CN201408367Y - 定日跟踪探头 - Google Patents

Abstract

定日跟踪探头，属于太阳能利用领域，现有跟踪探头结构过于复杂、成本过高、不太实用，本实用新型的根本构思是：包括基座以及安装在基座上端的光柱，在所述的基座或/和光柱上安装有光敏元件。水平方位检测和太阳高度检测是利用光柱投影：当光柱轴线与太阳光线不重合时，光柱便会在背光方向的光敏元件上产生投影，使背光面的光敏元件与迎光面的光敏元件的导电特性发生变化，经电路比较放大后，来驱动水平方位跟踪电机/和或高度角跟踪电机，使光伏方阵向着迎光的方向旋转，直到两相对的面都迎光为止。本实用新型结构简单、功能齐备、性价比高。

Description

定日跟踪探头

技术领域

本实用新型涉及太阳能利用领域，特别是光伏发电领域的定日跟踪控制。

背景技术

太阳能是取之不尽用之不竭的绿色可再生能源，是人类未来可以依靠的主要能源。太阳能光伏产业是二十一世纪发展最快的新兴产业之一，目前太阳能光伏发电大量采用的是固定平板式结构，一般是将电池方阵朝南(本文述及的方向以北半球为例说明，南半球则朝北)倾斜一定角度固定放置。然而太阳光线的方向一天之内不仅自东向西要转动180度，高度角也由小到大再由大到小变换，一年四季也在变换。太阳能电池产生的电量与入射到电池的太阳光强度成正比，电池表面与太阳光线垂直时接收的光强最大。固定平板式结构无法最大限度地接收太阳辐射光线，由于光线的偏斜造成的余弦效应(余弦效应是指接收平面所接受的太阳辐射能量与平面法线跟太阳光线夹角余弦成正比)，大大降低了发电系统的效率。使得昂贵的电池资源不能充分发挥其效能，发电成本居高不下，难以与传统能源相抗衡。发展平板跟踪式光伏发电技术和太阳能聚光发电技术是降低光伏发电系统和发电成本的有效途径。

给平板式发电系统安装上跟踪系统，可以多发电25-30％，使发电成本降低30％以上。为了进一步降低光伏发电系统的成本，采用光学系统，将太阳光聚焦后再投射到太阳能电池，使光照强度成倍增加，输出电能也成倍增加，这就是聚光光伏发电技术。太阳能聚光发电系统也必须配上定日跟踪系统才能进一步降低光伏发电系统的成本。聚光技术加上定日跟踪技术，可以最大限度地发挥光伏电池的效能和最大限度地吸收太阳能，可以使发电系统成本降低50％以上，发电成本降低60-70％。因此给光伏发电系统安装定日跟踪系统是降低光伏发电系统成本和发电成本的有效途径。定日跟踪必须有跟踪探头，来判断太阳的位置，为跟踪系统提供太阳位置信号。目前的跟踪探头存在结构过于复杂，成本过高，不太实用。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有跟踪探头存在的结构过于复杂，成本过高，不太实用的缺陷，提供一种新的定日跟踪探头。为此，本实用新型采用以下技术方案：

定日跟踪探头，其特征是：包括基座以及安装在基座上端的光柱，在所述的基座或/和光柱上安装有光敏元件。

本实用新型利用光柱的投影设计而成，光柱有一定的高度，其高度决定跟踪检测精度。本实用新型结构简单、功能齐备、性价比高。

附图说明

图1为本实用新型的一种结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本实用新型的跟踪精度计算示意图。

图4本实用新型的光敏元件的接线示意图。

图中：101-支座，102-基座，103-光柱，104-投影顶面，RG1-阴天检测光敏元件，RG2-夜间检测光敏元件，RG3、RG4-水平方位检测光敏元件，RG5、RG6-迎光检测光敏元件，RG7、RG8-高度角检测光敏元件。

具体实施方式

本实用新型定日跟踪探头的根本构思是：包括基座102以及安装在基座102上端的光柱103，在基座102或/和光柱103上安装有光敏元件。其利用光柱的投影设计而成，光柱有一定的高度，其高度决定跟踪检测精度，其结构简单、功能齐备、性价比高。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下各段附加的技术特征，以便在实施本实用新型的上述根本构思时根据需求选用：

