[實用新型]一種基于球形傳感器的太陽跟蹤定位裝置

有效

• 申請號: 201120166625.7
• 申請日: 2011-05-24
• 公開（公告）號: CN202126632U
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發明（設計）人: 孟濬;曾恒力;黃種藝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05D3/00
• 分類號: G05D3/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本實用新型涉及光線定位技術領域，尤其涉及一種基于球形傳感器的太陽跟蹤定位裝置。

背景技術

由于現今能源緊張和能源污染問題的日益嚴重，對于找到一種總量可觀且清潔無污染能源的要求越來越迫切，而太陽能作為一種綠色可再生資源越來越得到人們的青睞。然而現今對于太陽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能利用裝置，也成為解決能源問題的一大研究熱點。

從幾何光學原理來看，太陽能的接收功率和太陽能發電板與太陽光的光線角度有關，當太陽光垂直照射到發電板上時太陽能的利用率最高，利用率與偏離這個垂直角的余弦成正比，即????????????????????????????????????????????????。而一個白天當中，太陽光的入射角是隨時間而變化的，故提高對太陽能的跟蹤技術也成為提高太陽能利用率的一大有效途徑。

目前，太陽光方位跟蹤控制器主要以電控為主，早先純機械跟蹤方式由于精度低、機構復雜、靈活性差等因素基本已經停止應用。采用電控方式的太陽光方位跟蹤控制器，有時鐘跟蹤和傳感器跟蹤兩種。采用時鐘跟蹤方式多為極軸方式線性跟蹤，但是會存在累積偏差，需要人工修正；當使用在其他跟蹤機構上時，由于為非線性跟蹤，控制器多為工控機，算法復雜，成本高，可移植性不強。采用傳感器跟蹤，現有的研究的多半需要傳感器隨著太陽光的改變而發生轉動，這樣添加了一個傳感器的機械控制環節，不但帶來了更大的誤差，而且還會引起系統的不穩定。

實用新型內容

本實用新型的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于球形傳感器的太陽跟蹤定位裝置。

本實用新型的目的是通過以下技術方案來實現的：

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

本實用新型的有益效果是：本實用新型基于球形的傳感器，根據球形的高度對稱性，傳感器可以靜止地對太陽能位置進行實時的檢測，相比于其他傳感器減少了傳感器的傳動環節和反饋環節，故本實用新型得到的太陽位置精度高、系統簡單可靠，可適用于跟蹤精度高、設備性能要求穩定的太陽能聚光發電系統使用。

附圖說明

圖1是本實用新型的系統框圖；

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是信號的處理流程圖；

圖5是所得電壓信號的散點圖。

具體實施方式

以下根據所附圖說明本實用新型的工作原理和所達到的效果。

如圖1所示，本實用新型基于球形傳感器的太陽能定位裝置主要由球形傳感器、信號掃描及A/D轉換電路、數字信號處理芯片依次連接組成。太陽光照射到球體表面時，光信號通過球形傳感器轉變為模擬電信號；模擬電信號進入信號掃描及A/D轉換電路轉變為數字電信號，信號掃描及A/D轉換電路輸出的數字電信號，由數字信號處理芯片處理得到太陽光入射角信號，從而實現對太陽光的定位。

其中，球形傳感器包括若干個感光元件（感光元件越多精度越高）和球體，利用的是球體的高度對稱性，感光元件均勻分布在球體上，故可以用正多面體來逼近球體，而正多面體的頂點位置即可選為感光元件的位置。例如圖2所示用正十二面體來代替球體，其有二十個頂點，根據其頂點的分布情況來設置感光點的分布，并一一對其編號。同時對感光器件的選取，需要考慮到一般白天的光強，太陽光的光譜等因素。隨著感光材料的發展，球陣的CCD材料可視為該傳感器的上佳材料。由于要達到高精度的要求，感光元件個數相對較多，故該信號掃描及A/D轉換電路先對各個感光元件上的模擬電信號進行掃描，而后通過模數轉換得到數字電信號，再通過串行輸入的模式輸入數字信號處理芯片內。

本發明的工作過程如下：

步驟1：球形傳感器將光信號轉換模擬電信號。

當處在晴朗天氣的白天時，陽光照射到球形傳感器，如圖3所示，?可以假設太陽光為平行光，在球體各個點上的光強都不一樣，且與太陽光入射的角度有關，而感光元件也即將其所在點的光強信號轉化為模擬電信號輸出。所得的模擬電信號也就包含了太陽的位置信息。

步驟2：掃描及A/D轉換電路將各個感光元件采集的模擬電信號轉換為數字電信號并且輸入數字信號處理芯片。