專利名稱：雙光電傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙光電傳感器聯(lián)合控 制太陽(yáng)跟蹤方法及其裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能是一種清潔無(wú)污染的可再生能源，取之不盡，用之不竭，充分開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng) 能不僅可以節(jié)約日益枯竭的常規(guī)能源，緩解嚴(yán)峻的資源短缺問(wèn)題，而且還可以減少污染，保 護(hù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境。在眾多的太陽(yáng)能利用技術(shù)中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)了直 接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，是一種最方便的利用方式，它具有運(yùn)行安全可靠、無(wú)需燃料、無(wú)噪 聲、無(wú)污染、可就地利用、使用維護(hù)簡(jiǎn)便、規(guī)?？纱罂尚〉葍?yōu)點(diǎn)，因而受到了世界各國(guó)的重 視。雖然太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有很多優(yōu)點(diǎn)，但在光伏發(fā)電的發(fā)展過(guò)程中，使用成本過(guò)高 一直是制約其迅速推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。其重要原因之一是用于生產(chǎn)太陽(yáng)能電池的半導(dǎo) 體材料價(jià)格昂貴，消耗量大，導(dǎo)致以太陽(yáng)能電池為核心的光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本難以大幅度 降低。常規(guī)的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是將太陽(yáng)能電池固定安裝，價(jià)格居高不下，難以迅速推 廣應(yīng)用。根據(jù)太陽(yáng)能電池在一定條件下輸出的電流與接受的光照強(qiáng)度成正比增加而又不至 于影響光伏電池壽命的特征，人們開(kāi)始研究采用聚光和跟蹤技術(shù)，希望在獲得同樣電能的 情況下減少太陽(yáng)能電池的用量，而增加的跟蹤聚光的成本遠(yuǎn)低于所節(jié)約的太陽(yáng)能電池的成 本相當(dāng)于用普通的金屬玻璃等材料代替昂貴的半導(dǎo)體材料。德國(guó)、美國(guó)、西班牙、澳大利亞 等國(guó)都分別開(kāi)發(fā)了菲涅爾透鏡聚光、反射聚光等各種聚光光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能聚光跟蹤的核心技術(shù)是跟蹤控制技術(shù)，現(xiàn)有的跟蹤控制技術(shù)一般采用天文 跟蹤和單個(gè)傳感器判斷太陽(yáng)光的跟蹤控制方式。天文跟蹤是根據(jù)聚光器安裝地點(diǎn)的經(jīng)緯度 計(jì)算當(dāng)?shù)夭煌瑫r(shí)間的太陽(yáng)高度角和方位角，并采用角度編碼器測(cè)量聚光架的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，由 計(jì)算機(jī)編程控制聚光架的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)跟蹤控制技術(shù)，該方案的控制成本較高，且跟蹤精 度較低。采用單個(gè)傳感器判斷太陽(yáng)光的跟蹤控制方式，收到傳感器采光靈敏性的影響。如 使用高精度的傳感器，控制器捕捉太陽(yáng)的盲區(qū)較大；使用靈敏性較低的傳感器，則跟蹤精度 不高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提供一種跟蹤范圍大、跟蹤精度高、易于制造、成本低 廉、性價(jià)比高的雙光電傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是本實(shí)用新型是一種雙光電傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤裝置，它包括粗跟蹤光電傳感 器模塊、精跟蹤光電傳感器模塊、控制電路、聚光電池組件、聚光架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的粗跟 蹤光電傳感器模塊安裝在聚光架的頂部，聚光電池組件安裝在聚光架的中部，接收聚光架匯聚的太陽(yáng)光斑；所述的精跟蹤光電傳感器模塊安裝在聚光電池組件上且與聚光架的平面 鏡相對(duì)相對(duì)，接收聚光架匯聚的太陽(yáng)光斑；所述的粗跟蹤光電傳感器模塊和精跟蹤光電傳 感器模塊將電信號(hào)傳送給控制電路；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在聚光架上且接受控制電路的控 制。所述的粗跟蹤光電傳感器模塊由一個(gè)長(zhǎng)方體基座和多個(gè)光電元件組成，所述的長(zhǎng) 方體基座的底面固定在聚光架的頂部，多個(gè)光電元件分別安裝在長(zhǎng)方體基座的四個(gè)側(cè)面 上。所述的精跟蹤光電傳感器模塊由多個(gè)光電元件構(gòu)成，該多個(gè)光電元件分別安裝在 聚光電池組件的四個(gè)角上，用于接收聚光架匯聚的太陽(yáng)光斑。采用上述方案后，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)通過(guò)粗跟蹤光電傳感器模塊實(shí)現(xiàn)大范圍捕捉太陽(yáng)位置，達(dá)到聚光架的粗跟蹤。