WO2011085557A1

WO2011085557A1 - 光信号传感器

Info

Publication number: WO2011085557A1
Application number: PCT/CN2010/070226
Authority: WO
Inventors: 王训恒
Original assignee: 苏州恒阳新能源科技有限公司
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-21

Description

光信号传感器

技术领域

本发明涉及一种光跟踪控制装置。

背景技术

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。照射到地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。正因为如此，世界各国都越来越重视太阳能的开发利用，也随之出现了各式各样的太阳能利用设备，如太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等。但是上述设备的能量转换效率一直是普及应用的瓶颈，太阳光跟踪系统就是为了有效提高能量转换效率一种方式，所谓的太阳光跟踪系统是利用光跟踪控制器来追踪阳光的方向，使得采光装置能始终对准太阳，从而提高利用太阳能的效率。

为了能够有效的追踪阳光，需要对阳光的位置进行正确采样，现有技术中大多是利用计算太阳轨迹来完成对阳光的跟踪的，该种跟踪方式结构复杂，计算精度不高，达不到有效追踪阳光的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效地捕捉光信号并可将信号传递给后续跟踪设备以保证正确调整跟踪器位置的光信号传感器。

为了达到上述发明的目的，本发明的技术方案是：一种光信号传感器，它包括用于捕捉光信号并将光信号转换为电信号的太阳能电池、用于采集电信号的采样电路，太阳能电池由第一太阳能电池和第二太阳能电池组成，第一太阳能电池的正极与第二太阳能电池的负极相电连接，第一太阳能电池的负极与第二太阳能电池的正极相电连接，采样电路跨接在第一太阳能电池或第二太阳能电池的正负极之间。当第一太阳能电池受到的光照度强于第二太阳能电池受到的光照度时，第一太阳能电池产生电压大于第二太阳能电池产生电压，且在第一太阳能电池的正极方向产生正电压；当第二太阳能电池受到的光照度强于第一太阳能电池受到的光照度时，第二太阳能电池产生电压大于第一太阳能电池产生电压，且在第一太阳能电池的负极方向产生正电压，采样电路用于采样流经该电路的电流方向作为信号源。由于太阳能电池受光照强度不同，产生的电能大小也将不同，故利用该原理将两个太阳能电池的正负极相连接，通过照射到两个太阳能电池上的光照度差产生的压差来进行采样，从而为跟踪太阳的控制器提供判断信号。

进一步地，采样电路可以包含两个相串联连接的桥路，其中一个桥路包括正极与第一太阳能电池正极相电连接的第一二极管、与第一二极管的负极相电连接的第一电阻、负极与第一二极管的正极相电连接的第二二极管，第一二极管与第一电阻相串联连接后，再与第二二极管相并联；另一个桥路包括正极与第一太阳能电池的负极相电连接的第三二极管、与第三二极管负极相电连接的第二电阻、负极与第三二极管的正极相电连接的第四二极管，第三二极管与第二电阻相串联后，再与第四二极管相并联。当第一太阳能电池的光照强于第二太阳能电池时，第一电阻有电流通过而产生压降，当第一太阳能电池的光照弱于第二太阳能电池时，第二电阻有电流通过而产生压降。

由于上述技术方案的运用，本发明有以下技术优点：将两个太阳能电池互相正负极相接的方式是一种大胆而创新的设计，因为如果将两个传统电池的正负极互相连接，电池将在极短的时间内被消耗，并会造成电池损毁和电路损毁，但是太阳能电池可以颠覆这个传统。

而且由于太阳能电池的输出是恒压或恒流，所以通过该光信号传感器所产生的信号范围是确定的，保证了输出信号的稳定性。又由于采用两个太阳能光电池进行直接比较，所以相对在产生信号后再比对两个信号有更好的稳定性，避免误差。

同时因为太阳能电池的衰减极为缓慢并有很强的规律性，即使两个太阳能电池同时衰减也不会影响该信号传感器的使用，而且整个光信号传感器电路简单，在使用时可减少故障的发生，具有推广应用价值。

