专利名称：太阳光照射方位坐标监测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及应用于光伏发电系统的光照方位监测仪器，属于光电一体化技术领域，尤其涉及太阳光照射方位坐标监测仪。
背景技术：
太阳光照射方位坐标监测仪是用于较精确的定位太阳坐标的系统，可以用于跟踪太阳的方位。太阳能光伏发电利用太阳光照射到光伏电池组件上，然后通过光生伏打效应产生电能输出，光照越强发出的电能越多，因此调整光伏组件保持与太阳光有最佳入射角度，从而获得最大发电量是非常重要的。太阳每天早上从东方升起，中午升至天空最高点，傍晚再从西方落下，周而复始。其运动轨迹不仅每天随时间变化而且一年四季节中每日变化轨迹也不相同，既太阳对地球上不同地点其入射角和方位角是每天都在变化之中。众所周知，太阳光只有直射在光伏组件上获得的光照能量才最大，为了使光伏阵列能够在不同的季节、不同的日照时间均能与太阳保持一个最佳的角度和位置，以提高太阳辐射能量的采集率，为此通过本发明光照方位监测仪可确定太阳光方向坐标，光伏阵列的跟踪系统就能调整其朝向和方位角正对太阳入射光线以获取最大光辐射量，提高发电效率。如果采用理想的跟踪系统，则可以使光辐照能量收集率提高30%以上。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种不仅可以应用于光伏发电领域，提高对太阳能的利用率，而且可以以坐标的形势确定光照方向的太阳光照射方位坐标监测仪。本发明是通过以下技术方案实现的:
一种太阳光照射方位坐标监测仪，包括有富勒烯碳分子结构式光照定位球，在光照定位球表面沿棱线下凹形成多面体蜂窝槽采光单元，在所述的多面体蜂窝槽采光单元的底面中心固定有多个光敏电阻，在多面体蜂窝槽米光单71:的表面设有透光盖板，在光照定位球的下方固定有支撑杆，所述的支撑杆正对光照定位球的中心，所述的支撑杆的底部固定有箱体，所述的箱体的内部安装有实时检测控制装置和光伏电源设备，所述的光敏电阻输出经过信号线沿支撑杆引下至实时检测控制装置，在箱体的上表面安装有气泡水平仪和坐标仪，箱体的正侧面上安装有实时检测显示器，在另一侧面上安装有信号输出接口和光伏组件输入接口，所述的光伏组件输入接口连接箱体外侧的光伏电源，利用光敏电阻检测光照强度，通过光电变换由实时检测控制装置自动计算，确定太阳光照的方位坐标，并显示在显示器上。
所述的富勒烯碳分子结构式光照定位球可以是富勒烯碳分子C60式、C70式……C2n式(2n ≥ 32)，面数越多精度越高。所述的光敏电阻材料是硫化镉或硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋；所述的透光盖板材料为透光性能良好的钢化玻璃或有机玻璃；所述的支撑杆为满足支撑光照定位球的空心锥形钢管，所述的信号线通过支撑杆内部引下。所述的光伏电源由光伏组件、光伏组件支架、光伏控制器和储能蓄电池组成，可为仪器提供独立的交、直流电源。所述的箱体底部安装有地脚螺栓，用于调整仪器的水平。所述的实时检测控制装置是由检测电路和AT89S52单片机最小系统组成，所述的检测电路包括有多信号巡回检测电路、信号调理与采集保持电路和AD转换电路，工作电源由所述的光伏电源提供。 所述的多信号巡回检测电路是由2n/8个8通道模拟多路选择器74HC4051、3线-8线译码器74LS138和锁存器74LS373构成的。本发明的优点是:本发 明采用便宜耐用的光敏电阻，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料，这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性，检测系统成本低，灵敏度高；可以随着光敏电阻的个数的增加，即采样点个数的增加提高光照方向定位精度，因此可以根据实际的需要确定系统的方案。
