專利名稱：具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及雙軸自動跟蹤CPV(聚光光伏)發(fā)電系統(tǒng)和 需要精確跟蹤的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的跟蹤控制系統(tǒng)中的跟蹤太陽探測器。
背景技術(shù)：
雙軸自動跟蹤CPV發(fā)電系統(tǒng)需要有精確的跟蹤太陽，聚光后的太陽光才能始終照 射到CPV電池片上，CPV發(fā)電系統(tǒng)才能正常發(fā)電。自動跟蹤太陽技術(shù)有時間控制法和光源探 測控制法2種。時間控制法，受到電站地理位置和太陽運動非線性的影響，跟蹤精度不高， 調(diào)試復(fù)雜，一般用于自動跟蹤PV發(fā)電系統(tǒng)。光源探測控制法不受電站地理位置和太陽運動 非線性的影響，調(diào)試簡單，一般用于跟蹤精度要求高的自動跟蹤CPV發(fā)電系統(tǒng)。光源探測控 制法的關(guān)鍵部件是跟蹤太陽探測器。跟蹤太陽探測器的性能直接影響跟蹤精度和可靠性。 目前，高精度的跟蹤太陽探測器一般探測角度較小，遇到較長時間的云遮擋，會失去跟蹤目 標太陽。為了防止失去跟蹤目標太陽，需要加時間控制跟蹤太陽技術(shù)作為輔助跟蹤，這就增 加了系統(tǒng)的復(fù)雜性、故障率和功耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了使跟蹤太陽探測器在全天的跟蹤時間內(nèi)不失去跟蹤目標太陽，本發(fā)明提供了 一種具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器，該跟蹤太陽探測器采用了兩套光敏 器件，其中一套用于廣角較低精度跟蹤，另一套用于高精度定位跟蹤。該跟蹤太陽探測器在 跟蹤角相差很大時，先進行廣角較低精度跟蹤，當(dāng)跟蹤誤差減小到一定值時，再自動進行高 精度定位跟蹤，鎖定跟蹤目標太陽。該廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器的探測 角度超過180°，在全天的跟蹤時間內(nèi)不失去跟蹤目標太陽，并具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，造價 低、工作可靠的特點。本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器采用4片光敏電池和4個 光敏電阻分布在與太陽入射光垂直平面的4個象限中，在4個象限中的原點的周圍設(shè)置4 個三角形5面體支架，4個三角形5面體支架分布在平面的4個象限中，三角形5面體支架 的斜邊面位于外側(cè)，在每個三角形5面體支架的斜邊面上貼有一片光敏電池，構(gòu)成廣角捕 捉跟蹤。每個三角形5面體支架的一個直角面貼在入射光垂直平面上，另一個直角面以4 個象限中的原點為中心圍成一個具有一定深度的井。4個三角形5面體支架的兩個直角面 的交線圍成一個正方形，正方形在入射光垂直平面上形成井的底，井底的中心與象限原點 重合。沿井底4邊的中部開4個長方形的小曹，太陽光經(jīng)4個槽可以透過平面，在平面另一 側(cè)對應(yīng)4個長方形的槽設(shè)有4個光敏電阻。井的4壁構(gòu)成遮光壁，遮光壁分布在4象限中， 以象限原點為中心分成4個測光區(qū)域，與南北、東西方向?qū)?yīng)，4個光敏電阻分布在4個測 光區(qū)域中。4個光敏電阻分別探測太陽南北、東西移動的分量，南北移動分量與太陽的仰角 對應(yīng)，東西移動分量與太陽的方位角對應(yīng)。當(dāng)井的軸線指向太陽時，遮光壁底部的4個邊沒 有陰影，4個光敏電阻不被遮光壁遮擋，太陽光直接照射在4個光敏電阻上，4個光敏電阻上構(gòu)成的仰角和方位角檢測電路輸出為零，可使跟蹤系統(tǒng)不動。當(dāng)井的軸線沒有指向太陽時， 4個光敏電阻有1-2個被遮光壁的陰影遮擋，4個光敏電阻上構(gòu)成的仰角和方位角檢測電路 輸出不為零，輸出正或負的仰角和方位角偏差信號，偏差信號可使跟蹤系統(tǒng)相應(yīng)的運動，使 井的軸線指向太陽后停止。