TW200916711A - Solar position sensor mechanism and controller for solar tracking device and tracking and controlling method thereof - Google Patents
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Description
200916711 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種太陲έ ,, ,, _ 種太陽追蹤器之太陽位置感測 裔機構與控制器及其追蹤枰 点太“w ▲ 尤指一種具有低 及控制器。 -褙羋度之太阮位置感測器 【先前技術】 2陽追㈣為-種可將—太陽光電池模組安裝於 架上’由該支架面持續對準太陽之機構。由於為 ^支^面持續對準太陽,因此必須有@測太陽位置改 ,之感測器及控制器,以偵測及控制該太陽追蹤器使 、支,面持續對準太陽,進而獲得社陽光電池模組 之最南發電功率0 、、、· ?尤目則市面上之太陽追縱器之追縱控制電路特點 係可分為: ·· I1)具有偵測太陽光之太陽位置感測器; (2 )追蹤精度在1〜3度之内; (3 )以追蹤天空中最亮點為標的;以及 (4 )以類比電路為控制器。 »月參閱『第5圖』所示,係由R()najd p c〇ri〇等 人於1993年發明—光感測追縱太陽位置之方式,其發 明之光感測器裝置係包括有-外殼3 1,該外殼3 ; 内部係設置有-電路板3 2,且該外殼3工之每一側 200916711 面成45度角上係安插有一光感測器3 3,共有東、 西、南及北向。藉此利用東西向/南北向之光感測器電 位差偵測太陽位置,當正向陽光時,該光感測器3 3 ,係處理強光天候;若為夜晚或弱光時,則停止太陽位 置追蹤。雖然上述習用之太陽位置感測器裝置可偵側 太陽位置’然而,其卻具有下列缺點: (1 )追縱精準度未能達到〇 5度以内; (2 )耗電之類比控制電路; (3 )该裝置之東、西、南及北向光感測器於每 一側面成45度角,不僅製作困難,且製作成本亦高, 實難以大量生產;以及 (4 )易積水及雜物,影響偵測能力。 此外,安裝於該太陽追蹤器之太陽光電池模組雖 以非聚光型為主’然而,近幾年來,聚光型太陽光電 池模組已急速發展,其中最為看好係高效率之三五 (ΙΠ-ν)族太陽光電池模組,而其欲搭配之太陽追縦 器則須要求追蹤精度在丨度之内,且最好為〇〗度之 内。 綜上所述,以目前市面上之太陽追蹤器因尚未有 ,精度達到0.5度以内、耗電低、製作成本低及穩 定度高之商品化太陽位置感測器機構與控制器之控制 電路,故,-般習用者係無法符合使用者於實際使用 時之所需。 200916711 【發明内容】 本發明之主要·曰从y么+ 炫低成本、低耗Ϊ Γ於’可在太陽光下藉由具 測器及控制器,於準:高精準度之太陽位置感 器去牟卜夕士楕卓偵測到太陽位置,使該太陽追蹤 之太陽電池模組可獲得最大發電效率。 陽光Π"之次要目的係在於’係可廣泛應用於各式 陽# i,I上之目的本發明係一種太陽追蹤器之太 ==測器機構與控制器及其追縱控制方法,該太 =感測器係至少包含一基板、一光二極體 :型匕-遮陰帽、-透明罩、一外殼底座、一電= 制電類t出線所構成;該控制器之控 一 匕3一類比訊號處理單元、一微處理單 直流馬達驅動電路所構成。