CN213338447U - 用于太阳能板的自动追日系统及太阳能采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于太阳能板的自动追日系统及太阳能采集装置，该自动追日系统包括：角度检测器，包括n个环形凸透镜，用于会聚太阳辐射，并于角度检测器内部对应形成有具有不同辐照强度的n个辐照区域；辐照探测电路，设置于角度检测器内，用于探测n个辐照区域中每一个辐照区域的辐照强度，并根据探测结果对应输出n个电压信号；角度控制电路，与辐照探测电路连接，用于根据n个电压信号中对应最大辐照强度的电压信号生成角度调节信号，其中，n个辐照区域中辐照强度最大的区域所对应的时间区域为当前的太阳辐射所处的时间区域，m和n均为正整数。该自动追日系统可以实现太阳能板的非匀速转动，提高对太阳能的采集效率和利用效率。

Description

用于太阳能板的自动追日系统及太阳能采集装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能采集领域，具体涉及一种用于太阳能板的自动追日系统及太阳能采集装置。

背景技术

太阳能是一种清洁、高效而且可持续的可再生能源。与高成本的化石燃料相比，太阳能不仅使用范围广，而且更为经济。因此，能够采集太阳能并将太阳能转换为电能的太阳能板(solar panel，通常又被称为太阳能电池板、太阳能光电板、太阳能面板)以及太阳能采集装置的应用越来越广泛。

太阳能的能效会随时间变化，这就导致固定式的太阳能采集装置的能量采集效率和能效利用率非常低。为此，目前已经开发出了针对太阳能采集装置的自动追日系统，通过控制太阳能采集装置中的太阳能板随时间转动，以尽可能大面积地接收太阳辐射，从而提高太阳能的采集效率和利用效率。但是目前大多数自动追日系统仅能控制太阳能板匀速转动，导致太阳能的采集效率和利用效率仍旧难以达到预期。

因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于太阳能板的自动追日系统及太阳能采集装置，能够控制太阳能板始终朝向接收最强太阳辐射的方向，提高对太阳能的采集效率和利用效率。

根据本实用新型提供的一种用于太阳能板的自动追日系统，包括：

角度检测器，包括n个环形凸透镜，用于会聚太阳辐射，并于角度检测器内部对应形成有具有不同辐照强度的n个辐照区域；

辐照探测电路，包括呈阵列排布的m*n个辐照探头，设置于角度检测器内，用于探测n个辐照区域中每一个辐照区域的辐照强度，并根据探测结果对应输出n个电压信号；

角度控制电路，与辐照探测电路连接，接收n个电压信号，用于根据n个电压信号中对应最大辐照强度的电压信号生成角度调节信号，该角度调节信号用于调节太阳能板的旋转角度；

其中，n个辐照区域对应n个时间区域，且n个辐照区域中，辐照强度最大的区域所对应的时间区域即为当前的太阳辐射所处的时间区域，其中，m和n均为正整数。

可选地，n个环形凸透镜拼接成半球形透明罩。

可选地，m*n个辐照探头设置于半球形透明罩的最大圆形截面所在平面。

可选地，n个环形凸透镜的焦距各不相同。

可选地，辐照探头为PMOS辐照探头，PMOS辐照探头的栅极与漏极短接后连接至参考地，PMOS辐照探头的源极连接至偏置信号产生电路，其中，PMOS辐照探头的源极输出电压信号。

可选地，角度控制电路包括：

比较器，与辐照探测电路连接，接收n个电压信号，用于对n个电压信号进行逐个比较，并根据比较结果生成n位二进制信号；

编码器，与比较器连接，接收n位二进制信号，用于对n位二进制信号编码后输出角度调节信号，

其中，n位二进制信号中，对应n个电压信号中最大值位的值为逻辑1，其余位的值均为逻辑0。

可选地，辐照探测电路和角度控制电路被集成在同一电路板上。

可选地，n等于每天中的太阳有效辐射时间除以预设检测间隔时间。

另一方面，根据本实用新型提供的一种太阳能采集装置，包括：

支架；

太阳能板，设置于支架上；

调节组件，与支架连接，用以根据角度调节信号调节太阳能板的角度；

如上述的用于太阳能板的自动追日系统，与调节组件连接，用以根据不同时刻的太阳辐射角度提供相应的角度调节信号。

本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了一种用于太阳能板的自动追日系统，通过角度检测器中的n个环形凸透镜来检测不同位置的太阳辐射强度，并对应形成n个具有不同辐照强度的辐照区域；采用辐照探测电路基于每个辐照区域的辐照强度生成对应的n个电压信号，采用角度控制电路基于该n个电压信号中对应最大辐照强度的电压信号位置即可确定当前位置的太阳辐射所处的时间区域，进而生成对应的角度调节信号，如此，可以根据角度调节信号控制太阳能板，使其始终处于接收最强太阳辐射的方向。因此，相较于当前控制太阳能板匀速转动的方式，本实用新型公开的自动追日系统，能够提高太阳能板对太阳能的采集效率和利用效率。