图1为富勒烯碳分子C60式、C70式、C2n多面体示意图。图2为本发明结构示意图。图3为实时检测控制装置的模块框图。图4为多信号巡回检测电路原理图。图5为信号调理与采样保持电路原理图 图6为AD转换电路与单片机电路原理图。
具体实施例方式如图2所示，一种太阳光照射方位坐标监测仪，包括有富勒烯碳分子结构式光照定位球1，在光照定位球I表面沿棱线下凹形成多面体蜂窝槽采光单元2，在所述的多面体蜂窝槽采光单元2的底面中心固定有多个光敏电阻3，在多面体蜂窝槽采光单元2的表面设有透光盖板4,在光照定位球I的下方固定有支撑杆5,所述的支撑杆5正对光照定位球
I的中心，所述的支撑杆5的底部固定有箱体7，所述的箱体7的内部安装有实时检测控制装置和光伏电源设备，所述的光敏电阻3输出经过信号线6沿支撑杆5引下至实时检测控制装置，在箱体7的上表面安装有气泡水平仪8和坐标仪9，箱体7的正侧面上安装有实时检测显示器10，在另一侧面上安装有信号输出接口 13和光伏组件输入接口 14，所述的光伏组件输入接口 14连接箱体7外侧的光伏电源12，利用光敏电阻3检测光照强度，通过光电变换由实时检测控制装置自动计算，确定太阳光照的方位坐标，并显示在显示器10上。如图1所示，所述的富勒烯碳分子结构式光照定位球I可以是富勒烯碳分子C60式、C70式……C2n式(2n彡32)，面数越多精度越高。所述的光敏电阻3材料是硫化镉或硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋；所述的透光盖板4材料为透光性能良好的钢化玻璃或有机玻璃；所述的支撑杆5为满足支撑光照定位球I的空心锥形钢管，所述的信号线6通过支撑杆5内部引下。
所述的光伏电源12由光伏组件、光伏组件支架、光伏控制器和储能蓄电池组成，可为仪器提供独立的交、直流电源。所述的箱体7底部安装有地脚螺栓11，用于调整仪器的水平。所述的实时检测控制装置是由检测电路15和AT89S52单片机最小系统16组成，所述的检测电路15包括有多信号巡回检测电路17、信号调理与采集保持电路18和AD转换电路19，工作电源由所述的光伏电源12提供。所述的多信号巡回检测电路17是由2n/8个8通道模拟多路选择器74HC4051、3线-8线译码器74LS138和锁存器74LS373构成的。以C60式为例说明，该式光照定位球I是32面蜂窝状多面体(其直径应大于500mm),支撑杆5与32面体的最低面垂直连接且中心线通过多面体中心,另一端垂直固定在箱体7上，每个蜂窝槽采光单元2的中心安装有性能参数相同的光敏电阻3，每个光敏电阻3都有相应的定位球坐标，通过支撑杆5可将光敏电阻3的球坐标值换算到箱体上的X-Y-Z坐标系。本发明利用不同方向的光敏电阻3在某一个方向的太阳光照射下其电阻值不同的特点，将不同的光照强度转换为不同的电压信号，通过信号的调理采样与转换及运算计算出定位球面上最大电压值方位，其对应的坐标值即为太阳光照的方位。C60式有31个采样点，根据太阳光照方位较调整精度需要设置方位角变换和计算精度，将采样数据输入通过软件计算实现实时跟踪输出。本发明中的气泡水平仪8、坐标系9以及地脚螺栓11是本发明的安装定位基准系统，光敏电阻3采样值通过计算最后以坐标系为准输出太阳光方位坐标。本发明的实时检测控制装置中的多信号巡回检测电路17是由2n/8个8通道模拟多路选择器74HC4051、3线-8线译码器74LS138和锁存器74LS373构成，如图4所示:能够由单片机控制依次将所有的光敏电阻3的采样结果转换为电压信号，当太阳光照射到光照定位球上时，迎光面的光敏电阻3的电压值最小，光照越弱的地方的光敏电阻的阻值越大，单片机通过PO 口将要读取的电压的信号传给74LS373锁存，Q0-Q2输出地址信号由74LS138译码转换为4个输出信号Y0-Y3，分别控制4个74HC4051的片选信号，当Q2-Q0的信号为001时，Y3-Y0输出1101，则U7被选中。Q6-Q4选择74HC4051中的Y7-Y0引脚的导通，若为011则Y3被选中，此时DlO与滑动变阻器串联，输出量为Z。