一種太陽位置追蹤傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種太陽位置追蹤傳感器，它通過遮光筒外四個(gè)對(duì)稱排列的光電二極管初步測(cè)量到太陽入射光與集熱面法線的偏移量，經(jīng)過微機(jī)處理后輸出控制信號(hào)，這種方法具有較大的追蹤視角。實(shí)現(xiàn)初步追蹤后，利用光學(xué)系統(tǒng)提高傳感器的靈敏度，微機(jī)再處理四象限探測(cè)器的信號(hào)，輸出控制數(shù)據(jù)，微調(diào)集熱面的朝向，達(dá)到高精度追蹤太陽位置的目的。通過檢測(cè)四個(gè)光電二極管感應(yīng)出來的電壓值之和，傳感器可以隨著光照強(qiáng)度的變化而在工作與不工作之間互相切換，實(shí)現(xiàn)夜晚和陰雨天氣不工作，只有在光照強(qiáng)度足夠的情況下才工作。
【專利說明】一種太陽位置追蹤傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽位置追蹤傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種清潔、持久的能源，具有很大的開發(fā)潛力。在我國(guó)大力發(fā)展新型能源的政策背景下，研究太陽能發(fā)電技術(shù)有著重要意義。太陽能有能量密度低、空間位置不斷變化等特點(diǎn)，所以太陽能光熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一為收集太陽能。在利用太陽能發(fā)電過程中，利用傳感器準(zhǔn)確跟蹤太陽位置，使太陽能收集面始終垂直于太陽入射光，將其聚焦到一點(diǎn)集熱發(fā)電。研究表明采用太陽位置實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)的集熱系統(tǒng)，比固定安裝的系統(tǒng)太陽能接受率提高了 37.7%，追蹤精度直接影響著能量接受效率。因此，在太陽光熱發(fā)電的過程中，追蹤太陽位置的精度是一個(gè)重要指標(biāo)，在設(shè)計(jì)太陽追蹤系統(tǒng)時(shí)提高追蹤實(shí)時(shí)精度是十分必要的。
[0003]太陽能跟蹤技術(shù)采用的方法有太陽軌跡跟蹤法、光電追蹤法以及混合追蹤法。太陽軌跡跟蹤法根據(jù)天文學(xué)中太陽軌道計(jì)算公式得到太陽的位置，用此數(shù)據(jù)控制跟蹤機(jī)構(gòu)對(duì)太陽全跟蹤。這種方法成本低，可靠性高，但是無法完全消除累計(jì)誤差，跟蹤精度也只在I °左右。目前利用光電追蹤法或混合追蹤法的太陽位置傳感器一般利用小孔成像原理，要么精度聞但成本也聞，成本低的精度卻低了，性價(jià)比不聞，并且還具有追蹤視角小的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、具有較大的追蹤視角和精度的太陽位置追蹤傳感器。
[0005]為解決上述技術(shù)問題·，本發(fā)明所采用的技術(shù)方法是:一種太陽位置追蹤傳感器，它包括遮光筒、光學(xué)系統(tǒng)、四象限探測(cè)器、光電二極管、微機(jī)信號(hào)處理板。四象限探測(cè)器和微機(jī)信號(hào)處理板安裝在遮光筒內(nèi)的底部，四個(gè)光電二極管對(duì)稱安裝在遮光筒外部，光學(xué)系統(tǒng)安裝在遮光筒頂部。設(shè)四個(gè)光電二極管對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電壓信號(hào)分別為Ua、Ub、Uc、Ud0當(dāng)太陽光照強(qiáng)度達(dá)不到發(fā)電最小值時(shí)，裝在遮光筒外部的光電二極管感應(yīng)出的電壓值之和Ua+Ub+Uc+Ud小于設(shè)定值，微機(jī)判定追蹤系統(tǒng)不工作。
[0006]當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到發(fā)電強(qiáng)度時(shí)，Ua+Ub+Uc+Ud大于設(shè)定值，微機(jī)判定進(jìn)入粗調(diào)追蹤階段。當(dāng)集熱面沒有垂直于太陽光時(shí)，外部對(duì)稱安裝的光電二極管所受到的光照強(qiáng)度不一樣，感應(yīng)出來的電壓信號(hào)也不一樣。設(shè)兩個(gè)垂直方向的偏移信號(hào)分別為Δηι和Δη。有下式:

「
[0007]-< U^+Ub+U,+Ud
I ^xJJjUh-Uc-Ui
I Ua+Uh+Uc+Ud
[0008]通過微機(jī)將偏移信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)等數(shù)據(jù)，再用max232輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使集熱面初步垂直于太陽入射光。經(jīng)過上一步對(duì)追蹤精度粗調(diào)后，太陽光便能透過光學(xué)系統(tǒng)在底部的四象限探測(cè)器上聚焦在一點(diǎn)上形成一個(gè)小光斑。設(shè)四個(gè)象限的的光敏元件對(duì)應(yīng)不同光照面積分別產(chǎn)生阻抗電流il、i2、i3、i4。此時(shí)四象限探測(cè)器感應(yīng)出來的電流值之和il+i2+i3+i4大于了設(shè)定值，微機(jī)判定進(jìn)入微調(diào)階段，微機(jī)只處理四象限探測(cè)器輸出的信號(hào)并輸出電機(jī)控制數(shù)據(jù)。
[0009]由于上一步調(diào)整的精度有限，光點(diǎn)可能不在四象限探測(cè)器的中心點(diǎn)上，光斑在各個(gè)光敏元件上的面積不相同，從而產(chǎn)生的四個(gè)阻抗電流也將不相同。設(shè)光斑中心偏離探測(cè)器中心在X方向和y方向的偏移量分別為Δχ和Ay。由于光電二極管產(chǎn)生的光電流i比較微弱，所以需要通過運(yùn)算放大器將其轉(zhuǎn)換為較大的電壓信號(hào)U?？紤]到光照強(qiáng)度不同時(shí)光電流的大小會(huì)變化，故還要將結(jié)果比值化。如下式:
【權(quán)利要求】
1.一種太陽位置追蹤傳感器，包括不透光的遮光筒、光電二極管、四象限探測(cè)器、微機(jī)處理板；其中，四象限探測(cè)器裝在微機(jī)處理板上并安裝在遮光筒底部，光電二極管裝在遮光筒外部口 ；其特征在于:還包括安裝在遮光筒頂部的光學(xué)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽位置追蹤傳感器，其特征在于:所述光電二極管至少為四個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽位置追蹤傳感器，其特征在于:所述微機(jī)處理板是與遮光筒半徑相同的電路板，嵌入遮光筒底部，密封不透光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽位置追蹤傳感器，其特征是:所述至少為四個(gè)光電二極管貼在遮光筒外壁沿外圓周均勻?qū)ΨQ安裝；它們引出的信號(hào)線連接到微機(jī)處理板上，由微機(jī)對(duì)光電二極管輸入信號(hào)進(jìn)行處理，執(zhí)行機(jī)構(gòu)再根據(jù)處理后的信號(hào)發(fā)出對(duì)太陽位置追蹤的命令；當(dāng)光照強(qiáng)度不夠時(shí)，光電二極管感應(yīng)的電壓值之和沒達(dá)到設(shè)定值，微機(jī)判斷執(zhí)行機(jī)構(gòu)不工作；當(dāng)光照強(qiáng)度足夠時(shí)，光電二極管感應(yīng)的電壓值之和大于設(shè)定值，微機(jī)判斷傳感器進(jìn)入初步追蹤階段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽位置追蹤傳感器，其特征是:所述微機(jī)將偏移信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)數(shù)據(jù)，再用max232輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01C1/00GK203414078SQ201320272071
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月17日
【發(fā)明者】羅德榮, 龍徐, 高劍, 姜燕, 馮垚徑 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)