專利名稱：太陽位置傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種太陽位置傳感器。
背景技術：
太陽位置傳感器是光伏發(fā)電、光熱發(fā)電跟蹤系統(tǒng)重要的組成部件。它負責追蹤太陽光線，保證發(fā)電系統(tǒng)以最大的受光面積和最強的受光強度合理接受利用太陽能量，在相同投資的情況下，獲得最大的發(fā)電效益，所以，太陽位置傳感器對提高發(fā)電量起著舉足輕重的作用，因此，追蹤精度要求較高，一般不低于0. I度。目前市場上擁有多種國產(chǎn)和進ロ太陽位置傳感器，其結構各異，功能単一，價格不等，追蹤精度參差不齊，工作穩(wěn)定性有較大的差異。如何在保證跟蹤精度的情況下，能夠優(yōu)化結構、降低成本、方便生產(chǎn)、調(diào)試簡單、功能多樣可變、適用于不同的系統(tǒng)接ロ、不同控制 組態(tài)網(wǎng)絡使用、通用性強的太陽位置傳感器，是我們開發(fā)新型太陽位置傳感器的主要目的，因市場上具備此類功能傳感器不多，在一定程度上影響光伏光熱發(fā)電對太陽位置傳感器的選擇范圍。尤其是，現(xiàn)有跟蹤精度較高的太陽位置傳感器中一般采用PSD作為跟蹤部件，由于其面積小，在檢測時存在盲點，在某一角度時容易失去太陽的位置，而造成跟蹤失敗。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型的目的在于提供ー種結構緊湊、跟蹤精度高的太陽位置傳感器。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型太陽位置傳感器，包括尋找追蹤單元和精確跟蹤單元，其中，尋找追蹤單元包括均勻分布的若干個光電ニ極管，各個光電ニ極管分別接受太陽光線的照射以產(chǎn)生電流，通過計算電流偏差值來初步確定太陽的位置，引導太陽位置傳感器向著太陽的方向轉動，使太陽光線進入精確跟蹤単元的探測范圍。進一歩，若干個所述光電ニ極管分布在若干個平面上，并且同一平面上設置的若干個所述光電ニ極管按照各自的平面以四象限均勻分布，每ー象限內(nèi)的所述光電ニ極管形成ー個檢測單元。進ー步，所述光電ニ極管分布在2個平面上，每ー個所述平面上均設置有4個所述光電ニ極管，每ー個象限內(nèi)設置I個所述光電ニ極管，同一所述平面上的4個所述光電ニ極
管設置在一圓周上。進一歩，所述精確跟蹤單元包括PSD光電轉換部件，該PSD光電轉換部件設置在所述圓周的圓心處，PSD光電轉換部件包括呈四象限分布的四個感光単元；各個感光単元被太陽光線照射后產(chǎn)生相應的電壓與電流，通過計算電流偏差值來判斷太陽的實際精確位置，以引導傳感器的中心向垂直于太陽光線的方向移動，直到四個感光単元的輸出電流平衡為止完成精確跟蹤。進ー步，所述尋找追蹤單元、精確跟蹤単元及其電路板均固定設置在固定底座上，固定底座的底部固定設置有固定支架。進ー步，所述固定底座上還設置有透鏡支架，透鏡支架的中心部設置有內(nèi)筒，該內(nèi)筒對應于所述圓周的圓心處，內(nèi)筒內(nèi)設置有透鏡內(nèi)支架，透鏡內(nèi)支架上安裝有為所述PSD光電轉換部件提供聚焦光信號的玻璃透鏡。進ー步，所述固定底座上罩扣有半球型玻璃罩，所述固定底座的周向外圍套裝有外殼，外殼的上部與半球型玻璃罩之間設置有相互壓緊的卡接結構，所述外殼通過螺紋結構固定到所述固定底座上的同時，通過卡接結構將半球型玻璃罩固定安裝在所述固定底座的上部。