专利名称：一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种跟踪装置，特别是关于一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置。
背景技术：
随着全球化石能源的日益减少，新能源的开发利用已成为各国政府发展的重点。太阳能的热利用是一种新能源的发展方向，可以用于光热发电、海水淡化、室内空调等。太阳能集热槽作为太阳能热利用的一种有效设备，已经逐步被人们认识和使用。太阳能集热槽是通过抛物型反光镜将太阳光汇聚到焦点位置的集热管上，集热管内的导热油再将热量交换给其他使用对象。太阳能集热槽的工作前提是必须正面接收平行光，时刻跟踪着太阳，跟踪精度越高集热效率越高，因此高精度太阳位置传感器是太阳能集热槽必备的器 件。现在有多种太阳位置传感器方案，中国专利申请号为98243772. 2公开了一种利用两块成一定角度的电池板受光角度不一致引起电位差，经驱动电路驱动电机的光源跟踪探测器；其不足之处是很难兼顾光强的大范围变化。中国专利申请号分别为00219971. 8和200510120837. O都公开了一种四象限光伏探测器加相交挡光板的太阳光跟踪传感器，根据四象限光伏探测器电压的变化探知太阳位置的变化；其不足之处是挡光板的高度有限引起传感器精度不高。中国专利申请号为200420055112. 9公开了一种在一个带孔的方盒子的四边安放光感应元件的太阳光跟踪传感器，其不足之处是结构复杂，并且也存在很难兼顾光强的大范围变化的问题。中国专利申请号为20010123085. 7公开了一种基于PSD的全自动高精度太阳跟踪装置，其不足之处是结构过于复杂。综上所述，现有的太阳位置传感器一是很难满足太阳能集热槽跟踪精度的要求，二是很难适应大范围的太阳光强变化。
发明内容针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够满足大范围太阳光强变化，且跟踪精度高的太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置，它包括一外壳，所述外壳内设置有一电路板，所述电路板的正面设置有一组4块以上垂向排列的光电池，且当太阳能集热槽的开口正对太阳时，集热管阴影的中心线恰与所述光电池组的中心线重合；所述电路板的背面设置有控制系统，当太阳位置发生偏移时，所述控制系统根据接收的所述光电池信号，计算出太阳能集热槽的中心转轴需要转动的角度，并发送给执行机构。所述控制系统包括与每一所述光电池对应的一电流电压转换电路，一模拟开关电路，一可变放大倍数的运算放大电路和一带A/D转换电路的CPU模块；各所述光电池输出的电流信号经与其对应的所述电流电压转换电路，转换成与所述输出电流成比例的电压后，依序经所述模拟开关电路输入所述运算放大电路进行放大，再输入所述CPU模块；由所述(PU模块计算出太阳能集热槽的中心转轴需要转动的相应角度并发送给执行机构。[0006]所述外壳采用减光玻璃制成的一个防水盒。所述光电池的数量为6块，且分成上、下两部分间隔排列。所述光电池的数量为4块，且分成上、下两部分间隔排列。所述光电池的数量为连续排列的8块。本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本实用新型采用通过集热管阴影在光电池组上移动引起的电流变化，进而将电流变化转换成电压变化，以及将光电池组分成上、下两部分，比较上、下部分之间的电压差的方式来跟踪太阳的位置，不但可以扑捉到太阳位置的微小角度变化，还可以根据该变化自动将控制信号发送给太阳能集热槽中心转轴的执行机构，以进行相应的调整，因此本实用新型具有较高的灵敏度和控制精度。2、本实用新型由于在控制系统中设置有一带A/D转换电路的CPU模块和一可变放大倍数的运算放大电路，当太阳光强太强时，为防止A/D转换电路的输入电压超过其上限，CPU模块就会控制运算放大电路降低放大倍数；当太阳光强太弱时，为防止被集热管阴影全遮·蔽的光电池输出的最低电压与被太阳全照射的光电池输出的最高电压之差太小，CPU模块就会控制运算放大电路提高放大倍数，因此本实用新型一方面可以提高太阳能集热槽的跟踪精度，另一方面又可以适应大范围的太阳光强变化。3、本实用新型由于在控制系统中设置有一模拟开关电路和一个可变放大倍数的运算放大电路，因此相对于选用多个运算放大电路来说，可以减少因为不同的运算放大电路所带来的误差，进一步提高了计算精度。本实用新型能够精确地跟踪太阳位置，并能够适应太阳光强的大范围变化，它可以广泛地用于各种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的过程中。
