TWI320841B - - Google Patents

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九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 „ 本發明係有關於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，尤指一種具有低 成本、低耗電、高穩定且高精準度之太陽位置感測器 及控制器。 【先前技術】 太陽追縱器為一種可將一太陽光電池模組安裝於 其支架上’由該支架面持續對準太陽之機構。由於為 使支架面持續對準太陽，因此必須有偵測太陽位置改 變之感測器及控制器，以偵測及控制該太陽追蹤器使 其支架面持續對準太陽，進而獲得該太陽光電池模組 之最高發電功率。 就目前市面上之太陽追蹤器之追蹤控制電路特點 係可分為： (1) 具有偵測太陽光之太陽位置感測器； (2) 追縱精度在1〜3度之内； (3 )以追縱天空中最亮點為標的；以及 (4 )以類比電路為控制器。 5月參閱『第5圖』所示，係由Ronald P· Corio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一外殼3 1，該外殼3丄 内係。又置有—電路板3 2，且該外殼3 1之每-側 1320841 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 r係處理強光天候；若為夜晚或弱光時，則停止太陽位 置追縱。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0.5度以内； ·( 2 )耗電之類比控制電路； (3 )該裝置之東、西、南及北向光感測器於每 一侧面成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 (III-V)族太陽光電池模組’而其欲搭配之太陽追蹤 器則須要求追蹤精度在1度之内，且最好為〇1度之 内。 綜上所述，以目前市面上之太陽追蹤器因尚未有 追蹤精度達到0.5度以内、耗電低、製作 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，一般習用者係無法符合使用者於實際使用 時之所需。 0 1320841 【發明内容】 本發明之主要目的係在於，可在太陽光下藉由具 ，有低成本、低耗電、高穩定且高精準度之太陽位置感 測器及控制器，精準偵測到太陽位置，使該太陽追蹤 器支架上之太陽電池模組可獲得最大發電效率。 本發明之次要目的係在於，係可廣泛應用於各式 陽光追蹤器。 為達以上之目的，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，該太 陽位置感測器係至少包含一基板、一光二極體、一長 方型柱、-遮陰帽、一透明罩、一外殼底座、一電路 板、複數個小接頭及一輸出線所構成；該控制器之控 制電路係至少包含一類比訊號處理單元、一微處理單 元及-直流馬達驅動電路所構成。利用當太陽在該長 方柱正上方時’太陽微小移動會造成該遮陰帽之陰 影直接影響東、西、南及北向光二極體之感度，進而 精確提供6fi號給⑤控制器，藉該控制器以控制該太陽 追蹤器精準對準太陽。 【實施方式】 β月參閱帛1圖及第2圖』戶斤示，係本發明之太 陽位置感測器機構分解示意圖及本發明之控制電路方 塊示意圖。如圖所示：本發明係為一種太陽追縱器之 场位置感測器機構與控制器及其追縱控制方法，本 發明之太陽位置感測器i i係至少包含一基板工工 1、一光二極體1 1 2、一長方型柱丄i 3、一遮陰 /冒1 1 4、一透明罩1 1 5、一外殼底座1 1 Θ、一 電路板1 1 7、複數個小接頭1 i 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 〇 該光二極體112係分別安置於該基板111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丄i i上之十隻IC 腳位1 1 1 1。 該長方型柱1 1 3之東、西、南、北及中位置之 透光孔1 1 3 3係對應於該基板1 i i上東、西、南、 北及中位置之光二極體1 i 2，且各透光孔1 1 3 3 係注入一濾光膠經封裝與設置有該光二極體i丄2之 基板1 1 1結合為一組件，而該長方型柱1 1 3係分 別由上小下大兩層正方柱之上層長方型柱】上3上與 下層長方型柱1 1 32所組成，其中，該下層長方型 柱1 1 3 2每一面中心位置處所含有之透光孔丄丄3 3，其透光孔1 1 3 3孔徑與該上層長方型柱工工3 1南度之比值係小於1，而與該下層長方型柱1 1 3 2高度之比值則係大於1。 1320841 該遮陰t目114為一含有正方内孔之正 . 方柱，係設置於該長方型柱113之上層長方型柱1 1 3 1上結合成一體，其中，該遮陰帽丄j 4之厚度 與該下層長方型柱1 1 3 2之透光孔1 1 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1 1 3及該 遮陰帽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i i 6係含有一防水接頭工 • 1 6 1，係與該透明罩1 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i i 7 ,使該電 路板1 1 7可平行設置於該外殼底座丄i 6上，並藉 由該電路板1 1 7將該長方型柱i i 3與該基板工工 1結合之組件安放固定之，利用該電路板丄17佈 線，將安放固定於該電路板丄i 7中組件之十隻1(：腳 位1111連接至該電路板117上各小接頭11 φ 8 ,由各小接頭1 1 8連接至該防水接頭丄丄6工， 最後，再由該防水接頭i 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 1 1 » 本發明之控制器1 2其控制電路係至少包含一類 比汛號處理單元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。 9 1320841 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係用以執行一追蹤控制機制 以即時鎖住該太陽追蹤器1正對太陽位置。 