利用當太陽在該長 旦/吉方時’太陽微小移動會造成該遮陰帽之陰 二=西、南及北向光二極體之感度,進而 ' km給該控制器’藉該控制器以控制該太陽 追縱器精準對準太陽。 【實施方式】 ,『第i圖及第2圖』所示,係本發明之太 立感測杰機構分解示意圖及本發明之控制電路方 •y意圖。如圖所不:本發明係為—種太陽追縱器之 陽位置感測器機構與控制器及其追蹤控制方法,本 200916711 發明之太陽位置感測器1 1係至少包含一基板1 1 1、一光二極體1 1 2、一長方型柱1 1 3、一遮陰 ,帽1 1 4、一透明罩1 ;l 5、一外殼底座工工6、一 電路板1 1 7、複數個小接頭2 JL 8及一輸出線工工 9所構成。 該基板1 1 1係在兩邊對稱上含有標準1C腳位 1 1 1 1,且每邊係各含五隻共十隻之ic腳位i工工 1 ° - 該光二極體1 1 2係分別安置於該基板i i i上 之東、西、南、北及中位置,且每個光二極體i工2 之正負兩極端點係分別接至該基板1 1 1上之十隻IC 腳位1 1 1 1。 該長方型柱113之東、西、南、北及令位置之 透光孔1 1 3 3係對應於該基板i工丄上東、西、南、 北及中位置之光二極體i i 2,且各透光孔i丄3 3 係注入一濾光膠經封裝與設置有該光二極體i i 2之 基板1 1 1結合為-組件,而該長方型柱工工3係分 別由上小下大兩層正方柱之上層長方型柱工工3 ligi 下層長方型柱1132所組成,其中,該下層長方型 柱1 1 3 2每-面中心位置處所含有之透光孔丄i 3 3 ’其透疏i ! 3 3聽與該上層長㈣柱工工3 1局度之比值係小於卜而與該下層 2高度之比值則係大於^ $丄丄d 200916711 該遮陰帽1 1 4為一含有正方内孔工丄4工之正 方柱,係設置於該長方魏i〗3之上層長方型们 1 3 1上結合成-體’ #中’該遮陰帽i i 4之厚度 >該下層長方型柱1 1 3 2之透光孔]_ χ 3 3孔徑之 比值係小於1。 該透明罩1 1 5係罩設於該長方型柱丄丄3及該 遮陰傾1 1 4外,且其表面係呈現半球形曲面。 該鋁合金之外殼底座116係含有一防水接頭1 1 6 1,係與該透明罩1 ^ 5構成該太陽位置感測器 1 1之外殼,用以安放固定該電路板1 1 7,使該電 路板1 1 7可平行設置於該外殼底座i丄6上,並藉 由該電路板1 1 7將該長方型柱丄丄3與該基板工工 1結合之組件安放固定之,利用該電路板i7佈 線,將女放固定於該電路板1 1 7中組件之十隻丨匸腳 位1 1 1 1連接至該電路板i i 7上各小接頭丄丄 8,由各小接頭1 1 8連接至該防水接頭1 1 6 1, 最後,再由該防水接頭1 i 6 i端之輸出線i i 9連 接至一控制器1 2之控制電路,其中,該外殼底座工 1 6與該透明罩1 1 5構成之外殼係具有防水、防濕 及防撞。以上所述,係構成一全新之太陽位置感測器 11° 本發明之控制器1 2其控制電路係至少包含一類 比訊號處理單元,1 2 1、一微處理單元1 2 2及一直 流馬達驅動電路1 2 3所構成。 200916711 該類比訊號處理單元121係由一差動放大器組 成,用以放大、過濾雜訊、阻抗匹配及調整該光二極 體1 1 2之東、西、南及北向輸出訊號之增益。 該微處理單元1 2 2係用以執行一追縱控制機制 以即時鎖住該太陽追縦器1正對太陽位置。 s玄直流馬達驅動電路1 2 3係用以提供馬達高電 流驅動及正反轉功能至一方位角驅動馬達1 3及一仰 角驅動馬達1 4。