RU135126U1

RU135126U1 - SUN POSITION PHOTOELECTRIC SENSOR

Info

Publication number: RU135126U1
Application number: RU2013117198/28U
Authority: RU
Inventors: Кирилл Владимирович Аржанов
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2013-11-27

Abstract

1. Фотоэлектрический датчик положения Солнца, содержащий теплопроводный каркас с гранями, на которых установлены фотоэлементы слежения за Солнцем, и командный фотоэлемент, отличающийся тем, что теплопроводящий каркас выполнен в форме четырехгранной усеченной пирамиды, и основанием, в четырех гранях выполнены посадочные места под четыре фотоэлемента слежения за Солнцем, а в основании - посадочное место под командный фотоэлемент, фотоэлементы зафиксированы в посадочных местах и закрыты защитными стеклами, в основании пирамиды выполнены элементы крепления датчика.2. Фотоэлектрический датчик по п.1, отличающийся тем, что теплопроводящий каркас выполнен из дюралюминиевого сплава.1. A solar photoelectric position sensor containing a heat-conducting frame with faces on which solar tracking photocells are mounted, and a command photocell, characterized in that the heat-conducting frame is made in the form of a tetrahedral truncated pyramid, and the base has four seats for four photocells tracking the Sun, and at the base - a seat for a team photocell, the photocells are fixed in the seats and covered with protective glasses, at the base of the pyramid are made sensor mounting elements. 2. The photoelectric sensor according to claim 1, characterized in that the heat-conducting frame is made of duralumin alloy.

Description

Полезная модель относится к гелиоэнергетике и может быть использована для наведения солнечных энергоустановок на Солнце.The utility model relates to solar energy and can be used to direct solar power plants on the Sun.

Известен датчик светового излучения (RU №2054165), который содержит основание, на котором закреплена светоэкранирующая шторка с галтелью и установлены четыре квадратных фотоэлектрических элемента, фотоэлектрические элементы расположены с зазором по отношению друг к другу симметрично относительно продольной и поперечной плоскостей симметрии датчика, в которых расположена светоэкранирующая шторка с галтелью, выполненной в виде креста, расположенного так, что нормальные проекции вершин его внутренних прямых углов совпадают с центрами фотоэлектрических элементов, выполненных квадратными.A known light radiation sensor (RU No. 2054165), which contains a base on which a light-shielding shutter with a fillet is fixed and four square photoelectric elements are mounted, the photoelectric elements are arranged with a gap with respect to each other symmetrically with respect to the longitudinal and transverse planes of symmetry of the sensor, in which a light-shielding curtain with a fillet made in the form of a cross located so that the normal projections of the vertices of its internal right angles coincide with the centers of the phot electrical components made square.

Недостатком данного устройства является следующее: отсутствует фотоэлектрический элемент позволяющий развернуть солнечную энергоустановку в направлении Солнца после его захода, на следующий день.The disadvantage of this device is the following: there is no photovoltaic element that allows you to deploy a solar power plant in the direction of the Sun after it sets, the next day.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является фотоэлектрический датчик положения Солнца из патента на солнечную энергоустановку (RU №2459156 С1). Фотоэлектрический датчик положения Солнца состоит из каркаса в форме прямой трехгранной призмы, на двух боковых гранях которой, выполненных под углом 15-25 градусов, размещены фотоэлементы слежения за Солнцем, а на третьей грани установлен командный фотоэлемент разворота модулей с запада на восток. Каркас датчика выполнен из теплопроводного материала, обеспечивающего выравнивание температуры в боковых фотоэлементах.Closest to the claimed utility model is a photoelectric sensor of the position of the Sun from a patent for a solar power plant (RU No. 2459156 C1). The photoelectric sensor of the position of the Sun consists of a frame in the form of a direct trihedral prism, on the two side faces of which, made at an angle of 15-25 degrees, there are solar tracking photocells, and on the third face is a command photocell for turning modules from west to east. The sensor frame is made of heat-conducting material that provides temperature equalization in the side photocells.

Недостатком данного устройства является невозможность слежения за Солнцем по двум координатам (азимуту и углу места). Возможно реализовать перемещение по двум координатам только с использованием двух датчиков прототипа, но при этом получается один лишний командный фотоэлемент (он не используется). Для слежения по двум координатам необходимо точно устанавливать два датчика прототипа под углом - 90 градусов между собой, иначе не будет точного наведения на Солнце по азимуту и углу места. Так же в прототипе не обеспечивается равномерное нагревание всех фотоэлементов, так как нет теплопроводящего каркаса под командным фотоэлементом.The disadvantage of this device is the inability to track the Sun in two coordinates (azimuth and elevation). It is possible to realize movement in two coordinates using only two prototype sensors, but this results in one extra command photocell (it is not used). To track along two coordinates, it is necessary to precisely install two prototype sensors at an angle of 90 degrees between themselves, otherwise there will be no exact guidance to the Sun in azimuth and elevation. Also, the prototype does not provide uniform heating of all photocells, since there is no heat-conducting frame under the command photocell.