進一歩，8個所述光電ニ極管分為兩組，第一組的4個所述光電ニ極管安裝在所述外殼圓周面上，第二組的4個所述光電ニ極管安裝在所述透鏡支架上，每ー組中的4個所述光電ニ極管均按照各自的平面以四象限均勻分布。進ー步，所述尋找追蹤單元、所述精確跟蹤單元、所述透鏡支架、所述電路板及所述玻璃透鏡均罩扣在所述半球型玻璃罩內(nèi)，所述半球型玻璃罩的表面有度膜層。進ー步，所述半球型玻璃罩與外殼之間、及所述外殼與固定底座之間均設置有防水密封圈，所述傳感器上設置有485輸出網(wǎng)線接口和232輸出網(wǎng)線接ロ。本實用新型結構緊湊，被控設備的跟蹤精度可優(yōu)于0. I度以上，適用于地球上可利用太陽能發(fā)電的任何地區(qū)使用。

圖I為本實用新型結構示意圖；圖2為本實用新型后視圖；圖3為本實用新型剖視圖；圖4為圖3中A-A向視圖；圖5為本實用新型控制原理方框圖。
具體實施方式
下面，參考附圖，對本實用新型進行更全面的說明，附圖中示出了本實用新型的示例性實施例。然而，本實用新型可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本實用新型全面和完整，并將本實用新型的范圍完全地傳達給本領域的普通技術人員。為了易于說明，在這里可以使用諸如“上”、“下” “左” “右”等空間相對術語，用于說明圖中示出的一個元件或特征相對于另一個元件或特征的位置關系。應該理解的是，除了圖中示出的方位之外，空間術語意在于包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果圖中的裝置被倒置，被敘述為位于其他元件或特征“下”的元件將定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性術語“下”可以包含上和下方位兩者。裝置可以以其他方式定位(旋轉90度或位于其他方位)，這里所用的空間相對說明可相應地解釋。本實用新型工作原理I、一級尋找追蹤模式當?shù)谝唤M光電ニ極管當中的I個或2個同時受到太陽光線的照射時，說明太陽在傳感器被照射光電ニ極管相應方向的斜后方，此時控制器將引導傳、感器向太陽的方向轉動，直到第二組光電ニ極管當中的任意一個接收到太陽光線為止。當?shù)谝唤M光電ニ極管當中的4個同時受到太陽光線的照射時，說明太陽在傳感器的正后方，此時控制器將引導傳感器向相反的方向轉動，直到第二組光電ニ極管當中的任意一個接收到太陽光線為止。當?shù)诙M光電ニ極管當中的任意一個受到太陽光線的照射時，單片機檢測四個光電ニ極管13的電流并計算電流偏差值，判斷太陽的實際位置后，再通過驅動器控制電路輸出數(shù)字脈沖控制步進電機旋轉，使傳感器的中心向垂直于太陽光線的方向移動。直至PSD接收到光線信號。2、ニ級精確跟蹤模式當太陽光線通過透鏡聚焦后照射在PSD光電轉換部件的感光面上時，系統(tǒng)自動進入ニ級精確跟蹤模式，PSD光電轉換部件14同樣成四象限分布，單片機檢測PSD光電轉換部件14的電流并計算電流偏差值，判斷太陽的實際精確位置后，再通過驅動器控制電路輸出數(shù)字脈沖控制步進電機旋轉，使傳感器的中心向垂直于太陽光線的方向移動，完成精確跟蹤。 如圖I至圖5所示，本實用新型太陽位置傳感器，包括尋找追蹤單元和精確跟蹤單元，其中，尋找追蹤單元包括均勻分布的若干個光電ニ極管13和22，精確跟蹤単元包括PSD光電轉換部件14。8個光電ニ極管分為兩組，安裝在外殼5圓周面上的4個光電ニ極管22為第一組，安在透鏡支架2上的4個光電ニ極管13為第二組。每ー組中的光電ニ極管按照各自的平面以四象限均勻分布，即4個光電ニ極管22設置在同一平面上，并且4個光電ニ極管22設置在一圓周上，其以該平面的四象限均勻分布；4個光電ニ極管13也設置在同一平面上，并且4個光電ニ極管13也設置在一圓周上，其以該平面的四象限均勻分布。