專利名稱：一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽能設備領域，尤其涉及一種可快速使太陽能集光器垂直于太陽光線的傳感器的排列方式。
背景技術：
隨著社會經濟的快速發(fā)展，人類所面臨的能源問題越來越突出，太陽能作為一種清潔能源，無疑受到各國的普遍重視。在相同條件下，光照強度越大，太陽能電池輸出功率越大。因而增大太陽能電池受光面的光照強度，就可增大太陽能電池輸出功率。除了提高太陽光電池本身的轉換效應和提高蓄電池充放電效應外，對太陽的自動跟蹤是太陽光伏發(fā)電系統(tǒng)中另一種提高轉換效率的有效手段。因此，在太陽能的利用過程中，實施太陽跟蹤是很有必要的。太陽能跟蹤系統(tǒng)是光熱和光伏發(fā)電過程中，最優(yōu)化太陽光使用，達到提高光電轉換效率的機械及電控單元系統(tǒng)，它包括電機(直流、步進、伺服、行星減速電機、推桿電機等)、渦輪蝸桿、傳感器系統(tǒng)等等。傳統(tǒng)的太陽能利用裝置是以一個固定的支架架設在地面或其他的建筑物上，大大降低了太陽能的利用率。對太陽進行跟蹤的方法很多，但不外乎為采用確定太陽位置所用的兩種坐標系統(tǒng)，即赤道坐標系和地平坐標系，并分為雙軸跟蹤和單軸跟蹤。各種雙軸太陽能跟蹤的集光器，由于傳感器的排列缺陷，僅僅一個傳感器與太陽能載體垂直，跟蹤效率低，導致存在采集光能的效率低下，結構復雜，精確度不高的問題，而且造價比較貴，不易推廣?，F(xiàn)也有雙軸太陽能跟蹤系統(tǒng)，例如申請?zhí)枮?00920153680的專利。該項技術運用四個傳感器排列的方式跟蹤太陽，但是，存在著反復來回各個方向跟蹤的現(xiàn)象，使得跟蹤時間過長，無法實現(xiàn)快速的跟蹤太陽，即實用性低。

發(fā)明內容
發(fā)明目的
針對現(xiàn)有技術中存在的太陽能跟蹤系統(tǒng)存在的反應時間長，精度低及成本高的不足，本發(fā)明提供了一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，它可以使得太陽能跟蹤系統(tǒng)快速、精準地進行定位，而且設計簡單、可靠，易于推廣。技術方案
本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)。一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，它包括水平的X軸支架和豎直的Y軸支架，所述的X軸支架和Y軸支架垂直相交，交點為Y軸支架的下端點與X軸支架的左端點，所述的X軸支架和Y軸支架上沿支架長度方向上分別設置有一列光敏傳感器裝置；每個光敏傳感器裝置包括黑色圓筒和光敏元件，光敏元件上設置有光敏元件感光點，所述的黑色圓筒的下筒口固定在光敏元件上并將光敏元件的感光點罩住，所述黑色圓筒的上筒口穿出X軸支架或Y軸支架，可接收光線。這樣的光敏傳感器裝置的結構及排列方式，使只有與黑色圓筒的母線在同一直線上的光線才能夠觸發(fā)光敏傳感器裝置的光敏元件，即，滿足位于同一軸(X軸或者Y軸)上的任意兩個光敏傳感器裝置的黑色圓筒不會同時接收到光線，特別是中心光敏傳感器裝置不會和同軸上的非中心光敏傳感器裝置同時接收到光線。選用黑色圓筒是為了防止光線在筒內折射，而導致光敏元件誤觸發(fā)。更進一步地，所述的光敏傳感器裝置分為兩類位于X軸支架和Y軸支架中間位置處的中心光敏傳感器裝置和分位于中心光敏傳感器裝置兩側且呈對稱排布的非中心光敏傳感器裝置；中心光敏傳感器裝置的黑色圓筒垂直于其所在的X軸支架或Y軸支架所在平面，分位于中心光敏傳感器裝置兩側的非中心光敏傳感器裝置的黑色圓筒以中心光敏傳感器裝置為中心，與X軸支架或Y軸支架沿長度方向的對稱軸所成角度3從中心往兩端依次以角度A遞減。