Задачей, на которую направлено предлагаемое решение полезной модели, является создание новой конструкции фотоэлектрического датчика положения Солнца, обеспечивающей расширение функциональных возможностей, а именно, обеспечение наведения по азимуту и углу места, и выравнивание температуры под всеми фотоэлементами (при этом осуществляется стабилизация выходных параметров датчика за счет выравнивания температуры на всех фотоэлементах датчика).The task to which the proposed solution of the utility model is directed is to create a new design of the photoelectric sensor of the position of the Sun, providing enhanced functionality, namely, providing guidance in azimuth and elevation, and equalizing the temperature under all photocells (this stabilizes the output parameters of the sensor for due to temperature equalization on all photocells of the sensor).

Фотоэлектрический датчик положения Солнца по заявляемой полезной модели, так же как и прототип содержит теплопроводный каркас с гранями, на которых расположены фотоэлементы слежения за Солнцем и командный фотоэлемент.The photoelectric sensor of the position of the Sun according to the claimed utility model, as well as the prototype, contains a heat-conducting frame with faces on which the solar tracking cells and a command photocell are located.

Новым является то, что теплопроводящий каркас выполнен в форме четырехгранной усеченной пирамиды. В четырех гранях пирамиды и в ее основании выполнены посадочные места под четыре фотоэлемента слежения за Солнцем и под пятый - командный фотоэлемент, все фотоэлементы зафиксированы в посадочных местах, и закрыты защитными стеклами, в основании усеченной пирамиды выполнены элементы крепления. Применение четырехгранной пирамиды, основание которой является квадрат, обеспечило возможность наведения по двум координатам (по азимуту и углу места).New is that the heat-conducting frame is made in the form of a tetrahedral truncated pyramid. In the four faces of the pyramid and at its base there are seats for four solar tracking cells and for the fifth one a command photocell, all photocells are fixed in the seats and covered with protective glasses, fastening elements are made at the base of the truncated pyramid. The use of a tetrahedral pyramid, the base of which is a square, made it possible to point in two coordinates (in azimuth and elevation).

Сущность полезной модели поясняется с помощью рисунка, где на фиг. 1а показан вид сверху, и 1б показан вид снизу фотоэлектрического датчика положения Солнца.The essence of the utility model is illustrated using the figure, where in FIG. 1a shows a top view, and 1b shows a bottom view of a solar photoelectric position sensor.

Теплопроводящий каркас датчика выполнен в форме усеченной четырехгранной пирамиды 1 с наклоном противоположных граней в 20 градусов. Пирамида изготовлена из дюралюминиевого сплава, в четырех гранях пирамиды и в основании выполнены (например, посредством фрезерования) посадочные места под четыре фотоэлемента 2-5 слежения за Солнцем и под пятый - командный фотоэлемент 6. Все фотоэлементы 2-6 зафиксированы в посадочных местах, например, с помощью клея, и закрыты защитными стеклами 7-11. В основании пирамиды имеются элементы 12 и 13 для крепления датчика к поворотной раме солнечной энергоустановки, например, выполненных в виде двух отверстий с резьбой.The heat-conducting sensor frame is made in the form of a truncated tetrahedral pyramid 1 with an inclination of opposite faces of 20 degrees. The pyramid is made of duralumin alloy, in four faces of the pyramid and at the base there are made (for example, by milling) seats for four solar cells 2-5 for tracking the sun and for the fifth one - command photocell 6. All solar cells 2-6 are fixed in the seats, for example , with glue, and closed with protective glasses 7-11. At the base of the pyramid there are elements 12 and 13 for attaching the sensor to the rotary frame of a solar power installation, for example, made in the form of two threaded holes.

Для точного наведения на Солнце солнечной энергоустановки необходимо выравнивание температуры во всех фотоэлементах 2-6 фотодатчика. Это обеспечивается теплопроводящим каркасом датчика, изготовленного в форме четырехгранной усеченной пирамиды 1 из дюралюминиевого сплава.For accurate guidance of the solar power installation on the Sun, it is necessary to equalize the temperature in all photocells of 2-6 photosensors. This is ensured by the heat-conducting frame of the sensor, made in the form of a tetrahedral truncated pyramid 1 of duralumin alloy.