本发明的实时检测控制装置中的信号调理与采样保持电路18如图5所示:分为信号调理部分和信号采样保持部分。调理部分包括放大电路和旁路滤波电路，其中集成运算放大器采用LM324将输入电压放大2倍再接入一倒相器成为正电压输出；采样保持部分采用专用采样保持芯片LF398，其输出端接AD转换电路19的模拟电压输入信号IN0。本发明的实时检测控制装置中的AD转换电路19和AT89S52单片机如图6所示:利用8位A/D转换器ADC0809将模拟量转换为数字量，由单片机的ALE 口输出的脉冲经D触发器74HC74将脉冲二分频，提供给ADC0809作为工作脉冲信号。51单片机最小系统由AT89S52芯片和外围电路组成，是本仪器的控制、计算与管理的中心。
权利要求
1.一种太阳光照射方位坐标监测仪，其特征在于:包括有富勒烯碳分子结构式光照定位球，在光照定位球表面沿棱线下凹形成多面体蜂窝槽采光单元，在所述的多面体蜂窝槽采光单元的底面中心固定有多个光敏电阻，在多面体蜂窝槽采光单元的表面设有透光盖板，在光照定位球的下方固定有支撑杆，所述的支撑杆正对光照定位球的中心，所述的支撑杆的底部固定有箱体，所述的箱体的内部安装有实时检测控制装置和光伏电源设备，所述的光敏电阻输出经过信号线沿支撑杆引下至实时检测控制装置，在箱体的上表面安装有气泡水平仪和坐标仪，箱体的正侧面上安装有实时检测显示器，在另一侧面上安装有信号输出接口和光伏组件输入接口，所述的光伏组件输入接口连接箱体外侧的光伏电源，利用光敏电阻检测光照强度，通过光电变换由实时检测控制装置自动计算，确定太阳光照的方位坐标，并显示在显示器上。
2.根据权利要求1所述的太阳光照射方位坐标监测仪，其特征在于:所述的富勒烯碳分子结构式光照定位球可以是富勒烯碳分子C60式、C70式......C2n式(2n ^ 32)。
3.根据权利要求1所述的太阳光照射方位坐标监测仪，其特征在于:所述的光敏电阻材料是硫化镉或硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋；所述的透光盖板材料为钢化玻璃或有机玻璃；所述的支撑杆为空心锥形钢管，所述的信号线通过支撑杆内部引下。
4.根据权利要求1所述的太阳光照射方位坐标监测仪，其特征在于:所述的光伏电源由光伏组件、光伏组件支架、光伏控制器和储能蓄电池组成。
5.根据权利要求1所述的太阳光照射方位坐标监测仪，其特征在于:所述的箱体底部安装有地脚螺栓。
6.根据权利要求1所述的太阳光照射方位坐标监测仪，其特征在于:所述的实时检测控制装置是由检测电路和AT89S52单片机最小系统组成，所述的检测电路包括有多信号巡回检测电路、信号调理与采集保持电路和AD转换电路，工作电源由所述的光伏电源提供。
7.根据权利要求6所述的太阳光照射方位坐标监测仪，其特征在于:所述的多信号巡回检测电路是由2n/8个8通道模拟多路选择器74HC4051、3线-8线译码器74LS138和锁存器74LS373构成的。
全文摘要
本发明公开了一种太阳光照射方位坐标监测仪，采用富勒烯碳分子结构方式的多面体采光测试系统，利用定位放置的光敏电阻检测光照强度，通过光电变换由检测电路和单片机系统自动计算，确定太阳光照的方位坐标，并显示在显示器上。本发明采用便宜耐用的光敏电阻，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料，这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性，检测系统成本低，灵敏度高；可以随着光敏电阻的个数的增加，即采样点个数的增加提高光照方向定位精度，因此可以根据实际的需要确定系统的方案。
文档编号G01C1/00GK103105157SQ20131003923
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者冯士芬, 郑周, 孙必友 申请人:合肥聚能新能源科技有限公司