进一步，采用由n个环形凸透镜拼接成的半球形透明罩作为角度检测器，能够确保对不同位置的太阳辐射的有效收集。通过将辐照探测电路与角度控制电路进行集成，提高了自动追日系统的集成度，有助于提高该自动追日系统的应用效果。

本实用新型还公开了一种太阳能采集装置，由于采用了上述自动追日系统，因此该太阳能采集装置具有较高的太阳能采集和利用效率。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本公开实施例提供的用于太阳能板的自动追日系统的结构框图；

图2a和图2b示出根据本公开实施例提供的自动追日系统中角度检测器的结构示意图；

图3示出根据本公开实施例提供的自动追日系统中辐照探测电路的结构示意图；

图4示出根据本公开实施例提供的辐照探测电路中辐照探头的结构示意图；

图5示出根据本公开实施例提供的自动追日系统中角度控制电路的结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

图1示出根据本公开实施例提供的用于太阳能板的自动追日系统的结构框图，图2a和图2b示出根据本公开实施例提供的用于太阳能板的自动追日系统中角度检测器的结构示意图，图3示出根据本公开实施例提供的用于太阳能板的自动追日系统中辐照探测电路的结构示意图，图4示出根据本公开实施例提供的辐照探测电路中辐照探头的结构示意图，图5示出根据本公开实施例提供的用于太阳能板的自动追日系统中角度控制电路的结构框图。

如图1所示，本公开中，用于太阳能板的自动追日系统包括：角度检测器100、辐照探测电路200和角度控制电路300。

参考图2a和图2b，角度检测器100具体包括n个环形凸透镜110，用以会聚太阳辐射。某时刻的太阳辐射(如图中虚线箭头所示)经该n个环形凸透镜110折射会聚后，可于角度控制器100内部对应形成具有不同辐照强度的n个辐照区域AA。其中，n为正整数。

本实施例中，环形凸透镜110可以是由玻璃或其它具有良好透光性材料制成；角度检测器100具体可以是由n个环形凸透镜110拼接成的半球形透明罩。呈半球形透明的角度检测器可以使得不同位置的太阳辐射均能照射到相应的辐射探测电路200上，以此确保对不同位置的太阳辐射的有效收集，有助于提高对当前太阳角度确定的准确性。

进一步地，组成半球形透明罩形状的角度检测器100中，n个环形凸透镜110的焦距各不相同，具体为可以使某一时刻的太阳辐射经过该时刻所对应的环形凸透镜110后，落到对应该时间段的辐照区域上，且对应该时间段的辐照区域受到的辐照强度最大。

进一步地，角度控制器100内部形成有具有不同辐照强度的n个辐照区域AA，该n个辐照区域AA对应n个不同的时间区域，且该n个辐照区域AA中，辐照强度最大的区域所对应的时间区域即为当前的太阳辐射所处的时间区域。由于每天中不同时段(即时间区域)的太阳辐射角度为已知值，因此，采用上述角度检测器100即可轻易地实现对当前时刻太阳角度的检测，方便快捷，成本低。

可选的，可以将每一天内同一时段所对应的太阳辐射角度设置为定值，也可综合考虑一年中不同日期内的地球与太阳的相对位置的变化情况来确定每天同一时段所对应的太阳辐射角度值，由于两种方式中的太阳角度值均为已知的确定值，因此本公开对此不做限定，具体可根据不同的应用场景进行选择。

本公开中，n具体等于每天中的太阳有效辐射时间除以预设检测间隔时间。例如，若以每天中的9点至17点为当天的太阳有效辐射时段，即太阳有效辐射时间为8个小时，且预设检测间隔时间为30分钟，则n等于16；若太阳有效辐射时间为8个小时，且预测检测间隔为15分钟，则n等于32。再比如，若以每天中的6点至18点为当天的太阳有效辐射时段，且预设检测间隔时间为60分钟，则n等于12。容易理解的是，对于数值n具体可根据不同的使用环境和需求进行不同的设置，此处仅是示例性的。优选地，n为大于或等于6的正整数。

