专利名称：用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件及其设计方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，特别是使用太阳能电池组件将太阳光强差异进行放大的器件及设计方法。
背景技术：
太阳能是一种近乎无限的能源，具有绿色、无污染等诸多优点。太阳能光伏发电系统就是将太阳光能转化为电能的装置。由于目前太阳能电池的转换效率比较低，且光伏发电系统大多采用固定式安装，所利用的太阳能极其有限，而采用单轴或两轴的太阳能自动跟踪系统能显著提高太阳能的利用率，降低发电成本。目前的太阳能自动跟踪系统主要通过两种方法来实现的一种是基于时间的气象模型法，即根据当地的经纬度算出一定时间内的太阳位置，设立数据库，建立气象模型；一种是基于感光阵列器件的光强比较法。对于第一种方法，要实现对太阳的跟踪，就需要建立庞大的数据库，且由于不同季节日出日落的时间不同，会降低该系统的精确度；对于第二种方法，通过不同光照强度照射到相同感光器件时产生的变化不同来判定太阳光是否垂直照射在接触面上，从而实现对太阳的跟踪。常用的感光器件阵列器件有光敏电阻和CCD(电荷耦合器件)等，虽在实际应用中取得一定的积极效果，但存在使用寿命较短、成本高、安装精度要求高等缺陷。
发明专利内容 本发明的目的是提供一种用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件及其设计方法，使太阳能自动追踪系统的性能更加稳定可靠，成本相对低廉，同时能够实时跟踪；而且，该器件还可以用于太阳能自动追踪系统安装时调整倾角和方位角。
本发明的目的是这样实现的，一种用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，包括感光器，其特征在于感光器包括两个对称放置的单元，每个单元包括透光面、密封外壳和太阳能电池组件，透光面固定联接于密封外壳上部，密封外壳内腔下部具有与太阳能电池组件相同的形状，太阳能电池组件固定联接于密封外壳内腔下部，两个单元的密封外壳侧面相互平行。
所述的太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，其特征在于透光面的平面与太阳能电池组件的平面相互平行，透光面侧面与密封外壳的侧面在同一平面上。
所述的用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，其密封外壳的高度h＝L*ctg(β)，其中L是太阳能电池组件宽度，β是太阳光线偏离太阳能电池组件平面法线的角度。
所述的用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件密封外壳的倾角θ的取值范围为0＜θ≤(90°-β)。
一种用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件的设计方法，其特征在于按以下步骤进行 设太阳能电池组件宽度为L，设定太阳光线偏离太阳能电池组件平面法线的角度为β时，光线刚好照射不到控制单元中的太阳能电池组件的底部，此时，密封外壳的高度为h，则h＝L*ctg(β)，h的取值范围为0＜h≤L*ctg(β)；另外，密封外壳的倾角θ的取值范围为0＜θ≤(90°-β)。
本发明的优点是结构简单，性能稳定可靠，成本低廉，通过该装置可以实现对太阳光强的实时跟踪。
图1是本发明立体结构示意图。
图2是本发明装置示意图。
图2A是本发明A-A剖视结构示意图。
图3是本发明接受直射阳光时示意图。
图4、5是本发明接受斜射阳光时的示意图。
图6是图5的局部放大示意图。
图7是控制单元的控制流程框图。
零件符号说明 1、1′透光面 11、侧面12、平面 2、2′密封外壳21、侧面22、密封外壳斜面 23、密封外壳底部 3、3′太阳能电池组件 31、太阳能电池组件平面 32、法线 4、太阳光线 9、单元 β、太阳光线偏离太阳能电池组件平面法线的角度 θ、密封外壳的倾角
具体实施例方式 下面结合附图对本发明技术方案做进一步详细的说明。
实施例1 如图1、图2、图2A所示，用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件包括感光器，其感光器包括两个对称放置的单元9，每个单元9包括透光面1、密封外壳2和太阳能电池组件3，透光面1固定联接于密封外壳2上部，密封外壳2内腔下部具有与太阳能电池组件3相同的形状，太阳能电池组件3固定联接于密封外壳2内腔下部，两个单元9密封外壳2的侧面21相互平行。
