太陽能自動跟蹤傳感器及太陽能發(fā)電裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種太陽能自動跟蹤傳感器，包括兩層平行且電連接的電路板，上層電路板設(shè)置有開口，在所述開口的四周設(shè)置有多個所述光敏傳感器，所述光敏傳感器的感光面垂直所述上層電路板且朝向所述開口；在下層電路板的所述開口的邊線的正投影處開有多個透光孔，在所述下層電路板的背面且每個所述透光孔的位置分別設(shè)置有光敏傳感器，所述下層電路板上的所述光敏傳感器的感光面與所述下層電路板平行且朝向所述上層電路板。本實用新型在對陽光進行跟蹤時上層的光敏傳感器用于對陽光進行初步的測量和跟蹤，測量角度范圍大，下層的光敏傳感器可以在上述跟蹤的基礎(chǔ)上進行精確定位和跟蹤。
【專利說明】
太陽能自動跟蹤傳感器及太陽能發(fā)電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及太陽能發(fā)電領(lǐng)域，尤其是涉及一種太陽能自動跟蹤傳感器及太陽能發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于太陽能存在光照方向和強度隨時間不斷變化的問題，以太陽能光伏發(fā)電為例，在相同日照條件下，自動跟蹤式太陽能發(fā)電設(shè)備要比固定朝向式太陽能發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35%，而成本下降25%。因此太陽能聚能系統(tǒng)對陽光進行跟蹤是非常有必要的，而跟蹤裝置的精度將顯著地影響太陽能的利用效率。
[0003]目前采用跟蹤太陽的方法主要有視日運動軌跡跟蹤和光電跟蹤。視日運動軌跡跟蹤需描述太陽的運動規(guī)律，公式復(fù)雜，計算量大且成本高昂。光電跟蹤一般采用光敏元器件做傳感器，檢測太陽光線是否偏離電池板法線，當(dāng)太陽光線偏離電池板法線時，傳感器發(fā)出偏差信號，經(jīng)放大運算后控制執(zhí)行機構(gòu)，使跟蹤裝置重新對準(zhǔn)太陽，檢測方式分為開關(guān)量檢測和模擬量檢測方式兩種。采用開關(guān)量檢測方式時，不同的太陽入射角會導(dǎo)通不同的光敏元件組合，通過這種組合來計算太陽光入射角度，但這種方式測量精度差，導(dǎo)致跟蹤誤差大;模擬量檢測方式，通過測量在不同位置的光伏電池輸出的短路電流來計算太陽光入射角度，但因光伏電池特性不一致會產(chǎn)生較大的誤差。同時為減少周圍環(huán)境發(fā)射光線的影響，通常將光敏元件放置在特殊的暗盒中，利用透鏡等光學(xué)元件聚光，基本消除了反射光的影響，但導(dǎo)致測量角度范圍較小。采用無遮擋方式測量雖可以擴大測量角度范圍，但精度低導(dǎo)致跟蹤誤差大。
[0004]針對上述光電跟蹤方式跟蹤太陽的方法存在誤差較大且測量角度范圍較小的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種太陽能自動跟蹤傳感器，以提高太陽光入射角度的測量精度，增大可測量角度的范圍和提高跟蹤精度。
[0006]第一方面，本實用新型實施例提供了一種太陽能自動跟蹤傳感器，包括兩層平行的電路板，上層電路板設(shè)置有開口，在該開口的四周設(shè)置有多個光敏傳感器，上述光敏傳感器的感光面垂直上層電路板且朝向該開口；在下層電路板的上述開口的邊線的正投影處開有多個透光孔，在下層電路板的背面且每個透光孔的位置分別設(shè)置有光敏傳感器，下層電路板上的光敏傳感器的感光面與下層電路板平行且朝向上層電路板。
[0007]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，上層電路板和下層電路板設(shè)置的光敏傳感器分別為至少4個，且每層中的光敏傳感器均勾分布。
[0008]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，光敏傳感器是硅光電池傳感器、光敏電阻、光敏二極管或者光敏三極管。
