4级放坡四棱台光电传感器及太阳位置跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种4级放坡四棱台光电传感器及太阳位置跟踪方法，传感器包括粗跟踪装置、精跟踪装置和控制电路板及安装底座；粗跟踪装置包括4级放坡四棱台，在正东、正西、正南、正北方向以4个为1组共计4组16个对称放置的光电元件，4级放坡四棱台安装在底座上；四棱台顶部设有安装定位孔，精跟踪装置内嵌入粗跟踪装置的安装定位孔中；控制电路板分别与粗跟踪装置的16个光电元件和精跟踪装置的4个光电元件、2根转轴及其驱动装置连接。本发明专利技术有粗、精两级跟踪方式，具有跟踪精度高、跟踪范围广等优点；本发明专利技术可以通过控制电路板对粗、精两级跟踪实时数据进行调控，迅速、精确地实现对太阳的实时跟踪。阳的实时跟踪。阳的实时跟踪。

【技术实现步骤摘要】
4级放坡四棱台光电传感器及太阳位置跟踪方法


[0001]本专利技术属于太阳位置跟踪传感器
，具体是涉及一种4级放坡四棱台光电传感器及太阳位置跟踪方法。

技术介绍

[0002]在能源危机日益严重的今天，太阳能由于具有清洁性和经济性等优点，其利用逐步被认为是取代化石能源最合适的选择之一。在太阳能光伏发电中，相同条件下，自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35％，成本下降25％。因此在太阳能利用中，为了提高太阳能利用率，对太阳进行跟踪是非常必要的。
[0003]太阳自动跟踪系统按照跟踪方式的不同可以分为：视日运动轨迹跟踪系统、光电跟踪系统、基于数字图像处理的跟踪系统和混合跟踪系统。而光电传感器是光电跟踪系统中的核心部分，其精度将直接影响到跟踪系统的跟踪精度。
[0004]目前，光电式传感器按照不同的结构形式，主要有以下三种：
[0005]1.隔板式光电传感器，其结构是将隔板垂直安装于底座上，隔板两侧安装有两块光电元件。其结构简单、造价低、安装方便，但是传感精度不高，容易受到外界光源或其它物体散射光的影响，运行稳定性较低。
[0006]2.金字塔式光电传感器，使用“金字塔形”的锥形镜作为感光媒介，锥形镜底部四个侧面的投影位置上各安装一块光电元件。这种光电检测方式结构简单、造价较低、安装较方便，跟踪精度相对隔板式要高，但它与隔板式在工作时同样受外界光源或其它物体散射光的影响，运行稳定性不高。
[0007]3.光筒式光电传感器，其结构是在安装有4个光电元件的底座上，增加安装一个光筒。该方式造价较高、安装配合较复杂，但是其解决了隔板式和金字塔式受外界光源和物体散射光影响的问题，工作稳定性与跟踪精度远高于前两种光电传感方式。只是光筒式光电传感器在跟踪过程中存在追踪视场范围小，容易丢失目标且使用时间较长会积累较多灰层严重影响光电元件的感光敏感性等问题。
[0008]因此，专利技术一种新的光电传感器装置尤为重要，能有效解决跟踪精度、追踪范围等问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的之一在于提供一种4级放坡四棱台光电传感器，解决现有的太阳跟踪系统所采用的光电传感器普遍存在跟踪精度低、追踪范围小、易受杂散光源影响的问题。
[0010]4级放坡四棱台光电传感器，包括粗跟踪装置、精跟踪装置和控制电路板及安装底座；所述的粗跟踪装置包括4级放坡四棱台，在正东、正西、正南、正北方向以4个为1组共计4组16个对称放置的光电元件；所述的4级放坡四棱台安装在底座上；所述的四棱台顶部设有安装定位孔，精跟踪装置内嵌入粗跟踪装置的安装定位孔中；所述的控制电路板分别与粗跟踪装置的16个光电元件和精跟踪装置的4个光电元件、两根转轴及其驱动装置连接。
