CN2760463Y - 太阳光跟踪传感器 - Google Patents

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Abstract

太阳光跟踪传感器公开一种能使太阳能电池板跟踪太阳运动的传感器。A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13和D面光感应元件3依次镶嵌在方形盒1的四个侧面上，6的输出端和13的输出端分别连接在方位角跟踪电路20的两个输入端上，20的输出端连接方位角变换驱动电路22的输入端上，10的输出端和3的输出端分别连接在高度角跟踪电路21的两个输入端上，21的输出端连接在高度角变换驱动电路23的输入端上。它能使太阳能电池板方阵33随着太阳的运动实时动态调整其位置以便最大限度接收太阳能。由于本实用新型的传感器是根据两个相对表面光强度信号之差驱动执行机构的，只要有太阳光就工作，跟踪范围宽、灵敏度高。

Description

太阳光跟踪传感器
技术领域：
本实用新型涉及一种能使太阳能电池板跟踪太阳运动，保持太阳能电池板方阵法面垂直于太阳光线的传感器。
背景技术：
太阳能是一种取之不尽的洁净能源，太阳能光伏发电是人类利用太阳能的一种主要方式。太阳能电池单位面积的发电量与阳光入射角有关，光线与太阳能电池方阵法面垂直时发电量最大，改变入射角，发电量明显下降。目前太阳能光伏发电系统普遍采用的固定方阵是低效发电方式，采用自动跟踪系统可提高发电量40％，从而降低投资成本20％以上。自动跟踪系统的核心技术取决于传感器的构造和信号处理电路的性能。目前现有的技术方案有“时钟式”和“四像限光电式”，它们存在掉电后重新启动时系统因无法确定当前方位而迷失方向、跟踪范围狭小、灵敏度误差大于0.5度的缺陷。
实用新型内容：
为了克服已有的太阳跟踪传感器存在掉电后重新启动时系统因无法确定当前方位而迷失方向和跟踪范围狭小、灵敏度误差大的缺陷，提供一种掉电重启后能照常工作而且跟踪范围大、灵敏度误差小的太阳光跟踪传感器。本实用新型的技术方案是：它包括方形盒1、A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13、D面光感应元件3、光学衰减片2、方位角跟踪电路20、高度角跟踪电路21、方位角变换驱动电路22和高度角变换驱动电路23，A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13和D面光感应元件3依次镶嵌在方形盒1的四个侧面上，A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13和D面光感应元件3的外表面覆盖有光学衰减片2，A面光感应元件6的输出端和C面光感应元件13的输出端分别连接在方位角跟踪电路20的两个输入端上，方位角跟踪电路20的输出端连接方位角变换驱动电路22的输入端上，B面光感应元件10的输出端和D面光感应元件3的输出端分别连接在高度角跟踪电路21的两个输入端上，高度角跟踪电路21的输出端连接在高度角变换驱动电路23的输入端上。本实用新型的传感器工作时如图4所示，方形盒1的底面固定在太阳能电池板方阵33上，A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13和D面光感应元件3所在的平面都垂直于太阳能电池板方阵33所在的平面，当太阳光线垂直于太阳能电池板方阵33照射时，A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13和D面光感应元件3所接收到的光的强度基本相等，这时候方位角跟踪电路20和高度角跟踪电路21不输出信号，方位角变换驱动电路22和高度角变换驱动电路23不工作。