[0009]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，上述開口為矩形。
[0010]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，上層電路板和下層電路板分別配置有運算放大器，上層電路板的光敏傳感器與上層電路板的運算放大器相連;下層電路板的光敏傳感器與下層電路板的運算放大器相連。
[0011]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，兩層平行電路板的輸出端連接航空接頭。
[0012]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，航空接頭與外部控制器相連。
[0013]結(jié)合第一方面的上述實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，上述太陽能自動跟蹤傳感器還包括透明防水外殼，該外殼包括透明上蓋和底座。
[0014]結(jié)合第一方面的第七種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，上層電路板和下層電路板間隔設(shè)置，且固定安裝在透明防水外殼內(nèi)。
[0015]第二方面，本實用新型實施例還提供一種太陽能發(fā)電裝置，包括固定裝置、光伏組件、轉(zhuǎn)動機構(gòu)、控制器，還包括第一方面所述的太陽能自動跟蹤傳感器。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:
[0017]本實用新型提供了一種太陽能自動跟蹤傳感器，上層電路板上的光敏傳感器的感光面垂直于電路板，在開口的四周設(shè)置，且光敏傳感器的感光面均朝向上層電路板的開口，根據(jù)接收到的光功率的不同，與光敏傳感器連接的運算放大器輸出的電壓也不同，通過比較電壓從而判斷光線與電路板之間的角度，上述設(shè)置方式保證了陽光從不同方向入射均能被光敏傳感器接收，因此上述光敏傳感器的設(shè)置方式對陽光進行初步地測量，測量角度范圍大;下層的光敏傳感器都平行于電路板設(shè)置，即其都互相平行，且位于上層開口的邊線的正投影處，由于上層電路板的遮蔽作用，即使稍微偏離垂直入射，下層不同位置的光敏傳感器受到上層電路板陰影的影響也不同，導(dǎo)致輸出電壓不同，因此對陽光測量精度高。
[0018]綜上，本實用新型提供的太陽能自動跟蹤傳感器，提高陽光入射角度的測量精度，增大了可測量角度的范圍，降低環(huán)境光的影響，從而提高跟蹤精度。
[0019]為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0021]圖1示出了本實用新型實施例所提供的一種太陽能自動跟蹤傳感器的外部輪廓示意圖；
[0022]圖2示出了本實用新型實施例所提供的一種太陽能自動跟蹤傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3示出了本實用新型實施例所提供的太陽能自動跟蹤傳感器的上層電路板示意圖；
[0024]圖4示出了本實用新型實施例所提供的太陽能自動跟蹤傳感器的下層電路板示意圖；
[0025]圖5示出了本實用新型實施例所提供的陽光入射太陽能自動跟蹤傳感器的示意圖；
[0026]圖示說明:
[0027]1-底座;2-透明上蓋;3-航空接頭；
[0028]4-上層電路板;5-下層電路板;6-光敏傳感器；
[0029]7-開口； 8-透光孔;9-第一插頭；
[0030]10-第二插頭。
【具體實施方式】
[0031]為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0032]考慮到相關(guān)技術(shù)中的光電跟蹤方式跟蹤太陽的方法存在誤差較大且測量角度范圍較小的問題?；诖?，本實用新型實施例提供了一種太陽能自動跟蹤傳感器，下面通過實施例進行描述。