[0011]上述的4级放坡四棱台光电传感器中，所述的粗跟踪装置包括4级放坡四棱台，在正东、正西、正南、正北方向以4个为1组共计4组16个对称放置的光电元件；4级放坡四棱台的内部封闭，且具有4个倾斜角度各不相同的坡面和1个底面，4级放坡四棱台的坡面与底面之间的夹角大于等于90
°
且小于180
°
，每级坡面在正东、正西、正南、正北4个方位的中心位置固定1个光电元件。
[0012]上述的4级放坡四棱台光电传感器中，所述的光电元件的法线与边坡垂直，结构底面封装有控制电路板；第一组光电元件东1——东4、第二组光电元件西1——西4位于正东、正西方向自上而下呈对称分布，第三组光电元件北1——北4、第四组光电元件南1——南4位于正南、正北方向自上而下呈对称分布：第一组光电元件东1——东4、第二组光电元件西1——西4分别与2个一级比较器相连，2个一级比较器再与1个二级比较器相连；第三组光电元件北1——北4、第四组光电元件南1——南4分别与2个一级比较器相连，2个一级比较器再与1个二级比较器相连。
[0013]上述的4级放坡四棱台光电传感器中，所述的4级放坡结构采用第一级坡面与水平面夹角为157.5
°
、第二级坡面与水平面夹角为135
°
、第三级坡面与水平面夹角为112.5
°
、第四级坡面与水平面夹角为90
°
。
[0014]上述的4级放坡四棱台光电传感器中，所述的4级放坡四棱台在各级坡面上固定的光电元件参数性能完全相同，构成4组同时工作的光电测量单元，其中东面与西面的第一组、第二组光电元件测量太阳水平方向入射光的光照强度，北面与南面的第三组、第四组光电元件测量太阳垂直方向入射光的光照强度；所述的粗跟踪装置的跟踪视场范围为0
‑
315
°
。
[0015]上述的4级放坡四棱台光电传感器中，所述的精跟踪装置包括十字形玻璃窗、十字形通光孔、圆柱筒、十字形转轴、4个光电元件；所述的4个光电元件与控制电路板相连接，光电元件位于圆柱筒底部；圆柱筒的顶部呈半封闭状，仅设有十字形通光孔和十字形玻璃窗接收太阳光，十字形玻璃窗位于十字形通光孔上方；所述的十字形转轴处在两对4个光电元件的正上方并将其完全遮挡；4个光电元件与输入及转换电路连接。
[0016]上述的4级放坡四棱台光电传感器中，所述的十字形转轴的半面涂上黑色涂料，另外半面涂上白色涂料；所述的黑色涂料吸收太阳光，白色涂料反射太阳光；所述的电机带动十字形转轴的转速为60r/min；所述的圆柱筒内壁涂满黑色吸光涂料；所述的圆柱筒的高度和4个光电元件的摆放位置视设定的参数阈值调整。
[0017]本专利技术的目的之二在于提供一种基于4级放坡四棱台型结构的光电传感器的用于太阳位置跟踪方法，解决现有光电传感器追光技术中存在的视场范围小、跟踪精度不足等问题。
[0018]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0019]一种4级放坡四棱台光电传感器的太阳位置跟踪方法：具体操作步骤如下：
[0020]1)首先，假设4级放坡四棱台光电传感器自上往下的四个坡面分别为一级坡面、二级坡面、三级坡面、四级坡面。以正东方向为例，固定在一级坡面、二级坡面、三级坡面、四级坡面上的光电元件分别称之为东1、东2、东3、东4，同样的正西方向所对应的光电元件分别为西1、西2、西3、西4，正北方向分别为北1、北2、北3、北4，正南方向分别为南1、南2、南3、南4。以正东、正西、正南、正北方向的一级坡面所固定的4个法线与坡面相垂直的光电元件即
东1、西1、南1、北1为判别基准元件。