每ー象限內(nèi)的一個光電ニ極管形成一個檢測単元。根據(jù)結構要求的不同，光電ニ極管13和22可分布在平面或整體球面上，當光電ニ極管13和22分布在平面上時，其各自按照平面的四象限均勻分布，每ー象限內(nèi)的光電ニ極管形成ー個檢測單元。本實施例中，在透鏡支架2的平面上和外殼5圓周面上各設置有4個光電ニ極管，每ー個象限內(nèi)設置I個光電ニ極管，兩組光電ニ極管各自設置在相應的圓周面上。當傳感器按照結構的要求設計成球形時，光電ニ極管將按照球面的八象限均勻分布，每ー象限內(nèi)的光電ニ極管形成ー個檢測單元。本實用新型中利用光電ニ極管13和22可全方位感應捕捉太陽光線。各個光電ニ極管13和22分別接受太陽光線的照射以產(chǎn)生電流，由于光電ニ極管13和22均按照設置面的象限進行分布，當斜射的太陽光線照向各個光電ニ極管13和22時，各個光電ニ極管之間產(chǎn)生的電流必然存在電流偏差，通過單片機計算電流偏差值來初步確定太陽的位置，弓丨導太陽位置傳感器向著太陽的方向轉動，使太陽光線進入精確跟蹤単元的探測范圍。光電ニ極管22負責大方向的判定,光電ニ極管13負責將太陽光線引導至PSD的感光器件上。PSD光電轉換部件14設置在圓周17的圓心處，PSD光電轉換部件14包括呈四象限分布的四個PSD単元；各個PSD単元分別接受太陽光線的照射以產(chǎn)生電流，當斜射的太陽光線照向四個PSD單元時，各個PSD単元之間產(chǎn)生的電流必然存在電流偏差，通過單片機計算電流偏差值來判斷太陽的實際精確位置，以引導傳感器的中心向垂直于太陽光線的方向移動，完成精確跟蹤。本實施例中，尋■找追蹤單兀、精確跟蹤單兀及其電路板12均固定設置在固定底座11上，固定底座11的底部固定設置有固定支架15，固定支架15用于將傳感器整體安裝固定。固定底座11上還設置有透鏡支架2，透鏡支架2的中心部設置有內(nèi)筒16，內(nèi)筒16的筒壁上設置有4塊加強筋板以將其固定。內(nèi)筒16對應于圓周17的圓心處，內(nèi)筒16內(nèi)設置有透鏡內(nèi)支架4，透鏡內(nèi)支架4上安裝有為PSD光電轉換部件14提供聚焦光信號的玻璃透鏡3。固定底座11上罩扣有半球型玻璃罩1，尋找追蹤單元、精確跟蹤単元、透鏡支架2、電路板12及玻璃透鏡3均罩扣在半球型玻璃罩I內(nèi)，并且半球型玻璃罩I的表面有度膜層。固定底座11的周向外圍套裝有外殼5，外殼5的上部與半球型玻璃罩I之間設置有相互壓緊的卡接結構，外殼5通過螺紋結構固定到固定底座11上的同時，通過卡接結構將半球型玻璃罩I固定安裝在固定底座11的上部。半球型玻璃罩I與外殼5之間、及外殼5與固定底座11之間均設置有防水密封圈，外殼5的外圓周上安裝設置有光電ニ極管22。本實用新型太陽位置傳感器的結構并不局限于上述的實施例，其中，根據(jù)使用需要，還可采用將尋找追蹤單元和精確跟蹤単元分開獨立設置等結構形式，其只要滿足ー級尋找追蹤模式和ニ級精確跟蹤模式即可。本實用新型優(yōu)點如下I結構緊湊?？刂齐娐放c感光探頭合為一體。組成完整的傳感器。2兩級分步跟蹤，以達到精確控制跟蹤精度。ー級為尋找引導追蹤，初步確定太陽的位置，引導太陽光線進入PSD的探測范圍。ニ級為精確跟蹤，由于將PSD分為四象限工作模式，只有光斑照射在PSD的中點吋，四個象限的電流輸出才相等。如果不相等，則表明傳感器沒有對正太陽，以此判斷太陽位置的跟蹤是否正常與準確，被控設備的跟蹤精度可優(yōu)于0. I度以上。