專利名稱：一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種跟蹤方法及裝置，特別是關(guān)于一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著全球化石能源的日益減少，新能源的開發(fā)利用已成為各國政府發(fā)展的重點。太陽能的熱利用是一種新能源的發(fā)展方向，可以用于光熱發(fā)電、海水淡化、室內(nèi)空調(diào)等。太陽能集熱槽作為太陽能熱利用的一種有效設(shè)備，已經(jīng)逐步被人們認識和使用。太陽能集熱槽是通過拋物型反光鏡將太陽光匯聚到焦點位置的集熱管上，集熱管內(nèi)的導(dǎo)熱油再將熱量交換給其他使用對象。太陽能集熱槽的工作前提是必須正面接收平行光，時刻跟蹤著太陽，跟蹤精度越高集熱效率越高，因此高精度太陽位置傳感器是太陽能集熱槽必備的器件?，F(xiàn)在有多種太陽位置傳感器方案，中國專利申請?zhí)枮?8243772. 2公開了一種利用兩 塊成一定角度的電池板受光角度不一致引起電位差，經(jīng)驅(qū)動電路驅(qū)動電機的光源跟蹤探測器；其不足之處是很難兼顧光強的大范圍變化。中國專利申請?zhí)柗謩e為00219971. 8和200510120837. 0都公開了一種四象限光伏探測器加相交擋光板的太陽光跟蹤傳感器，根據(jù)四象限光伏探測器電壓的變化探知太陽位置的變化；其不足之處是擋光板的高度有限引起傳感器精度不高。中國專利申請?zhí)枮?00420055112. 9公開了一種在一個帶孔的方盒子的四邊安放光感應(yīng)元件的太陽光跟蹤傳感器，其不足之處是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且也存在很難兼顧光強的大范圍變化的問題。中國專利申請?zhí)枮?0010123085. 7公開了一種基于PSD的全自動高精度太陽跟蹤裝置，其不足之處是結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。綜上所述，現(xiàn)有的太陽位置傳感器一是很難滿足太陽能集熱槽跟蹤精度的要求，二是很難適應(yīng)大范圍的太陽光強變化。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠滿足大范圍太陽光強變化，且跟蹤精度高的太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的方法及裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的方法，它包括以下步驟1)在太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一電路板，在電路板的正面設(shè)置一組4塊以上垂向排列的光電池，在電路板的背面設(shè)置有控制系統(tǒng)；2)安裝校正時，所述光電池組的位置要滿足當(dāng)太陽能集熱槽的開口正對太陽時，集熱管陰影的中心線恰與所述光電池組的中心線重合，且所述光電池組的中心線兩側(cè)各自有至少有一塊光電池被太陽全照射，至少有一塊光電池被集熱管陰影全遮擋，且所述光電池組中心線兩側(cè)的光電池輸出的信號相同；3)當(dāng)太陽位置發(fā)生偏移時，所述集熱管陰影的中心線會偏離所述光電池組的中心線，引起所述光電池組中心線兩側(cè)的光電池輸出的信號產(chǎn)生差異；4)所述控制系統(tǒng)對所述光電池組中心線兩側(cè)光電池輸出的信號進行處理后，計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度，并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。所述步驟4)中，所述控制系統(tǒng)對所述光電池組中心線兩側(cè)光電池輸出的信號進行的處理，包括將每一所述光電池輸出的電流經(jīng)與其對應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成與所述輸出電流成比例的電壓后，依序經(jīng)一模擬開關(guān)電路后輸入一運算放大電路進行放大，再輸入一 CPU模塊；由所述CPU模塊計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的相應(yīng)角度，并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。實現(xiàn)上述方法的一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的裝置，它包括一外殼，所述外殼內(nèi)設(shè)置有一電路板，所述電路板的正面設(shè)置有一組4塊以上垂向排列的光電池,且當(dāng)太陽能集熱槽的開口正對太陽時，集熱管陰影的中心線恰與所述光電池組的中心線重合；所述電路板的背面設(shè)置有控制系統(tǒng)，當(dāng)太陽位置發(fā)生偏移時，所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收的所述光電池信號，計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度，并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。