[0021]2)当太阳在一天中的任意光照时间以任意角度照射在粗跟踪装置上时，粗跟踪装置启动，首先调整正东、正西方向位置，控制电路板只需实时采集、比较、判断分布于正东、正西方向上的第一组、第二组的8个光电元件输出电信号值的大小即可判断出太阳的大致方位，此时只需在正东、正西方向上大幅度调整粗跟踪装置直到东1或西1光电元件输出的电信号最大；同时，控制电路板实时采集、比较、判断正南、正北方向上的第三组、第四组的光电元件输出电信号值的大小即可判断出太阳的大致方位，此时只需在正南、正北方向上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种4级放坡四棱台光电传感器，其特征是：包括粗跟踪装置、精跟踪装置和控制电路板及安装底座；所述的粗跟踪装置包括4级放坡四棱台，在正东、正西、正南、正北方向以4个为1组共计4组16个对称放置的光电元件；所述的4级放坡四棱台安装在底座上；所述的四棱台顶部设有安装定位孔，精跟踪装置内嵌入粗跟踪装置的安装定位孔中；所述的控制电路板分别与粗跟踪装置的16个光电元件和精跟踪装置的4个光电元件、两根转轴及其驱动装置连接。2.根据权利要求1所述的4级放坡四棱台光电传感器，其特征是：所述的粗跟踪装置包括4级放坡四棱台，在正东、正西、正南、正北方向以4个为1组共计4组16个对称放置的光电元件；4级放坡四棱台的内部封闭，且具有4个倾斜角度各不相同的坡面和1个底面，4级放坡四棱台的坡面与底面之间的夹角大于等于90
°
且小于180
°
，每级坡面在正东、正西、正南、正北4个方位的中心位置固定1个光电元件。3.根据权利要求2所述的粗跟踪装置，其特征是：所述的光电元件的法线与边坡垂直，结构底面封装有控制电路板；第一组光电元件东1——东4、第二组光电元件西1——西4位于正东、正西方向自上而下呈对称分布，第三组光电元件北1——北4、第四组光电元件南1——南4位于正南、正北方向自上而下呈对称分布：第一组光电元件东1——东4、第二组光电元件西1——西4分别与2个一级比较器相连，2个一级比较器再与1个二级比较器相连；第三组光电元件北1——北4、第四组光电元件南1——南4分别与2个一级比较器相连，2个一级比较器再与1个二级比较器相连。4.根据权利要求2所述的粗跟踪装置，其特征是：所述的4级放坡四棱台采用第一级坡面与水平面夹角为157.5
°
、第二级坡面与水平面夹角为135
°
、第三级坡面与水平面夹角为112.5
°
、第四级坡面与水平面夹角为90
°
。5.根据权利要求2或3所述的粗跟踪装置，其特征是：所述的4级放坡四棱台在各级坡面上固定的光电元件参数性能完全相同，构成4组同时工作的光电测量单元，其中东面与西面的第一组、第二组光电元件测量太阳水平方向入射光的光照强度，北面与南面的第三组、第四组光电元件测量太阳垂直方向入射光的光照强度；所述的粗跟踪装置的跟踪视场范围为0
‑
315
°
。6.根据权利要求1所述的4级放坡四棱台光电传感器，其特征是：所述的精跟踪装置包括十字形玻璃窗、十字形通光孔、圆柱筒、十字形转轴、4个光电元件；所述的4个光电元件与控制电路板相连接，光电元件位于圆柱筒底部；圆柱筒的顶部呈半封闭状，仅设有十字形通光孔和十字形玻璃窗接收太阳光，十字形玻璃窗位于十字形通光孔上方；所述的十字形转轴处在2对4个光电元件的正上方并将其完全遮挡；4个光电元件与输入及转换电路连接。7.根据权利要求6所述的精跟踪装置，其特征是：所述的十字形转轴的半面涂上黑色涂料，另外半面涂上白色涂料；所述的黑色涂料吸收太阳光，白色涂料反射太阳光；所述的电机带动十字形转轴的转速为60r/min；所述的圆柱筒内壁涂满黑色吸光涂料；所述的圆柱筒的高度和4个光电元件的摆放位置视设定的参数阈值调整。8.一种利用权利要求1
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7中任一权利要求所述的4级放坡四棱台光电传感器的太阳位置跟踪方法，具体操作步骤如下：1)首先，假设4...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永刚，陈亮，刘相旭，侯晓佳，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：