這樣光敏傳感器裝置的排布結構能夠使整個系統(tǒng)實現(xiàn)快速跟蹤，即太陽光線每轉過一個△角度，本發(fā)明的排布結構在電氣控制系統(tǒng)的控制下即可判斷太陽能集光器載體沒有垂直于太陽光，從而調整太陽能集光器載體的方位角和仰角。方位角是指集光 器載體在水平面做0° — 360°旋轉時，以正南方向為標準，將太陽能集光器載體的面向偏東或偏西調整的一個角度。方位角調整時太陽能集光器載體在水平面做左右運動。更進一步地，所述的角度A大小為f 10°。經過計算，理論上A角度越小，系統(tǒng)精度越高。但是通過實際試驗知，維持在廣10°范圍即可保證精度。更進一步地，X軸支架和Y軸支架相交后固定在太陽能集光器載體的表面上，且與太陽能集光器載體的表面保持平行重合。這樣才能讓兩個支架上排布的光敏傳感器裝置隨著太陽能集光器載體一起運動，再配合適當?shù)碾姎饪刂葡到y(tǒng)實現(xiàn)太陽光跟蹤。更進一步地，所述的黑色圓筒的直徑是f3mm。當太陽光線通過黑色圓筒時，才能觸發(fā)光敏傳感器裝置。當黑色圓筒的直徑控制在廣3_范圍內，使得只有特定方向的光敏傳感器裝置才有光線通過，使整個跟蹤系統(tǒng)的精度提高。有益效果
相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1)本發(fā)明的用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，采用水平的X軸支架或豎直的Y軸支架十字相交的雙軸排列結構，由于一天中太陽的高度角和方位角都在不停地變化，而不同緯度、不同季節(jié)，其正午的太陽高度角是不一樣的，所以雙軸跟蹤適用于各個緯度和各個季節(jié)；
(2)本發(fā)明的用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，在X軸支架或Y軸支架上分別設置的一列光敏傳感器裝置的排列結構，且從支架的中心往兩邊，黑色圓筒與X軸支架或Y軸支架沿長度方向的軸線的夾角P以約廣10°的角度A逐漸遞減，這樣，太陽光線每轉過一個△角度，電氣控制系統(tǒng)就可以判斷太陽能集光器載體沒有垂直于太陽光，繼而調整集光器載體的方位角和傾角，使整個系統(tǒng)跟蹤太陽光線的靈敏度和精確度大幅度提高；
(3)本發(fā)明的用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，結構簡單，適用范圍廣，能結合多種太陽能集光器載體，易于推廣。


圖I是本發(fā)明的傳感器排布結構固定在太陽能集光器載體上的主視圖；圖2是圖I中的Y軸支架的A-A剖視 圖3是圖I中的X軸支架的B-B剖視 圖4是本發(fā)明的光敏傳感器裝置的放大示意 圖5是實施例I的傳感器排布結構的電氣控制系統(tǒng)的電路結構示意圖。圖中11、X軸支架；12、Y軸支架；2、光敏傳感器裝置；21、黑色圓筒；22、光敏元件；23、感光點；24、非中心光敏傳感器裝置；25、中心光敏傳感器裝置；3、太陽能集光器載體。
具體實施方式

下面結合附圖和具體的實施例進一步介紹本發(fā)明的技術方案。實施例I