如果太阳光线与太阳能电池板方阵33不垂直时，就会造成A面光感应元件6与C面光感应元件13和/或B面光感应元件10与D面光感应元件3所接收到的光强度不相等，方位角跟踪电路20输出信号给方位角变换驱动电路22，方位角变换驱动电路22驱动双轴转动机构4以铅垂方向为旋转轴转动，从而使固定在双轴转动机构4上的太阳能电池板方阵33随着转动直到A面光感应元件6与C面光感应元件13所接收到的光强度基本相等；高度角跟踪电路21输出信号给高度角变换驱动电路23，高度角变换驱动电路23驱动双轴转动机构4以水平方向为旋转轴转动，从而使固定在双轴转动机构4上的太阳能电池板方阵33随着转动直到B面光感应元件10与D面光感应元件3所接收到的光强度基本相等。本实用新型的传感器能使太阳能电池板方阵33随着太阳的运动实时动态调整其位置以便最大限度接收太阳能。由于本实用新型的传感器是根据两个相对表面光强度信号之差驱动执行机构的，只要有太阳光就工作，跟踪范围宽、灵敏度高且不会出现掉电后重新启动时系统因无法确定当前方位而迷失方向的问题。本实用新型设计合理、工作可靠，具有较大的推广价值。
附图说明：
图1是本实用新型的方形盒1、A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13、D面光感应元件3、顶面光敏电阻RG9和光学衰减片2的结构示意图，图2是本实用新型的电路结构示意图，图3是实施方式二和实施方式三的电路结构示意图，图4是本实用新型安装到太阳能电池板方阵33上的结构示意图。
具体实施方式：
具体实施方式一：下面结合图1和图2具体说明本实施方式。本实施方式由方形盒1、A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13、D面光感应元件3、光学衰减片2、方位角跟踪电路20、高度角跟踪电路21、方位角变换驱动电路22和高度角变换驱动电路23组成，A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13和D面光感应元件3依次镶嵌在方形盒1的四个侧面上，A面光感应元件6、B面光感应元件10、C面光感应元件13和D面光感应元件3的外表面遮盖有光学衰减片2以调节光通量，使其获得最佳工作点。A面光感应元件6的输出端和C面光感应元件13的输出端分别连接在方位角跟踪电路20的两个输入端上，方位角跟踪电路20的输出端连接方位角变换驱动电路22的输入端上，B面光感应元件10的输出端和D面光感应元件3的输出端分别连接在高度角跟踪电路21的两个输入端上，高度角跟踪电路21的输出端连接在高度角变换驱动电路23的输入端上。
具体实施方式二：下面结合图1和图2具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：它还包括夜停电路24和光敏电阻RG9，光敏电阻RG9设置在方形盒1上顶面所开的孔1-1的正下方，光敏电阻RG9距离方形盒1上顶面的距离为15～25毫米，孔1-1上遮盖有光学衰减片2以调节光通量，光敏电阻RG9的输出端连接夜停电路24的输入端，夜停电路24的一个输出端连接方位角跟踪电路20的电源端，夜停电路24的另一个输出端连接高度角跟踪电路21的电源端。如此设置当天黑后光敏电阻RG9的阻值发生变化，这种变化通过夜停电路24给方位角跟踪电路20和高度角跟踪电路21断电，使本传感器在黑夜时处于停电休眠状态。反之，天亮后光敏电阻RG9通过夜停电路24给方位角跟踪电路20和高度角跟踪电路21恢复供电，本装置继续工作。
具体实施方式三：下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式二的不同点是：A面光感应元件6由光敏电阻RG1和光敏电阻RG4组成，C面光感应元件13由光敏电阻RG2和光敏电阻RG3组成，夜停电路24由电源VCC、开关H4、达林顿管VT1、三极管VT2、四个电阻(R1、R2、R4和R19)、发光二极管LED5、反向器IC5-4和可变电阻RH1组成，电源VCC连接开关H4的动端、三极管VT2的集电极、光敏电阻RG9的一端和电阻R1的一端，光敏电阻RG9的另一端连接电阻R19的一端和达林顿管VT1的基极，电阻R19的另一端通过可变电阻RH1接地，达林顿管VT1的集电极接电阻R1的另一端和反向器IC5-4的输入端，达林顿管VT1的发射极通过电阻R2接地，反向器IC5-4的输出端接三极管VT2的基极，三极管VT2的发射极接开关H4的静端和发光二极管LED5的阳极，发光二极管LED5的阴极通过电阻R4接地；