[0033]實施例1
[0034]本實用新型實施例提供了一種太陽能自動跟蹤傳感器，如圖1、2所示，該太陽能自動跟蹤傳感器包括兩層平行的電路板，即圖中的上層電路板4和下層電路板5，其中，上層電路板4設(shè)置有開口(圖2中以矩形開口示意)，在該開口的四周設(shè)置有多個光敏傳感器，本實施例中以上層電路板4和下層電路板5內(nèi)各設(shè)置有4個光敏傳感器為例，即圖2中的光敏傳感器6;上層的光敏傳感器6的感光面垂直上層電路板4且朝向上述開口；在下層電路板5的上述開口的邊線的正投影處開有多個透光孔，本實施例中以4個透光孔為例，在下層電路板5的背面且每個透光孔的位置分別設(shè)置有光敏傳感器(即圖4中的光敏傳感器6)，下層的光敏傳感器6的感光面與下層電路板5平行且朝向上層電路板4。
[0035]其中，圖4所示的太陽能自動跟蹤傳感器中還示意出上層電路板4和下層電路板5的兩個連接插頭，分別為第一插頭9和第二插頭10。
[0036]上層電路板4上的光敏傳感器6的感光面垂直于電路板設(shè)置，且在開口7的四周，光敏傳感器6的感光面均朝向上層電路板的開口，根據(jù)接收到的光功率的不同，與光敏傳感器6連接的運算放大器輸出的電壓也不同，通過比較電壓從而判斷光線與上層電路板4之間的角度，陽光從不同方向入射均能被光敏傳感器6接收，因此上述光敏傳感器的設(shè)置方式對陽光進行初步的測量，測量角度范圍大；下層的光敏傳感器都平行于下層電路板5設(shè)置，即其都互相平行，且位于上層開口的邊線的正投影處，由于上層電路板的遮蔽作用，即使稍微偏離垂直入射，下層不同位置的光敏傳感器受到上層電路板陰影的影響也不同，導(dǎo)致輸出電壓不同，因此對陽光測量精度高。下層電路板上的光敏傳感器6通過透光孔8接收陽光，由于透光孔的遮蔽有效減少了環(huán)境光對測量的影響，從而提高測量精度。
[0037]在具體實現(xiàn)時，光敏傳感器的具體個數(shù)可以根據(jù)需要設(shè)置，本實施例中，上層電路板4和下層電路板5設(shè)置的光敏傳感器分別為4個，且每層中的光敏傳感器均勻分布，以4個為例，其均勻分布可以保證陽光可測量角度大;上述光敏傳感器是硅光電池傳感器、光敏電阻、光敏二極管或者光敏三極管，優(yōu)選硅光電池傳感器，其具有較好的光伏電池一致性。
[0038]上層電路板4和下層電路板5分別配置有運算放大器，將光敏傳感器和放大器連接;兩層平行電路板電連結(jié)后通過輸出端連接航空接頭3，上述航空接頭3與外部控制器相連。
[0039]如圖1和2所示太陽能自動跟蹤傳感器還包括透明防水外殼，上述外殼包括透明上蓋2(圖1和2中以矩形上蓋示意)和底座I，太陽能自動跟蹤傳感器整體可以通過底座固定到太陽能電池板上。
[0040]如圖2所示上層電路板4和下層電路板5間隔設(shè)置，且用銅柱固定安裝在透明防水外殼內(nèi)，通過該間隔設(shè)置的方式進一步提高了上層電路板4對下層光敏傳感器的遮蔽作用，降低了陽光能夠入射到下層光敏傳感器的角度，進一步提高了測量精度。
[0041 ] 實施例2
[0042]本實用新型實施例提供一種太陽能自動跟蹤傳感器，如圖2所示，包括外殼、上層電路板4、下層電路板5，8個硅光電池傳感器6、航空接頭3、運算放大器。
[0043]上述外殼包括矩形的透明上蓋2、和矩形底座I，該透明上蓋和底座也可以使用其他形狀，例如球形等。透明上蓋2采用PMMA材料，矩形底座I用ABS材料制作。上層電路板4中心開一矩形開口 7，陽光透過矩形開口 7入射到下層電路板5上，該開口也可是其他形狀，例如圓形等，只要滿足透光的目的即可。
[0044]如圖3所示，上層4個硅光電池傳感器6分別安裝在矩形開口7四條邊與上層電路板4的四條邊的中間位置，且硅光電池傳感器6的中心與電路板的四邊的中點對齊，4個硅光電池傳感器6的感光面統(tǒng)一朝向矩形開口 7的方向且垂直于上層電路板4，4個硅光電池傳感器6的輸出端分別與運算放大器相連。上述硅光電池傳感器的位置也可以選擇不在中心位置，只需保證在開口的周圍接近均勻地分布即可，且上層硅光電池傳感器可以多于4個，優(yōu)選均勻分布，能更準(zhǔn)確測量光線的角度。