遮光壁越高、井底面積越小，跟蹤精度越高，但是跟蹤角就越小。 當(dāng)太陽偏離到一定角度時，會沒有直射的陽光到達井的底面，就會失去跟蹤。由于三角形5 面體支架的斜邊面光敏電池構(gòu)成的廣角捕捉跟蹤，使太陽光不會離開井的底部。在每個三角形5面體支架的斜邊面上貼有一片光敏電池，光敏電池分布在4象限 中，以象限原點為中心分成4個測光區(qū)域，與南北、東西方向?qū)?yīng)，4片光敏電池分別探測太 陽南北、東西移動的分量，南北移動分量與太陽的仰角對應(yīng)，東西移動分量與太陽的方位角 對應(yīng)。當(dāng)井的軸線接近指向太陽時，4片光敏電池朝向太陽的面積基本相等，4片光敏電池 構(gòu)成的仰角和方位角檢測電路輸出為零，可使跟蹤系統(tǒng)不動。當(dāng)井的軸線沒有指向太陽時， 4片光敏電池構(gòu)成的仰角和方位角檢測電路輸出不為零，輸出正或負的仰角和方位角偏差 信號，偏差信號可使跟蹤系統(tǒng)相應(yīng)的運動，使井的軸線接近指向太陽后停止。由于4片光敏 電池朝向太陽角超過180°，在全天的跟蹤時間內(nèi)不失去跟蹤目標太陽，具有廣角捕捉太陽 和精確跟蹤太陽的功能。構(gòu)成本發(fā)明的具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器的4個三角形5面 體支架安裝在一個底座上形成一個井，該井位于底座的中心，井的4壁成4個區(qū)域，在井底4 個邊中心處開有4個小長方槽形成4個導(dǎo)光孔，在底座的背面4個小長方槽處對應(yīng)4個光 敏電阻，太陽光可透過4個小長方槽照射到4個光敏電阻上，4個光敏電阻和構(gòu)成仰角、方位 角檢測電路的電位器安裝在底座的背面的電路板上，4片光敏電池貼在4個三角形5面體支 架的斜邊面上，構(gòu)成廣角捕捉檢測電路。4個三角形5面體支架、電路板、安裝在底座上形成 一體，構(gòu)成本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。圖1是本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的太陽探測器的結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是安裝4個光敏電阻和構(gòu)成仰角和方位角檢測電路的電路板圖。圖4是本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的太陽探測器的探測角說明圖。圖5是構(gòu)成仰角和方位角檢測電路原理圖。在圖中1.是西三角形5面體支架，2.是東三角形5面體支架，3.是北三角形5 面體支架，4.是南三角形5面體支架，5.是探測器底座，6.是安裝光敏電阻和檢測電路的 電路板，7.是電路板固定柱，8.是電路板固定孔，9.是入射井內(nèi)的太陽光線，10.是井的壁， 11.是三角形5面體支架的斜面，12.是三角形5面體支架與探測器底座連接面，F(xiàn)1.是檢 測西方向光敏電阻的導(dǎo)光孔，F(xiàn)2.是檢測東方向光敏電阻的導(dǎo)光孔，F(xiàn)3.是檢測北方向光敏 電阻的導(dǎo)光孔，F(xiàn)4.是檢測南方向光敏電阻的導(dǎo)光孔，GM1.是檢測西方向光敏電阻，GM2.是 檢測東方向光敏電阻，GM3.是檢測北方向光敏電阻，GM4.是檢測南方向光敏電阻，RV1.是 連接GM1和連接GM2的電位器，RV2.是連接GM3和連接GM4的電位器，PV1.是檢測西方向 光敏電池，PV2.是檢測東方向光敏電池，PV3.是檢測北方向光敏電池，PV4.是檢測南方向光敏電池，A VI是檢測跟蹤太陽方位角誤差的輸出信號，A V2是檢測跟蹤太陽仰角誤差的 輸出信號，a.是入射井內(nèi)的太陽光線9與井的壁10的夾角，是三角形5面體支架的斜 邊面11與探測器底座連接面12的夾角。
