DE102010047268A1

DE102010047268A1 - Optical angle sensor

Info

Publication number: DE102010047268A1
Application number: DE102010047268A
Authority: DE
Inventors: Günter Germann; Stephan Herzig; Ralf Hübner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-04-05
Also published as: WO2012041442A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Winkelsensor (308) zum Bestimmen eines Winkels zwischen einer Richtung zu einer Lichtquelle (310) und einer Ausrichtung des Winkelsensors, sowie ein Verfahren zum Positionieren zumindest eines Teilelementes einer Solaranlage. Weiterhin beschreibt das vorliegende Dokument eine Solaranlage mit einem Winkelsensor, wobei der Winkelsensor ein lichtundurchlässiges Gehäuse aufweist, das in einer Wand eine lichtdurchlässige Öffnung aufweist; und der Winkelsensor einen Sensor aufweist, wobei der Sensor ein elektronischer Lichtdetektor ist, der innerhalb des Gehäuses an einer der Öffnung gegenüberliegenden Wand des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Sensor ausgebildet ist, um unter Verwendung einer Position eines durch die Öffnung auf den Sensor treffenden Lichtstrahls ein elektrisches Signal zu erzeugen, das einen Winkel zwischen einer Richtung zu einer Lichtquelle und einer Ausrichtung des Winkelsensors repräsentiert.The present invention relates to an optical angle sensor (308) for determining an angle between a direction to a light source (310) and an orientation of the angle sensor, and to a method for positioning at least one subelement of a solar system. Furthermore, the present document describes a solar system with an angle sensor, wherein the angle sensor has an opaque housing having a light-transmitting opening in a wall; and the angle sensor comprises a sensor, the sensor being an electronic light detector disposed within the housing on a wall of the housing opposite the opening, the sensor being configured to detect a position of a light beam incident on the sensor through the opening to generate an electrical signal representing an angle between a direction to a light source and an orientation of the angle sensor.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Winkelsensor, ein Verfahren zum Positionieren zumindest eines Teilelementes einer Solaranlage, ein Computerprogrammprodukt, sowie auf eine Solaranlage gemäß den Hauptansprüchen.The present invention relates to an optical angle sensor, a method for positioning at least a partial element of a solar system, a computer program product, and to a solar system according to the main claims.

Bei einer herkömmlichen Solaranlage erfolgt eine Nachführung nach dem Stand der Sonne durch eine Anordnung von Fotodioden, die meist solange kein elektrisches Signal abgeben, bis aufgrund der Erdrotation der Schatten gewandert ist und eine der Dioden beleuchtet. Durch das Signal wird die Solaranlage solange der Sonne nachgeführt, bis der Schatten erneut auf die Diode fällt. Die damit zu erreichende Positioniergenauigkeit kann nur in größeren Schritten implementiert werden und ist überdies mangelhaft.In a conventional solar system tracking takes place according to the state of the sun through an array of photodiodes that usually do not deliver an electrical signal until, due to the earth's rotation, the shadow has moved and one of the diodes illuminated. The solar system is tracked by the signal as long as the sun until the shadow falls on the diode again. The positioning accuracy to be achieved with this can only be implemented in larger steps and is also deficient.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Solaranlage, ein verbessertes Verfahren zum Nachführen einer Solaranlage, sowie einen verbesserten Sonnenstandsensor bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide an improved solar system, an improved method for tracking a solar system, and an improved solar sensor.

Diese Aufgabe wird durch einen optischen Winkelsensor, ein Verfahren zum Positionieren zumindest eines Teilelementes einer Solaranlage, ein Computerprogrammprodukt, sowie eine Solaranlage gemäß den Hauptansprüchen gelöst.This object is achieved by an optical angle sensor, a method for positioning at least one subelement of a solar system, a computer program product, and a solar system according to the main claims.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass Teile einer Solaranlage, die Sonnenlicht in einem Brennpunkt bündeln können, eine sehr geringe Toleranz gegenüber einer Winkelabweichung zwischen einem Einfallsrichtung des Sonnenlichts und einer Ausrichtung der Solaranlage aufweisen. So ist es vorteilhaft eine Winkeldifferenz zwischen der Ausrichtung der Solaranlage und einem Referenzwinkel zwischen der Einfallsrichtung des Sonnenlichts und einem theoretischen Idealwinkel der Solaranlage möglichst gering zu halten. Um eine Regelung der tatsächlichen Ausrichtung sicher zu ermöglichen ist eine Verwendung hochwertiger Sensoren erforderlich. Darüber hinaus kann es beispielsweise aus Gründen einer thermischen Stabilität der Anlagen erforderlich sein, eine vorab festgelegte Abweichung von dem theoretischen Idealwinkel einzuhalten.The present invention is based on the finding that parts of a solar system that can focus sunlight in one focal point, have a very low tolerance to an angular deviation between an incident direction of the sunlight and an orientation of the solar system. Thus, it is advantageous to keep as small an angle difference between the orientation of the solar system and a reference angle between the direction of incidence of the sunlight and a theoretical ideal angle of the solar system. In order to reliably enable regulation of the actual orientation, it is necessary to use high-quality sensors. Moreover, for reasons of thermal stability of the systems, for example, it may be necessary to adhere to a predefined deviation from the theoretical ideal angle.