方位角变换驱动电路22由继电器线圈K1、继电器线圈K2、电阻R5、电阻R6、电阻R7、发光二极管LED1、发光二极管LED2、二极管VD1、二极管VD2、三极管VT3和三极管VT4组成，继电器线圈K1的一端连接继电器线圈K2的一端、电阻R7的一端和夜停电路24的三极管VT2的发射极，继电器线圈K1的另一端连接发光二极管LED1的阴极、二极管VD1的阳极和三极管VT3的集电极，发光二极管LED1的阳极连电阻R7的另一端和发光二极管LED2的阳极，发光二极管LED2的阴极连接继电器线圈K2的另一端、二极管VD2的阳极和三极管VT4的集电极，二极管VD1的阴极连接二极管VD2的阴极和夜停电路24的三极管VT2的发射极，三极管VT3的发射极和三极管VT4的发射极都接地，三极管VT3的基极连接电阻R5的一端，三极管VT4的基极连接电阻R6的一端；
方位角跟踪电路20由电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11和电阻R20、两个光耦合器、达林顿管VT5、达林顿管VT6、可变电阻RH2、反向器IC5-2和反向器IC5-6组成，光敏电阻RG1的一端连接光敏电阻RG2的一端、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端、电阻R11的一端和夜停电路24的三极管VT2的发射极，光敏电阻RG1的另一端连接达林顿管VT5的基极和光敏电阻RG3的一端，光敏电阻RG3的另一端接地，电阻R8的另一端连接光耦合器输入侧IC1A的阳极、光耦合器输入侧IC2A的阴极和达林顿管VT5的集电极，电阻R9的另一端连接光耦合器输入侧IC1A的阴极、光耦合器输入侧IC2A的阳极和达林顿管VT6的集电极，达林顿管VT5的发射极连接达林顿管VT6的发射极和电阻R20的一端，电阻R20的另一端通过可变电阻RH2接地，达林顿管VT6的基极连接光敏电阻RG2的另一端和光敏电阻RG4的一端，光敏电阻RG4的另一端接地，电阻R10的另一端连接光耦合器输出侧IC1B的一端和反向器IC5-2的输入端，光耦合器输出侧IC1B的另一端接地，反向器IC5-2的输出端连接方位角变换驱动电路22的电阻R5的另一端，电阻R11的另一端连接光耦合器输出侧IC2B的一端和反向器IC5-6的输入端，光耦合器输出侧IC2B的另一端接地，反向器IC5-6的输出端连接方位角变换驱动电路22的电阻R6的另一端，输入侧IC1A与输出侧IC1B组成一个完整的光耦合器，输入侧IC2A与输出侧IC2B组成一个完整的光耦合器。
B面光感应元件10和D面光感应元件3与A面光感应元件6的组成和连接方式相同，高度角跟踪电路21与方位角跟踪电路20的组成和连接方式相同，高度角变换驱动电路23与方位角变换驱动电路22的组成和连接方式相同。本实施方式由RG1-RG4搭成电桥，与晶体管VT5、VT6及其相关电阻组成了差分放大电路；晶体管VT3、VT4与继电器的继电器线圈K1、K2组成了功率输出电路；差分放大输出端通过光耦合器与反相器IC5-2和IC5-6连接，构成了鉴幅电路；反相器IC5-2和IC5-6的输出端接在功率输出电路的输入端，构成了完整的方位角跟踪电路。光敏电阻RG1-RG4和RG9型号为MG41-47，金属外壳，玻璃采光口，亮电阻小于100K，暗电阻大于50M。光耦合器采用进口PC817或4N25，反相器选用美国产CMOS型集成旋密特电路CC40106，它具有6个施加密特反相器，翻转波形陡。如图4所示，将传感器与太阳能电池板方阵平面垂直安装(VT2导通或手动开关H4闭合)。当入射光线与传感器立面偏差角近零，即与太阳能电池板方阵法面垂直时，RG1-RG4受光照强度匀等，差分放大器平衡，无信号输出，IC1A和IC2A中无电流通过，IC5-2、IC5-6保持低电位输出，VT3、VT4截止，无功率输出，太阳能电池板方阵处于静止状态。