具體實施例方式在圖1實現(xiàn)本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器的結(jié)構(gòu)圖中， 西三角形5面體支架1、東三角形5面體支架2、北三角形5面體支架3、南三角形5面體支 架4安裝在探測器底座5上，4個三角形5面體支架圍成井的軸線位于底座5的中心，井的4 壁形成4個遮光區(qū)域，在井底的4邊中心處開有4個檢測西、東、北、南4方向光敏電阻GM1、 GM2、GM3、GM4的導(dǎo)光孔小孔Fl、F2、F3、F4，在底座2的背面4個小孔Fl、F2、F3、F4處對應(yīng) 4個光敏電阻GM1、GM2、GM3、GM4，4個光敏電阻和構(gòu)成仰角、方位角檢測電路的電位器RV1 和RV2安裝在底座5的背面的電路板6上，電路板6經(jīng)固定孔8固定在底座5的固定柱7 上。光敏電池PV1、PV2、PV3、PV4分別貼在三角形5面體支架1、2、3、4的斜邊面上。4個光 敏電阻、2個電位器和4片光敏電池構(gòu)成方位角和仰角檢測電路。三角形5面體支架1、2、 3、4、電路板6安裝在底座5上形成一體，構(gòu)成本發(fā)明的具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟 蹤太陽探測器。在圖2本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器的結(jié)構(gòu)圖的俯視 圖中，進一步描述了三角形5面體支架1、2、3、4，底座5，導(dǎo)光孔小孔Fl、F2、F3、F4，4片光 敏電池PV1、PV2、PV3、PV4在本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器的排 列結(jié)構(gòu)(對著太陽的面)。在圖3安裝4個光敏電阻和構(gòu)成仰角方位角檢測電路的電阻的電路板圖中，進一 步的描述了光敏電阻GM1、GM2、GM3、GM4在電路板3上的排列位置。在圖4構(gòu)成本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的太陽探測器的探測角說明圖 中，入射井內(nèi)的太陽光線9和井的壁10的夾角a的2倍2a是本探測器的精確跟蹤的 最大捕捉角。三角形5面體支架的斜邊面11與探測器底座連接面12的夾角0的2倍加 180° :2 0+180°是本探測器的廣角跟蹤的最大捕捉角。在圖5構(gòu)成仰角和方位角檢測電路原理圖中，光敏電阻GM1、GM2、電位器RV1和光 敏電池PV1、PV2構(gòu)成方位角檢測電路，光敏電池PV1給GM1供電，光敏電池PV2給GM2供 電，RV1是調(diào)零電位，△ VI是檢測跟蹤太陽方位角誤差的輸出信號，當(dāng)△ VI為零時方位角無 偏差信號，當(dāng)A VI為正時方位角為正偏差信號，當(dāng)A VI為負時方位角為負偏差信號。光敏 電阻GM3、GM4和光敏電池PV3、PV4構(gòu)成仰角檢測電路，光敏電池PV3給GM3供電，光敏電池 PV4給GM4供電，RV2是調(diào)零電位，A V2是檢測跟蹤太陽仰角誤差的輸出信號，當(dāng)AV2為零 時仰角無偏差信號，當(dāng)A V2為正時仰角為正偏差信號，當(dāng)A V2為負時仰角為負偏差信號。本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器的探測誤差輸出信號 AV1和AV2，經(jīng)相關(guān)控制電路(控制電路不屬于本發(fā)明的描述)控制仰角跟蹤機械減速器 的驅(qū)動電機和方位角跟蹤機械減速器的驅(qū)動電機跟蹤太陽。仰角跟蹤機械減速器和驅(qū)動電 機、方位角跟蹤機械減速器和驅(qū)動電機帶動聚光發(fā)電組件跟蹤太陽，可實現(xiàn)雙軸自動跟蹤 太陽能聚光發(fā)電系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器，可用于雙軸自動跟蹤太陽能CPV 發(fā)電系統(tǒng)和太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的自動跟蹤控制系統(tǒng)的跟蹤太陽探測器，其特征是該跟 蹤太陽探測器采用了兩套光敏器件，其中一套用于廣角較低精度跟蹤，另一套用于高精度 定位跟蹤。