Фотоэлементы 2-6 имеют одинаковые технические характеристики, а именно, выдают одинаковый ток при одинаковой освещенности.Solar cells 2-6 have the same technical characteristics, namely, they give the same current in the same light conditions.

Принцип слежения за Солнцем с помощью заявляемого фотоэлектрического датчика положения Солнца заключается в следующем: если фотоэлемент 2 и фотоэлемент 4 выдают одинаковый ток, или различающийся на величину зоны нечувствительности, составляющую примерно 5% от среднего тока фотоэлементов 2 и 4, то перемещать поворотную раму солнечной энергоустановки не требуется, то есть рама солнечной энергоустановки точно направлена на Солнце или она находится в тени. Если фотоэлемент 2 и фотоэлемент 4 выдают различные токи (разница превышает зону нечувствительности), то это означает, что Солнце светит со стороны фотоэлемента, где больший ток. При этом необходимо выполнить перемещение поворотной рамы солнечной энергоустановки в таком направлении, чтобы скомпенсировать эту разницу по току в фотоэлементах 2 и 4.The principle of tracking the Sun using the inventive photoelectric sensor of the position of the Sun is as follows: if photocell 2 and photocell 4 give the same current, or differing by the dead zone, which is approximately 5% of the average current of photocells 2 and 4, then move the rotary frame of the solar power plant not required, that is, the frame of the solar power plant is precisely aimed at the Sun or it is in the shade. If photocell 2 and photocell 4 give different currents (the difference exceeds the dead band), this means that the Sun shines from the side of the photocell, where there is a larger current. In this case, it is necessary to move the rotary frame of the solar power plant in such a direction as to compensate for this current difference in photocells 2 and 4.

Если фотоэлемент 3 и фотоэлемент 5 выдают одинаковый ток, или различающийся на величину зоны нечувствительности, составляющую примерно 5% от среднего тока фотоэлементов 3 и 5, то перемещать поворотную раму солнечной энергоустановки не требуется, то есть поворотная рама солнечной энергоустановки точно направлена на Солнце или она находится в тени. Если фотоэлемент 3 и фотоэлемент 5 выдают различные токи (разница превышает зону нечувствительности), то это означает, что Солнце светит со стороны фотоэлемента, где больший ток. При этом необходимо выполнить перемещение поворотной рамы солнечной энергоустановки в таком направлении, чтобы скомпенсировать эту разницу по току в фотоэлементах 3 и 5.If photocell 3 and photocell 5 produce the same current, or differing by a dead zone of approximately 5% of the average current of photocells 3 and 5, then it is not necessary to move the rotary frame of the solar power plant, that is, the rotary frame of the solar power plant is exactly aimed at the Sun or is in the shade. If photocell 3 and photocell 5 give different currents (the difference exceeds the dead band), this means that the Sun shines from the side of the photocell, where there is a larger current. In this case, it is necessary to move the rotary frame of the solar power plant in such a direction as to compensate for this current difference in photocells 3 and 5.

Если командный фотоэлемент 6 выдает самый больший ток по сравнению с фотоэлементами 2 и 4, то это означает, что Солнце светит с обратной стороны поворотной рамы солнечной энергоустановки (на следующий день, после восхода Солнца). В этом случае необходимо развернуть поворотную раму солнечной энергоустановки в направлении Солнца.If the command photocell 6 produces the highest current compared to photocells 2 and 4, then this means that the sun shines from the back of the rotary frame of the solar power plant (the next day, after sunrise). In this case, it is necessary to deploy the rotary frame of the solar power plant in the direction of the sun.

Вышеуказанные перемещения (наведение установки на Солнце) реализованы в реальной установке. Перемещение в реализованной солнечной установке осуществляется по координатам (азимуту и углу места) только тогда, когда разница в токе фотоэлементов противоположных граней превышает пороговое значение, а именно, зону нечувствительности (0,05I_ср1 и 0,05I_ср2). Это необходимо для исключения дерганий и ненужного реверса при наведении установки на Солнце.The above movements (pointing the installation on the Sun) are implemented in a real installation. Moving implemented in the solar installation is carried out on the coordinates (azimuth and elevation) only when the difference in the current of opposite faces of photocells exceeds a threshold value, namely a dead band (0,05I _cp1 and _cp2 0,05I). This is necessary to eliminate jerking and unnecessary reverse when pointing to the sun.

В таблице 1 приведены условия перемещения по двум координатам.Table 1 shows the conditions for moving along two coordinates.