Vorteilhafterweise ermöglicht ein Winkelsensor gemäß dem hier vorgestellten Ansatz eine sichere und schnelle Erkennung eines Winkels zwischen einer Ausrichtung des Sensors und einer Lichteinfallrichtung. Damit kann beispielweise ein Zahlenwert der Abweichung zur Verfügung gestellt werden. Mithilfe dieses Sensors und dem bereitgestellten Wert kann eine Solaranlage einem vorgegebenen Winkel zwischen der Lichteinfallsrichtung und der Ausrichtung der Solaranlage einfach und sicher nachgeführt werden.Advantageously, an angle sensor according to the approach presented here enables a safe and rapid detection of an angle between an orientation of the sensor and a light incidence direction. Thus, for example, a numerical value of the deviation can be made available. With the aid of this sensor and the provided value, a solar system can easily and safely track a given angle between the light direction of incidence and the orientation of the solar system.

Die vorliegende Erfindung schafft einen optischen Winkelsensor zum Bestimmen eines Winkels zwischen einer Richtung zu einer Lichtquelle und einer Ausrichtung des Winkelsensors, wobei der Winkelsensor die folgenden Merkmale aufweist:
ein lichtundurchlässiges Gehäuse, das in einer Wand eine lichtdurchlässige Öffnung aufweist; und
einen Sensor, wobei der Sensor ein elektronischer Lichtdetektor ist, der innerhalb des Gehäuses an einer, der Öffnung gegenüberliegenden Wand des Gehäuses angeordnet ist, wobei der Sensor ausgebildet ist, um unter Verwendung einer Position eines durch die Öffnung auf den Sensor treffenden Lichtstrahls ein elektrisches Signal zu erzeugen, das einen Winkels zwischen einer Richtung zu der Lichtquelle und einer Ausrichtung des Winkelsensors repräsentiert.The present invention provides an optical angle sensor for determining an angle between a direction to a light source and an orientation of the angle sensor, the angle sensor having the following features:
an opaque housing having a translucent opening in a wall; and
a sensor, the sensor being an electronic light detector disposed within the housing on a wall of the housing opposite the opening, the sensor being configured to generate an electrical signal using a position of a light beam incident on the sensor through the opening which represents an angle between a direction to the light source and an orientation of the angle sensor.

Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Positionieren zumindest eines Teilelementes einer Solaranlage, wobei das Verfahren
einen Schritt des Empfangens eines elektrischen Signals von einem Winkelsensor aufweist, wobei das Signal einen Winkel zwischen einer Richtung zu einer Lichtquelle und einer Ausrichtung des Winkelsensors repräsentiert; und
einen Schritt des Nachführens zumindest des Teilelementes der Solaranlage aufweist, um den Winkelsensor ansprechend auf eine Abweichung des Winkels von einem vorgegebenen Sollwinkel in eine vorbestimmte Beziehung zur Lichtquelle auszurichten.Furthermore, the present invention provides a method for positioning at least one sub-element of a solar system, wherein the method
a step of receiving an electrical signal from an angle sensor, the signal representing an angle between a direction to a light source and an orientation of the angle sensor; and
a step of tracking at least the sub-element of the solar system to align the angle sensor in response to a deviation of the angle from a predetermined desired angle in a predetermined relationship with the light source.

Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Solaranlage, mit folgenden Merkmalen: einer Sammeleinrichtung für Lichtstrahlen einer Lichtquelle, wobei die Sammeleinrichtung ausgebildet ist, um Lichtstrahlen zu konzentrieren, wobei die Sammeleinrichtung der Lichtquelle nachführbar ausgeführt ist;
einer Absorptionseinrichtung, die ausgebildet ist, um Energie von den konzentrierten Lichtstrahlen aufzunehmen;
eine Nachführeinrichtung, die ausgebildet ist, um die Sammeleinrichtung der Lichtquelle nachzuführen; und einen optischen Winkelsensor gemäß dem hier vorgestellten Ansatz, wobei der Winkelsensor mit der Nachführeinrichtung verbunden ist und ausgebildet ist, um der Nachführeinrichtung ein Führungssignal zum Nachführen bereitzustellen, wobei der Winkelsensor winkelfest mit der Sammeleinrichtung verbunden ist.Furthermore, the present invention provides a solar system, comprising: a light beam collecting means of a light source, the collecting means being arranged to concentrate light beams, the collecting means of the light source being made trackable;
an absorber configured to receive energy from the concentrated light beams;
a tracking device configured to track the collector of the light source; and an optical angle sensor according to the approach presented here, wherein the angle sensor is connected to the tracking device and is designed to provide the tracking device with a guide signal for tracking, wherein the angle sensor is connected in a fixed angle to the collecting device.