光敏元件包括两个水平方位检测光敏元件RG3、RG4，它们分别位于东向、西向。用于检测太阳水平方位。

光敏元件包括两个高度角检测光敏元件RG7、RG8，它们分别位于南向、北向。用于检测太阳高度角。

基座102具有外露的投影顶面104，光敏元件位于基座102的投影顶面104上，以便接受太阳光或者光柱的影子。投影顶面为斜面，则可以减小在其上安装光敏元件所占的宽度。

光敏元件包括安装在基座102侧面上的阴天检测光敏元件RG1或/和夜间检测光敏元件RG2。阴天检测光敏元件RG1用于检测阴天，夜间检测光敏元件RG2用于检测夜间。

光敏元件包括分别安装在光柱103顶部和光柱103上部背光侧的迎光检测光敏元件RG5、RG6。用于检测光伏方阵正面是否迎光。

光敏元件至少为两个，它们的一端全部并接在一起，作为检测信号的公共端，它们的另一端分别接出。

光敏元件为光敏电阻或者光敏三极管。

基座102安装在一个二维可调支座101上。以便进行调节。

以下通过一个较佳实施例对本实用新型做更具体的说明。

如图1、2所示的定日跟踪探头，是由二维可调安装支座101，安装在支座101上的基座102，安装在基座102上的光柱103及安装在基座和光柱上的8只光敏元件RG1～RG8，其中水平方位检测光敏元件RG3安装在基座102的斜面状投影顶面104的西侧，水平方位检测光敏元件RG4安装在基座102的斜面状投影顶面104的东侧，高度角检测光敏元件RG7安装在基座102的斜面状投影顶面104的北侧，高度角检测光敏元件RG8安装在基座102的斜面状投影顶面104的南侧，阴天检测光敏元件RG1安装在基座102的西侧平面，夜间检测光敏元件RG2安装在基座102的东侧平面，迎光检测光敏元件RG5安装在光柱103的顶端，迎光检测光敏元件RG6安装在光柱103上部的北侧平面。

水平方位检测和太阳高度检测是利用光柱投影：当光柱轴线与太阳光线不重合时，光柱便会在背光方向的光敏元件上产生投影，使背光面的光敏元件与迎光面的光敏元件的导电特性发生变化，经电路比较放大后，来驱动水平方位跟踪电机/和或高度角跟踪电机，使光伏方阵向着迎光的方向旋转，直到两相对的面都迎光为止；以光敏电阻作为光敏元件为例(下文中也以此为例，其它种类的光敏元件按照各自的特性可参照此例)，背光面的光敏元件阻值就会增大，而大于迎光面的光敏元件的阻值，经电路比较放大后，来驱动水平方位跟踪电机/和或高度角跟踪电机，使光伏方阵向着迎光的方向旋转，直到两相对的面都迎光为止。

水平方位检测光敏元件RG3、RG4用于检测太阳水平方位。如太阳偏向光柱103的西面，则水平方位检测光敏元件RG3迎光，水平方位检测光敏元件RG4背光，水平方位检测光敏元件RG4的阻值就会大于水平方位检测光敏元件RG3的阻值，这两个信号经电路比较放大后，驱动水平方位电机带动光伏方阵向西跟踪，直至水平方位检测光敏元件RG3与RG4都迎光阻值相等。反则反则依然。

高度角检测光敏元件RG7、RG8用于检测太阳高度角。如果太阳高度偏高，则高度角检测光敏元件RG7迎光，高度角检测光敏元件RG8背光，高度角检测光敏元件RG8的阻值大于高度角检测光敏元件RG7的阻值，这两个信号经电路比较放大后，驱动高度角电机带动光伏方阵向上跟踪，直至高度角检测光敏元件RG7与高度角检测光敏元件RG8都迎光阻值相等。反则依然。

阴天检测光敏元件RG1用来检测阴天，当天阴无太阳时，RG1阻值增大，这个信号经电路放大后来关闭跟踪电路。

夜间检测光敏元件RG2用于检测夜间，当天黑后，夜间检测光敏元件RG2阻值增大，经电路放大后接通水平方位驱动电机使光伏方阵正面返回正东方向，以便第二天快速进入工作状态。

