调节比较输出数字信号。

8.按照权利要求7所述的太阳能追日探测光传感装置，其特征在于：所述的比较器采用LM393, 比较器输出端与电路电源正端间并联有低电平输出LED指示电路。

9.按照权利要求6所述的太阳能追日探测光传感装置，其特征在于：所述的四个光传感器在挡光板位置中形成俯视图的四个视角分别为西北角、东北角、东南角和西南角，四个视角的输出信号线分别与控制模块电连接。

10.按照权利要求6所述的太阳能追日探测光传感装置，其特征在于：所述的控制模块采用Arduino控制模块。