(2)通過(guò)精跟蹤光電傳感器模塊實(shí)現(xiàn)精確捕捉太陽(yáng)位置，達(dá)到聚光架的精準(zhǔn)跟蹤 太陽(yáng)。(3)采用雙傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤器解決編碼器跟蹤精度低和單個(gè)光電傳感器 跟蹤局限性問(wèn)題。(4)本實(shí)用新型的粗跟蹤光電傳感器模塊中的多個(gè)光電元件分別安裝在長(zhǎng)方體 基座的四個(gè)側(cè)面上，通過(guò)長(zhǎng)方體基座的四個(gè)側(cè)面上的光電元件接收太陽(yáng)光斑，而精跟蹤光 電傳感器模塊的光電元件別安裝在聚光電池組件的四個(gè)角上接收太陽(yáng)光斑，具有跟蹤范圍 大、跟蹤精度高的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，本實(shí)用新型具有跟蹤范圍大、跟蹤精度高、易于制造、成本低廉、性價(jià)比 高的雙傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤器。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖1是本實(shí)用新型的俯視立體圖；圖2是本實(shí)用新型的仰視立體圖；圖3是本實(shí)用新型粗跟蹤光電傳感器模塊的軸測(cè)圖；圖4是本實(shí)用新型精跟蹤光電傳感器模塊的軸測(cè)圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型是一種雙光電傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤裝置，它包括粗 跟蹤光電傳感器模塊1、精跟蹤光電傳感器模塊2、控制電路(圖中未示)、聚光電池組件3、 聚光架4、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5。所述的粗跟蹤光電傳感器模塊1安裝在聚光架4的頂部，聚光電池組件3安裝在 聚光架4的上部，接收聚光架4匯聚的太陽(yáng)光斑；所述的精跟蹤光電傳感器模塊2安裝在聚 光電池組件3上且與聚光架4的平面鏡相對(duì)，接收聚光架4匯聚的太陽(yáng)光斑；所述的粗跟蹤 光電傳感器模塊1和精跟蹤光電傳感器模塊2將電信號(hào)傳送給控制電路；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 5安裝在聚光架4上，控制電路(圖中未標(biāo))接收粗跟蹤光電傳感器模塊1和精跟蹤光電傳 感器模塊2的電信號(hào)，通過(guò)電路計(jì)算控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5帶動(dòng)聚光架4精準(zhǔn)跟蹤太陽(yáng)。[0024]所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5由高度角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)51和方位角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)52構(gòu)成。如圖3參考圖1所示，所述的粗跟蹤光電傳感器模塊1由一個(gè)長(zhǎng)方體基座11和四 個(gè)光電元件121、122、123、124組成。所述的長(zhǎng)方體基座11的底面固定在聚光架4的頂部， 四個(gè)光電元件121、122、123、124分別安裝在長(zhǎng)方體基座11的四個(gè)側(cè)面上，對(duì)應(yīng)東、北、南、 西四個(gè)朝向。例如，當(dāng)光電元件121和124的光照強(qiáng)度不同時(shí)，則此時(shí)光電元件121和124 分別將各自的光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并傳遞給控制電路來(lái)控制方位角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)52帶動(dòng)聚 光架4跟蹤太陽(yáng)方位角，直至光電元件121和124的光照強(qiáng)度接近時(shí)，聚光架4東西方向跟 蹤控制權(quán)限移交精跟蹤光電傳感器模塊2。同理，當(dāng)光電元件122和123的光照強(qiáng)度不同 時(shí)，則此時(shí)光電元件122和123分別將各自的光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并傳遞給控制電路來(lái) 控制高度角驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)51帶動(dòng)聚光架4跟蹤太陽(yáng)高度角，直至光電元件122和123的光照強(qiáng) 度接近時(shí)，聚光架4南北方向跟蹤控制權(quán)限移交精跟蹤光電傳感器模塊2。當(dāng)粗跟蹤光電傳感器模塊1上的四個(gè)光電元件121、122、123、124的光照強(qiáng)度接近 時(shí)，聚光架4基本對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，聚光架4所匯聚的太陽(yáng)光斑反射到聚光架4頂部的電池組件3 上，由于粗跟蹤光電傳感器模塊1的精度較低，偏差角度在士3°以內(nèi)，匯聚的太陽(yáng)光斑無(wú) 法精確反射到整塊聚光電池組件3上，但匯聚的太陽(yáng)光斑至少會(huì)照射到聚光電池組件3上 精跟蹤光電傳感器模塊2的一個(gè)光電元件上。這時(shí)，粗跟蹤光電傳感器模塊1把控制權(quán)限 移交精跟蹤光電傳感器模塊2。如圖4參考圖2所示，所述的精跟蹤光電傳感器模塊2由四個(gè)光電元件21、22、23、 24構(gòu)成，該四個(gè)光電元件21、22、23、24分別安裝在聚光電池組件3的四個(gè)角上且與聚光架 4的平面鏡相對(duì)，分別對(duì)應(yīng)西南、西北、東南、東北，接收聚光架4匯聚的太陽(yáng)光斑。