所述控制系統(tǒng)包括與每一所述光電池對應(yīng)的一電流電壓轉(zhuǎn)換電路，一模擬開關(guān)電路，一可變放大倍數(shù)的運算放大電路和一帶A/D轉(zhuǎn)換電路的CPU模塊；各所述光電池輸出的電流信號經(jīng)與其對應(yīng)的所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成與所述輸出電流成比例的電壓后，依序經(jīng)所述模擬開關(guān)電路輸入所述運算放大電路進行放大，再輸入所述CPU模塊；由所述 (PU模塊計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的相應(yīng)角度并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。所述外殼采用減光玻璃制成的一個防水盒。所述光電池的數(shù)量為6塊，且分成上、下兩部分間隔排列。所述光電池的數(shù)量為4塊，且分成上、下兩部分間隔排列。所述光電池的數(shù)量為連續(xù)排列的8塊。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明方法采用通過集熱管陰影在光電池組上移動引起的電流變化，進而將電流變化轉(zhuǎn)換成電壓變化，以及將光電池組分成上、下兩部分，比較上、下部分之間的電壓差的方式來跟蹤太陽的位置，不但可以撲捉到太陽位置的微小角度變化，還可以根據(jù)該變化自動將控制信號發(fā)送給太陽能集熱槽中心轉(zhuǎn)軸的執(zhí)行機構(gòu)，以進行相應(yīng)的調(diào)整，因此本發(fā)明的跟蹤方法具有較高的靈敏度和控制精度。2、本發(fā)明由于在控制系統(tǒng)中設(shè)置有一帶A/D轉(zhuǎn)換電路的CPU模塊和一可變放大倍數(shù)的運算放大電路，當(dāng)太陽光強太強時，為防止A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓超過其上限，CPU模塊就會控制運算放大電路降低放大倍數(shù)；當(dāng)太陽光強太弱時，為防止被集熱管陰影全遮蔽的光電池輸出的最低電壓與被太陽全照射的光電池輸出的最高電壓之差太小，CPU模塊就會控制運算放大電路提高放大倍數(shù)，因此本發(fā)明一方面可以提高太陽能集熱槽的跟蹤精度，另一方面又可以適應(yīng)大范圍的太陽光強變化。3、本發(fā)明由于在控制系統(tǒng)中設(shè)置有一模擬開關(guān)電路和一個可變放大倍數(shù)的運算放大電路，因此相對于選用多個運算放大電路來說，可以減少因為不同的運算放大電路所帶來的誤差，進一步提高了計算精度。本發(fā)明能夠精確地跟蹤太陽位置，并能夠適應(yīng)太陽光強的大范圍變化，它可以廣泛地用于各種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的過程中。


圖I是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明電路控制示意3是本發(fā)明光電池時與集熱管陰影的位置關(guān)系示意4是本發(fā)明采用八塊光電池時與集熱管陰影的位置關(guān)系示意圖
圖5是本發(fā)明采用四塊光電池時與集熱管陰影的位置關(guān)系示意圖
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。如圖I、圖2所不,本發(fā)明裝置包括一外殼I,在外殼I內(nèi)設(shè)置有一電路板2,在電路板2的正面設(shè)置有垂向排列的一組六塊相同的光電池21、22、23、24、25、26，六塊光電池可以分成上、下兩部分間隔排列。在電路板2的背面設(shè)置有控制系統(tǒng)3，控制系統(tǒng)3包括六個電流電壓轉(zhuǎn)換電路31、32、33、34、35、36，一 8選I模擬開關(guān)電路37，一可變放大倍數(shù)的運算放大電路38和一個帶A/D轉(zhuǎn)換電路的CPU模塊39。每一光電池輸出的電流信號分別經(jīng)過各自的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成與光電池的輸出電流成比例的電壓后，輸送到模擬開關(guān)電路37上，再經(jīng)過運算放大電路38放大后，輸入帶A/D轉(zhuǎn)換電路的CPU模塊39，CPU模塊39根據(jù)各光電池輸出的電壓值，計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度后，將中心轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角信號發(fā)給執(zhí)行機構(gòu)，以實現(xiàn)對太陽位置的跟蹤。
上述實施例中，外殼I可以是采用減光玻璃制成的一個防水盒。上述實施例中，|吳擬開關(guān)電路37的選擇與光電池的數(shù)量有關(guān)，|吳擬開關(guān)電路37的開關(guān)順序由CPU模塊設(shè)計并預(yù)置在模塊中，其為已有技術(shù)，在此不再贅述。上述實施例中，可變放大倍數(shù)的運算放大電路38的設(shè)置是考慮到當(dāng)太陽光強太強時，被太陽全照射的光電池輸出的電壓太高，以至超過A/D轉(zhuǎn)換電路輸入電壓的上限，這時CPU模塊39可以控制運算放大電路38降低放大倍數(shù)；當(dāng)太陽光強太弱時，被集熱管陰影全遮蔽的光電池輸出的最低電壓與被太陽全照射的光電池輸出的最高電壓之差就會比較小，這時CPU模塊39可以控制運算放大電路38提高放大倍數(shù)。上述實施例中，如圖3所示，設(shè)置六塊光電池，且分成上、下兩部分是考慮到當(dāng)太陽能集熱槽的開口正對太陽時，集熱管陰影的上邊界4應(yīng)該正好落入上部光電池的中心線位置，下邊界5應(yīng)該正好落入下部光電池的中心線位置。