当太阳沿方位角向西转动，光线与传感器立面产生偏差角，传感器A面的光敏电阻RG1、RG4光照强度增大，阻值变小，传感器C面的RG2、RG3因光照强度变小，阻值增大，致使差分放大器失衡，输出电位差，光耦合器IC2A有电流通过，并随入射光线与传感器偏差角的增大而增大，当偏差角达到某一设定值时，IC5-6输出高电位，致使VT4饱和，K2吸合，方位角执行机构运转，使太阳能电池方阵向太阳转动的方向旋转跟踪，当入射光线与传感器偏差角近零，A面的RG1、RG4与C面的RG2～RG3受光均衡，差分放大器输出为零，IC2A没有电流通过，IC5-6输出低电位，VT4截止，K2释放，停止跟踪，完成一次调整周期。如此一次次跟踪，直至傍晚，光线变弱，RG9阻值增大，VT1输出端电位升高，IC5-4输出低电位，使VT2截止，系统进入夜停状态。太阳能电池板方阵停止在日落方向略偏南，(有限位开关防越轨)。第二天日出，VT2首先进入饱和状态，开始工作。有光线照射在传感器C面，RG2、RG3受光，阻值变小，差分放大电路输出相反的电位差，IC1A有电流通过，IC5-2输出高电位，VT3饱和K1吸合，太阳能电池板方阵向东旋转，直至光线与传感器偏差角近零而停止在东方略偏南(有限位开关防越轨)。这是新一天重新开始工作的起始位置。高度角跟踪电路工作原理也如此。由传感器引导系统时刻沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构成了一个闭路负反馈系统，实现了自动跟踪。可变电阻RH2、调整方位角的跟踪精度，当可变电阻调大时，跟踪间差大，调小时跟踪间差变小，可变电阻RH1用来调整夜停(或阴天)时间提前或延迟。H4是手动电源开关，只在安装调试中接通使用。VD1-VD4是续流二级管，LD1-LD4是发光二级管，做转向指示，LED5是工作指示。本实施方式具有以下优点：1、跟踪灵敏度高：采用了8只光敏电阻做传感器的敏感元件，能够捕捉到光线瞬间更微小的变化。更主要的是，在动态变化时，RG1、RG4与RG2、RG3阻值的变化正好相反，使差分放大电路输入端分压比的改变更加迅速，与采用四像限光电元件做敏感元件的跟踪电路相比，灵敏度增加一倍。2、跟踪灵敏度均衡稳定：假设取消RG3、RG4，用固定电阻代替，静态时，RG1、RG2的阻值同时随光照强度的改变而改变，致使差分放大电路静态工作点极不稳定，必然造成跟踪灵敏度下降。该电路不同寻常处是加入了RG3、RG4，取代了固定电阻，静态时光照强弱的变化将引起RGI～RG4的阻值同时增大或减小，而分压比不变。从而稳定了静态工作点，保证全天侯均衡的跟踪灵敏度。

Claims (5)

1、太阳光跟踪传感器，其特征在于它包括方形盒(1)、A面光感应元件(6)、B面光感应元件(10)、C面光感应元件(13)、D面光感应元件(3)、光学衰减片(2)、方位角跟踪电路(20)、高度角跟踪电路(21)、方位角变换驱动电路(22)和高度角变换驱动电路(23)，A面光感应元件(6)、B面光感应元件(10)、C面光感应元件(13)和D面光感应元件(3)依次镶嵌在方形盒(1)的四个侧面上，A面光感应元件(6)、B面光感应元件(10)、C面光感应元件(13)和D面光感应元件(3)的外表面覆盖有光学衰减片(2)，A面光感应元件(6)的输出端和C面光感应元件(13)的输出端分别连接在方位角跟踪电路(20)的两个输入端上，方位角跟踪电路(20)的输出端连接方位角变换驱动电路(22)的输入端上，B面光感应元件(10)的输出端和D面光感应元件(3)的输出端分别连接在高度角跟踪电路(21)的两个输入端上，高度角跟踪电路(21)的输出端连接在高度角变换驱动电路(23)的输入端上。
2、根据权利要求1所述的太阳光跟踪传感器，其特征在于它还包括夜停电路(24)和光敏电阻(RG9)，光敏电阻(RG9)设置在方形盒(1)上顶面所开的孔(1-1)的正下方，光敏电阻(RG9)距离方形盒(1)上顶面的距离为15～25毫米，孔(1-1)上遮盖有光学衰减片(2)以调节光通量，光敏电阻(RG9)的输出端连接夜停电路(24)的输入端，夜停电路(24)的一个输出端连接方位角跟踪电路(20)的电源端，夜停电路(24)的另一个输出端连接高度角跟踪电路(21)的电源端。