以上所述,係構成一全新之控制器 12° < 請參閱『第3圖及第4圖』所示,係分別為本發 明之太陽追蹤器結構示意圖及本發明之追蹤控制流程 不意圖。如圖所示:當本發明利用上述之太陽位置感 測益1 1及控制器1 2對太陽追蹤器1進行太陽位置 追蹤控制時,該太陽追縱器1之追縱控制方法係至少 包含以下步驟: 。。(A )讀取類比訊號處理單元2 i :讀取一控制 益1 2其控制電路中類比訊號處理單元之東、西、南 及北向輸出訊號’以作為追縱基本控制,纟中,該追 蹤基本控制係至少包含下列步驟: (a )追蹤方位角2 1 1 :先追蹤方位角,判 斷東/西向輸出訊號值其差值之正負; 偏東時(^ )判斷東向滯死區設定值2 1 2 :當太陽 東向輸出訊號值變大,而西向輸出訊號值變 /J、,τΤΕι 人 向光二極體會因一遮陰帽及一長方型柱而產 200916711 生陰影使感測值變小, 正值。若在方位角滯死 向滯死區設定值之内, 縱機制; 使東/西向輸出訊號值之差值為 區(Stagnant Dead Zone)之東 即輸出一第一訊號至一太陽追 (c)判斷西向滞死區設定值213:當太陽 ,西時,西向輸出訊號值變大,而東向輸出訊號值變 ^故東向光二極體會因該遮陰帽及該長方型柱而產 影使感測值變小,使東/西向輸出訊號值之差值為 、。若在方位角滞死區之西向滞死區設定值之内, 即輸出一第二訊號至該太陽追職制,其中,若東/西 向輸出訊號值之差值均在方位角滞死區之外時,則重 回步驟(a )繼續追蹤方位角; (d)追縱仰角214 :追縱仰角,判斷南/北 向輸出訊號值其差值之正負; (e )判斷南向滯死區設定值2 i 5 :當太陽 偏南時’南向輸出訊號值變大,而北向輸出訊號值變 小,故北向光二極體會因該遮陰帽及該長方型柱而產 生陰影使感測值變小,使南/北向輸出訊號值之差值為 正值。若在仰角滞死區之南向滯死區設定值之内,即 輸出一第三訊號至該太陽追蹤機制;以及 (ί )判斷北向滯死區設定值2 i 6 :當太陽 偏北時’北向輸出訊號值變大,而南向輸出訊:值變 小,故南向光二極體會因該遮陰帽及該長方型柱而產 生陰影使感測值變小,使南/北向輪出訊號值之差值為 200916711 負值。若在仰角滯死區之北向滯死區設定值之内即 輸出一第四訊號至該太陽追蹤機制,其中,若南/北向 ^輸出訊號值之差值均在仰角滯死區之外時,則重回步 驟(d )繼續追蹤仰角。 (B )啟動太陽追蹤機制2 2 :啟動太陽追蹤機 制,當太陽光度大於或等於啟動設定值時,該太陽追 縱器1將進行追蹤至對準太陽為止。若太陽光度小於 啟動設定值時’即停止追蹤,其巾,該啟動太陽追縱 機制係至少包含下列步驟: (g) 控制方位角驅動馬達向東轉2 2 1 :當 接收到東/西向之第一訊號後,將據此第一訊號控制一 方位角驅動馬達1 3向東轉,使該太陽追蹤器i往東 向轉動至東向滞死區停止; (h) 控制方位角驅動馬達向西轉222 :當 接收到東/西向之第二訊號後,將據此第二訊號控制該 方位角驅動馬達1 3向西轉,使該太陽追蹤器玉往西 向轉動至西向滯死區停止; (i )控制仰角驅動馬達向南轉2 2 3 :當接 收到南/北向之第三訊號後,將據此第三訊號控制一仰 角驅動馬達1 4向南轉,使該太陽追縱器1往南向轉 動至南向滯死區停止;以及 (j )控制仰角驅動馬達向北轉2 2 4 :當接 收到南/北向之第四訊號後’將冑此第四訊號控制該仰 角.驅動馬達1 4向北轉.使該太陽追縱器1往北向轉 200916711 動至北向滯死區停止。 西向i」回原點機制2 3 :該太陽位置感測器之東 r太陽在# 1為18G纟。