專利名稱：用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件及其設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，特別是使用太陽能電池組件將太陽光強差異進行放大的器件及設計方法。
背景技術：
太陽能是一種近乎無限的能源，具有綠色、無污染等諸多優(yōu)點。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)就是將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。由于目前太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率比較低，且光伏發(fā)電系統(tǒng)大多采用固定式安裝，所利用的太陽能極其有限，而采用單軸或兩軸的太陽能自動跟蹤系統(tǒng)能顯著提高太陽能的利用率，降低發(fā)電成本。目前的太陽能自動跟蹤系統(tǒng)主要通過兩種方法來實現(xiàn)的一種是基于時間的氣象模型法，即根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)緯度算出一定時間內(nèi)的太陽位置，設立數(shù)據(jù)庫，建立氣象模型；一種是基于感光陣列器件的光強比較法。對于第一種方法，要實現(xiàn)對太陽的跟蹤，就需要建立龐大的數(shù)據(jù)庫，且由于不同季節(jié)日出日落的時間不同，會降低該系統(tǒng)的精確度；對于第二種方法，通過不同光照強度照射到相同感光器件時產(chǎn)生的變化不同來判定太陽光是否垂直照射在接觸面上，從而實現(xiàn)對太陽的跟蹤。常用的感光器件陣列器件有光敏電阻和CCD(電荷耦合器件)等，雖在實際應用中取得一定的積極效果，但存在使用壽命較短、成本高、安裝精度要求高等缺陷。
發(fā)明專利內(nèi)容 本發(fā)明的目的是提供一種用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件及其設計方法，使太陽能自動追蹤系統(tǒng)的性能更加穩(wěn)定可靠，成本相對低廉，同時能夠?qū)崟r跟蹤；而且，該器件還可以用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)安裝時調(diào)整傾角和方位角。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，包括感光器，其特征在于感光器包括兩個對稱放置的單元，每個單元包括透光面、密封外殼和太陽能電池組件，透光面固定聯(lián)接于密封外殼上部，密封外殼內(nèi)腔下部具有與太陽能電池組件相同的形狀，太陽能電池組件固定聯(lián)接于密封外殼內(nèi)腔下部，兩個單元的密封外殼側(cè)面相互平行。
所述的太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，其特征在于透光面的平面與太陽能電池組件的平面相互平行，透光面?zhèn)让媾c密封外殼的側(cè)面在同一平面上。
所述的用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，其密封外殼的高度h＝L*ctg(β)，其中L是太陽能電池組件寬度，β是太陽光線偏離太陽能電池組件平面法線的角度。
所述的用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件密封外殼的傾角θ的取值范圍為0＜θ≤(90°-β)。
一種用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件的設計方法，其特征在于按以下步驟進行 設太陽能電池組件寬度為L，設定太陽光線偏離太陽能電池組件平面法線的角度為β時，光線剛好照射不到控制單元中的太陽能電池組件的底部，此時，密封外殼的高度為h，則h＝L*ctg(β)，h的取值范圍為0＜h≤L*ctg(β)；另外，密封外殼的傾角θ的取值范圍為0＜θ≤(90°-β)。
本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，成本低廉，通過該裝置可以實現(xiàn)對太陽光強的實時跟蹤。
圖1是本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明裝置示意圖。
圖2A是本發(fā)明A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明接受直射陽光時示意圖。
圖4、5是本發(fā)明接受斜射陽光時的示意圖。
圖6是圖5的局部放大示意圖。
圖7是控制單元的控制流程框圖。
零件符號說明 1、1′透光面 11、側(cè)面12、平面 2、2′密封外殼21、側(cè)面22、密封外殼斜面 23、密封外殼底部 3、3′太陽能電池組件 31、太陽能電池組件平面 32、法線 4、太陽光線 9、單元 β、太陽光線偏離太陽能電池組件平面法線的角度 θ、密封外殼的傾角
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術方案做進一步詳細的說明。