3全方位太陽光線感應捕捉。不論太陽在任何位置，或跟蹤系統(tǒng)因故停止在任何位置，傳感器的ー級追蹤控制系統(tǒng)內(nèi)的某一感光器件都能夠感受的太陽光線的照射，并引導跟蹤裝置向垂直于太陽光線的方向旋轉，直到ニ級跟蹤系統(tǒng)PSD開始正常跟蹤時為止。因此，本傳感器適用于地球上可利用太陽能發(fā)電的任何地區(qū)使用。4控制精度參數(shù)可調(diào)。本傳感器具有4種不同靈敏度的跟蹤精度參數(shù)可調(diào)節(jié)，分別是精度1°、0.5°、0.25°、0. 1°。通過旋開密封螺母，采用撥動撥碼開關的方式，可以非常方便進行跟蹤精度的轉換。以滿足光伏、光熱發(fā)電不同的跟蹤精度需要。同時亦滿足其它需要太陽光線跟蹤的設備及儀器使用。5滿足不同輸出接ロ方式的需要。本傳感器具有232接ロ與485接ロ兩種輸出模式。以滿足不同制式不同控制系統(tǒng)的需要。通過旋開密封螺母，可以非常方便進行接ロ的轉換。6滿足不同控制方式的使用 獨立使用即可獨立開環(huán)控制，同時保證高精度的太陽光線的跟蹤，又可與其他傳感器組合使用，形成閉環(huán)控制。同時作為其他控制參數(shù)的校準標準。零件組成與功能I.半球型玻璃罩I :傳感器的主要透光載體。表面度膜，為光電部件提供控制光源，起透光隔塵防水的作用。安裝在固定底座11上，通過外殼5壓緊并用固定大螺母7固定。2.透鏡支架2 :安裝玻璃透鏡3，同時將傳感器的控制部分分成四象限。安裝在電路板的上端。同電路板12 —起固定在固定底座11上。3.玻璃透鏡3 :為光電部件PSD 14提供聚焦光信號。安裝在透鏡支架2內(nèi)，并用透鏡內(nèi)支架4將其固定在預定位置上。4.透鏡內(nèi)支架4 :用于固定玻璃透鏡3。安裝在透鏡支架2的內(nèi)筒16上。5.外殼5 :防塵防水、固定半球型玻璃罩I。通過固定大螺母7套裝在固定底座11的圓柱外圈上。6.密封圈6 :起密封防水防塵的作用。安裝在外殼5與半球型玻璃罩I之間。7.固定大螺母7 :用于鎖緊外殼5同時將半球型玻璃罩號I固定在固定底座11上。8.密封圈8 :起密封防水防塵的作用。安裝在固定大螺母7和固定底座11之間。9.密封螺母9 :旋開時用于調(diào)節(jié)組合電路板12的功能。安裝在固定底座11上。10密封圈10 :起密封防水防塵的作用。安裝在密封螺母9和固定底座11之間。11固定底座11 :傳感器主要安裝承載部件，為傳感器提供組裝平臺。其上安裝有傳感器的所有部件。12電路板12 :光電控制核心部件，對外輸出跟蹤信號，控制電機旋轉，完成跟蹤操作。安裝在固定底座11上。13光電ニ極管13 :光電轉換部件，用以接收太陽光線并轉換成電信號后輸出到控制電路。14 PSD光電轉換部件14 :光電轉換部件，用以接收太陽光線并轉換成電信號后輸出到控制電路。完成對太陽光線的精確跟蹤。15固定支架15 :用于固定太陽位置傳感器。16電路板固定螺絲20 :用于將電路板12固定在固定底座11上。17支架固定螺絲21 :用于將太陽位置傳感器固定在固定支架15上。18光電ニ極管22 :光電轉換部件，和光電ニ極管13配合使用，用以接收太陽光線并轉換成電信號后輸出到控制電路。19.防塵罩23 :固定安裝在外殼5上,將光電ニ極管22罩扣在其內(nèi)，用于保護光電ニ極管22，起防塵防水的作用。
權利要求1.太陽位置傳感器，其特征在于，該傳感器包括尋找追蹤單元和精確跟蹤單元，其中，尋找追蹤單元包括均勻分布的若干個光電二極管，各個光電二極管分別接受太陽光線的照射以產(chǎn)生電流，通過計算電流偏差值來初步確定太陽的位置，以引導太陽位置傳感器向著太陽的方向轉動，使太陽光線進入精確跟蹤單元的探測范圍。