如圖1，本實施例的一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，包括水平的X軸支架11和豎直的Y軸支架12，X軸支架11和Y軸支架12垂直相交，交點為Y軸支架12的下端點與X軸支架11的左端點，X軸支架11和Y軸支架12上沿支架長度方向上分別設置有一列光敏傳感器裝置2 ;如圖4，每個光敏傳感器裝置2包括黑色圓筒21和光敏元件22，黑色圓筒21的直徑可以是f 3mm。光敏元件22上設置有感光點23，黑色圓筒21的下筒口固定在光敏元件22上并將光敏元件22的感光點23罩住，黑色圓筒21的上筒口穿出X軸支架11或Y軸支架12，可接收光線。光敏傳感器裝置2分為兩類位于X軸支架11和Y軸支架12中間位置處的中心光敏傳感器裝置25和分位于中心光敏傳感器裝置25兩側且呈對稱排布的非中心光敏傳感器裝置24 ;中心光敏傳感器裝置25的黑色圓筒21垂直于其所在的X軸支架11或Y軸支架12所在平面，分位于中心光敏傳感器裝置25兩側的非中心光敏傳感器裝置24的黑色圓筒21以中心光敏傳感器裝置25為中心，與X軸支架11或Y軸支架12沿長度方向的對稱軸所成角度0從中心往兩端依次以角度A遞減，角度A的大小可以為f 10°。太陽光線每轉過一個A角，太陽能集光器載體3才能做出跟隨動作。而當太陽光線轉過(TA之間的角度時，太陽能集光器載體3將保持不動，直到太陽光線轉過一個△角。也就是說A角越小，太陽能集光器載體3的跟隨動作越頻繁，工作時間內太陽光線與太陽能集光器載體3垂直的時間也越長，但△角如果太小會出現(xiàn)互相干擾現(xiàn)象。總之，A角的選取是根據(jù)反復的實驗結果得到的，過大或過小都不好。本實施例的傳感器排布結構可采用如圖5的電路結構，以實現(xiàn)智能控制太陽能集光器載體3的仰角和方位角，其實際的實施形態(tài)不受限制。方位角是指太陽能集光器載體3在水平面做0° 360°旋轉時，以正南方向為標準，將太陽能集光器載體3的面向偏東或偏西調整的一個角度。方位角調整時太陽能集光器載體3在水平面做左右運動。如圖5，本實施例的電路控制系統(tǒng)包括電源、控制器、電機驅動、電機Ml、電機M2及光電器件，該光電器件即X軸支架11及Y軸支架12上的所有的光敏傳感器裝置2。位于X軸支架11的中心光敏傳感器裝置25編號為Xtl，位于Xtl左邊的X軸支架11部分稱為X軸支架11的左半軸，位于Xtl右邊的X軸支架11部分稱為X軸支架11的右半軸，在X軸支架11上分位于中心光敏傳感器裝置25兩側的非中心光敏傳感器裝置24從中間向兩邊依次編號為X2、X3……Xn_i、Xn，對應編號為X2、X3……Xn_i、Xn的非中心光敏傳感器裝置24與X軸支架11的夾角依次為X1、X2、X3……XnYXnt5具體參見圖3。位于Y軸支架12的中心光敏傳感器裝置25編號為Ytl，位于Ytl上邊的Y軸支架12部分稱為Y軸支架12的上半軸，位于Y0下邊的Y軸支架12部分稱為Y軸支架12的下半軸。Y軸支架12上的光敏傳感器裝置2的編號方式同X軸支架11，即其上的中心光敏傳感器裝置25編號為Y。，非中心光敏傳感器裝置24從中間向兩邊依次編號為Y1J2J3……Yn-^Yn0對應編號為YpY2、Y3……Yn_i、Yn的非中心光敏傳感器裝置24與Y軸支架12的夾角依次為Idiz......yn-i、yn。具體參見圖2。如圖1，將X軸支架11上的所有光敏傳感器裝置2并聯(lián)，Y軸支架12上的所有光敏傳感器裝置2并聯(lián)。結合圖3，以X軸支架11上的Xtl為中心，X軸支架11上左半軸上的所有非中心光敏傳感器裝置24引出兩根引出導線，其中一根接地；右半軸上的所有非中心光敏傳感器裝置24引出兩根引出導線，其中一根接地；X軸支架11上的中心光敏傳感器裝置25引出兩根引出導線，其中一根接地。即X軸支架11上共引出3根引出導線。如圖2，以Y軸支架12上的Y0為中心，Y軸支架12上半軸上的所有非中心光敏傳感器裝置24引出兩根引出導線，其中一根接地；下半軸上的所有非中心光敏傳感器裝置24引出兩根引出導線，其中一根接地；Y軸支架12上的中心光敏傳感器裝置25引出兩根引出導線，其中一根接地。