由于粗跟 蹤存在一定的誤差，使得光電元件21、22、23、24接收到得光照強(qiáng)度的不一，故光電元件21、 22、23、24將不同的光電信號(hào)反饋給控制電路的信號(hào)不同，從而控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5帶動(dòng)聚光架 4跟蹤太陽(yáng)，直至光電元件21、22、23、24接收到的光照強(qiáng)度一致，即聚光電池組件3整塊面 積都接收到匯聚的太陽(yáng)光斑，達(dá)到聚光架精準(zhǔn)跟蹤太陽(yáng)。東南、東北的光電元件23、24也可 安裝在另一塊聚光電池組件的25、26位置上?？刂齐娐方邮站櫣怆妭鞲衅髂K的電信 號(hào)，通過(guò)電路計(jì)算控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)聚光架精確對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，偏差角度在士0.5°以內(nèi)。本實(shí)用新型的工作原理如圖2、圖3所示，通過(guò)粗跟蹤光電傳感器模塊1的光電元件121、122、123、124實(shí) 現(xiàn)大范圍捕捉太陽(yáng)位置，聚光架4粗跟蹤太陽(yáng)，使得聚光架4匯聚的光斑局部照射在聚光電 池組件3上；再把跟蹤控制權(quán)限移交給精跟蹤光電傳感器模塊2，由精跟蹤光電傳感器模塊 2的光電元件21、22、23、24捕捉聚光架4匯聚的太陽(yáng)光斑，使得聚光架4匯聚的太陽(yáng)光斑始 終照滿整塊聚光電池組件3，達(dá)到聚光架4精準(zhǔn)跟蹤太陽(yáng)。本實(shí)用新型的重點(diǎn)就在于通過(guò)粗跟蹤光電傳感器模塊實(shí)現(xiàn)大范圍捕捉太陽(yáng)位 置，達(dá)到聚光架的粗跟蹤。通過(guò)精跟蹤光電傳感器模塊實(shí)現(xiàn)精確捕捉太陽(yáng)位置，達(dá)到聚光架 的精準(zhǔn)跟蹤太陽(yáng)。采用雙傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤器解決編碼器跟蹤精度低和單個(gè)光電傳 感器跟蹤局限性問(wèn)題。故，凡采用二個(gè)光電傳感器模塊分別實(shí)現(xiàn)聚光器粗跟蹤和精跟蹤的方法，皆屬本 實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求一種雙光電傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤裝置，其特征在于它包括粗跟蹤光電傳感器模塊、精跟蹤光電傳感器模塊、控制電路、聚光電池組件、聚光架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述的粗跟蹤光電傳感器模塊安裝在聚光架的頂部，聚光電池組件安裝在聚光架的上部，接收聚光架匯聚的太陽(yáng)光斑；所述的精跟蹤光電傳感器模塊安裝在聚光電池組件上且與聚光架的平面鏡相對(duì)，接收聚光架匯聚的太陽(yáng)光斑；所述的粗跟蹤光電傳感器模塊和精跟蹤光電傳感器模塊將電信號(hào)傳送給控制電路；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在聚光架上且接受控制電路的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光電傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤裝置，其特征在于所述的 粗跟蹤光電傳感器模塊由一個(gè)長(zhǎng)方體基座和多個(gè)光電元件組成，所述的長(zhǎng)方體基座的底面 固定在聚光架的頂部，多個(gè)光電元件分別安裝在長(zhǎng)方體基座的四個(gè)側(cè)面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙光電傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤裝置，其特征在于所述的 精跟蹤光電傳感器模塊由多個(gè)光電元件構(gòu)成，該多個(gè)光電元件分別安裝在聚光電池組件的 四個(gè)角上，用于接收聚光架匯聚的太陽(yáng)光斑。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種雙光電傳感器聯(lián)合控制太陽(yáng)跟蹤裝置，它包括粗跟蹤光電傳感器模塊、精跟蹤光電傳感器模塊、控制電路、聚光電池組件、聚光架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。所述的粗跟蹤光電傳感器模塊、聚光電池組件安裝在聚光架上，精跟蹤光電傳感器模塊安裝在聚光電池組件上；所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在聚光架上且接受控制電路的控制。本實(shí)用新型通過(guò)粗跟蹤傳感器模塊與精跟蹤傳感器模塊采集太陽(yáng)位置，由信號(hào)采集處理模塊采集信號(hào)，經(jīng)計(jì)算處理模塊計(jì)算處理，并發(fā)出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)控制電機(jī)，帶動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)大范圍、精準(zhǔn)的跟蹤太陽(yáng)。
文檔編號(hào)G05D3/00GK201750372SQ20102028437
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
發(fā)明者侯達(dá)盤, 劉偉欽, 劉菊東, 張建一, 林忠華, 許志龍, 許順孝, 謝志武, 黃仲明 申請(qǐng)人:集美大學(xué)