[0045]如圖4所示，下層電路板5在上層電路板4所開的矩形開口7的邊線的正投影位置開有四個不相交的透光孔8，透光孔8的形狀可以是矩形或者圓柱形，透光孔8的中心位于開口 7的邊線的正投影上，下層的硅光電池傳感器6安裝在下層電路板5的背面，4個硅光電池傳感器分別緊貼四個透光孔8設(shè)置，感光面朝向上層電路板4且與兩層電路板平行，下層硅光電池傳感器的輸出端分別與運算放大器相連。且下層硅光電池傳感器可以多于4個，優(yōu)選均勻分布，能更準(zhǔn)確測量光線的角度。
[0046]兩層電路板間隔設(shè)置，上層電路板4起遮光作用。
[0047]上層4個硅光電池傳感器與上層的運算放大器、電阻相連，下層4個硅光電池傳感器也與下層的運算放大器、電阻相連，硅光電池傳感器輸出的電信號通過電阻分壓后與運算放大器的輸入端相連，兩個運算放大器的電源輸入端和輸出端通過第一插頭9相連。上下兩層電路板通過第一插頭9、第二插頭10相連后輸出端連接航空接頭。
[0048]太陽能自動跟蹤傳感器在使用時通過底座固定到太陽能電池板上，保證兩層平行電路板與太陽能電池板平行。
[0049]在光照條件下，太陽能自動跟蹤傳感器的上層4個硅光電池傳感器的感光面全部朝向中間的開口，因此在陽光非垂直入射的情況下，4個硅光電池傳感器接收到的光量不同，進而輸出的電壓也不同，硅光電池傳感器的輸出電壓經(jīng)過電阻分壓、運算放大器運算放大后輸出，經(jīng)航空接頭3與外部控制器相連。控制器對上層4個硅光電池傳感器的輸出電壓進行比較，確定輸出電壓最大的娃光電池傳感器，即該娃光電池傳感器與陽光的夾角最大，控制器發(fā)出控制指令使太陽能跟蹤機構(gòu)驅(qū)動太陽能電池板向最大值所對應(yīng)的硅光電池傳感器所在的反方向運動。經(jīng)過不斷測量跟蹤調(diào)整太陽能電池板的角度，最終與陽光接近垂直，此時上層4個硅光電池傳感器的輸出電壓一致，且輸出電壓數(shù)值很小。
[0050]下層電路板5的4個硅光電池傳感器位于上層電路板4所開的矩形開口7的邊線的正投影位置，在經(jīng)過上層4個硅光電池傳感器對太陽光的初步測量和跟蹤后，對陽光精確定位和跟蹤。由于上層電路板4的矩形開口 7的邊緣對陽光的遮擋，只有接近垂直電路板的陽光才能入射到4個硅光電池傳感器的感光面，如圖5所示，不同位置的硅光電池傳感器接收到的光量不同，進而輸出的電壓也不同，控制器對下層4個娃光電池傳感器的輸出電壓進行比較，確定輸出電壓最大的硅光電池傳感器，控制器發(fā)出控制指令使太陽能跟蹤機構(gòu)驅(qū)動太陽能電池板向最大值所對應(yīng)的硅光電池傳感器所在的反方向運動。由于上層電路板4和透光孔8的遮擋，陽光偏離垂直微小角度即對下層4個硅光電池傳感器的輸出電壓產(chǎn)生較大影響，因此可以對陽光精確定位和跟蹤。當(dāng)輸出電壓相等或近似相等，則認(rèn)為陽光已垂直入射太陽能電池板。
[0051]綜上所述，本實用新型在對陽光進行跟蹤時上層4個硅光電池光傳感器用于對陽光進行初步的測量和跟蹤，測量角度范圍大，下層4個硅光電池傳感器可以在上述跟蹤的基礎(chǔ)上進行精確定位和跟蹤。本實用新型提供的太陽能自動跟蹤傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、精度高、工作穩(wěn)定、感光范圍大的優(yōu)點，能同時從東西南北四個方向檢測陽光的位置變化。
[0052]實施例3
[0053]本實用新型實施例提供一種太陽能發(fā)電裝置，包括固定裝置、光伏組件、轉(zhuǎn)動機構(gòu)、控制器。上述光伏組件優(yōu)選為太陽能電池板，將實施例1或者2中的太陽能自動跟蹤傳感器固定到該太陽能發(fā)電裝置，并保證太陽能自動跟蹤傳感器的兩層電路板與太陽能電池板平行，通過該太陽能自動跟蹤傳感器對陽光的測量和跟蹤持續(xù)保持太陽能電池板與陽光垂直，從而提尚太陽能的利用效率。