参考图3，辐照探测电路200包括呈阵列排布的m*n个辐照探头210，设置于角度检测器100内，用于探测n个辐照区域AA中每一个辐照区域的辐照强度，并根据探测结果对应输出n个电压信号。其中，呈阵列排布的m*n个辐照探头中，每列辐照探头(每列中均包括m个辐照探头)对应探测n个辐照区域AA中的一个辐照区域(也即对应一个时间段)的光照强度，并相应生成一个电压信号。其中，m为正整数。由于每个辐照区域均分别对应一个时间段，因此，阵列排布的m*n个辐照探头中每列辐照探头210输出的电压信号也分别对应一个时间段。例如，若以每天中的6点至18点为当天的太阳有效辐射时段，且预设检测间隔时间为60分钟，则图3中自左到右数的第三列辐照探头210对应探测8点至9点时间段内的太阳辐射强度，并输出对应的电压信号。

需要说明的是，本公开中的自动追日系统安装时多为固定安装(即安装在一个固定地点)，因此可以依据具体的安装地点所处的地理位置(如经纬度)选择合适的辐照探头阵列倾斜角度，如将对应每天中最早有效时刻的一列辐照探头210朝向该安装地点对应太阳升起的方向，以使得经角度检测器100会聚后的太阳辐射能准确有效的落在该列辐照探头上，提高对太阳辐射角度检测的准确性。

本实施例中，辐照探头210均采用PMOS辐照探头，即辐照探测电路200包括由多个PMOS辐照探头构成的辐射强度检测阵列，进而可以根据不同列的探头探测到的辐射强度，输出不同的电压信号。由于PMOS辐照探头具有体积小、重量轻、功耗低、测试简便等优点，因此采用PMOS辐照探头进行辐照强度的检测，最终可获得高灵敏度、高集成度、高可靠性且高效简单的自动追日系统。

具体而言，本公开中采用的PMOS辐照探头是基于BCD工艺的P沟道LDMOS器件，其栅极和漏极短接后连接至参考地，源极连接至提供偏置的偏置信号产生电路(如为偏置电流产生电路)，使PMOS辐照探头工作于饱和区。PMOS辐照探头的源极作为输出电压信号的一端，提供相应的电压信号作为探测结果输出至下一级的电路，即角度控制电路300。

参考图4，BCD工艺的P沟道LDMOS器件构成的PMOS辐照探头为包括栅极G、源极S、漏极D以及衬底B的四端器件。在本实施例中，P沟道LDMOS器件具体还包括N阱201、P阱203、场氧205、氧化层207、多晶硅栅209和栅氧化层211。由于P沟道LDMOS器件的栅极G下具有场氧205，当其受到空间带电粒子辐射时，在电离辐射外加电场的作用下，栅氧化层211中氧化物将辐照强度转化为电信号。具体的：太阳辐射会使栅氧化层211中累积正的陷阱电荷，在场氧205下形成n+的导电沟道(如图中虚线箭头标识出了LDMOS的导电沟道)。这会导致器件阈值电压的漂移，漂移的幅度与辐照剂量为线性关系，利用该性质便可以通过简单电路实现辐照强度检测，并将检测结果以电信号的形式输出。

进一步地，辐照探测电路200中由m*n个辐照探头构成的探测阵列被设置于半球形透明罩的最大圆形截面所在平面。如此，可以使得太阳辐射经不同的环形凸透镜110折射后均能落在辐照探头210的有效探测区域，且能够确保经该时间段的环形凸透镜110折射后的太阳辐射落在对应该时间段的辐照区域，提高了辐照探测电路200的准确性。

可选的，角度检测器100的半球形透明罩可以为下端开口的结构，在进行连接时，直接将角度检测器100扣在辐照探测电路200上并进行固定连接即可，方便拆卸和清洁。或者，角度检测器100的半球形透明罩也可以是封闭性的，在进行连接时，为将辐照探测电路200设置在角度检测器100的底面上，如此，只需预留必要的与后级电路或结构连接的信号传输口。当然，还可以采用其它任意可行的连接方式，本公开对此不做特别限定。

角度控制电路300与辐照探测电路200连接，用于接收n个电压信号，对n个电压信号进行比较以确定对应辐照强度最大的电压信号，并根据对应最大辐照强度的电压信号生成对应的角度调节信号。

