[發(fā)明專利]基于球形傳感器的太陽(yáng)跟蹤定位裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110134516.1
• 申請(qǐng)日: 2011-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN102183965A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟濬;曾恒力;黃種藝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D3/00
• 分類號(hào): G05D3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到光線定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于球形傳感器的太陽(yáng)跟蹤定位裝置與方法。

背景技術(shù)

由于現(xiàn)今能源緊張和能源污染問題的日益嚴(yán)重，對(duì)于找到一種總量可觀且清潔無(wú)污染能源的要求越來越迫切，而太陽(yáng)能作為一種綠色可再生資源越來越得到人們的青睞。然而現(xiàn)今對(duì)于太陽(yáng)能的利用主要受到其低下的利用率的限制。如何得到高效率的太陽(yáng)能利用裝置，也成為解決能源問題的一大研究熱點(diǎn)。

從幾何光學(xué)原理來看，太陽(yáng)能的接收功率和太陽(yáng)能發(fā)電板與太陽(yáng)光的光線角度有關(guān)，當(dāng)太陽(yáng)光垂直照射到發(fā)電板上時(shí)太陽(yáng)能的利用率最高，利用率與偏離這個(gè)垂直角的余弦成正比，即????????????????????????????????????????????????。而一個(gè)白天當(dāng)中，太陽(yáng)光的入射角是隨時(shí)間而變化的，故提高對(duì)太陽(yáng)能的跟蹤技術(shù)也成為提高太陽(yáng)能利用率的一大有效途徑。

目前，太陽(yáng)光方位跟蹤控制器主要以電控為主，早先純機(jī)械跟蹤方式由于精度低、機(jī)構(gòu)復(fù)雜、靈活性差等因素基本已經(jīng)停止應(yīng)用。采用電控方式的太陽(yáng)光方位跟蹤控制器，有時(shí)鐘跟蹤和傳感器跟蹤兩種。采用時(shí)鐘跟蹤方式多為極軸方式線性跟蹤，但是會(huì)存在累積偏差，需要人工修正；當(dāng)使用在其他跟蹤機(jī)構(gòu)上時(shí)，由于為非線性跟蹤，控制器多為工控機(jī)，算法復(fù)雜，成本高，可移植性不強(qiáng)。采用傳感器跟蹤，現(xiàn)有的研究的多半需要傳感器隨著太陽(yáng)光的改變而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣添加了一個(gè)傳感器的機(jī)械控制環(huán)節(jié)，不但帶來了更大的誤差，而且還會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于球形傳感器的太陽(yáng)跟蹤定位裝置與方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種基于球形傳感器的太陽(yáng)能定位裝置，它主要由球形傳感器、信號(hào)掃描及A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)處理芯片等依次連接組成；球形傳感器包括若干個(gè)感光元件和球體，感光元件均勻分布在球體上。

一種根據(jù)上述裝置的太陽(yáng)跟蹤定位方法，包括以下步驟：

（1）球形傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬電信號(hào)。

（2）掃描及A/D轉(zhuǎn)換電路將各個(gè)感光元件采集的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)并且輸入數(shù)字信號(hào)處理芯片。

（3）數(shù)字信號(hào)處理芯片采用最大光強(qiáng)點(diǎn)法、最大最小光強(qiáng)差值法或分類法對(duì)數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行處理，得到太陽(yáng)光入射角：其中，所述最大光強(qiáng)點(diǎn)法為對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行比較，得出數(shù)值最大點(diǎn)，根據(jù)其標(biāo)號(hào)m和所處的位置即可得到太陽(yáng)光的入射角；所述最大最小光強(qiáng)差值法為對(duì)所采集的任意兩點(diǎn)數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行比較，選得差值最大的兩點(diǎn)，即，其中，，n為選用感光元件個(gè)數(shù)。根據(jù)其編號(hào)m₁、m₂的位置關(guān)系便可得到太陽(yáng)光的入射角；所述分類法為將感光元件分為兩類：向著陽(yáng)光的半個(gè)球體上的感光元件定為向陽(yáng)類，背著太陽(yáng)光的半個(gè)球體上的感光元件定為背陽(yáng)類，然后將采集來的各個(gè)感光元件上的數(shù)字電信號(hào)用向量機(jī)分類法進(jìn)行分類，分類中得到的閾值再和各個(gè)點(diǎn)的數(shù)字電信號(hào)作比較，選出離閾值相差最小的三個(gè)點(diǎn)，可認(rèn)為這三個(gè)點(diǎn)處在向陽(yáng)和背陽(yáng)的分界面上，則根據(jù)此三點(diǎn)的編號(hào)和位置得出其所在平面的法線方向即為太陽(yáng)光的入射方向,從而得到太陽(yáng)光的入射角。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明基于球形的傳感器，根據(jù)球形的高度對(duì)稱性，傳感器可以靜止地對(duì)太陽(yáng)能位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，相比于其他傳感器減少了傳感器的傳動(dòng)環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)，故本發(fā)明得到的太陽(yáng)位置精度高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，可適用于跟蹤精度高、設(shè)備性能要求穩(wěn)定的太陽(yáng)能聚光發(fā)電系統(tǒng)使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；

圖2是正六面體及感光元件分布圖；

圖3是球形傳感器工作的幾何原理圖；

圖4是信號(hào)的處理流程圖；

圖5是所得電壓信號(hào)的散點(diǎn)圖。

具體實(shí)施方式

以下根據(jù)所附圖說明本發(fā)明的工作原理和所達(dá)到的效果。

如圖1所示，本發(fā)明基于球形傳感器的太陽(yáng)能定位裝置主要由球形傳感器、信號(hào)掃描及A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字信號(hào)處理芯片依次連接組成。太陽(yáng)光照射到球體表面時(shí)，光信號(hào)通過球形傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電信號(hào)；模擬電信號(hào)進(jìn)入信號(hào)掃描及A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電信號(hào)，信號(hào)掃描及A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字電信號(hào)，由數(shù)字信號(hào)處理芯片處理得到太陽(yáng)光入射角信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的定位。