Eine Solaranlage kann bewegliche Teilelemente aufweisen. Ein bewegliches Teilelement kann beispielsweise eine Parabolrinne, ein Fresnelspiegel, ein Photovoltaikmodul oder ein Parabolspiegel sein. Ein bewegliches Teilelement kann einer Lichtquelle nachgeführt werden. Eine Lichtquelle kann beispielsweise die Sonne sein. Zum Nachführen kann von der Lichtquelle Licht auf den Winkelsensor und durch die Öffnung in der Wand des Gehäuses, die als Blende ausgeführt sein oder verstanden werden kann, auf den Sensor fallen. Der Sensor kann innerhalb des Gehäuses mit einem vorgegebenen Abstand zu der Öffnung angeordnet sein. Dabei kann der Abstand eine seitliche Auslenkung der Position des Lichtstrahls auf dem Sensor beeinflussen. Je größer der Abstand ist, umso größer kann die Auslenkung sein. Ein elektrisches Signal kann ein analoger Spannungs- oder Stromwert sein, das elektrische Signal kann auch in binärer Form vorliegen. Das Nachführen kann in Winkelschritten erfolgen. Je größer die Abweichung vom Sollwinkel ist, umso größer kann der nachzuführende Winkelschritt sein. Die vorbestimmte Beziehung kann eine Ausrichtung direkt auf die Lichtquelle bedeuten, ebenso kann die vorbestimmte Beziehung eine Abweichung von der direkten Ausrichtung sein, beispielsweise um die reflektierten Lichtstrahlen. zusammen mit einem beweglichen Teil der Solaranlage auf einen bestimmten Ort zu konzentrieren. Eine Sammeleinrichtung kann ein Spiegel, ein konzentrierender Spiegel oder Teile eines konzentrierenden Spiegels sein, die als planare Spiegel ausgebildet sein können; ebenso kann die Sammeleinrichtung eine Linse oder Teile einer Linse sein. Auch kann der bewegliche Teil der Solaranlage ein Photovoltaik-Modul sein. Dabei kann eine Geometrie der Sammeleinrichtung oder eine Kombination von Geometrien mehrerer beweglicher Teile der Solaranlage einen Ort bestimmen, an dem das Licht konzentriert wird. Die Sammeleinrichtung kann in einer oder mehreren Achsen beweglich sein. Die Absorptionseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, Licht in Wärme umzuwandeln. Die Absorptionseinrichtung kann ebenso dazu ausgebildet sein, Licht in elektrischen Strom umzuwandeln. Auch kann in der Absorptionseinrichtung eine chemische Reaktion durch das Licht ausgelöst werden. Die Nachführeinrichtung kann ein Motor oder ein Motor mit Getriebe sein. Ebenso kann die Nachführeinrichtung beispielsweise hydraulisch oder pneumatisch ausgeführt sein. Die Nachführeinrichtung kann mit der Sammeleinrichtung und/oder einem festen Teil der Solaranlage verbunden sein. Die Nachführeinrichtung kann dazu ausgebildet sein, ein bewegliches Teil der Solaranlage, wie die Sammeleinrichtung um einen Drehpunkt in einer oder zwei Achsen zu drehen.A solar system may have movable sub-elements. A movable subelement can be, for example, a parabolic trough, a Fresnel mirror, a photovoltaic module or a parabolic mirror. A movable sub-element can be tracked to a light source. A light source may be, for example, the sun. For tracking can from the Light source light on the angle sensor and through the opening in the wall of the housing, which can be designed as an aperture or can be understood fall on the sensor. The sensor may be disposed within the housing at a predetermined distance from the opening. The distance can influence a lateral deflection of the position of the light beam on the sensor. The larger the distance, the larger the deflection can be. An electrical signal can be an analog voltage or current value, the electrical signal can also be in binary form. The tracking can be done in angular steps. The greater the deviation from the nominal angle, the greater the angle step to be followed. The predetermined relationship may mean an orientation directly on the light source, as well as the predetermined relationship may be a deviation from the direct orientation, for example, the reflected light beams. to focus on a specific location together with a moving part of the solar system. A collector may be a mirror, a concentrating mirror, or parts of a concentrating mirror, which may be formed as planar mirrors; likewise, the collecting means may be a lens or parts of a lens. Also, the moving part of the solar system may be a photovoltaic module. In this case, a geometry of the collecting device or a combination of geometries of several moving parts of the solar system can determine a location at which the light is concentrated. The collector may be movable in one or more axes. The absorption device can be designed to convert light into heat. The absorber may also be configured to convert light into electrical current. Also, a chemical reaction can be triggered by the light in the absorption device. The tracking device may be a motor or a motor with gear. Likewise, the tracking device can be designed, for example, hydraulically or pneumatically. The tracking device can be connected to the collecting device and / or a fixed part of the solar system. The tracking device may be designed to rotate a movable part of the solar system, such as the collecting device about a pivot point in one or two axes.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kommt als elektronischer Lichtdetektor, der die Position des auf ihn treffenden Lichtstrahls registriert, ein ortsauflösender, bildgebender Detektor zum Einsatz. Das von diesem Lichtdetektor ausgegebene Bildsignal kann mit bekannten Bildverarbeitungsverfahren bezüglich des Ortes der maximalen Intensität ausgewertet werden. Der Ort der maximalen Lichtintensität auf dem Detektor lässt sich unter Kenntnis der geometrischen Gegebenheiten des Winkelsensors auf einfache Weise in den zu detektierenden Winkel des Lichteinfalls umrechnen.According to a preferred embodiment comes as an electronic light detector, which registers the position of the light beam impinging on him, a spatially resolving, imaging detector used. The image signal output by this light detector can be evaluated with known image processing methods with respect to the location of the maximum intensity. The location of the maximum light intensity on the detector can be easily converted into the angle of light incidence to be detected by knowing the geometric conditions of the angle sensor.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der der erfindungsgemäße Winkelsensor auch eine Auswerteelektronik, insbesondere einen digitalen Mikrokontroller, insbesondere einen digitalen Signalprozessor (DSP), welche ein Bildsignal des Detektors digital verarbeitet. Bevorzugter Weise ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet den Ort eines Intensitätsmaximums des Bildsignals zu bestimmen. Bevorzugter Weise ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet den Ort des Intensitätsmaximums des Bildsignals z. B. anhand eines trigonometrischen Zusammenhangs in einen Winkel umzurechnen. Bevorzugter Weise ist die Auswerteelektronik dazu eingerichtet, den Winkel mittels einer digitalen Schnittstelle als Digitalwert auszugeben, insbesondere den Winkel mittels einer Feldbusschnittstelle an einen Feldbusteilnehmer auszugeben.According to a particularly preferred embodiment, the angle sensor according to the invention also comprises an evaluation electronics, in particular a digital microcontroller, in particular a digital signal processor (DSP), which digitally processes an image signal of the detector. The evaluation electronics are preferably set up to determine the location of an intensity maximum of the image signal. Preferably, the evaluation is set up the location of the intensity maximum of the image signal z. B. using a trigonometric relationship to convert into an angle. The evaluation electronics are preferably set up to output the angle as a digital value by means of a digital interface, in particular to output the angle to a field bus subscriber by means of a fieldbus interface.