图I是本发明结构示意图图2是本发明电路控制示意图图3是本发明光电池时与集热管阴影的位置关系示意图图4是本发明采用八块光电池时与集热管阴影的位置关系示意图图5是本发明采用四块光电池时与集热管阴影的位置关系示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。如图I、图2所示，本实用新型包括一外壳1，在外壳I内设置有一电路板2，在电路板2的正面设置有垂向排列的一组六块相同的光电池21、22、23、24、25、26，六块光电池可以分成上、下两部分间隔排列。在电路板2的背面设置有控制系统3，控制系统3包括六个电流电压转换电路31、32、33、34、35、36，一 8选I模拟开关电路37，一可变放大倍数的运算放大电路38和一个带A/D转换电路的CPU模块39。每一光电池输出的电流信号分别经过各自的电流电压转换电路，转换成与光电池的输出电流成比例的电压后，输送到模拟开关电路37上，再经过运算放大电路38放大后，输入带A/D转换电路的CPU模块39，CPU模块39根据各光电池输出的电压值，计算出太阳能集热槽的中心转轴需要转动的角度后，将中心转轴的转角信号发给执行机构，以实现对太阳位置的跟踪。上述实施例中，外壳I可以是采用减光玻璃制成的一个防水盒。[0019]上述实施例中，|旲拟开关电路37的选择与光电池的数量有关，|旲拟开关电路37的开关顺序由CPU模块设计并预置在模块中，其为已有技术，在此不再赘述。上述实施例中，可变放大倍数的运算放大电路38的设置是考虑到当太阳光强太强时，被太阳全照射的光电池输出的电压太高，以至超过A/D转换电路输入电压的上限，这时CPU模块39可以控制运算放大电路38降低放大倍数；当太阳光强太弱时，被集热管阴影全遮蔽的光电池输出的最低电压与被太阳全照射的光电池输出的最高电压之差就会比较小，这时CPU模块39可以控制运算放大电路38提高放大倍数。上述实施例中，如图3所示，设置六块光电池，且分成上、下两部分是考虑到当太阳能集热槽的开口正对太阳时，集热管阴影的上边界4应该正好落入上部光电池的中心线位置，下边界5应该正好落入下部光电池的中心线位置。也就是说，上部光电池的中心线与下部光电池的中心线之间的距离为集热管的直径。此时，分别位于上部和下部外侧的两块光电池21、26是被太阳全照射的，光电池21、26接收的光包含直射光和杂散光，其输出的 电压最高；分别位于上部和下部光电池中内侧的两块光电池23、24是被集热管阴影全遮蔽的，光电池23、24接收的光只包括杂散光，其输出的电压最低；分别位于上部和下部中间的两块光电池22、25是被太阳半照射和被集热管阴影半遮蔽的。也就是说，当太阳能集热槽的开口正对太阳时，被集热管的阴影遮挡的上部光电池的面积与下部光电池的面积应当相等，因此，上部光电池输出的电压之和与下部光电池输出的电压之和也相等。当太阳相对太阳能集热槽的开口发生偏移时，会引起集热管在光电池组上的阴影发生移动，比如阴影向上移动时，集热管的阴影遮挡上部光电池的面积会增大，使其输出的电压之和减小，而集热管的阴影遮挡下部光电池的面积会减小，使其输出的电压之和增大；反之亦然。CPU模块39根据各块光电池输出的电压，可以判断出集热管在光电池组上的阴影移动方向和移动量，进而计算出太阳能集热槽的中心转轴需要转动的角度。具体的计算方法可以采取以下方式首先假设被太阳全照射的那一块光电池输出的电压为Vmax，该光电池接收的光含直射光和杂散光；假设被集热管的阴影全遮挡的那一块输出的电压为Vmin，该光电池接收的光只包括杂散光。那么全直射光产生的电压Vz=VmaX-Vmin。再假设上部光电池输出的电压之和为Vs ;下部光电池输出的电压之和为Vx ;单个光电池的尺寸为L*L，L是单个光电池的边长；集热管距光电池组的垂直距离为D ;则可以计算出集热槽的中心转轴需要转动的角度a，即tg (a) = (Vs-Vx) *L/(2*D*Vz)；根据此式可以计算出集热槽的中心转轴需要转动的角度a。