迎光检测光敏元件RG5、RG6用于检测光伏方阵正面迎光或背光。当光伏方阵正面迎光时，迎光检测光敏元件RG5的阻值小于迎光检测光敏元件RG6的阻值，这两个信号经电路比较放大后，来控制高度角跟踪电路，使高度角与水平方位跟踪同时跟踪调整；如果光伏方阵正面背光，这个信号将暂停高度角跟踪，等水平方位跟踪调整到位之后，再启动高度角跟踪。

跟踪精度主要由光柱的高度H决定。跟踪最小分辨角φ＝arctg(D/H)，D是光敏元件可分辨的最小光照宽度，见图3，光敏元件的直径约为5mm，为了减小水平方位检测光敏元件RG3和RG4、高度角检测光敏元件RG7和RG8所占宽度，采用斜面安装。

8只光敏元件一端全部接在一起，作为公共0线，另一端分别独立接出，共有9根输出接线(见图4)，从基座底部中间的孔引出(见图1)。

上述结构的定日跟踪探头，是以与光伏方阵固定在一起而可以随光伏方阵一起变换方位为例说明的。

上述结构是一种双轴定日跟踪探头，主要用于点聚光光伏发电系统的定日跟踪检测。

该探头既可以做成如上面讲的这种双轴定日跟踪结构(水平方位和高度角)，也可以做成单轴定日跟踪探头：

第一是太阳水平方位单轴跟踪探头，此时只需要安装水平方位检测光敏元件RG3、RG4、阴天检测光敏元件RG1和夜间检测光敏元件RG2，其余的光敏元件就不需要了。这种探头可用于平板跟踪式发电系统、槽形或抛物面形线聚光光伏发电系统的跟踪检测。

第二是太阳高度角单轴跟踪探头，此时只需要装高度角检测光敏元件RG7、RG8和阴天检测光敏元件RG1。可用于各类抛物面形和槽形反射式线聚光光伏发电系统的跟踪监测。

安装探头时，光柱轴线应垂直于光伏电池平面，从太阳光入射的方向看，按照上北下南左西右东将二维可调支座左侧的固定座固定在光伏方阵的最顶端，并调整支座，使光柱的轴线与光伏平面完全垂直。探头的输出线接至跟踪控制器。

Claims (10)

1、定日跟踪探头，其特征是：包括基座(102)以及安装在基座(102)上端的光柱(103)，在所述的基座(102)或/和光柱(103)上安装有光敏元件。

2、根据权利要求1所述的定日跟踪探头，其特征是所述的光敏元件包括两个水平方位检测光敏元件(RG3、RG4)，它们分别位于东向、西向。

3、根据权利要求1所述的定日跟踪探头，其特征是所述的光敏元件包括两个高度角检测光敏元件(RG7、RG8)，它们分别位于南向、北向。

4、根据权利要求2或3所述的定日跟踪探头，其特征是所述的基座(102)具有外露的投影顶面(104)，所述的光敏元件位于所述基座(102)的投影顶面上。

5、根据权利要求4所述的定日跟踪探头，其特征是所述的投影顶面为斜面。

6、根据权利要求1所述的定日跟踪探头，其特征是所述的光敏元件包括安装在所述基座(102)侧面上的阴天检测光敏元件(RG1)或/和夜间检测光敏元件(RG2)。

7、根据权利要求1所述的定日跟踪探头，其特征是所述的光敏元件包括分别安装在所述光柱(103)顶部和所述光柱(103)上部背光侧的迎光检测光敏元件(RG5、RG6)。

8、根据权利要求1所述的定日跟踪探头，其特征是所述的光敏元件至少为两个，它们的一端全部并接在一起，作为检测信号的公共端，它们的另一端分别接出。

9、根据权利要求1所述的定日跟踪探头，其特征是所述的光敏元件为光敏电阻或者光敏三极管。

10、根据权利要求1所述的定日跟踪探头，其特征是所述的基座(102)安装在一个二维可调支座(101)上。

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