實施例1 如圖1、圖2、圖2A所示，用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件包括感光器，其感光器包括兩個對稱放置的單元9，每個單元9包括透光面1、密封外殼2和太陽能電池組件3，透光面1固定聯(lián)接于密封外殼2上部，密封外殼2內(nèi)腔下部具有與太陽能電池組件3相同的形狀，太陽能電池組件3固定聯(lián)接于密封外殼2內(nèi)腔下部，兩個單元9密封外殼2的側(cè)面21相互平行。
所述的太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，其透光面1的平面12與太陽能組件3的平面31相互平行，透光面的側(cè)面11與密封外殼2的側(cè)面21在同一平面上。
如圖3所示，當照射的太陽光線4垂直于太陽能電池組件3平面時(為清楚起見，進入單元9的太陽光線4以虛線表示)，兩個單元9的小功率太陽能組件3接受的光照相同，輸出電壓(或電流)也相同或近似，兩個單元9中的太陽能電池組件3之間的電壓(或電流)差為零或很小。此時控制單元經(jīng)過比較，未發(fā)出動作指令，故太陽能追蹤系統(tǒng)不動作。
請參見圖2A和圖4所示，在單元9的一個剖面上，密封外殼側(cè)面21的最高點B與太陽能電池組件平面31上的一點C的連線為A，則密封外殼側(cè)面與連線A的夾角為β，該角度即是當照射的太陽光線4偏離太陽能電池組件平面31的法線32的角度(為清楚起見，進入單元9的太陽光線4以虛線表示)。由圖4可見，當照射的太陽光線4偏離太陽能電池組件平面31的法線32一定角度β時，其中一個單元9′的小功率太陽能電池組件3′可以完全接受光照，而另一個單元9的小功率太陽能電池組件3則只能接受很小部分光照甚至無法接受光照，因此，兩個單元9、9′的太陽能電池組件3、3′之間的電壓(或電流)差很大，控制單元對輸入信號進行比較后，控制傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)太陽能追蹤系統(tǒng)中的平面方位角度和傾斜角度，直到太陽光線4垂直于太陽能電池組件3平面(即垂直于太陽能追蹤系統(tǒng)中的平面)。
所述的用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件的密封外殼2還具有傾角θ，傾角θ是透光面平面12與密封外殼斜面22之間的夾角，該傾角θ的取值范圍為0＜θ≤(90°-β)，其中β為太陽光線偏離太陽能電池組件平面法線的角度。
本發(fā)明密封外殼2的高度h＝L*ctg(β)，其中，太陽能電池組件3寬度為L，β為太陽光線偏離太陽能電池組件平面法線的角度；實際上，此處密封外殼2的高度h應該是太陽能電池組件3上表面到密封外殼2頂部的距離，由于太陽能電池組件3的高度相對于前述的距離很小，故忽略，因此可以把h看成密封外殼2的高度。
在本實施例中，透光面1采用高透光的低鐵鋼化白玻璃，當然，也可以采用透光玻璃；本實施例中的太陽能電池組件3采用的是小功率太陽能電池組件；太陽能電池組件3以往應用在發(fā)電領域，將此組件做為太陽能自動追蹤系統(tǒng)中的感光陣列器件還屬首次。
具體地說，本實施例采用輸出電流為100mA的太陽能電池組件3，取L＝30mm(太陽能電池組件的規(guī)格主要由寬度L和側(cè)面長決定，側(cè)面長決定了單元的寬度31)，密封外殼2的高度h＝600mm，密封外殼的傾角θ＝45度。
當太陽光線4垂直于太陽能電池組件3和3′平面時，兩個單元9和9′的小功率太陽能電池組件3和3′的輸出電流均為100mA。
如圖4、圖5、圖6所示，當太陽光線4偏離太陽能電池組件平面31的法線32方向兩度(即β＝2度，轉(zhuǎn)換為弧度為β＝2*π/180)時，其中一個單元9′的小功率太陽能電池組件3′受到完全光照，輸出電流為100mA左右； 另一個單元9的小功率太陽能電池組件3無光照部分的截面寬度L1為 L1＝600*tg(β)＝600*tg(2*π/180)＝20.95mm， 受光照部分的截面寬度L2為 L2＝30-600*tg(β)＝9.05mm 即該單元9的輸出電流為9.05/30*100＝30mA。由于未受光照部分內(nèi)阻較大，故實際輸出電流小于30mA。
本發(fā)明在實際使用時，需要將光強差異放大器件底部，即密封外殼2的底部23與太陽能自動追蹤系統(tǒng)中的平面平行放置，固定在太陽能自動追蹤系統(tǒng)中平面的側(cè)邊或平面上部；并且將太陽能電池組件3的輸出端與控制單元連接，由于太陽能電池組件3的特性為受到光照時產(chǎn)生電壓和電流，太陽能電池組件組件3輸出電流與受光照面積成正比，即受光照面積越大，產(chǎn)生電流越大。因其未受光照部分內(nèi)阻較大，故光強差異放大器件的兩個單元9中的太陽能電池組件3的輸出電流差異明顯；通過控制單元對輸出電流進行下述控制(控制單元采用現(xiàn)有元器件)； (1)采用信號轉(zhuǎn)換器件將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號并進行放大； (2)通過比較器對2個電壓(或電流)信號進行對比，并將比較結(jié)果傳輸至控制單元中的控制元件(PLC、接觸器等)； (3)控制元件接收到比較結(jié)果后，進行判斷，再通過相應的傳動系統(tǒng)控制太陽能自動追蹤系統(tǒng)平面的仰角和方位角。從而控制電機做向相應的方向轉(zhuǎn)動的動作，直到太陽光線4垂直于太陽能電池組件3平面(即垂直于太陽能追蹤系統(tǒng)中的平面)。
