[發(fā)明專利]跟蹤太陽(yáng)式光纖導(dǎo)光系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810560293.7
• 申請(qǐng)日: 2018-06-03
• 公開（公告）號(hào): CN108507203A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊春莊;楊輝宇;陶立新;劉丁瑋;熊晗;廖進(jìn);倪強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海極矩教育科技有限公司
• 主分類號(hào): F24S50/20
• 分類號(hào): F24S50/20
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種跟蹤太陽(yáng)式光纖導(dǎo)光系統(tǒng)及方法，本系統(tǒng)包括傳感器單元、控制器單元、驅(qū)動(dòng)器單元、機(jī)械單元以及陽(yáng)光匯聚傳導(dǎo)單元。本系統(tǒng)通過(guò)傳感器單元感測(cè)太陽(yáng)光入射偏角，將光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸入控制器單元，系統(tǒng)通過(guò)控制器單元、驅(qū)動(dòng)器單元、機(jī)械單元，進(jìn)行對(duì)太陽(yáng)的精準(zhǔn)跟蹤，使得陽(yáng)光匯聚單元的采光透鏡正對(duì)太陽(yáng)，接收最大面積入射陽(yáng)光并匯聚，經(jīng)鏡筒傳導(dǎo)給光纖，實(shí)現(xiàn)光纖導(dǎo)光。在陽(yáng)光入射小角度偏差時(shí)：通過(guò)光杠桿實(shí)現(xiàn)傳感器單元中接收的高光強(qiáng)光束大位移偏移，提升傳感器靈敏度，實(shí)現(xiàn)精調(diào)跟蹤；通過(guò)陽(yáng)光匯聚單元的雙透鏡實(shí)現(xiàn)了匯聚光線的偏轉(zhuǎn)修正，始終保持匯聚光線的光斑落在光纖接收端面內(nèi)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)持續(xù)高效導(dǎo)光。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)跟蹤技術(shù)及太陽(yáng)能應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種跟蹤太陽(yáng)式光纖導(dǎo)光系統(tǒng)及一種光纖持續(xù)接收、傳導(dǎo)太陽(yáng)光的方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能是一種綠色能源，為了能高效應(yīng)用、轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能能源，大多太陽(yáng)能應(yīng)用裝置(包括但不局限于太陽(yáng)能集熱器、太陽(yáng)能發(fā)電裝置，下同)需要實(shí)時(shí)接收最大的太陽(yáng)光入射光強(qiáng)，以此保證實(shí)時(shí)接收最大光能，這就需要對(duì)太陽(yáng)能應(yīng)用裝置實(shí)施太陽(yáng)跟蹤和控制。

實(shí)施太陽(yáng)能應(yīng)用裝置對(duì)太陽(yáng)跟蹤和控制的方法，目前主要有太陽(yáng)軌跡計(jì)算法，GPS定位法以及光電感應(yīng)法。其中太陽(yáng)軌跡計(jì)算法，主要是有應(yīng)用天文知識(shí)計(jì)算太陽(yáng)軌跡，將太陽(yáng)軌跡輸入跟蹤太陽(yáng)式光纖導(dǎo)光系統(tǒng)的程序系統(tǒng)，跟蹤太陽(yáng)式光纖導(dǎo)光系統(tǒng)通過(guò)程序控制進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)跟蹤，其不足是，天文計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，不同地理位置安裝跟蹤太陽(yáng)式光纖導(dǎo)光系統(tǒng)應(yīng)用天文計(jì)算存在計(jì)算誤差，尤其對(duì)于太陽(yáng)跟蹤精準(zhǔn)性要求較高的系統(tǒng)，很難保證其跟蹤的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)性。

GPS定位法，需要跟蹤系統(tǒng)的程序讀取GPS電路信號(hào)，獲得當(dāng)?shù)亟?jīng)度、緯度和日期時(shí)刻等信息，依次計(jì)算太陽(yáng)位置進(jìn)行跟蹤，該法存在定位及計(jì)算的誤差，對(duì)于太陽(yáng)跟蹤精準(zhǔn)要求的太陽(yáng)能應(yīng)用裝置很難滿足，同時(shí)對(duì)于山區(qū)等特殊地理位置，GPS信號(hào)較難覆蓋，很難在特殊地理位置應(yīng)用。