當該太陽追縱器1面向西邊而 陽2 該太陽追縱器1因視角無法追縱太 =?啟動原點機制’回該太陽追縱器1之極東位 =北位置。而在太陽下山時,亦需將該太陽追縱 回面向東邊’如此於隔天太陽升起時,方可追 枯产士述步驟(b )、( C )之東/西向輸出訊號值之差 =在^角滞死區之内時,即東/西向已對準太陽,相 f(e )、( f )之南/北向輸出訊號值之差值在 P咿死區之内時’即南/北向已對準太陽,因此該方 立及仰角係交覆追縱直至東/西向及南/北向已 太陽為止。 本發明之裝置係利用當太陽在該長方型柱正上方 時’太陽微小移動t造成該遮陰帽《陰影直接影響 東、西、南及北向光二極體之感度,進而精確提供訊 號給該控制m 2,藉該控制^ 2以控制該太陽追 蹤器1精!對準太陽;因此’本發明在具有低成本、 低耗電、南穩定且高精準度之太陽位置感㈣工工及 控制器12下,不僅可於太陽光下精準偵測到太陽位 置,使該太陽追蹤器i支架上之太陽電池模組i 5可 獲得最大發電效率,並且亦可廣泛應用於各式陽光追 蹤器。 13 200916711 综上所述’本發明係一種太陽追蹤器之太陽位置 感測器機構與控制器及其追蹤控制方法,可有效改善 之種種缺點’利用當太陽在長方型柱正上方時, 太陽微小移動會造成遮陰帽之陰影直接影響東、西、 南及,向光二極體之感度’進而精確提供訊號給控制 器藉5亥控制器以控制太陽追縱器精準對準太陽,使 本,明在具有低成本、低耗電、高穩定且高精準度之 除位置感測器及控制器下,不僅可於太陽光下精準 偵測到太陽位置,使該太陽追蹤器上之太陽電池模組 可獲得最大發電效率’並且亦可廣泛應用於各式陽光 ,蹤器,進而使本發明之産生能更進步、更實用、更 符合使用者之所須,確已符合發明專利申請之要件, 爰依法提出專利申請。 本惟以上所述者,僅為本發明之較佳實施例而已, 备不能以此限定本發明實施之範圍;故,凡依本發明 申凊專利範圍及發明說明書内容所作之簡單的等效變 化與修飾,皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍内。 200916711 【圖式簡單說明】 第1圖,係本發明之太陽位置感測器機構分解示意 圖。 r 第2圖’係本發明之控制電路方塊示意圖。 第3圖,係本發明之太陽追蹤器結構示意圖。 第4圖’係本發明之追蹤控制流程示意圖。 第5圖,係習用之光感測器示意圖。 【主要元件符號說明】 (本發明部分) 太陽追蹤器1 太陽位置感測器1 1 基板1 1 1 1C腳位1 1 1 1 光二極體112 長方型柱1 1 3 上層長方型柱1131 下層長方型柱1 1 3 2 透光孔1 1 3 3 遮陰帽1 1 4 正方内孔1141 15 200916711 透明罩115 外殼底座1 1 6 ^防水接頭1 1 6 1 電路板117 小接頭118 輸出線119 控制器1 2 類比訊號處理單元1 2 1 微處理單元1 2 2 直流馬達驅動電路1 2 3 方位角驅動馬達13 仰角驅動馬達1 4 太陽電池模組1 5 步驟,(A)〜(C) 21〜23 步驟(a)〜(f) 211〜216 步驟(g)〜(j) 221〜224 (習用部分) 外殼3 1 電路板3 2 光感測器3 3 16
Claims (1)
