专利名称：具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器的制作方法
技术领域：
本发明属于太阳能应用领域，具体涉及双轴自动跟踪CPV(聚光光伏)发电系统和 需要精确跟踪的太阳能热发电系统的跟踪控制系统中的跟踪太阳探测器。
背景技术：
双轴自动跟踪CPV发电系统需要有精确的跟踪太阳，聚光后的太阳光才能始终照 射到CPV电池片上，CPV发电系统才能正常发电。自动跟踪太阳技术有时间控制法和光源探 测控制法2种。时间控制法，受到电站地理位置和太阳运动非线性的影响，跟踪精度不高， 调试复杂，一般用于自动跟踪PV发电系统。光源探测控制法不受电站地理位置和太阳运动 非线性的影响，调试简单，一般用于跟踪精度要求高的自动跟踪CPV发电系统。光源探测控 制法的关键部件是跟踪太阳探测器。跟踪太阳探测器的性能直接影响跟踪精度和可靠性。 目前，高精度的跟踪太阳探测器一般探测角度较小，遇到较长时间的云遮挡，会失去跟踪目 标太阳。为了防止失去跟踪目标太阳，需要加时间控制跟踪太阳技术作为辅助跟踪，这就增 加了系统的复杂性、故障率和功耗。
发明内容
为了使跟踪太阳探测器在全天的跟踪时间内不失去跟踪目标太阳，本发明提供了 一种具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器，该跟踪太阳探测器采用了两套光敏 器件，其中一套用于广角较低精度跟踪，另一套用于高精度定位跟踪。该跟踪太阳探测器在 跟踪角相差很大时，先进行广角较低精度跟踪，当跟踪误差减小到一定值时，再自动进行高 精度定位跟踪，锁定跟踪目标太阳。该广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器的探测 角度超过180°，在全天的跟踪时间内不失去跟踪目标太阳，并具有结构简单、体积小，造价 低、工作可靠的特点。本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器采用4片光敏电池和4个 光敏电阻分布在与太阳入射光垂直平面的4个象限中，在4个象限中的原点的周围设置4 个三角形5面体支架，4个三角形5面体支架分布在平面的4个象限中，三角形5面体支架 的斜边面位于外侧，在每个三角形5面体支架的斜边面上贴有一片光敏电池，构成广角捕 捉跟踪。每个三角形5面体支架的一个直角面贴在入射光垂直平面上，另一个直角面以4 个象限中的原点为中心围成一个具有一定深度的井。4个三角形5面体支架的两个直角面 的交线围成一个正方形，正方形在入射光垂直平面上形成井的底，井底的中心与象限原点 重合。沿井底4边的中部开4个长方形的小曹，太阳光经4个槽可以透过平面，在平面另一 侧对应4个长方形的槽设有4个光敏电阻。井的4壁构成遮光壁，遮光壁分布在4象限中， 以象限原点为中心分成4个测光区域，与南北、东西方向对应，4个光敏电阻分布在4个测 光区域中。4个光敏电阻分别探测太阳南北、东西移动的分量，南北移动分量与太阳的仰角 对应，东西移动分量与太阳的方位角对应。当井的轴线指向太阳时，遮光壁底部的4个边没 有阴影，4个光敏电阻不被遮光壁遮挡，太阳光直接照射在4个光敏电阻上，4个光敏电阻上构成的仰角和方位角检测电路输出为零，可使跟踪系统不动。当井的轴线没有指向太阳时， 4个光敏电阻有1-2个被遮光壁的阴影遮挡，4个光敏电阻上构成的仰角和方位角检测电路 输出不为零，输出正或负的仰角和方位角偏差信号，偏差信号可使跟踪系统相应的运动，使 井的轴线指向太阳后停止。遮光壁越高、井底面积越小，跟踪精度越高，但是跟踪角就越小。 当太阳偏离到一定角度时，会没有直射的阳光到达井的底面，就会失去跟踪。由于三角形5 面体支架的斜边面光敏电池构成的广角捕捉跟踪，使太阳光不会离开井的底部。在每个三角形5面体支架的斜边面上贴有一片光敏电池，光敏电池分布在4象限 中，以象限原点为中心分成4个测光区域，与南北、东西方向对应，4片光敏电池分别探测太 阳南北、东西移动的分量，南北移动分量与太阳的仰角对应，东西移动分量与太阳的方位角 对应。当井的轴线接近指向太阳时，4片光敏电池朝向太阳的面积基本相等，4片光敏电池 构成的仰角和方位角检测电路输出为零，可使跟踪系统不动。当井的轴线没有指向太阳时， 4片光敏电池构成的仰角和方位角检测电路输出不为零，输出正或负的仰角和方位角偏差 信号，偏差信号可使跟踪系统相应的运动，使井的轴线接近指向太阳后停止。由于4片光敏 电池朝向太阳角超过180°，在全天的跟踪时间内不失去跟踪目标太阳，具有广角捕捉太阳 和精确跟踪太阳的功能。