該直流馬達驅動電路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i 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 示，圖。如圖所示：當本發明利用上述之太陽位置感 測器1 1及控制器1 2對太陽追蹤器丄進行太陽位置 追蹤控制時’該太陽追蹤器1之追蹤控制方法係至少 包含以下步驟： 。。（A )讀取類比訊號處理單元2 2 :讀取一控制 裔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’以作為追蹤基本控制，其中，該追 蹤基本控制係至少包含下列步騾 (a )追縱方位角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·（b)判斷東向滯死區設定值212:當太陽 】時東向輸出訊號值變大，而西向輸出訊號值變 故西向光二極體會因一遮陰帽及一長方型桎而產 1320841 ::影使感測值變小，使東/西向輸出訊號值之差值為 。右在方位角滯死區（StagnantDeadz〇ne)之東 向邱'死區設定值之内，即發φ 梦 、機制；^ _出一第一訊號至-太陽追

(c)判斷西向滞死區設定值213:當太陽 偏西時’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 、值。若在方位角滯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蹤機制，其中，若東/西 向輸出訊號值之差值均在方位角滯死區之外時，則重 回步驟（a )繼續追蹤方位角； (d )追蹤仰角2 1 4 :追蹤仰角，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215: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。若在仰角滯死區之南向滞死區設定值之内，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 1 6 :當太陽 偏北時，北向輸出訊號值變大，而南向輸出訊號值變 小’故南向光二極體會因該遮陰帽及該長方型枉而產 生陰影使感測值變小’使南/北向輪出訊號值之差值為 11 負值。若在仰角滞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縱機制，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 )繼續追縱仰角。 (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 蹤器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，其中，該啟動太陽追蹤 機制係至少包含下列步驟： (g) 控制方位角驅動馬達向東轉221: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1往東 向轉動至東向滯死區停止； (h) 控制方位角驅動馬達向西轉2 2 2 :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1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，使該太陽追蹤器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，將據此第四訊號控制該仰 角驅動馬達1 4向北轉，使該太陽追蹤器1往北向轉 1320841 動至北向滯死區停止。 (C )回原點機制2 3 :該太陽位置感測器之東 西向視角係為180度。當該太陽追蹤器i面向西邊而 太陽在東邊時，該太陽追蹤器2因視角無法追蹤太 陽，故需啟動原點機制，回該太陽追縱器1之極東位 置及極北位置。而在太陽下山時，亦需k該太陽追蹤 器1轉回面向東邊，如此於隔天太陽升起時，方可追 蹤太陽。 上述步驟（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/西向已對準太陽相 對，步驟（e )、（ f )之南/北向輸出訊號值之差值在 仰角滯死區之内時，即南/北向已對準太陽，因此該方 位角及仰角係交覆追蹤直至東/西向及南/北向已對準 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，太陽微小移動會造成該遮陰帽之陰影直接影響 東、西、南及北向光二極體之感度，進而精確提供訊 號，該控制器1 2 ’藉該控制器工2以控制該太陽追 縱益1精準對準太陽；因此，本發明在具有低成本、 低耗電、尚穩定且高精準度之太陽位置感測器1工及 控制态1 2下，不僅可於太陽光下精準偵測到太陽位 置^吏該太陽追縱器！支架上之太陽電池模組工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。 綜上所述，本發明係一糧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，可有效改昱 習用之種種缺點，利用當太陽在長方型柱正上方時二 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，藉該控制器以控制太陽追蹤器精準對準太陽，使 本發明在具有低成本、低耗電、高穩定且高精準度之 太陽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 追蹤器，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。 惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已， 當，能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明 _ 申請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。 14 1320841 【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。 ψ 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囷，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1 1 1 長方型柱113 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 1320841 透明罩1 1 5 外殼底座1 1 6 J方水接頭1 1 6 1 電路板1 1 7 小接頭1 1 8 輸出線1 1 9 控制器1 2 類比訊號處理單元121 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15 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)