該跟蹤太陽探測器在跟蹤角相差很大時，先進行廣角較低精度跟蹤，當(dāng)跟蹤誤差 減小到一定值時，再自動進行高精度定位跟蹤，鎖定跟蹤目標太陽。該廣角捕捉和精確跟蹤 功能的跟蹤太陽探測器的探測角度超過180°，在全天的跟蹤時間內(nèi)不失去跟蹤目標太陽， 并具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，造價低、工作可靠的特點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器，其特征 是采用4片光敏電池和4個光敏電阻分布在與太陽入射光垂直平面的4個象限中，4個象 限中的原點設(shè)置4個三角形5面體支架，4個三角形5面體支架分布在平面的4個象限中， 三角形5面體支架的斜邊面位于外側(cè)，在每個三角形5面體支架的斜邊面上貼有一片光敏 電池，構(gòu)成廣角捕捉跟蹤。每個三角形5面體支架的一個直角面貼在入射光垂直平面上，另 一個直角面以4個象限中的原點為中心圍成一個具有一定深度的井。4個三角形5面體支 架的兩個直角面的交線圍成一個正方形，正方形在入射光垂直平面上形成井的底，井底的 中心與象限原點重合。沿井底4邊的中部開4個長方形的小曹，太陽光經(jīng)4個槽可以透過 平面，在平面另一側(cè)對應(yīng)4個長方形的槽設(shè)有4個光敏電阻。井的4壁構(gòu)成遮光壁，遮光壁 分布在4象限中，以象限原點為中心分成4個測光區(qū)域，與南北、東西方向?qū)?yīng)，4個光敏電 阻分布在4個測光區(qū)域中。4個光敏電阻分別探測太陽南北、東西移動的分量，南北移動分 量與太陽的仰角對應(yīng)，東西移動分量與太陽的方位角對應(yīng)，構(gòu)成精確跟蹤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器，其特征 是4個三角形5面體支架安裝在探測器底座上，4個光敏電阻和構(gòu)成仰角、方位角檢測電路 的電位器安裝在底座背面的電路板上，電路板固定在底座上。4片光敏電池分別貼在三角形 5面體支架的斜邊面上。4個三角形5面體支架、電路板安裝在底座上形成一體，構(gòu)成本發(fā) 明的具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器。
全文摘要
本發(fā)明提供了具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器，該跟蹤太陽探測器采用了兩套光敏器件，其中一套用于廣角較低精度跟蹤。另一套用于高精度定位跟蹤。該跟蹤太陽探測器在跟蹤角相差很大時，先進行廣角較低精度跟蹤，當(dāng)跟蹤誤差減小到一定值時，再自動進行高精度定位跟蹤，鎖定跟蹤目標太陽。構(gòu)成本發(fā)明的跟蹤太陽探測器有4個三角形5面體支架，安裝在一個底座上形成一個井，該井位于底座的中心，井的4壁成4個遮光區(qū)域，在井底4個邊中心處開有4個小長方槽形成4個導(dǎo)光孔，在底座的背面4個小長方槽處對應(yīng)4個光敏電阻，太陽光可透過4個小長方槽照射到4個光敏電阻上，4個光敏電阻和構(gòu)成仰角、方位角檢測電路的電位器安裝在底座的背面的電路板上，4片光敏電池貼在4個三角形5面體支架的斜邊面上，用于廣角捕捉。4個三角形5面體支架、電路板、安裝在底座上形成一體，構(gòu)成本發(fā)明具有廣角捕捉和精確跟蹤功能的跟蹤太陽探測器。該跟蹤太陽探測器探測角度超過180°，在全天的跟蹤時間內(nèi)不失去跟蹤目標太陽，并具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小，造價低、工作可靠的特點。
文檔編號G01C1/00GK101997449SQ20091016337
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者孫迎光 申請人:無錫昊陽新能源科技有限公司