由此可见，上述电路板I上设置的光电池数量是可以有所变化的，比如设置八块光电池(如图4所示)，光电池之间可以不设置间隔，连续排列在一起。再比如设置四块光电池(如图5所示)，可以分为两部分。但是无论光电池的数量如何变化，当太阳能集热槽的开口正对太阳时,集热管阴影的中心线恰与光电池组的中心线重合,且光电池组的中心线两侧各自有至少有一块光电池被太阳全照射，至少有一块光电池被集热管阴影全遮挡。与上述光电池的数量变化对应，在电路板背面设置的电流电压转换电路、模拟开关电路也是可以变化的，可以采用各种现有技术，在此不再赘述。上述各实施例仅用于说明本实用新型，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不 应排除在本实用新型的保护范围之外。
权利要求1.一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置，其特征在于它包括一外壳，所述外壳内设置有一电路板，所述电路板的正面设置有一组4块以上垂向排列的光电池，且当太阳能集热槽的开口正对太阳时，集热管阴影的中心线恰与所述光电池组的中心线重合；所述电路板的背面设置有控制系统，当太阳位置发生偏移时，所述控制系统根据接收的所述光电池信号，计算出太阳能集热槽的中心转轴需要转动的角度，并发送给执行机构。
2.如权利要求I所述的一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置，其特征在于所述控制系统包括与每一所述光电池对应的一电流电压转换电路，一模拟开关电路，一可变放大倍数的运算放大电路和一带A/D转换电路的CPU模块；各所述光电池输出的电流信号经与其对应的所述电流电压转换电路，转换成与所述输出电流成比例的电压后，依序经所述模拟开关电路输入所述运算放大电路进行放大，再输入所述CPU模块；由所述CPU模块计算出太阳能集热槽的中心转轴需要转动的相应角度并发送给执行机构。
3.如权利要求I所述的一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置，其特征在于所述外壳采用减光玻璃制成的一个防水盒。
4.如权利要求2所述的一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置，其特征在于所述外壳采用减光玻璃制成的一个防水盒。
5.如权利要求I或2或3或4所述的一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置，其特征在于所述光电池的数量为6块，且分成上、下两部分间隔排列。
6.如权利要求I或2或3或4所述的一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置，其特征在于所述光电池的数量为4块，且分成上、下两部分间隔排列。
7.如权利要求I或2或3或4所述的一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置，其特征在于所述光电池的数量为连续排列的8块。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的装置，它包括一外壳，所述外壳内设置有一电路板，所述电路板的正面设置有一组4块以上垂向排列的光电池，且当太阳能集热槽的开口正对太阳时，集热管阴影的中心线恰与所述光电池组的中心线重合；所述电路板的背面设置有控制系统，当太阳位置发生偏移时，所述控制系统根据接收的所述光电池信号，计算出太阳能集热槽的中心转轴需要转动的角度，并发送给执行机构。本实用新型能够精确地跟踪太阳位置，并能够适应太阳光强的大范围变化，它可以广泛地用于各种太阳能集热槽一维跟踪太阳位置的过程中。
文档编号F24J2/40GK202630461SQ201220293568
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者何文强, 钱思远, 郑兆文, 马东来 申请人:北京电影机械研究所