- 200916711 十、申請專利範圍: 1 .一種太陽追蹤器之太陽位置感測器機構與控制器及 r其追蹤控制方法,該太陽位置感測器係至少包含: —基板,該基板係在兩邊對稱上含有標準ic 腳位,且每邊係各含五隻共十隻之IC腳位; 一光二極體,該光二極體係設置於該基板上; -一長方型柱,該長方型柱係與設置有該光二極 體之基板結合為一組件,而該長方型柱係分別由上 小下大兩層正方柱之上層長方型柱與下層長方型柱 所組成; 一遮陰帽’該遮陰帽係設置於該長方型柱上; 一透明罩,該透明罩係罩設於該長方型柱及該 遮陰帽外; 一外殼底座,該外殼底座係含有一防水接頭, 係與該透明罩構成該太陽位置感測器之外殼; 一電路板,該電路板係設置於該外殼底座上, 用以安放固定該組件; 複數個小接頭,各小接頭係設置於該電路板 上用以連接女放固定於該電路板中組件之十隻1C 腳位,並再連接至該防水接頭;以及 200916711 控制器之控制電;: 防水接頭連接至一 2 ·:ΐ:請㈣圍第1項所述之太陽追縱器之太陽 ^ ’則為機構與控制器及其追縱控制方法,其 訂層長方型柱每—面中心位置處係含有一透 无孔。 彷ί1明專利範圍第2項所述之太陽追縱器之太陽 感測器機構與控制器及其追縱控制方法,其 ι透光孔孔彳續該上層長方型柱 小於1。 據申Μ專利圍第2項所述之太陽追蹤器之太陽 立置感測器機構與控制器及其追蹤控制方法,其 :,該透光孔孔徑與該下層長方型柱高度之比值係 大於1。 據申明專利範圍第1項所述之太陽追縱器之太陽 位置感測器機構與控制器及其追鞭控制方法,其 中’該遮陰帽之厚度與該下層長方型柱之透光孔孔 徑之比值係小於1。 依據U利|agj第〗項所述之太陽追蹤器之太陽 位置感測器機構與控制器及其追蹤控制方法,其 中’該遮陰帽為-含有正方内孔之正方柱,係結合 於該長方型柱上方成一體。 18 200916711 7·依據申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤器之太陽 位置感測器機構與控制器及其追蹤控制方法,其 r中,該光二極體係分別安置於該基板上之東、西、 南、北及中位置,且每個光二極體之正負兩極端點 係分別接至該基板上之十隻IC腳位。 8 ·依據申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤器之太陽 位置感測器機構與控制器及其追縱控制方法,其 中,該長方型柱之東、西、南、北及中位置之透光 孔係對應於該基板上東、西、南、北及中位置之光 一極體,且各透光孔係注入一濾光膠經封裝為一組 件。 •依據中請專利範圍第i項所述之太陽追蹤器之太陽 位置感測器機構與控制器及其追蹤控制方法,其 中,该透明罩之表面係呈現半球形曲面。 依據申明專利範圍第1項所述之太陽追縱器之太 陽位置感測器機構與控制器及其追蹤控制方法,其 中,該外殼底座係為紹合金。 1 B·依據申請專利範圍第i項所述之太陽追縱器之太 陽位置感測ϋ機構與控制器及其追_制方法,其 中,該太陽位置感測器之東西向視角係為18〇度: a二種太陽追縱器之太陽位置感測^機構與控制器 ,、追蹤控制方法,該控制器之控制電路係至少包 200916711 含: 類比。fL號處理單元,該類比訊號處理單元係 r用以放大、過濾雜訊、阻抗匹配及調整一光二極體 之東、西、南及北向輸出訊號之增益; -微處理單元,該微處理單元係用以執行一追 縱控制機制以即時鎖住該太陽追蹤器正對太陽位 置;以及 直w馬達驅動電路,該直流馬達驅動電路係 用以提供馬達高電流驅動及正反#功能至-方位角 驅動馬達及一仰角驅動馬達。 1 3 ·依據中請專利_们2項所述之太陽追縱器之 太陽位置感測器機構與控制器及其追蹤控制方法, 其中,該類比訊號處理單元係由一差動放大器組成。 