构成本发明的具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器的4个三角形5面 体支架安装在一个底座上形成一个井，该井位于底座的中心，井的4壁成4个区域，在井底4 个边中心处开有4个小长方槽形成4个导光孔，在底座的背面4个小长方槽处对应4个光 敏电阻，太阳光可透过4个小长方槽照射到4个光敏电阻上，4个光敏电阻和构成仰角、方位 角检测电路的电位器安装在底座的背面的电路板上，4片光敏电池贴在4个三角形5面体支 架的斜边面上，构成广角捕捉检测电路。4个三角形5面体支架、电路板、安装在底座上形成 一体，构成本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的太阳探测器的结构图。图2是图1的俯视图。图3是安装4个光敏电阻和构成仰角和方位角检测电路的电路板图。图4是本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的太阳探测器的探测角说明图。图5是构成仰角和方位角检测电路原理图。在图中1.是西三角形5面体支架，2.是东三角形5面体支架，3.是北三角形5 面体支架，4.是南三角形5面体支架，5.是探测器底座，6.是安装光敏电阻和检测电路的 电路板，7.是电路板固定柱，8.是电路板固定孔，9.是入射井内的太阳光线，10.是井的壁， 11.是三角形5面体支架的斜面，12.是三角形5面体支架与探测器底座连接面，F1.是检 测西方向光敏电阻的导光孔，F2.是检测东方向光敏电阻的导光孔，F3.是检测北方向光敏 电阻的导光孔，F4.是检测南方向光敏电阻的导光孔，GM1.是检测西方向光敏电阻，GM2.是 检测东方向光敏电阻，GM3.是检测北方向光敏电阻，GM4.是检测南方向光敏电阻，RV1.是 连接GM1和连接GM2的电位器，RV2.是连接GM3和连接GM4的电位器，PV1.是检测西方向 光敏电池，PV2.是检测东方向光敏电池，PV3.是检测北方向光敏电池，PV4.是检测南方向光敏电池，A VI是检测跟踪太阳方位角误差的输出信号，A V2是检测跟踪太阳仰角误差的 输出信号，a.是入射井内的太阳光线9与井的壁10的夹角，是三角形5面体支架的斜 边面11与探测器底座连接面12的夹角。
具体实施例方式在图1实现本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器的结构图中， 西三角形5面体支架1、东三角形5面体支架2、北三角形5面体支架3、南三角形5面体支 架4安装在探测器底座5上，4个三角形5面体支架围成井的轴线位于底座5的中心，井的4 壁形成4个遮光区域，在井底的4边中心处开有4个检测西、东、北、南4方向光敏电阻GM1、 GM2、GM3、GM4的导光孔小孔Fl、F2、F3、F4，在底座2的背面4个小孔Fl、F2、F3、F4处对应 4个光敏电阻GM1、GM2、GM3、GM4，4个光敏电阻和构成仰角、方位角检测电路的电位器RV1 和RV2安装在底座5的背面的电路板6上，电路板6经固定孔8固定在底座5的固定柱7 上。光敏电池PV1、PV2、PV3、PV4分别贴在三角形5面体支架1、2、3、4的斜边面上。4个光 敏电阻、2个电位器和4片光敏电池构成方位角和仰角检测电路。三角形5面体支架1、2、 3、4、电路板6安装在底座5上形成一体，构成本发明的具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟 踪太阳探测器。在图2本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器的结构图的俯视 图中，进一步描述了三角形5面体支架1、2、3、4，底座5，导光孔小孔Fl、F2、F3、F4，4片光 敏电池PV1、PV2、PV3、PV4在本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器的排 列结构(对着太阳的面)。在图3安装4个光敏电阻和构成仰角方位角检测电路的电阻的电路板图中，进一 步的描述了光敏电阻GM1、GM2、GM3、GM4在电路板3上的排列位置。在图4构成本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的太阳探测器的探测角说明图 中，入射井内的太阳光线9和井的壁10的夹角a的2倍2a是本探测器的精确跟踪的 最大捕捉角。三角形5面体支架的斜边面11与探测器底座连接面12的夹角0的2倍加 180° :2 0+180°是本探测器的广角跟踪的最大捕捉角。在图5构成仰角和方位角检测电路原理图中，光敏电阻GM1、GM2、电位器RV1和光 敏电池PV1、PV2构成方位角检测电路，光敏电池PV1给GM1供电，光敏电池PV2给GM2供 电，RV1是调零电位，△ VI是检测跟踪太阳方位角误差的输出信号，当△ VI为零时方位角无 偏差信号，当A VI为正时方位角为正偏差信号，当A VI为负时方位角为负偏差信号。