3、根据权利要求2所述的太阳光跟踪传感器，其特征在于A面光感应元件(6)由光敏电阻(RG1)和光敏电阻(RG4)组成，C面光感应元件(13)由光敏电阻(RG2)和光敏电阻(RG3)组成，夜停电路(24)由电源(VCC)、开关(H4)、达林顿管(VT1)、三极管(VT2)、电阻(R1)、电阻(R2)、电阻(R4)和电阻(R19)、发光二极管(LED5)、反向器(IC5-4)和可变电阻(RH1)组成，电源(VCC)连接开关(H4)的动端、三极管(VT2)的集电极、光敏电阻(RG9)的一端和电阻(R1)的一端，光敏电阻(RG9)的另一端连接电阻(R19)的一端和达林顿管(VT1)的基极，电阻(R19)的另一端通过可变电阻(RH1)接地，达林顿管(VT1)的集电极接电阻(R1)的另一端和反向器(IC5-4)的输入端，达林顿管(VT1)的发射极通过电阻(R2)接地，反向器(IC5-4)的输出端接三极管(VT2)的基极，三极管(VT2)的发射极接开关(H4)的静端和发光二极管(LED5)的阳极，发光二极管(LED5)的阴极通过电阻(R4)接地。
4、根据权利要求3所述的太阳光跟踪传感器，其特征在于方位角变换驱动电路(22)由继电器线圈(K1)、继电器线圈(K2)、电阻(R5)、电阻(R6)、电阻(R7)、发光二极管(LED1)、发光二极管(LED2)、二极管(VD1)、二极管(VD2)、三极管(VT3)和三极管(VT4)组成，继电器线圈(K1)的一端连接继电器线圈(K2)的一端、电阻(R7)的一端和夜停电路(24)的三极管(VT2)的发射极，继电器线圈(K1)的另一端连接发光二极管(LED1)的阴极、二极管(VD1)的阳极和三极管(VT3)的集电极，发光二极管(LED1)的阳极连电阻(R7)的另一端和发光二极管(LED2)的阳极，发光二极管(LED2)的阴极连接继电器线圈(K2)的另一端、二极管(VD2)的阳极和三极管(VT4)的集电极，二极管(VD1)的阴极连接二极管(VD2)的阴极和夜停电路(24)的三极管(VT2)的发射极，三极管(VT3)的发射极和三极管(VT4)的发射极都接地，三极管(VT3)的基极连接电阻(R5)的一端，三极管(VT4)的基极连接电阻(R6)的一端。
5、根据权利要求4所述的太阳光跟踪传感器，其特征在于方位角跟踪电路(20)由电阻(R8)、电阻(R9)、电阻(R10)、电阻(R11)和电阻(R20)、两个光耦合器、达林顿管(VT5)、达林顿管(VT6)、可变电阻(RH2)、反向器(IC5-2)和反向器(IC5-6)组成，光敏电阻(RG1)的一端连接光敏电阻(RG2)的一端、电阻(R8)的一端、电阻(R9)的一端、电阻(R10)的一端、电阻(R11)的一端和夜停电路(24)的三极管(VT2)的发射极，光敏电阻(RG1)的另一端连接达林顿管(VT5)的基极和光敏电阻(RG3)的一端，光敏电阻(RG3)的另一端接地，电阻(R8)的另一端连接光耦合器输入侧(IC1A)的阳极、光耦合器输入侧(IC2A)的阴极和达林顿管(VT5)的集电极，电阻(R9)的另一端连接光耦合器输入侧(IC1A)的阴极、光耦合器输入侧(IC2A)的阳极和达林顿管(VT6)的集电极，达林顿管(VT5)的发射极连接达林顿管(VT6)的发射极和电阻(R20)的一端，电阻(R20)的另一端通过可变电阻(RH2)接地，达林顿管(VT6)的基极连接光敏电阻(RG2)的另一端和光敏电阻(RG4)的一端，光敏电阻(RG4)的另一端接地，电阻(R10)的另一端连接光耦合器输出侧(IC1B)的一端和反向器(IC5-2)的输入端，光耦合器输出侧(IC1B)的另一端接地，反向器(IC5-2)的输出端连接方位角变换驱动电路(22)的电阻(R5)的另一端，电阻(R11)的另一端连接光耦合器输出侧(IC2B)的一端和反向器(IC5-6)的输入端，光耦合器输出侧(IC2B)的另一端接地，反向器(IC5-6)的输出端连接方位角变换驱动电路(22)的电阻(R6)的另一端，输入侧(IC1A)与输出侧(IC1B)组成一个完整的光耦合器，输入侧(IC2A)与输出侧(IC2B)组成一个完整的光耦合器。
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