Таблица 1. Взаимосвязь токов фотоэлементов с перемещением рамы солнечной установки.Table 1. The relationship of the solar cell currents with the movement of the frame of the solar installation. Наведение по азимутуAzimuth guidance Направление перемещения рамы солнечной установкиThe direction of movement of the frame of the solar installation I₂-I₄≥0,05I_ср1 I ₂ -I ₄ ≥0,05I _cp1 ВлевоTo the left I₂-I₄≤-0,05I_ср1 I ₂ -I ₄ ≤-0,05I _cp1 ВправоTo the right -0,05I_ср1≤I₂-I₄≤0,05I_ср1 -0,05I _cp1 ≤I ₂ -I ₄ ≤0,05I _cp1 Нет перемещения (рама точно направлено на Солнце)No movement (the frame is precisely aimed at the Sun) I₂=I₄=I₆ I ₂ = I ₄ = I ₆ Нет перемещения (рама в тени)No movement (frame in shadow) I₆>I₄, I₆>I₂ I ₆ > I ₄ , I ₆ > I ₂ Перемещение в начальное положениеMove to starting position Наведение по углу местаElevation guidance Направление перемещения рамы солнечной установкиThe direction of movement of the frame of the solar installation I₃-I₅≥0,05I_ср2 I ₃ -I ₅ ≥0,05I _cp2 ВверхUp I₃-I₅≤-0,05I_ср2 I ₃ -I ₅ ≤-0,05I _cp2 ВнизWay down -0,05I_ср2≤I₃-I₅≤0,05I_ср2 -0,05I _cp2 ≤I ₃ -I ₅ ≤0,05I _cp2 Нет перемещения (рама точно направлена на Солнце)No movement (the frame is precisely aimed at the Sun) Примечание: I₂ - ток фотоэлемента 2, I₄ - ток фотоэлемента 4, I₃ - ток фотоэлемента 3, I₅ - ток фотоэлемента 5, I₆ - ток фотоэлемента 6, I_ср1 - средний ток фотоэлементов 2 и 4, I_ср2 - средний ток фотоэлементов 3 и 5.Note: I ₂ - current of photocell 2, I ₄ - current of photocell 4, I ₃ - current of photocell 3, I ₅ - current of photocell 5, I ₆ - current of photocell 6, I _cf1 - average current of photocells 2 and 4, I _cf2 - average current of photocells 3 and 5.

Средние токи определяются по выражениям:Average currents are determined by the expressions:

I_ср1=(I₂+I₄)/2I _cf1 = (I ₂ + I ₄ ) / 2

I_ср2=(I₃+I₅)/2I _cf2 = (I ₃ + I ₅ ) / 2

Известно, что повышение температуры фотоэлемента приводит к понижению вырабатываемого им тока. Если не обеспечить выравнивание температуры фотоэлементов датчика, то может происходить следующее: при перемещении Солнца в датчике может нагреться более освещаемая поверхность, например, поверхность фотоэлемента 2 нагреется сильнее, чем поверхность фотоэлемента 4 (противоположная грань пирамиды). При этом упадет выходной ток фотоэлемента 2, хотя освещенность фотоэлемента 2 выше, чем освещенность фотоэлемента 4. В этом случае перемещение не произойдет, несмотря на разность освещенностей фотоэлементов 2 и 4. То же самое относится к фотоэлементам 3 и 5, а также к фотоэлементу 6 относительно остальных фотоэлементов. Поэтому для обеспечения правильности и точности наведения целесообразно осуществлять выравнивание температуры во всех плоскостях, на которых установлены фотоэлементы датчика, что и выполняется с помощью каркаса, грани которого имеют одинаковую теплопроводность.It is known that increasing the temperature of the photocell leads to a decrease in the current produced by it. If the temperature of the photocells of the sensor is not equalized, the following may happen: when the Sun moves in the sensor, a more illuminated surface may heat up, for example, the surface of photocell 2 will heat up more than the surface of photocell 4 (opposite side of the pyramid). In this case, the output current of photocell 2 will drop, although the illumination of photocell 2 is higher than the illumination of photocell 4. In this case, movement will not occur, despite the difference in illumination of photocells 2 and 4. The same applies to photocells 3 and 5, as well as to photocell 6 relative to other photocells. Therefore, to ensure the accuracy and accuracy of guidance, it is advisable to equalize the temperature in all planes on which the sensor photocells are mounted, which is done using a frame whose faces have the same thermal conductivity.

Claims

1. A solar photoelectric position sensor containing a heat-conducting frame with faces on which solar tracking photocells are mounted, and a command photocell, characterized in that the heat-conducting frame is made in the form of a tetrahedral truncated pyramid, and the base has four seats for four photocells tracking the Sun, and at the base - a seat for a team photocell, the photocells are fixed in the seats and covered with protective glasses, at the base of the pyramid are made sensor mounting elements.

2. The photoelectric sensor according to claim 1, characterized in that the heat-conducting frame is made of duralumin alloy.