参考图5，本实施例中，角度控制电路300进一步包括：比较器310和编码器320。其中，比较器310与辐照探测电路200连接，用于接收n个电压信号，对n个电压信号进行逐个比较，并根据比较结果生成n位二进制信号；编码器320与比较器310连接，接收n位二进制信号，用于对n位二进制信号编码后输出角度调节信号。其中，比较器310输出的n位二进制信号中，对应n个电压信号中最大值位的值为逻辑1，其余位的值均为逻辑0。

辐照探测电路200产生的n个不同的电压信号通过比较器310的逐个比较后，确定受到最大辐照强度的PMOS辐照探头组(每个PMOS辐照探头组对应一列PMOS辐照探头)，并将该组对应位的二进制值输出为高电平即逻辑1，其余组对应位的二进制值输出为低电平即逻辑0，最后得到一组n位的二进制数。然后通过编码器320对比较器310的输出进行编码，得到如4位二进制数的角度调节信号。该角度调节信号作为后续电路的输入信号，比如作为太阳能采集装置中调节组件400的输入信号。调节组件400根据输入的编码值所对应的角度控制太阳能板进行旋转。每个编码值对应于每组PMOS辐照探头组的位置，该位置又是通过角度检测器100对太阳辐射进行处理后得到的，于是便确定了该时刻的太阳位置。最终使太阳能板能够及时追踪太阳，并充分接收太阳辐射，从而提高太阳能的采集效率和利用效率。

进一步地，在进行多个电压信号的比较以判断辐照强度最大的辐照区域时，为由一列PMOS辐照探头中的m个辐照探头同时探测对应辐照区域的辐照强度，获得m个电压信号后选取其中的最大值作为对应该列辐照探头的输出值进行输出。即角度控制电路300中的比较器310所逐个比较的n个电压信号分别对应为n列辐照探头中每列辐照探头所获得的m个电压信号中的最大值。

示例性的，以n等于12为例，即角度检测器100是由12个环形凸透镜110拼接成半球形透明罩，对应每天中6点到18点之间的太阳有效辐射时间(图3中的数字代表时间)，以及角度检测器100的预设检测间隔时间为一小时。也即，每个环形凸透镜110及每列PMOS辐照探头分别对应一小时，12个环形凸透镜和12列PMOS辐照探头(例如为由144个PMOS辐照探头构成12×12的阵列)对应早6点到晚18点的太阳辐射。其中，12个环形凸透镜110的焦距各不相同，每个环形凸透镜110的焦距由在不同时段的太阳位置以及底部的12*12的PMOS辐照探头阵列(每列对应一个环形凸透镜110)确定。当9点的太阳光照射到玻璃罩上时，12个环形凸透镜110虽然都会接收到太阳辐射，并折射到各自对应的PMOS辐照探头列上，但是只有9点所对应的PMOS辐照探头列接收到的辐照强度是最大的。因此该列PMOS辐照探头对应输出的电压信号在12个电压信号中也是最大的，通过比较器310比较该12个电压信号的大小，最终输出如为“0000_0000_1000”的一个12位二进制信号，由此可以确定出当前的太阳辐射所处的时段。其中，12位二进制信号中逻辑1所处的位置可以对应表征当前的太阳辐射所处的时段。之后通过编码器320将该二进制数值转化为角度调节信号如“0011”。由于控制太阳能板的调节组件400中的处理器MCU已预先将每个需要调整的角度进行了编码，因此只要输入对应的码值，调节组件400就会调整太阳能板旋转到所需的最佳角度。

进一步地，还可以将辐照探测电路200和角度控制电路300集成在同一电路板上。如此，可以提高系统的集成度，以更有利于自动追日系统在实际中的广泛应用。

应当理解的是，本文上述对用于太阳能板的自动追日系统的工作原理是以12组环形凸透镜110以及12列PMOS辐照探头(即n＝12)为例进行阐述的。但在本公开的其它实施例中，n也可以是为其它的数值，而通过对n设置不同数值，可以实现不同规格的角度检测器100、辐照探测电路200以及用于太阳能板的自动追日系统的设计和/或制造。例如，如果要求更加精准的控制太阳能板的角度，可以增加环形凸透镜110的数量以及扩大底部PMOS辐照探头阵列，例如设置为由24个环形凸透镜110组成角度检测器100(每个环形凸透镜110可检测30分钟内的太阳角度)和由24列PMOS辐照探头构成辐照探测电路200。反之，如果太阳能板角度无需过高的控制精度，也可以适当减小环形凸透镜110的数量以及缩小底部PMOS辐照探头阵列，例如设置为由6个环形凸透镜110组成角度检测器100(每个凸透镜可检测120分钟内的太阳角度)和由6列PMOS辐照探头构成辐照探测电路200。本公开对此不做限定。