Ferner kann auch der Sensor ein zweidimensionaler Sensor sein. Der Sensor kann ein flächiger Sensor sein. Dadurch kann der Sensor ein Signal zur Nachführung um zwei Achsen bereitstellen.Furthermore, the sensor can also be a two-dimensional sensor. The sensor can be a flat sensor. This allows the sensor to provide a signal for tracking about two axes.

In einer anderen Ausführungsform kann der Sensor ein eindimensionaler Sensor sein. Der Sensor kann beispielsweise ein einreihiger oder einzeiliger Sensor sein. Dadurch kann der Sensor kostengünstig hergestellt werden, und gut auf seinen Einsatzzweck abgestimmt werden.In another embodiment, the sensor may be a one-dimensional sensor. The sensor may be, for example, a single-row or single-line sensor. As a result, the sensor can be manufactured inexpensively, and be well matched to its purpose.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Sensor ausgebildet sein, um aus einer Differenz zwischen der Position des durch die Öffnung auf den Sensor treffenden Lichtstrahls und einer Referenzposition den Winkel zwischen der Richtung zu der Lichtquelle und der Ausrichtung des Winkelsensors zu bestimmen. Die Differenz kann ein Abstand sein. Dabei kann der Abstand zwischen der Position und der Referenzposition ein Maß für den Winkel zwischen der Richtung zu der Lichtquelle und einer Erfassungsrichtung des Sensors sein. Dadurch kann der Sensor absolute Winkelwerte bereitstellen.In accordance with another embodiment of the present invention, the sensor may be configured to determine the angle between the direction to the light source and the orientation of the angle sensor from a difference between the position of the light beam passing through the aperture on the sensor and a reference position. The difference can be a distance. In this case, the distance between the position and the reference position may be a measure of the angle between the direction to the light source and a detection direction of the sensor. This allows the sensor to provide absolute angle values.

Ferner kann der Sensor auch ausgebildet sein, um als Referenzposition eine Position auf dem Sensor zu verwenden, die sich durch einen Schnittpunkt einer Normalen zu einer Oberfläche des Sensors auszeichnet, wobei die Normale durch die Öffnung verläuft. Die Normale kann eine Senkrechte auf die Oberfläche des Sensors sein. Dadurch kann ein Lichtstrahl, wenn der Sensor direkt auf die Lichtquelle ausgerichtet ist auf den Referenzpunkt fallen. Dann kann die Differenz gegen null gehen.Furthermore, the sensor can also be designed to use as a reference position a position on the sensor which is distinguished by an intersection of a normal to a surface of the sensor, the normal passing through the opening. The normal can be a perpendicular to the surface of the sensor. This allows a beam of light to fall to the reference point when the sensor is aligned directly with the light source. Then the difference can go to zero.

In einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor ein CCD- und/oder ein PSD-Element sein. Ein CCD-Element kann ein Charge Coupled Device sein, das aus einer Mehrzahl von kleinen lichtempfindlichen Elementen zusammengesetzt sein kann. Dann kann ein belichtetes Element über seine Lage innerhalb des Sensors eine diskrete Position für den Lichtstrahl ausgeben. Ein PSD-Element (PSD = Position Sensitive Device = Positionssensitives Element) kann ein lichtempfindliches Bauteil sein, das in Abhängigkeit der Position des Lichtstrahls auf dem Sensor unterschiedliche Ladungsmengen an gegenüberliegenden Kontakten des Sensors bereitstellt, wobei ein Verhältnis der Ladungsmengen eine Abweichung des Lichtstrahls von einem zentralen Punkt oder Referenzpunkt des Bauteils repräsentiert. Dadurch kann über eine Spannungsmessung zwischen verschiedenen Kontaktpunkten des Bauteils leicht und sicher auf die Position des Lichtstahls auf der Bauteiloberfläche geschlossen werden. In a further embodiment, the sensor may be a CCD and / or a PSD element. A CCD element may be a charge coupled device, which may be composed of a plurality of small photosensitive elements. Then, an exposed element can output a discrete position for the light beam via its position within the sensor. A PSD element (PSD = Position Sensitive Device) may be a photosensitive member that provides different amounts of charge on opposite contacts of the sensor depending on the position of the light beam on the sensor, wherein a ratio of the charge amounts of a deviation of the light beam of a represents the central point or reference point of the component. As a result, a voltage measurement between different contact points of the component makes it easy and safe to deduce the position of the light beam on the component surface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin einen Schritt des Ermittelns des Sollwinkels, wobei der Sollwinkel unter Verwendung zumindest einer Temperatur zumindest eines Teils der Solaranlage ermittelt wird. Dabei kann eine Verringerung der Temperatur durch eine Veränderung des Orts, an dem das Licht konzentriert wird, erreicht werden. Beispielsweise kann die Absorptionseinrichtung aus dem Konzentrationsbereich der Solaranlage heraus verlagert werden. Dadurch kann eine Temperaturregelung einfach und ohne zusätzliche Wärmesenken realisiert werden.According to a further embodiment of the present invention, the method further comprises a step of determining the desired angle, wherein the target angle is determined using at least one temperature of at least a portion of the solar system. In this case, a reduction of the temperature can be achieved by a change of the location at which the light is concentrated. For example, the absorption device can be shifted out of the concentration range of the solar system. As a result, a temperature control can be realized easily and without additional heat sinks.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Steuergerät oder allgemein einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above, when the program on a control device or in general a device is performed.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Darstellung eines optischen Winkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; 1 a representation of an optical angle sensor according to an embodiment of the invention;

2 eine Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Positionieren einer Solaranlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und 2 a flowchart of a method for positioning a solar system according to an embodiment of the invention; and

3 eine Darstellung einer beispielhaften Solaranlage mit einem Winkelsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 3 a representation of an exemplary solar system with an angle sensor according to an embodiment of the invention.

Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.The same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not explicitly described here.

1 zeigt eine Darstellung eines optischen Winkelsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Gehäuse 102 ist auf einer Grundplatte 104 mit Anschraubaugen befestigt. Das Gehäuse 102 ist lichtundurchlässig und weist eine Öffnung 106 in einer Wand auf. Durch die Öffnung kann ein Lichtstrahl 108, beispielsweise Sonnenlicht, in das Innere des Gehäuses 102 eindringen. Die Öffnung 106 kann als Lichtschlitz oder als punktförmige Öffnung ausgeführt sein. Ein lichtempfindlicher Sensor 110, beispielsweise ein PSD- oder ein CCD-Sensor ist mittig gegenüber der Öffnung 106 angeordnet. Durch die Öffnung 106 kann der Lichtstrahl 108, abhängig von einem Abstand zwischen der Sensoroberfläche und der Öffnung, an einer bestimmten Position auf den Sensor 110 fallen. Der Sensor 110 ist senkrecht zu einer Blickachse 112 des Winkelsensors ausgerichtet. Wenn der Lichtstrahl 108 auf den Sensor 110 fällt erzeugt er in dem Sensor ein elektrisches Signal, das über Elektroden an eine Elektronik, beispielsweise auf einer unter dem Sensor angeordneten Leiterplatte weitergeleitet wird. Die Elektronik verarbeitet das Signal und gibt ein Winkelsignal aus, das einem Winkel 114 zwischen dem Lichtstrahl und der Blickachse 112 des Winkelsensors repräsentiert. Das Winkelsignal wird über einen Anschlussstecker oder eine Kabeldurchführung aus dem Winkelsensor geleitet. 1 shows a representation of an optical angle sensor according to an embodiment of the invention. A housing 102 is on a base plate 104 attached with attachment eyes. The housing 102 is opaque and has an opening 106 in a wall. Through the opening can be a ray of light 108 For example, sunlight, in the interior of the housing 102 penetration. The opening 106 can be designed as a light slot or as a point-shaped opening. A photosensitive sensor 110 For example, a PSD or CCD sensor is centered on the opening 106 arranged. Through the opening 106 can the light beam 108 , depending on a distance between the sensor surface and the opening, at a certain position on the sensor 110 fall. The sensor 110 is perpendicular to a viewing axis 112 aligned with the angle sensor. When the light beam 108 on the sensor 110 it generates an electrical signal in the sensor, which is transmitted via electrodes to an electronic system, for example on a printed circuit board arranged below the sensor. The electronics process the signal and output an angle signal at an angle 114 between the light beam and the visual axis 112 represents the angle sensor. The angle signal is routed out of the angle sensor via a connector or a cable feedthrough.