所述的太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，其透光面1的平面12与太阳能组件3的平面31相互平行，透光面的侧面11与密封外壳2的侧面21在同一平面上。
如图3所示，当照射的太阳光线4垂直于太阳能电池组件3平面时(为清楚起见，进入单元9的太阳光线4以虚线表示)，两个单元9的小功率太阳能组件3接受的光照相同，输出电压(或电流)也相同或近似，两个单元9中的太阳能电池组件3之间的电压(或电流)差为零或很小。此时控制单元经过比较，未发出动作指令，故太阳能追踪系统不动作。
请参见图2A和图4所示，在单元9的一个剖面上，密封外壳侧面21的最高点B与太阳能电池组件平面31上的一点C的连线为A，则密封外壳侧面与连线A的夹角为β，该角度即是当照射的太阳光线4偏离太阳能电池组件平面31的法线32的角度(为清楚起见，进入单元9的太阳光线4以虚线表示)。由图4可见，当照射的太阳光线4偏离太阳能电池组件平面31的法线32一定角度β时，其中一个单元9′的小功率太阳能电池组件3′可以完全接受光照，而另一个单元9的小功率太阳能电池组件3则只能接受很小部分光照甚至无法接受光照，因此，两个单元9、9′的太阳能电池组件3、3′之间的电压(或电流)差很大，控制单元对输入信号进行比较后，控制传动系统转动调节太阳能追踪系统中的平面方位角度和倾斜角度，直到太阳光线4垂直于太阳能电池组件3平面(即垂直于太阳能追踪系统中的平面)。
所述的用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件的密封外壳2还具有倾角θ，倾角θ是透光面平面12与密封外壳斜面22之间的夹角，该倾角θ的取值范围为0＜θ≤(90°-β)，其中β为太阳光线偏离太阳能电池组件平面法线的角度。
本发明密封外壳2的高度h＝L*ctg(β)，其中，太阳能电池组件3宽度为L，β为太阳光线偏离太阳能电池组件平面法线的角度；实际上，此处密封外壳2的高度h应该是太阳能电池组件3上表面到密封外壳2顶部的距离，由于太阳能电池组件3的高度相对于前述的距离很小，故忽略，因此可以把h看成密封外壳2的高度。
在本实施例中，透光面1采用高透光的低铁钢化白玻璃，当然，也可以采用透光玻璃；本实施例中的太阳能电池组件3采用的是小功率太阳能电池组件；太阳能电池组件3以往应用在发电领域，将此组件做为太阳能自动追踪系统中的感光阵列器件还属首次。
具体地说，本实施例采用输出电流为100mA的太阳能电池组件3，取L＝30mm(太阳能电池组件的规格主要由宽度L和侧面长决定，侧面长决定了单元的宽度31)，密封外壳2的高度h＝600mm，密封外壳的倾角θ＝45度。
当太阳光线4垂直于太阳能电池组件3和3′平面时，两个单元9和9′的小功率太阳能电池组件3和3′的输出电流均为100mA。
如图4、图5、图6所示，当太阳光线4偏离太阳能电池组件平面31的法线32方向两度(即β＝2度，转换为弧度为β＝2*π/180)时，其中一个单元9′的小功率太阳能电池组件3′受到完全光照，输出电流为100mA左右； 另一个单元9的小功率太阳能电池组件3无光照部分的截面宽度L1为 L1＝600*tg(β)＝600*tg(2*π/180)＝20.95mm， 受光照部分的截面宽度L2为 L2＝30-600*tg(β)＝9.05mm 即该单元9的输出电流为9.05/30*100＝30mA。由于未受光照部分内阻较大，故实际输出电流小于30mA。
本发明在实际使用时，需要将光强差异放大器件底部，即密封外壳2的底部23与太阳能自动追踪系统中的平面平行放置，固定在太阳能自动追踪系统中平面的侧边或平面上部；并且将太阳能电池组件3的输出端与控制单元连接，由于太阳能电池组件3的特性为受到光照时产生电压和电流，太阳能电池组件组件3输出电流与受光照面积成正比，即受光照面积越大，产生电流越大。因其未受光照部分内阻较大，故光强差异放大器件的两个单元9中的太阳能电池组件3的输出电流差异明显；通过控制单元对输出电流进行下述控制(控制单元采用现有元器件)； (1)采用信号转换器件将电流信号转换为电压信号并进行放大； (2)通过比较器对2个电压(或电流)信号进行对比，并将比较结果传输至控制单元中的控制元件(PLC、接触器等)； (3)控制元件接收到比较结果后，进行判断，再通过相应的传动系统控制太阳能自动追踪系统平面的仰角和方位角。从而控制电机做向相应的方向转动的动作，直到太阳光线4垂直于太阳能电池组件3平面(即垂直于太阳能追踪系统中的平面)。
控制单元的结构和比较过程与其他采用光敏电阻或CCD等作为感光器件的追综系统相同，请见图7的控制方框图，此部分为现有技术，不再赘述。