1. 、申請專利範圍： •一種太陽追蹤器之太陽位置感測器機構，係至少 含： 一基板，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1C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，用以連接安放固定於該電路板中組件之十隻 腳位’並再連接至該防水接頭；以及 H滅)王·^ 一輸出線，該輸出^Ti5F¥¥^連接至一 控制器之控制電路。 2依據申„月專利範圍項所述之太陽追縱器之太陽 位置感測器機構，其中，該下層長方型柱每一面中 心位置處係含有—透光孔。 3 ·依據申請專利範圍第2項所述之太陽追蹤器之太陽 位置感測器機構’其中，該透光孔孔徑與該上層長 方型柱高度之比值係小於1。 4 ·依據申請專利範圍第2項所述之太陽追蹤器之太陽 位置感測器機構，其中，該透光孔孔徑與該下層長 方型柱高度之比值係大於1。 5 .依據申請專利範圍第丄項所述之太陽追蹤器之太陽 位置感測器機構，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。 6 ·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，其中，該遮陰帽為一含有正方内 孔之正方柱’係結合於該長方型柱上方成一體。 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，其中，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 1C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’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、 北及中位置之光二極體，且各透光孔係注入一濾光 膠經封裝為一組件。 9依據申请專利範圍第1項所述之太陽追蹤器之太陽 位置感測器機構，其中，該透明罩之表面係呈現半 球形曲面。 1 0·依據申請專利範圍第i項所述之太陽追蹤器之太 陽位置感測器機構，其中，該外殼底座係為鋁合金。 1 1 ·依據申請專利範圍第i項所述之太陽追蹤器之太 陽位置感測器機構，其中，該太陽位置感測器之東 西向視角係為180度。 1 2 ·—種太陽追蹤器之控制器，其控制電路係至少包 含： 類比λ號處理單元，該類比訊號處理單元係 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； 一微處理單元，該微處理單元係用以執行一追 蹤控制機制以即時鎖住該太陽追縱器正對太陽位 置；以及 一直流馬達驅動電路’該直流馬達驅動電路係 ▼ 19 1320841 用以提供馬達高電流驅動及正反轉功能至一方位角 驅動馬達及一仰角驅動馬達。 1 3 .依據申請專利範圍第1 2項所述之太陽追蹤器之 控制器，其中，該類比訊號處理單元係由一差動放 大器組成。 1 4 · 一種太陽追蹤器之追蹤控制方法，其至少包含以 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，該太陽追縱器將進行追蹤至對 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 (C)田4太陽追縱器面向西邊而太陽在東邊 時’或當太陽下山時，回原點機制。 1 5 ·依據申請專利範圍第 追蹤控制方法，其中， 制係至少包含下列步驟 14項所述之太陽追蹤器之 5亥步驟（A)之追蹤基本控 (a )追蹤方位角， 差值之正負； 判斷東/西向輸出訊號值其 )田東/西向輪出訊號值之差值為正值時， 20 ih XXI v :r (x)rc-mp 口 .f— J . . · « _ 取_u*_ β-.' ψ-.τ^ίχ- }〇c7wr^ «* s .-« Mii.a» 立角滯死區（Stagnant Dead Zone )之東向滯 死區設定值之内’輸出一第一訊號至一太陽追蹤機 制； (c )當東/西向輸出訊號值之 且在方位㈣死區之西向滯死區設定值之内;^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滯死區之外時，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，輪出一 第三訊號至該太陽追蹤機制；以及 (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 第四訊號至該太陽追縱機制。若南/北向輸出訊號值 之差值均在仰角哪死區之外時’則重回步驟（ 繼續追蹤仰角。 .依據申請專利範圍第1 5項所述之太陽追”之 追蹤控制方法’其中，該步驟（b )、（ c ) ‘東/ 西向輸出訊號值之差值在方位角滯死區之内時，即 東/西向已對準太陽。 1320841 17.依㈣請專利範圍第15項所述之太陽追縱器之 追蹤控制方法，其中，該步驟（e )、（ f )之南/ 北向輸出訊號值之差值在仰角滯死區之内時，即南/ 北向已對準太陽。 1 8 .依據巾請專利範圍第i 5項所述之太陽追縱器之 追縱控制方法’其中，該方位角及仰㈣交覆追縱 直至東/西向及南/北向已對準太陽為止。 1 9 ·依據申請專利範圍第丄4項所述之太陽追蹤器之 追縱控制方法’其中’該步驟（B )啟動太陽追縱 機制係至少包含下列步驟： (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 第二訊號控制該方位角驅動馬達向西轉； (i )畲接收到南/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。 2 0 ·依據申請專利範圍第1 4項所述之太陽追蹤器之 追縱控制方法’其中，該步驟（C )之原點機制係 為該太陽追蹤器之極東位置及極北位置。 22