Mit anderen Worten zeigt 1 einen Solarsensor zum genauen Positionieren einer Solaranlage in Bezug zum Sonnenstand. Im Gegensatz zu Solarsensoren auf Basis von Photodioden, die eine Positionierung nur über zwei Zustände ermöglichen (z. B. Rinne Weitertakten ja/nein) erlaubt der Solarsensor gemäß dem hier vorgestellten Ansatz eine Feinpositionierung der Solarrinne, z. B. für gezielten Defokusbetrieb zur Temperaturregelung, wobei die Regelung über den Solarsensor erfolgen kann. Der Sensor liefert mittels eine Sensorsignals also -eine Abweichung der Sonnenposition vom einem Referenzwinkel in Grad. Hierzu kann ein PSD (PSD = Positioning Sensitive Device) oder ein CCD Element (CCD = Charge Coupled Device) als Sensorelement dienen. Dabei können einachsige oder zweiachsige Winkelsensoren, wie eine CCD-Zeile oder ein zweidimensionales CCD-Element verwendet werden. Durch ein robustes Gehäuse beispielsweise mit Schutzklasse IP67 kann der Sensor gegen Umwelteinflüsse geschützt werden. Das Messsignal kann einer Steuerung als Signal mit der Stromstärke von 4 bis 20 mA, der Spannung von 0 bis 10 V, oder über eine andere Schnittstelle wie z. B. den CAN- oder Profibus oder eine digitale Pulsfolge auf einen Digitaleingang der Steuerung, bereitgestellt werden. Ebenso ist eine vollständig digitale Signalverarbeitung vom CCD-Bild zum Ausgabewert (d. h. dem repräsentierten Winkel) möglich. Der Messwert liefert einen genauen Positionsdifferenzwert z. B. –3,0° bis +3,0° um den die Sonne vom Sollwert abweicht, wobei der Sollwert durch eine Referenzposition repräsentiert ist, auf die die Lichtstrahlen bei optimaler Ausrichtung einfallen würden. Diese Referenzposition kann beispielsweise in der Mitte des Sensors liegen, so dass die Lichtstrahlen von der Öffnung in Richtung der Normalen durch die Öffnung auf die Sensoroberfläche fallen. Dadurch wird eine genauere Nachführung von beweglichen Teilen der Solaranlage, wie Solarrinne, Spiegel etc. gewährleistet.In other words shows 1 a solar sensor for accurately positioning a solar system in relation to the position of the sun. In contrast to solar sensors based on photodiodes, which allow positioning only over two states (eg gutter continuation yes / no) allows the solar sensor according to the approach presented here, a fine positioning of the solar trough, z. B. for targeted defocus operation for temperature control, the control can be done via the solar sensor. The sensor thus supplies by means of a sensor signal a deviation of the sun position from a reference angle in degrees. For this purpose, a PSD (PSD = Positioning Sensitive Device) or a CCD element (CCD = Charge Coupled Device) serve as a sensor element. In this case, uniaxial or biaxial angle sensors, such as a CCD line or a two-dimensional CCD element can be used. A robust housing, for example with protection class IP67, protects the sensor against environmental influences. The measuring signal can be a Control as a signal with the current of 4 to 20 mA, the voltage of 0 to 10 V, or via another interface such. B. the CAN or Profibus or a digital pulse train to a digital input of the controller, are provided. Likewise, a complete digital signal processing from the CCD image to the output value (ie the angle represented) is possible. The measured value provides an accurate position difference value z. B. -3.0 ° to + 3.0 ° by which the sun deviates from the nominal value, wherein the desired value is represented by a reference position, which would occur to the light beams with optimal alignment. This reference position may be, for example, in the center of the sensor, so that the light rays from the opening in the direction of the normal fall through the opening on the sensor surface. This ensures a more accurate tracking of moving parts of the solar system, such as solar trough, mirrors, etc.

