[发明专利]一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路

说明书

技术领域：

本发明涉及太阳能利用技术，具体涉及太阳跟踪技术领域。

背景技术：

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。

太阳能作为一种可再生的新能源，越来越引起人们的关注。以太阳能光伏发电系统为例，目前大型光伏电站的设计，特别是在国内，很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，存在余弦效应的影响，无法保证太阳光的垂直照射，光伏电池不能充分利用太阳能资源，发电效率较低。研究表明：跟踪系统应用到平板光伏发电阵列，可以比固定模式提高33％的效率，因此，研究太阳跟踪技术是有重要意义的。

目前，太阳跟踪系统基本上可以分为两类：一类是实时的探测太阳对地位置，控制对日角度的被动式跟踪；另一类是根据天文知识计算太阳位置以跟踪太阳的主动式跟踪。被动式跟踪中的光电式太阳跟踪器的主要部件是一种利用光作用使半导体材料的电导率显著变化的光电传感器，目前国内常用的光电跟踪有重力式、电磁式和电动式太阳能跟踪器，这些光电跟踪装置大都使用光电传感器。但是，光电式太阳跟踪器可能会出现跟踪不准确的状况，发生这样的问题其主要原因主要包括以下几个方面：

1 太阳光相对减弱时，接收的光信号和转换后的电信号通常在固定放大比的情况下相对微弱，容易淹没在系统、环境等噪声中，降低了太阳能跟踪系统的跟踪精度。

2 光电传感器受到温度、湿度、压力等外界物理环境的影响，例如，温度的变化将引起热噪声和暗电流的变化.造成系统误差过大。

鉴于以上原因，本发明提出一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路。

发明内容：

本发明提出的一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路，主要由光电传感器信号采集阵列、辅助光电传感单元、温度传感单元、I/V转换电路、可变增益运算放大器、模拟多路选通开关、信号采样与保持电路、A/D转换电路、单片机等组成，其中光电传感器信号采集阵列包括多个光电传感器、多路选通开关，辅助光电传感单元中包括多个光电传感器，其数量少于光电传感器信号采集阵列中的光电传感器个数，温度传感单元包括温度传感器、信号处理单元等。

本发明主要用于太阳能跟踪控制系统，光电传感器信号采集阵列作为太阳能跟踪控制系统的信号采集单元，太阳能跟踪控制系统在温度传感单元以及辅助光电传感单元的提示下，可在光电传感器信号采集阵列中通过多路选通开关选通符合要求的的若干光电传感器，将其输出信号进入I/V转换电路，进行后期处理和分析。辅助光电传感单元中的光电传感器的光学判别特性与光电传感器信号采集阵列中的传感器有着互补特征，辅助光电传感单元中光电传感器也可将其光电转化信号进入另一套I/V转换电路进行后期处理和分析。温度传感单元用于检测光电传感器的工作温度并实时将信息发送至单片机，同时可作为单片机后期的温度补偿操作的依据。本发明提出的一种太阳能跟踪系统的信号传感器读取电路设置了可变增益运算放大器、模拟多路选通开关，可由单片机通过模拟多路选通开关来控制可变增益运算放大器的放大系数，以实现在不同太阳光强度范围下，将I/V转换电路发送来的电信号调整到合适的电压范围。

光电传感器的种类有光电倍增管、雪崩二极管、光电二极管、光电三极管、PIN、光敏电阻、光敏电池以及CCD等一些半导体器件。如今较为常用的是光敏电阻、光电二极管、光电三极管，其中光电二极管的光电流小，输出特性线性度好，温度特性高；而光电三极管光电流大，输出特性线性度差，温度特性低。在实际工程使用中，对要求灵敏度高，工作频率低，精度要求低，工作环境温度高的开关电路，可选用光电三极管；对要求光电流与照度成线性关系、要求精密检测、工作频率较高时，则采用光电二极管。本发明可使用光电二极管作为光电传感器信号采集阵列的光电传感器，采用光电三极管作为辅助光电传感单元中的光电传感器，用于定性地判断光电传感器信号采集阵列中的光电传感器是否工作正常，这个判断过程是由单片机来控制和完成的。例如当温度传感单元提示温度过高时，系统将主要依据装有光电三极管的辅助光电传感单元信息，得到这该时刻太阳光的大致基本信息，从而对比判断光电传感器信号采集阵列中的各个光电传感器是否工作正常，再通过多路选通开关来清除此时发生故障的光电传感器。