本发明还涉及一种用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件的设计方法，其特征在于按以下步骤进行 设太阳能电池组件宽度为L，设定太阳光线4偏离太阳能电池组件平面31的法线32的角度为β时，光线4刚好照射不到单元9中的太阳能电池组件3的底部，此时，太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件高度为h， 则h＝L*ctg(β) h的取值范围为0＜h≤L*ctg(β) 考虑到将两个单元9电压(或电流)信号差异的放大至最大，h应该尽量大，如果条件允许(不考虑器件占用空间等)，h取L*ctg(β)最佳。
密封外壳2的倾角为θ，针对β角度的光线偏移，θ角可取的范围为0＜θ≤(90°-β)；考虑到密封外壳2需要足够的光线入射角以方便调试，同时也为了减少密封外壳2占用空间，θ角可取45度。
本发明采用太阳能电池组件3，其寿命为25年以上，相对光敏电阻精度高，相对于CCD成本低，且安装精度要求低，故可降低成本，提高寿命。
权利要求
1、一种用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，包括感光器，其特征在于感光器包括两个对称放置的单元，每个单元包括透光面、密封外壳和太阳能电池组件，透光面固定联接于密封外壳上部，密封外壳内腔下部具有与太阳能电池组件相同的形状，太阳能电池组件固定联接于密封外壳内腔下部，两个单元的密封外壳侧面相互平行。
2、根据权利要求1所述的用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，其特征在于透光面的平面与太阳能电池组件的平面相互平行。
3、根据权利要求2所述的用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，其特征在于透光面侧面与密封外壳的侧面在同一平面上。
4、根据权利要求3所述的用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，其特征在于密封外壳还具有倾角θ，倾角θ的取值范围为0＜θ≤(90°-β)，β为太阳光线偏离太阳能电池组件平面法线的角度。
5、根据权利要求3所述的用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，其特征在于密封外壳的高度h＝L*ctg(β)，其中，太阳能电池组件宽度为L，β为太阳光线偏离太阳能电池组件平面法线的角度。
6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，其特征在于透光面为低铁钢化白玻璃或透光玻璃。
7、根据权利要求1、2、3、4或5所述的用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，其特征在于太阳能电池组件为小功率太阳能电池组件。
8、-种用于设计太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件的方法，其特征在于按以下步骤进行设太阳能电池组件宽度为L，设定太阳光线偏离太阳能电池组件平面法线的角度为β时，光线刚好照射不到控制单元中的太阳能电池组件的底部，此时，密封外壳的高度为h，
则h＝L*ctg(β)，h的取值范围为0＜h≤L*ctg(β)。
9、根据权利要求8所述的用于设计太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件的方法，其特征在于密封外壳的倾角θ的取值范围为，0＜θ≤(90°-β)。
10、根据权利要求9所述的用于设计太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件的方法，其特征在于密封外壳的倾角θ为45度。
全文摘要
一种用于太阳能自动追踪系统的光强差异放大器件，包括感光器，其特征在于感光器包括两个对称放置的单元，每个单元包括透光面、密封外壳和太阳能电池组件，透光面固定联接于密封外壳上部，密封外壳内腔下部具有与太阳能电池组件相同的形状，太阳能电池组件固定联接于密封外壳内腔下部，两个单元的密封外壳侧面相互平行；本发明还涉及该光强差异放大器件的设计方法，其特征在于按以下步骤进行设太阳能电池组件宽度为L，太阳光线偏离太阳能电池组件平面法线的角度为β时，光线刚好照射不到单元中的太阳能电池组件的底部，则密封外壳高度h＝L*ctg(β)；本发明的优点是结构简单，性能稳定可靠，成本低廉，通过该装置可以实现对太阳光强的实时跟踪。
文档编号H02N6/00GK101556422SQ20081008967
公开日2009年10月14日 申请日期2008年4月11日 优先权日2008年4月11日
发明者王兴华 申请人:泰州中盛泰通光电有限公司