控制單元的結(jié)構(gòu)和比較過程與其他采用光敏電阻或CCD等作為感光器件的追綜系統(tǒng)相同，請見圖7的控制方框圖，此部分為現(xiàn)有技術，不再贅述。
本發(fā)明還涉及一種用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件的設計方法，其特征在于按以下步驟進行 設太陽能電池組件寬度為L，設定太陽光線4偏離太陽能電池組件平面31的法線32的角度為β時，光線4剛好照射不到單元9中的太陽能電池組件3的底部，此時，太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件高度為h， 則h＝L*ctg(β) h的取值范圍為0＜h≤L*ctg(β) 考慮到將兩個單元9電壓(或電流)信號差異的放大至最大，h應該盡量大，如果條件允許(不考慮器件占用空間等)，h取L*ctg(β)最佳。
密封外殼2的傾角為θ，針對β角度的光線偏移，θ角可取的范圍為0＜θ≤(90°-β)；考慮到密封外殼2需要足夠的光線入射角以方便調(diào)試，同時也為了減少密封外殼2占用空間，θ角可取45度。
本發(fā)明采用太陽能電池組件3，其壽命為25年以上，相對光敏電阻精度高，相對于CCD成本低，且安裝精度要求低，故可降低成本，提高壽命。
權利要求
1、一種用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，包括感光器，其特征在于感光器包括兩個對稱放置的單元，每個單元包括透光面、密封外殼和太陽能電池組件，透光面固定聯(lián)接于密封外殼上部，密封外殼內(nèi)腔下部具有與太陽能電池組件相同的形狀，太陽能電池組件固定聯(lián)接于密封外殼內(nèi)腔下部，兩個單元的密封外殼側(cè)面相互平行。
2、根據(jù)權利要求1所述的用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，其特征在于透光面的平面與太陽能電池組件的平面相互平行。
3、根據(jù)權利要求2所述的用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，其特征在于透光面?zhèn)让媾c密封外殼的側(cè)面在同一平面上。
4、根據(jù)權利要求3所述的用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，其特征在于密封外殼還具有傾角θ，傾角θ的取值范圍為0＜θ≤(90°-β)，β為太陽光線偏離太陽能電池組件平面法線的角度。
5、根據(jù)權利要求3所述的用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，其特征在于密封外殼的高度h＝L*ctg(β)，其中，太陽能電池組件寬度為L，β為太陽光線偏離太陽能電池組件平面法線的角度。
6、根據(jù)權利要求1、2、3、4或5所述的用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，其特征在于透光面為低鐵鋼化白玻璃或透光玻璃。
7、根據(jù)權利要求1、2、3、4或5所述的用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，其特征在于太陽能電池組件為小功率太陽能電池組件。
8、-種用于設計太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件的方法，其特征在于按以下步驟進行設太陽能電池組件寬度為L，設定太陽光線偏離太陽能電池組件平面法線的角度為β時，光線剛好照射不到控制單元中的太陽能電池組件的底部，此時，密封外殼的高度為h，
則h＝L*ctg(β)，h的取值范圍為0＜h≤L*ctg(β)。
9、根據(jù)權利要求8所述的用于設計太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件的方法，其特征在于密封外殼的傾角θ的取值范圍為，0＜θ≤(90°-β)。
10、根據(jù)權利要求9所述的用于設計太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件的方法，其特征在于密封外殼的傾角θ為45度。
全文摘要
一種用于太陽能自動追蹤系統(tǒng)的光強差異放大器件，包括感光器，其特征在于感光器包括兩個對稱放置的單元，每個單元包括透光面、密封外殼和太陽能電池組件，透光面固定聯(lián)接于密封外殼上部，密封外殼內(nèi)腔下部具有與太陽能電池組件相同的形狀，太陽能電池組件固定聯(lián)接于密封外殼內(nèi)腔下部，兩個單元的密封外殼側(cè)面相互平行；本發(fā)明還涉及該光強差異放大器件的設計方法，其特征在于按以下步驟進行設太陽能電池組件寬度為L，太陽光線偏離太陽能電池組件平面法線的角度為β時，光線剛好照射不到單元中的太陽能電池組件的底部，則密封外殼高度h＝L*ctg(β)；本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，成本低廉，通過該裝置可以實現(xiàn)對太陽光強的實時跟蹤。
文檔編號H02N6/00GK101556422SQ20081008967
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月11日 優(yōu)先權日2008年4月11日
發(fā)明者王興華 申請人:泰州中盛泰通光電有限公司