也就是說，上部光電池的中心線與下部光電池的中心線之間的距離為集熱管的直徑。此時，分別位于上部和下部外側(cè)的兩塊光電池21、26是被太陽全照射的，光電池21、26接收的光包含直射光和雜散光，其輸出的電壓最高；分別位于上部和下部光電池中內(nèi)側(cè)的兩塊光電池23、24是被集熱管陰影全遮蔽的，光電池23、24接收的光只包括雜散光，其輸出的電壓最低；分別位于上部和下部中間的兩塊光電池22、25是被太陽半照射和被集熱管陰影半遮蔽的。也就是說，當(dāng)太陽能集熱槽的開口正對太陽時，被集熱管的陰影遮擋的上部光電池的面積與下部光電池的面積應(yīng)當(dāng)相等，因此，上部光電池輸出的電壓之和與下部光電池輸出的電壓之和也相等。當(dāng)太陽相對太陽能集熱槽的開口發(fā)生偏移時，會引起集熱管在光電池組上的陰影發(fā)生移動，比如陰影向上移動時，集熱管的陰影遮擋上部光電池的面積會增大，使其輸出的電壓之和減小，而集熱管的陰影遮擋下部光電池的面積會減小，使其輸出的電壓之和增大；反之亦然。CPU模塊39根據(jù)各塊光電池輸出的電壓，可以判斷出集熱管在光電池組上的陰影移動方向和移動量，進而計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度。具體的計算方法可以采取以下方式首先假設(shè)被太陽全照射的那一塊光電池輸出的電壓為Vmax，該光電池接收的光含直射光和雜散光；假設(shè)被集熱管的陰影全遮擋的那一塊輸出的電壓為Vmin，該光電池接收的光只包括雜散光。那么全直射光產(chǎn)生的電壓Vz=VmaX-Vmin。再假設(shè)上部光電池輸出的電壓之和為Vs ;下部光電池輸出的電壓之和為Vx ;單個光電池的尺寸為L*L，L是單個光電池的邊長；集熱管距光電池組的垂直距離為D ;則可以計算出集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度a，即tg (a) = (Vs-Vx) *L/(2*D*Vz)；根據(jù)此式可以計算出集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度a。由此可見，上述電路板I上設(shè)置的光電池數(shù)量是可以有所變化的，比如設(shè)置八塊光電池(如圖4所示)，光電池之間可以不設(shè)置間隔，連續(xù)排列在一起。再比如設(shè)置四塊光電池(如圖5所示)，可以分為兩部分。但是無論光電池的數(shù)量如何變化，當(dāng)太陽能集熱槽的開口正對太陽時,集熱管陰影的中心線恰與光電池組的中心線重合,且光電池組的中心線 兩側(cè)各自有至少有一塊光電池被太陽全照射，至少有一塊光電池被集熱管陰影全遮擋。與上述光電池的數(shù)量變化對應(yīng)，在電路板背面設(shè)置的電流電壓轉(zhuǎn)換電路、模擬開關(guān)電路也是可以變化的，可以采用各種現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。本發(fā)明方法包括以下步驟I)在太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一電路板，在電路板的正面設(shè)置一組4塊以上垂向排列的光電池，在電路板的背面設(shè)置一控制系統(tǒng)；2)安裝校正時，垂向排列的光電池組要滿足當(dāng)太陽能集熱槽的開口正對太陽時，集熱管陰影的中心線恰與光電池組的中心線重合，且光電池組的中心線兩側(cè)各自有至少有一塊光電池被太陽全照射，至少有一塊光電池被集熱管陰影全遮擋；且電池組中心線兩側(cè)的光電池輸出的信號相同； 3)當(dāng)太陽位置發(fā)生偏移時，集熱管陰影的中心線會偏離光電池組的中心線，引起光電池組中心線兩側(cè)的光電池輸出的信號產(chǎn)生差異；4)控制系統(tǒng)根據(jù)光電池組中心線兩側(cè)光電池輸出的信號，計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度，并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。在上述步驟4)中，控制系統(tǒng)對光電池組中心線兩側(cè)光電池輸出的信號進行的處理，包括將每一光電池輸出的電流經(jīng)與其對應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成與輸出電流成比例的電壓后，依序經(jīng)一模擬開關(guān)電路后輸入一運算放大電路進行放大，再輸入一 CPU模塊；由CPU模塊計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的相應(yīng)角度，并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的方法，它包括以下步驟 I)在太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一電路板，在電路板的正面設(shè)置一組4塊以上垂向排列的光電池，在電路板的背面設(shè)置有控制系統(tǒng)； 2 )安裝校正時，所述光電池組的位置要滿足當(dāng)太陽能集熱槽的開口正對太陽時，集熱管陰影的中心線恰與所述光電池組的中心線重合，且所述光電池組的中心線兩側(cè)各自有至少有一塊光電池被太陽全照射，至少有一塊光電池被集熱管陰影全遮擋，且所述光電池組中心線兩側(cè)的光電池輸出的信號相同； 3)當(dāng)太陽位置發(fā)生偏移時，所述集熱管陰影的中心線會偏離所述光電池組的中心線，引起所述光電池組中心線兩側(cè)的光電池輸出的信號產(chǎn)生差異； 