2.如權利要求I所述的太陽位置傳感器，其特征在于，若干個所述光電二極管分布在若干個平面上，并且同一平面上設置的若干個所述光電二極管按照各自的平面以四象限均勻分布，每一象限內(nèi)的所述光電二極管形成一個檢測單元。
3.如權利要求2所述的太陽位置傳感器，其特征在于，所述光電二極管分布在2個平面上，每一個所述平面上均設置有4個所述光電二極管，每一個象限內(nèi)設置I個所述光電二極管，同一所述平面上的4個所述光電二極管設置在一圓周上。
4.如權利要求3所述的太陽位置傳感器，其特征在于，所述精確跟蹤單元包括PSD光電轉換部件，該PSD光電轉換部件設置在所述圓周的圓心處，PSD光電轉換部件包括呈四象限 分布的四個感光單元；各個感光單元被太陽光線照射后產(chǎn)生相應的電壓與電流，通過計算電流偏差值來判斷太陽的實際精確位置，以引導傳感器的中心向垂直于太陽光線的方向移動，直到四個感光單元的輸出電流平衡為止，完成精確跟蹤。
5.如權利要求4所述的太陽位置傳感器，其特征在于，所述尋找追蹤單元、精確跟蹤單元及其電路板均固定設置在固定底座上，固定底座的底部固定設置有固定支架。
6.如權利要求5所述的太陽位置傳感器，其特征在于，所述固定底座上還設置有透鏡支架，透鏡支架的中心部設置有內(nèi)筒，該內(nèi)筒對應于所述圓周的圓心處，內(nèi)筒內(nèi)設置有透鏡內(nèi)支架，透鏡內(nèi)支架上安裝有為所述PSD光電轉換部件提供聚焦光信號的玻璃透鏡。
7.如權利要求6所述的太陽位置傳感器，其特征在于，所述固定底座上罩扣有半球型玻璃罩，所述固定底座的周向外圍套裝有外殼，外殼的上部與半球型玻璃罩之間設置有相互壓緊的卡接結構，所述外殼通過螺紋結構固定到所述固定底座上的同時，通過卡接結構將半球型玻璃罩固定安裝在所述固定底座的上部。
8.如權利要求7所述的太陽位置傳感器，其特征在于，8個所述光電二極管分為兩組，第一組的4個所述光電二極管安裝在所述外殼圓周面上，第二組的4個所述光電二極管安裝在所述透鏡支架上，每一組中的4個所述光電二極管均按照各自的平面以四象限均勻分布。
9.如權利要求8所述的太陽位置傳感器，其特征在于，所述尋找追蹤單元、所述精確跟蹤單元、所述透鏡支架、所述電路板及所述玻璃透鏡均罩扣在所述半球型玻璃罩內(nèi)，所述半球型玻璃罩的表面有度膜層。
10.如權利要求9所述的太陽位置傳感器，其特征在于，所述半球型玻璃罩與外殼之間、及所述外殼與固定底座之間均設置有防水密封圈，所述傳感器上設置有485輸出網(wǎng)線接口和232輸出網(wǎng)線接口。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽位置傳感器，包括尋找追蹤單元和精確跟蹤單元，其中，尋找追蹤單元包括均勻分布的兩組若干個光電二極管，各個光電二極管分別接受太陽光線的照射以產(chǎn)生電流，通過計算電流偏差值來初步確定太陽的位置，以引導精確跟蹤單元轉動，使太陽光線進入精確跟蹤單元的探測范圍。本實用新型結構緊湊，被控設備的跟蹤精度可優(yōu)于0.1度以上，適用于地球上可利用太陽能發(fā)電的任何地區(qū)使用。
文檔編號G05D3/12GK202394125SQ201120483668
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權日2011年11月29日
發(fā)明者國曉軍, 康茂軒, 紀東斌, 薛黎明 申請人:中海陽新能源電力股份有限公司