光電感應(yīng)法主要應(yīng)用感光元件感測(cè)太陽(yáng)光入射光強(qiáng)因太陽(yáng)光入射角的變化而引起的差異進(jìn)行測(cè)量比對(duì)，從而驅(qū)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整校對(duì)，以消除入射光強(qiáng)的差異，或者追求感測(cè)最大光強(qiáng)為跟蹤校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，該法的好處是不受經(jīng)度、緯度以及地理形貌的限制，例如專利“太陽(yáng)光光纖照明裝置”(申請(qǐng)?zhí)?1113529.8)采用四象限光伏探測(cè)器追蹤太陽(yáng)，但也存在一定的缺點(diǎn)，在陽(yáng)光焦斑偏離四象限的中心時(shí)，四象限僅能提供偏差的大致方向信息，無(wú)法獲得偏差的具體數(shù)值和準(zhǔn)確方向，同時(shí)在焦斑偏離中心的偏離度較小時(shí)，即太陽(yáng)光入射小角度偏差時(shí)，由于四象限光伏板的物理誤差及光伏板自身靈敏度的局限，四象限光伏探測(cè)器很難靈敏感測(cè)，因此這種方法對(duì)于太陽(yáng)光入射小角度偏差時(shí)很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)整跟蹤的效果。

同樣基于光電感應(yīng)原理的太陽(yáng)追蹤系統(tǒng)也有應(yīng)用光傳感面板感測(cè)太陽(yáng)光的強(qiáng)度隨入射角度的增大而逐漸變小的效應(yīng)，從而以光傳感面板感測(cè)光強(qiáng)最大值為追蹤校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)，例如專利“太陽(yáng)光追蹤系統(tǒng)、太陽(yáng)能應(yīng)用裝置與太陽(yáng)光追蹤方法”(申請(qǐng)?zhí)?01611187714.3)，該方法闡述了應(yīng)對(duì)太陽(yáng)光入射小角度偏差時(shí)的精調(diào)方法及步驟，具體為追蹤系統(tǒng)的光傳感面板測(cè)得的光強(qiáng)變化趨勢(shì)已持續(xù)變?nèi)鯐r(shí)，追蹤系統(tǒng)的控制器控制驅(qū)動(dòng)裝置轉(zhuǎn)換為反向運(yùn)轉(zhuǎn)，直至光傳感面板測(cè)得的光強(qiáng)變化趨勢(shì)是由持續(xù)變強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)變?nèi)酰源伺袛嘧饭獾轿弧＿@類方法主要有兩點(diǎn)不足，第一，只考慮太陽(yáng)光直射光的光強(qiáng)時(shí)，其輻射到光傳感面板的光強(qiáng)是與入射角成余弦函數(shù)的關(guān)系，在太陽(yáng)光入射角為0°附近的小角度范圍內(nèi)，入射光強(qiáng)變化不明顯，即太陽(yáng)光入射的光強(qiáng)最大時(shí)，在入射角為0°臨近小角度偏差內(nèi)，光強(qiáng)平穩(wěn)光滑，而不是尖銳峰值，所以這對(duì)感測(cè)光強(qiáng)的傳感器系統(tǒng)靈敏度要求極高，成本較低的普通光伏板很難達(dá)到這種高靈敏度的要求，因此這類方法依然對(duì)太陽(yáng)光入射角小角度偏差時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中很難精準(zhǔn)校對(duì)跟蹤；另外，從光傳感面板感測(cè)最大光強(qiáng)的過(guò)程可以看到，最終判斷追光到位的標(biāo)準(zhǔn)為傳感器測(cè)得的光強(qiáng)變化趨勢(shì)是由持續(xù)變強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)變?nèi)酰源伺袛嘧饭獾轿唬@然方法存在固有偏差，追光系統(tǒng)判斷光強(qiáng)最大值得位置顯然過(guò)了最大值的實(shí)際方位，因此這種方法存在固有的小角度偏差，這對(duì)要求精準(zhǔn)跟蹤太陽(yáng)的系統(tǒng)很難適用。