4)所述控制系統(tǒng)對所述光電池組中心線兩側(cè)光電池輸出的信號進行處理后，計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度，并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的方法，其特征在于所述步驟4)中，所述控制系統(tǒng)對所述光電池組中心線兩側(cè)光電池輸出的信號進行的處理，包括將每一所述光電池輸出的電流經(jīng)與其對應(yīng)的電流電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成與所述輸出電流成比例的電壓后，依序經(jīng)一模擬開關(guān)電路后輸入一運算放大電路進行放大，再輸入一 CPU模塊；由所述CPU模塊計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的相應(yīng)角度，并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。
3.實現(xiàn)如權(quán)利要求I或2所述方法的一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的裝置，其特征在于它包括一外殼，所述外殼內(nèi)設(shè)置有一電路板，所述電路板的正面設(shè)置有一組4塊以上垂向排列的光電池，且當(dāng)太陽能集熱槽的開口正對太陽時，集熱管陰影的中心線恰與所述光電池組的中心線重合；所述電路板的背面設(shè)置有控制系統(tǒng)，當(dāng)太陽位置發(fā)生偏移時，所述控制系統(tǒng)根據(jù)接收的所述光電池信號，計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度，并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的裝置，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括與每一所述光電池對應(yīng)的一電流電壓轉(zhuǎn)換電路，一模擬開關(guān)電路，一可變放大倍數(shù)的運算放大電路和一帶A/D轉(zhuǎn)換電路的CPU模塊；各所述光電池輸出的電流信號經(jīng)與其對應(yīng)的所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換成與所述輸出電流成比例的電壓后，依序經(jīng)所述模擬開關(guān)電路輸入所述運算放大電路進行放大，再輸入所述CPU模塊；由所述CPU模塊計算出太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的相應(yīng)角度并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。
5.如權(quán)利要求3所述的一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的裝置，其特征在于所述外殼采用減光玻璃制成的一個防水盒。
6.如權(quán)利要求4所述的一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的裝置，其特征在于所述外殼采用減光玻璃制成的一個防水盒。
7.如權(quán)利要求3或4或5或6所述的一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的裝置，其特征在于所述光電池的數(shù)量為6塊，且分成上、下兩部分間隔排列。
8.如權(quán)利要求3或4或5或6所述的一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的裝置，其特征在于所述光電池的數(shù)量為4塊，且分成上、下兩部分間隔排列。
9.如權(quán)利要求3或4或5或6所述的一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的裝置，其特征在于所述光電池的數(shù)量為連續(xù)排列的8塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的方法及裝置，其中方法包括以下步驟1)在太陽能集熱槽的中心轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一電路板，在電路板的正反面分別設(shè)置一組光電池和一控制系統(tǒng)；2)安裝校正時，光電池組的位置要滿足當(dāng)太陽能集熱槽的開口正對太陽時，集熱管陰影的中心線恰與光電池組的中心線重合，且光電池組的中心線兩側(cè)各自有至少有一塊光電池被太陽全照射，至少有一塊光電池被集熱管陰影全遮擋，且光電池組中心線兩側(cè)的光電池輸出的信號相同；3)當(dāng)太陽位置發(fā)生偏移時，光電池組中心線兩側(cè)輸出的信號將會產(chǎn)生差異；4)控制系統(tǒng)根據(jù)光電池輸出的信號，計算出中心轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動的角度并發(fā)送給執(zhí)行機構(gòu)。本發(fā)明可以廣泛地用于各種太陽能集熱槽一維跟蹤太陽位置的過程中。
文檔編號F24J2/40GK102706011SQ20121020590
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者何文強, 鄭兆文, 錢思遠, 馬東來 申請人:北京電影機械研究所