即Y軸支架12上共引出3根引出導線。綜上，X軸支架11、Y軸支架12上總共引出6根引出導線。如圖5，將所述的6根引出導線與控制器的6個不同信號輸入口連接，所述的控制器與電機驅動電路連接，所述的電機驅動再分別與電源、電機Ml及電機M2連接。其中，控制器的作用是判斷光敏元件22所采集到的光信號，控制相應位置的電機轉動，電機Ml或M2轉動帶動太陽能集光器載體3轉動，進而控制太陽能集光器載體3的方位角和仰角，使太陽能集光器載體3垂直于太陽光。其中，Ml電機控制太陽能集光器載體3的仰角，M2電機控制太陽能集光器載體3的方位角。將本發(fā)明的傳感器排布結構，安裝在太陽能集光器載體3上。即X軸支架11和Y軸支架12相交后固定在太陽能集光器載體3的表面上，且與太陽能集光器載體3的表面保持平行重合。當太陽能集光器載體3處于非最佳集光方位時,太陽能集光器載體3在電機Ml和電機M2的控制下，不斷地調整空間角度，即X軸支架11和Y軸支架12均處于不斷地轉動狀態(tài)。在角度的調整過程中，當光線射入X軸支架11上的某一非中心光敏傳感器裝置24 (中心光敏傳感器裝置25除外。當中心光敏傳感器裝置25的光敏元件22感光時，太陽能集光器載體3垂直于陽光，不需要再進行角度調整)，該非中心光敏傳感器裝置24對應的光敏元件22的感光點23受到光線照射，并將得到的光信號轉化為電信號，與光敏元件22電路連接的控制器采集到該電信號，使控制太陽能集光器載體3的仰角的電機Ml停轉，電機M2繼續(xù)轉動。Y軸支架12上的空間方位的調整過程類似于X軸支架11，先是使控制太陽能集光器載體3方位角的電機M2停轉，電機Ml繼續(xù)轉動。轉動到一定角度后，此時太陽光線的方向與兩支架中間的兩個中心光敏傳感器裝置25的的黑色圓筒21的母線平行(因為當控制仰角的電機Ml停轉，說明此時太陽能集光器載體3的仰角已經和太陽高度角互余，然后當控制方位角的電機M2收到停轉信號時，就是太陽能集光器載體3跟蹤了太陽的自轉方向。故此時的太陽能集光器載體3與太陽光線垂直，就是太陽光線與兩支架的中心光敏傳感器裝置25的黑色圓筒21的母線平行)，即都射入內部，達到追蹤太陽的目的。在實際操作中，控制仰角的電機Ml和控制方位角的電機M2是同時轉動的，當X軸支架11或Y軸支 架12上的某個光敏傳感器裝置2的光敏元件22首先接收到光信號，就決定了相應電機的停轉，另一電機按控制器所給信號繼續(xù)轉動，直到中心光敏傳感器裝置25感光。如果X軸支架11上的光敏元件22首先接收到光信號，控制仰角的電機Ml首先停轉，控制方位角的電機M2根據(jù)控制器所給信號決定向X左半軸或右半軸方向繼續(xù)轉動，直到Xtl感光；如果Y軸支架12上的光敏元件22首先接收到光信號，控制方位角的電機M2停轉，控制仰角的電機Ml根據(jù)控制器所給信號決定向Y上半軸或下半軸方向轉動，直到Ytl感光。在本實施例I中，取黑色圓筒21的尺寸如下高度h=20mm，底面直徑d=lmm，則 取A=3°，則太陽每轉過3°，太陽能集光器載體3就能做出跟隨動作，跟隨太陽光線
轉3。。實施例2
相比于實施例1，本實施例2中，取黑色圓筒21的尺寸如下高度h=20mm，底面直徑d=2mm,則
取A=6°，則太陽每轉過6°，太陽能集光器載體3就能做出跟隨動作，跟隨太陽光線轉6。。綜上所述，本發(fā)明可根據(jù)實際使用的太陽能集光器載體3，配備相應功率的電機、電源、電機驅動及單片機等控制器。根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況(日出和日落時間)，設定系統(tǒng)工作時間，可降低系統(tǒng)能耗，進一步節(jié)約能源。根據(jù)使用場合的精度要求，確定控制電路的制作方案、光敏傳感器裝置2 (不同傳感器的靈敏度及抗干擾能力不一樣)的型號、角度A的大小、黑色圓筒21的直徑等參數(shù)，都會影響整個光線采集系統(tǒng)的精度、靈敏度及系統(tǒng)制作成本，確定好以上各種方案及參數(shù)，就可以進行系統(tǒng)制作。