附图说明

附图1为根据本发明实施的一种光信号传感器的原理框图；

附图2为进一步优化图1所示原理而实施的一种光信号传感器的信号取得电路图；

附图3为进一步优化图1所示原理而实施的另一种光信号传感器的信号取得电路图；

附图4为根据本发明实施的一种光信号传感器的应用结构图；

其中：1、采样电路；2、遮挡板；3、安装架。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

如图1所示，光信号传感器包含第一太阳能电池E1、第二太阳能电池E2以及采样电路1，第一太阳能电池E1的正极与第二太阳能电池E2的负极相电连接，第一太阳能电池E1的负极与第二太阳能电池E2的正极相电连接。第一太阳能电池E1可为单独一个太阳能电池或由多个太阳能电池相串联组成，第二太阳能电池E2同样也可为一个太阳能电池或由多个太阳能电池相串联组成。采样电路1跨接在其中一个太阳能电池的正负极之间，该采样电路1用于采样流经该采样电路的电流方向。

由于太阳能电池可以将太阳辐射能直接转换成电能，因此，当有光照射到图1所示的第一太阳能电池E1和第二太阳能电池E2上时，将分别有电压产生。当第一太阳能电池E1受到的光照度强于第二太阳能电池E2受到的光照度时，第一太阳能电池E1产生的电压大于第二太阳能电池E2产生的电压，且在第一太阳能电池E1的正极方向产生正电压；当第二太阳能电池E2受到的光照度强于第一太阳能电池E1受到的光照度时，第二太阳能电池E2产生的电压大于第一太阳能电池E1产生的电压，且在第一太阳能电池E1的负极方向产生正电压；当两太阳能电池E1和E2均没有受到光照或受到的光照度相同时，两太阳能电池E1和E2之间无电压产生。采样电路1连接在上述两太阳能电池E1和E2之间，当两太阳能电池有光照差时，与采样电路1形成通路，从而在采样电路1上有信号V1、V2输出，供后续跟踪设备使用以保证正确调整跟踪器位置。

本发明中，采样电路1可通过电阻和二极管等电子元件组成的电路来实现，图2反映了一种采样电路，其由两个相串联连接的桥路组成，其中一个桥路包括正极与第一太阳能电池E1的正极相电连接的第一二极管D1、与第一二极管D1的负极相电连接的第一电阻R1、负极与第一二极管D1的正极相电连接的第二二极管D2，第一二极管D1与第一电阻R1相串联连接后，再与第二二极管D2相并联；另一个桥路包括正极与第一太阳能电池E1的负极相电连接的第三二极管D3、与第三二极管D3的负极相电连接的第二电阻R2、负极与第三二极管D3的正极相电连接的第四二极管D4，第三二极管D3与第二电阻R2相串联后，再与第四二极管D4相并联。

当第一太阳能电池E1受到的光照强于第二太阳能电池E2受到的光照时，第一太阳能电池E1产生正电压，电流依次流过第一二极管D1、第一电阻R1以及第四二极管D4，即第一太阳能电池E1、第一二极管D1、第一电阻R1、第四二极管D4之间形成通路，这样，第一电阻R1有电流通过而产生压降；当第一太阳能电池E1受到的光照弱于第二太阳能电池E2时，电流依次流过第三二极管D3、第二电阻R2、第二二极管D2，即第二太阳能电池E2、第三二极管D3、第二电阻R2以及第二二极管D2形成通路，从而第二电阻R2上有电流通过而产生压降。

图3所示为另一种更简化的采样电路，其由两相并联的支路组成，第一支路由正极与第一太阳能电池E1正极相电连接的第一二极管D1’、一端与第一二极管D1’负极相电连接的第一电阻R1’构成，第一电阻R1’的另一端与第一太阳能电池E1负极相连接，第二支路由负极与第一太阳能电池E1正极相电连接的第二二极管D2’、一端与第二二极管D2’正极相电连接的第二电阻R2’构成，第二电阻R2’的另一端也与第一太阳能电池E1负极相连接。

当第一太阳能电池E1的光照强于第二太阳能电池E2时，第一太阳能电池E1产生正电压，电流流过第一二极管D1’、第一电阻R1’，即第一太阳能电池E1、第一二极管D1’以及第一电阻R1’形成通路，这样，第一电阻R1’上有电流通过而产生压降；当第一太阳能电池E1的光照弱于第二太阳能电池E2时，电流流过第二二极管D2’、第二电阻R2’，即第二太阳能电池E2、第二二极管D2’以及第二电阻R2’形成通路，从而第二电阻R2’上有电流通过而产生压降。