1 4 .一種太陽追蹤器之太陽位置感測器機構與控制器 及其追蹤控制方法,其追蹤控制方法至少包含以下 步驟: (A) 讀取類比訊號處理單元之東、西、南及 北向輸出訊號’以作為追蹤基本控制; (B) 啟動太陽追蹤機制,當太陽光度大於或 等於啟動設定值時,該太陽追蹤器將進行追蹤至對 準太陽為止。若太陽光度小於啟動設定值時,即停 止追蹤;以及 20 200916711 c)田該太陽追蹤器面向西邊而太陽在東邊 .,或當太陽下山時,回原點機制。 士 據申請專·圍第1 4項所述之太陽追縱器之 位置感測ϋ機構與控制器及其追縱控制方法, 其中’該步驟(Α)之追蹤基本控制係 列步驟·· 广 (a)追蹤方位角,判斷東/西向輸出訊號值其 差值之正負; 、 (b )當東/西向輸出訊號值之差值為正值時, 且在方位角滯死區(StagnantDeadz〇ne)之東向滞 =區设定值之内,輸出一第一訊號至一太陽追縱機 (c )當東/西向輸出訊號值之差值為負值時, 且在方位角滞死區之西向滯死區設定值之内,輸出 一第二訊號至該太陽追蹤機制。若東/西向輸出訊號 值之差值均在方位角滞死區之外時,則重回步驟 (a )繼續追蹤方位角; (d )追蹤仰角,判斷南/北向輸出訊號值其差 值之正負; (e )當南/北向輸出訊號值之差值為正值時, 且在仰角滯死區之南向滯死區設定值之内,輸出一 第二讯號至該太陽追蹤機制;以及 200916711 (f)當南/北向輸出訊號值之差值為負值時, 且在仰角滯死區之北向滯死區設定值之内,輸出一 . R號至5亥太房追縦機制。若南/北向輸出訊號值 差值均在仰角滞死區之外時,則重回步驟(d) 繼續追縱仰角。 1 6 ·依㈣請專利第1 5項所述之太陽追縱器之 太陽位置感測器機構與控制器及其追蹤控制方法, 其中該步驟(b)、(c)之東/西向輸出訊號值之 差值在方位角滯死區之内時,即東/西向太 陽。 1 7·依據申請專利範圍第i 5項所述之太陽追縱器之 太陽位置感測器機構與控制器及其追縱控制方法, /、中-亥V驟(e )、( f )之南/北向輸出訊號值之 差值在仰角滞死區之内時,即南/北向已對準太陽。 1 8 •㈣申請專利範圍第1 5項所述之太陽追縱器之 太陽位置感測ϋ機構與控制器及其追縱控制方法, 其中,該方位角及仰角係交覆追縱直至東/西向 /北向已對準太陽為止。 L 9 .㈣申請專利範圍第1 4項所述之太陽追蹤器之 太陽位置感測器機構與控制器及其追縱控制方法, 其中,該步驟(B)啟動太陽追縱機制係至少包含 22 200916711 (g )當接收到東/西向之第一訊號後,將據此 第一訊號控制一方位角驅動馬達向東轉; ^ ( h)當接收到東/西向之第二訊號後,將據此 第〜訊號控制該方位角驅動馬達向西轉; 一(1 )當接收到南/北向之第三訊號後,將據此 第二訊號控制一仰角驅動馬達向南轉;以及 (j )當接收到南/北向之第四訊號後,將據此 第四訊號控制該仰角驅動馬達向北轉。 0·依據申請專利範圍第丄4項所述之太陽追縱器之 太陽位置感測器機構與控制器及其追縱控制方法, 、中。亥步驟(c )之原點機制係為該太陽追蹤器 之極東位置及極北位置。 23
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TWI320841B (zh) | 2010-02-21 |
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