[0054]同時，實施例1或者2中的太陽能自動跟蹤傳感器也可以用于太陽能集熱器，能夠有效提高太陽能的利用效率，進而用于太陽能熱水器、太陽灶、主動式太陽房、太陽能溫室、太陽能干燥、太陽能工業(yè)加熱、太陽能熱發(fā)電等。
[0055]在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“設(shè)置”、“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。
[0056]最后應(yīng)說明的是:以上所述實施例，僅為本實用新型的【具體實施方式】，用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制，本實用新型的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型實施例技術(shù)方案的精神和范圍。都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種太陽能自動跟蹤傳感器，其特征在于，包括兩層平行且電連接的電路板，上層電路板設(shè)置有開口，在所述開口的四周設(shè)置有多個光敏傳感器，所述光敏傳感器的感光面垂直所述上層電路板且朝向所述開口 ； 在下層電路板的所述開口的邊線的正投影處開有多個透光孔，在所述下層電路板的背面且每個所述透光孔的位置分別設(shè)置有光敏傳感器，所述下層電路板上的所述光敏傳感器的感光面與所述下層電路板平行且朝向所述上層電路板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能自動跟蹤傳感器，其特征在于，所述上層電路板和所述下層電路板設(shè)置的光敏傳感器分別為至少4個，且每層中的所述光敏傳感器均勻分布。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能自動跟蹤傳感器，其特征在于，所述光敏傳感器是硅光電池傳感器、光敏電阻、光敏二極管或者光敏三極管。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能自動跟蹤傳感器，其特征在于，所述開口為矩形。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能自動跟蹤傳感器，其特征在于，所述上層電路板和所述下層電路板分別配置有運算放大器，所述上層電路板的光敏傳感器與所述上層電路板的運算放大器相連;所述下層電路板的光敏傳感器與所述下層電路板的運算放大器相連。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能自動跟蹤傳感器，其特征在于，所述兩層平行的電路板的輸出端連接航空接頭。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太陽能自動跟蹤傳感器，其特征在于，所述航空接頭與外部控制器相連。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任意一項所述的太陽能自動跟蹤傳感器，其特征在于，還包括透明防水外殼，所述外殼包括透明上蓋和底座。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽能自動跟蹤傳感器，其特征在于，所述上層電路板和所述下層電路板間隔設(shè)置，且固定安裝在所述透明防水外殼內(nèi)。10.—種太陽能發(fā)電裝置，包括固定裝置、光伏組件、轉(zhuǎn)動機構(gòu)、控制器，其特征在于，還包括如權(quán)利要求1-9任意一項所述的太陽能自動跟蹤傳感器。
【文檔編號】G05D3/12GK205540301SQ201620302295
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月11日
【發(fā)明人】宋林軍
【申請人】宋林軍