本公开还涉及一种太阳能采集装置。该太阳能采集装置包括：支架、太阳能板、调节组件以及如前所描述的用于太阳能板的自动追日系统。其中，太阳能板设置于支架上；调节组件与支架连接，用以根据角度调节信号调节太阳能板的角度；用于太阳能板的自动追日系统与调节组件连接，用以根据不同时刻的太阳辐射角度提供相应的角度调节信号。

综上，本公开利用多个PMOS辐照探头构成可覆盖所需检测时长(如8小时、12小时等)的辐照探测电路，通过角度检测器中的n个环形凸透镜将某一时段最大辐照汇集到辐照探测电路上，从而使该时段的最大辐照能够落在相应时段的PMOS辐照探头上，由辐照探测电路检测对应时段的太阳辐射强度后将检测结果输出给角度控制电路，进而角度控制电路对辐照探测电路的输出结果进行实时读取并输出角度调节信号以调整太阳能板的角度。如此，可以根据获得的角度调节信号控制太阳能板旋转至目标角度，实现非匀速转动调节，相较于现有静止的太阳能板以及控制太阳能板匀速转动的方式来说，能够提高太阳能板以及太阳能采集装置对太阳能的采集效率和利用效率。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种用于太阳能板的自动追日系统，其特征在于，包括：

角度检测器，包括n个环形凸透镜，用于会聚太阳辐射，并于所述角度检测器内部对应形成有具有不同辐照强度的n个辐照区域；

辐照探测电路，包括呈阵列排布的m*n个辐照探头，设置于所述角度检测器内，用于探测所述n个辐照区域中每一个辐照区域的辐照强度，并根据探测结果对应输出n个电压信号；

角度控制电路，与所述辐照探测电路连接，接收所述n个电压信号，用于根据所述n个电压信号中对应最大辐照强度的电压信号生成角度调节信号，所述角度调节信号用于调节所述太阳能板的旋转角度；

其中，所述n个辐照区域对应n个时间区域，且所述n个辐照区域中，辐照强度最大的区域所对应的时间区域即为当前的太阳辐射所处的时间区域，

其中，m和n均为正整数。

2.根据权利要求1所述的自动追日系统，其特征在于，n个所述环形凸透镜拼接成半球形透明罩。

3.根据权利要求2所述的自动追日系统，其特征在于，所述m*n个辐照探头设置于所述半球形透明罩的最大圆形截面所在平面。

4.根据权利要求1所述的自动追日系统，其特征在于，所述n个环形凸透镜的焦距各不相同。

5.根据权利要求1所述的自动追日系统，其特征在于，所述辐照探头为PMOS辐照探头，所述PMOS辐照探头的栅极与漏极短接后连接至参考地，所述PMOS辐照探头的源极连接至偏置信号产生电路，

其中，所述PMOS辐照探头的源极输出所述电压信号。

6.根据权利要求1所述的自动追日系统，其特征在于，所述角度控制电路包括：

比较器，与所述辐照探测电路连接，接收所述n个电压信号，用于对所述n个电压信号进行逐个比较，并根据比较结果生成n位二进制信号；

编码器，与所述比较器连接，接收所述n位二进制信号，用于对所述n位二进制信号编码后输出所述角度调节信号，

其中，所述n位二进制信号中，对应所述n个电压信号中最大值位的值为逻辑1，其余位的值均为逻辑0。

7.根据权利要求1所述的自动追日系统，其特征在于，所述辐照探测电路和所述角度控制电路被集成在同一电路板上。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的自动追日系统，其特征在于，n等于每天中的太阳有效辐射时间除以预设检测间隔时间。

9.一种太阳能采集装置，其特征在于，包括：

支架；

太阳能板，设置于所述支架上；

调节组件，与所述支架连接，用以根据角度调节信号调节所述太阳能板的角度；

如权利要求1至8中任一项所述的用于太阳能板的自动追日系统，与所述调节组件连接，用以根据不同时刻的太阳辐射角度提供相应的所述角度调节信号。

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