Weiterhin kann durch den hier vorstellten Ansatz eine thermische Regelung der Solaranlage erfolgen. Wird beispielsweise die Solaranlage oder Teile der Solaranlage durch die ständige Fokussierung der Lichtstrahlen auf den optimalen Fokusbereich mittels spiegelnder Elemente der Solaranlage zu heiß, könnte dies zu Beschädigungen der Solaranlage oder Teilen der Solaranlage führen. Wird eine solche Situation festgestellt, beispielsweise durch die Auswertung von Signalen weiterer Sensoren, kann eine gezielte Defokussierung der Lichtstrahlen aus dem optimalen Fokusbereich heraus erfolgen. Hierdurch wird eine Einstrahlung von Licht auf den Fokusbereich reduziert, wodurch die Abkühlung der Solaranlage oder des Teils der Solaranlage unterstützt wird.Furthermore, can take place by the approach presented here, a thermal control of the solar system. If, for example, the solar system or parts of the solar system become too hot due to the constant focusing of the light beams on the optimal focus area by means of reflective elements of the solar system, this could lead to damage to the solar system or parts of the solar system. If such a situation is detected, for example by the evaluation of signals from other sensors, a targeted defocusing of the light beams can take place from the optimum focus area. As a result, an irradiation of light is reduced to the focus area, whereby the cooling of the solar system or the part of the solar system is supported.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Positionieren zumindest eines Teilbereichs einer Solaranlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt 210 des Empfangens wird ein elektrisches Signal von einem Winkelsensor empfangen. Das Signal repräsentiert einen Winkel zwischen einer Richtung zu einer Lichtquelle und einer Ausrichtung des Winkelsensors. In einem Schritt 220 des Nachführens wird zumindest ein Teilbereich der Solaranlage nachgeführt oder bewegt, um den Winkelsensor in eine vorbestimmte Beziehung zu der Lichtquelle zu bringen. Das Nachführen wird ansprechend auf eine Abweichung des Winkels von einem Sollwinkel durchgeführt. 2 shows a flowchart of a method for positioning at least a portion of a solar system according to an embodiment of the present invention. In one step 210 of receiving, an electrical signal is received from an angle sensor. The signal represents an angle between a direction to a light source and an orientation of the angle sensor. In one step 220 tracking at least a portion of the solar system is tracked or moved to bring the angle sensor in a predetermined relationship with the light source. The tracking is performed in response to a deviation of the angle from a target angle.

3 zeigt eine Darstellung einer Solaranlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Solaranlage weist eine Sammeleinrichtung 302, eine Absorptionseinrichtung 304, eine Nachführeinrichtung 306 mit Steuerung, und einen optischen Winkelsensor 308 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf. Lichtstrahlen einer Lichtquelle 310, beispielsweise der Sonne, fallen parallel in die Sammeleinrichtung 302 ein. In der Sammeleinrichtung 302, die beispielsweise als Parabolrinnenspiegel ausgestaltet ist, werden die Lichtstrahlen in Richtung der Absorptionseinrichtung 304 umgelenkt. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Lichtstrahlen somit durch die Sammeleinrichtung 302 reflektiert. Die Absorptionseinrichtung 304 nimmt in den Lichtstrahlen vorhandene Energie auf und stellt die Energie zur weiteren Nutzung bereit. Wandert die Lichtquelle 310, beispielsweise auf der Ekliptik, weiter, so verändert sich der Einfallswinkel der Lichtstrahlen in die Sammeleinrichtung 302. Dadurch werden die Lichtstrahlen nicht mehr optimal auf die Absorptionseinrichtung 304 umgelenkt. Weniger Energie steht somit in der Absorptionseinrichtung 304 zur Nutzung bereit. Daher ist es notwendig über die Nachführeinrichtung 306 die Sammeleinrichtung 302 der Lichtquelle 310 nachzuführen, d. h. die Ausrichtung der Sammeleinrichtung 302 in Bezug zur Lichtquelle 310 zu optimieren. Dazu verwendet die Nachführeinrichtung 306 ein Signal des optischen Winkelsensors 308, der beispielsweise gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildet ist. Im optischen Winkelsensor 308 hat die Wanderung der Lichtquelle 310 eine Wanderung eines Lichtpunkts auf einer Sensorfläche in eine entgegengesetzte Richtung bewirkt. Dadurch wird ein elektrisches Signal hervorgerufen, das einen Winkel zwischen der Richtung zu der Lichtquelle 310 und einer Ausrichtung des Winkelsensors 308 und der günstigerweise mit dem Winkelsensor fest verbundenen Sammeleinrichtung 302 repräsentiert. Das elektrische Signal erreicht über elektrische Leitungen die Nachführeinrichtung 306 und die Steuerung. Mit dem elektrischen Signal kann die Steuerung über die Nachführeinrichtung 306 den im Winkelsensor 308 gemessenen Winkel ausgleichen. Dann fällt das konzentrierte Licht der Lichtquelle 310 wieder optimal auf das Absorptionselement 304. 3 shows a representation of a solar system according to an embodiment of the present invention. The solar system has a collecting device 302 , an absorption device 304 , a tracking device 306 with control, and an optical angle sensor 308 according to an embodiment of the present invention. Light rays of a light source 310 For example, the sun, fall parallel to the collector 302 one. In the collection facility 302 , which is designed, for example, as a parabolic trough mirror, the light rays in the direction of the absorption device 304 diverted. In this embodiment, the light beams are thus through the collector 302 reflected. The absorption device 304 absorbs energy present in the light rays and provides the energy for further use. Walk the light source 310 , For example, on the ecliptic on, so the angle of incidence of the light rays changed in the collector 302 , As a result, the light rays are no longer optimal on the absorption device 304 diverted. Less energy is thus in the absorption device 304 ready for use. Therefore, it is necessary via the tracking device 306 the collection device 302 the light source 310 nachzuführen, ie the orientation of the collector 302 in relation to the light source 310 to optimize. For this purpose, the tracking device used 306 a signal of the optical angle sensor 308 , which is formed, for example, as described above. In the optical angle sensor 308 has the migration of the light source 310 causes a migration of a light spot on a sensor surface in an opposite direction. This produces an electrical signal which is an angle between the direction to the light source 310 and an orientation of the angle sensor 308 and the collecting means conveniently connected to the angle sensor 302 represents. The electrical signal reaches the tracking device via electrical lines 306 and the controller. With the electrical signal, the control of the tracking device 306 in the angle sensor 308 compensate measured angle. Then the concentrated light of the light source falls 310 optimal again on the absorption element 304 ,