光敏 电阻GM3、GM4和光敏电池PV3、PV4构成仰角检测电路，光敏电池PV3给GM3供电，光敏电池 PV4给GM4供电，RV2是调零电位，A V2是检测跟踪太阳仰角误差的输出信号，当AV2为零 时仰角无偏差信号，当A V2为正时仰角为正偏差信号，当A V2为负时仰角为负偏差信号。本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器的探测误差输出信号 AV1和AV2，经相关控制电路(控制电路不属于本发明的描述)控制仰角跟踪机械减速器 的驱动电机和方位角跟踪机械减速器的驱动电机跟踪太阳。仰角跟踪机械减速器和驱动电 机、方位角跟踪机械减速器和驱动电机带动聚光发电组件跟踪太阳，可实现双轴自动跟踪 太阳能聚光发电系统。
权利要求
1.具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器，可用于双轴自动跟踪太阳能CPV 发电系统和太阳能热发电系统中的自动跟踪控制系统的跟踪太阳探测器，其特征是该跟 踪太阳探测器采用了两套光敏器件，其中一套用于广角较低精度跟踪，另一套用于高精度 定位跟踪。该跟踪太阳探测器在跟踪角相差很大时，先进行广角较低精度跟踪，当跟踪误差 减小到一定值时，再自动进行高精度定位跟踪，锁定跟踪目标太阳。该广角捕捉和精确跟踪 功能的跟踪太阳探测器的探测角度超过180°，在全天的跟踪时间内不失去跟踪目标太阳， 并具有结构简单、体积小，造价低、工作可靠的特点。
2.根据权利要求1所述的具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器，其特征 是采用4片光敏电池和4个光敏电阻分布在与太阳入射光垂直平面的4个象限中，4个象 限中的原点设置4个三角形5面体支架，4个三角形5面体支架分布在平面的4个象限中， 三角形5面体支架的斜边面位于外侧，在每个三角形5面体支架的斜边面上贴有一片光敏 电池，构成广角捕捉跟踪。每个三角形5面体支架的一个直角面贴在入射光垂直平面上，另 一个直角面以4个象限中的原点为中心围成一个具有一定深度的井。4个三角形5面体支 架的两个直角面的交线围成一个正方形，正方形在入射光垂直平面上形成井的底，井底的 中心与象限原点重合。沿井底4边的中部开4个长方形的小曹，太阳光经4个槽可以透过 平面，在平面另一侧对应4个长方形的槽设有4个光敏电阻。井的4壁构成遮光壁，遮光壁 分布在4象限中，以象限原点为中心分成4个测光区域，与南北、东西方向对应，4个光敏电 阻分布在4个测光区域中。4个光敏电阻分别探测太阳南北、东西移动的分量，南北移动分 量与太阳的仰角对应，东西移动分量与太阳的方位角对应，构成精确跟踪。
3.根据权利要求1所述的具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器，其特征 是4个三角形5面体支架安装在探测器底座上，4个光敏电阻和构成仰角、方位角检测电路 的电位器安装在底座背面的电路板上，电路板固定在底座上。4片光敏电池分别贴在三角形 5面体支架的斜边面上。4个三角形5面体支架、电路板安装在底座上形成一体，构成本发 明的具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器。
全文摘要
本发明提供了具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器，该跟踪太阳探测器采用了两套光敏器件，其中一套用于广角较低精度跟踪。另一套用于高精度定位跟踪。该跟踪太阳探测器在跟踪角相差很大时，先进行广角较低精度跟踪，当跟踪误差减小到一定值时，再自动进行高精度定位跟踪，锁定跟踪目标太阳。构成本发明的跟踪太阳探测器有4个三角形5面体支架，安装在一个底座上形成一个井，该井位于底座的中心，井的4壁成4个遮光区域，在井底4个边中心处开有4个小长方槽形成4个导光孔，在底座的背面4个小长方槽处对应4个光敏电阻，太阳光可透过4个小长方槽照射到4个光敏电阻上，4个光敏电阻和构成仰角、方位角检测电路的电位器安装在底座的背面的电路板上，4片光敏电池贴在4个三角形5面体支架的斜边面上，用于广角捕捉。4个三角形5面体支架、电路板、安装在底座上形成一体，构成本发明具有广角捕捉和精确跟踪功能的跟踪太阳探测器。该跟踪太阳探测器探测角度超过180°，在全天的跟踪时间内不失去跟踪目标太阳，并具有结构简单、体积小，造价低、工作可靠的特点。
文档编号G01C1/00GK101997449SQ20091016337
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月13日 优先权日2009年8月13日
发明者孙迎光 申请人:无锡昊阳新能源科技有限公司