图4所示为一种光信号传感器的应用示意简图，其中，两块太阳能电池E1和E2固定在一安装架3上，在安装架3上固定竖立一遮挡板2，且遮挡板2位于两块太阳能电池之间，由图中可以看出，当无光照或者太阳位于遮挡板2正上方时，两个太阳能电池E1、E2上均无电能产生，当太阳位于遮挡板2左侧或右侧时，第一太阳能电池E1与第二太阳能电池E2之间将产生光照差，从而在第一太阳能电池E1与第二太阳能电池E2之间产生压差。

上述实施例中介绍的光信号传感器，利用太阳能电池的特性，将两太阳能电池的正负极相首尾连接，并在其中一个太阳能电池正负极之间跨接采样支路，从而以检测不同太阳能电池产生的电流信号，将两太阳能电池的正负极首尾连接的方式打破了传统意义上的电池连接，我们知道，传统意义上的电池是一个装电的容器，如果采用将两个电池的正负极互相连接，电池将在极短的时间内被消耗，并会造成电池损毁和电路损毁。但太阳能电池颠覆了这个传统，它可以以本发明所保护的方式使用，并能够保证正常使用。

而且本发明相对有现有技术具有先进性，现有技术中进行太阳信号跟踪的光感应元件多采用光敏电阻，由于光敏电阻的阻值范围是从一个固定的值到无穷大，如果用两个光敏电阻比对后的结果作为信号源，在光线好的时候是没有问题的，但在光线很暗的时候，当两个光敏电阻的阻值是无穷大时就无法比对，因为这时的比值可能是1，也可能是无穷大，而太阳能电池的输出电压是有很确定的范围的，在黑暗时是0V，在夏天最大太阳时也是额定的电压。

根据本发明实施的光信号传感器主要可用在太阳能发电系统上，由于太阳能电池被光照的时间将低于太阳能发电电池的时间，因此可以认定光信号传感器寿命为无穷大，同时，其实现电路简单，从而可有效防止使用时故障的产生。

上面结合实施例对本发明的技术构思及特点进行了介绍，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，但并不能以此限制本发明的保护范围，如：采样电路可采用其它变换方式。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1、一种光信号传感器，它包括用于捕捉光信号并将光信号转换为电信号的太阳能电池、用于采集所述电信号的采样电路（1），其特征在于：所述的太阳能电池由第一太阳能电池（E1）和第二太阳能电池（E2）组成，所述的第一太阳能电池（E1）的正极与第二太阳能电池（E2）的负极相电连接，所述的第一太阳能电池（E1）的负极与所述的第二太阳能电池（E2）的正极相电连接，所述的采样电路（1）跨接在所述的第一太阳能电池（E1）或第二太阳能电池（E2）正负极之间，当第一太阳能电池（E1）受到的光照度强于第二太阳能电池（E2）受到的光照度时，第一太阳能电池（E1）产生电压大于第二太阳能电池（E2）产生电压，且在第一太阳能电池（E1）的正极方向产生正电压；当第二太阳能电池（E2）受到的光照度强于第一太阳能电池（E1）受到的光照度时，第二太阳能电池（E2）产生电压大于第一太阳能电池（E1）产生电压，且在第一太阳能电池（E1）的负极方向产生正电压，所述的采样电路（1）用于采样流经该电路的电流方向作为信号源。

2、根据权利要求1所述的光信号传感器，其特征在于：所述的采样电路（1）包括两个相串联连接的桥路，其中一个桥路包括正极与第一太阳能电池（E1）正极相电连接的第一二极管（D1）、与第一二极管（D1）的负极相电连接的第一电阻（R1）、负极与第一二极管（D1）的正极相电连接的第二二极管（D2），所述的第一二极管（D1）与第一电阻（R1）相串联连接后，再与所述的第二二极管（D2）相并联，另一个桥路包括正极与第一太阳能电池（E1）负极相电连接的第三二极管（D3）、与第三二极管（D3）的负极相电连接的第二电阻（R2）、负极与第三二极管（D3）的正极相电连接的第四二极管（D4），所述的第三二极管（D3）与第二电阻（R2）相串联后，再与所述的第四二极管（D4）相并联，当第一太阳能电池（E1）的光照强于第二太阳能电池（E2）时，第一电阻（R1）有电流通过而产生压降，当第一太阳能电池（E1）的光照弱于第二太阳能电池（E2）时，第二电阻（R2）有电流通过而产生压降。