Mit anderen Worten zeigt 3 eine Solaranlage mit einem Solarsensor zum genauen Positionieren der Solaranlage zum Sonnenstand. Dabei kann die Solaranlage beispielsweise eine CSP-Einrichtung (CSP = Concentrated Solar Power = konzentrierte Solarkraft), wie eine Solarrinne, eine Parabolrinne, ein Fresnel-Element, ein Solarturm, ein Dish-Stirling-Element, ein Dish-CPV-(CPV = Concentrated Photovoltaik) oder ein Flatcon-CPV-Modul zum Nachführen eines Teils der Solaranlage nach dem Sonnenstand sein. Dabei wird eine genaue Positionierung der Solarspiegel, Receiver; Absorber und Module in Bezug zur Sonne erreicht.In other words shows 3 a solar system with a solar sensor for precise positioning of the solar system to the position of the sun. In this case, the solar system, for example, a CSP device (CSP = Concentrated Solar Power = concentrated solar power), such as a solar trough, a parabolic trough, a Fresnel element, a solar tower, a Dish Stirling element, a Dish CPV (CPV = Concentrated photovoltaic) or a Flatcon CPV module for tracking a portion of the solar system according to the position of the sun. In this case, an accurate positioning of the solar mirror, receiver; Absorber and modules in relation to the sun reached.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden.The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

102102: Gehäusecasing
104104: Grundplattebaseplate
106106: Öffnungopening
108108: Lichtstrahlbeam of light
110110: Sensorsensor
112112: Blickachse, AusrichtungSight axis, alignment
114114: Winkelangle
210210: EmpfangenReceive
220220: Nachführentracking
302302: Sammeleinrichtungcollecting device
304304: Absorptionseinrichtungabsorber
306306: Nachführeinrichtungtracking device
308308: Winkelsensorangle sensor
310310: Lichtquelle, SonneLight source, sun

Claims

Optical angle sensor ( 308 ) for determining an angle ( 114 ) between a direction to a light source ( 310 ) and an alignment ( 112 ) of the angle sensor, the angle sensor having the following features: an opaque housing ( 102 ), which in a wall has a translucent opening ( 106 ) having; and a sensor ( 110 ), wherein the sensor is an electronic light detector disposed within the housing on a wall of the housing opposite the opening, the sensor being configured to detect, using a position of a light beam incident on the sensor through the aperture (US Pat. 108 ) to produce an electrical signal representing an angle between a direction to a light source and an orientation of the angle sensor.

Angle sensor ( 308 ) according to claim 1, wherein the sensor ( 110 ) is a two-dimensional sensor.

Angle sensor ( 308 ) according to claim 1, wherein the sensor ( 110 ) is a one-dimensional sensor.

Angle sensor ( 308 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor ( 110 ) is adapted to a difference between the position of the through the opening ( 106 ) on the sensor impinging light beam ( 108 ) and a reference position the angle ( 114 ) between the direction to the light source ( 310 ) and the orientation ( 112 ) of the angle sensor.

Angle sensor ( 308 ) according to claim 4, characterized in that the sensor ( 110 ) is designed to use as a reference position a position on the sensor which extends through an intersection of a normal ( 112 ) to a surface of the sensor and the surface of the sensor, wherein the normal through the opening ( 106 ) runs.

Angle sensor ( 308 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor ( 110 ) is a CCD and / or a PSD element.

Method for positioning at least one subelement of a solar installation, the method comprising the following steps: receiving ( 210 ) of an electrical signal from an angle sensor ( 308 ) according to one of the preceding claims, wherein the signal forms an angle ( 114 ) between a direction to a light source ( 310 ) and an alignment ( 112 ) of the angle sensor; In response to a deviation of the angle from a predetermined nominal angle, tracking ( 220 ) of at least the sub-element of the solar system to align the angle sensor in a predetermined relationship with the light source.

Method according to one of the preceding claims, with a step of determining the desired angle, wherein the target angle is determined using at least one temperature of at least a portion of the solar system.

Computer program product with program code for carrying out the method according to one of claims 7 to 8, when the program is executed on a control device or a device

Solar system, comprising: a collecting device ( 302 ) for light rays of a light source ( 310 ), wherein the collecting means is adapted to concentrate light beams, wherein the collecting means of the light source is designed to be trackable; an absorption device ( 304 ) configured to receive energy from the concentrated light beams; a tracking device ( 306 ) configured to track the collector of the light source; and an optical angle sensor ( 308 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the angle sensor is connected to the tracking device and is designed to provide the tracking device with a guide signal for tracking, wherein the angle sensor is connected in a fixed angle with the collecting device.