權利要求
1.一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，它包括水平的X軸支架(11)和豎直的Y軸支架(12)，所述的X軸支架(11)和Y軸支架(12)垂直相交，交點為Y軸支架(12)的下端點與X軸支架(11)的左端點，其特征在于，所述的X軸支架(11)和Y軸支架(12 )上沿支架長度方向上分別設置有一列光敏傳感器裝置(2)； 每個光敏傳感器裝置(2)包括黑色圓筒(21)和光敏元件(22)，光敏元件(22)上設置有光敏元件(22)的感光點(23)，所述的黑色圓筒(21)的下筒口固定在光敏元件(22)上并將光敏元件(22)的感光點(23)罩住，所述黑色圓筒(21)的上筒口穿出X軸支架(11)或Y軸支架(12)，可接收光線。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，其特征在于，所述的光敏傳感器裝置(2)分為兩類位于X軸支架(11)和Y軸支架(12)中間位置處的中心光敏傳感器裝置(25)和分位于中心光敏傳感器裝置(25)兩側且呈對稱排布的非中心光敏傳感器裝置(24)； 中心光敏傳感器裝置(25 )的黑色圓筒(21)垂直于其所在的X軸支架(11)或Y軸支架(12)所在平面，分位于中心光敏傳感器裝置(25)兩側的非中心光敏傳感器裝置(24)的黑色圓筒(21)以中心光敏傳感器裝置(25)為中心，與X軸支架(11)或Y軸支架(12)沿長度方向的對稱軸所成角度P從中心往兩端依次以角度△遞減。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，其特征在于，所述的角度A大小為f 10°。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，其特征在于，X軸支架(11)和Y軸支架(12)相交后固定在太陽能集光器載體(3)的表面上，且與太陽能集光器載體(3)的表面保持平行重合。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，其特征在于，所述的黑色圓筒(21)的直徑是I 3mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于太陽能跟蹤系統(tǒng)的傳感器排布結構，屬于太陽能設備領域。它包括水平的X軸支架和豎直的Y軸支架，所述的X軸支架和Y軸支架垂直相交，交點為Y軸支架的下端點與X軸支架的左端點，所述的X軸支架和Y軸支架上沿支架長度方向上分別設置有一列光敏傳感器裝置；每個光敏傳感器裝置包括黑色圓筒和光敏元件，光敏元件上設置有光敏元件感光點，所述的黑色圓筒的下筒口固定在光敏元件上并將光敏元件的感光點罩住，所述黑色圓筒的上筒口穿出X軸支架或Y軸支架，可接收光線。使用本發(fā)明的結構，可以實現(xiàn)太陽能跟蹤系統(tǒng)快速、精準地定位，而且設計簡單、可靠，易于推廣。
文檔編號G05D3/00GK102722182SQ20121023541
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權日2012年7月9日
發(fā)明者樂建華, 朱志剛, 楊泳雪, 費敏順, 顧曉雷, 黃家才 申請人:南京工程學院