[实用新型]一种基于球形传感器的太阳跟踪定位装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光线定位技术领域，尤其涉及一种基于球形传感器的太阳跟踪定位装置。

背景技术

由于现今能源紧张和能源污染问题的日益严重，对于找到一种总量可观且清洁无污染能源的要求越来越迫切，而太阳能作为一种绿色可再生资源越来越得到人们的青睐。然而现今对于太阳能的利用主要受到其低下的利用率的限制。如何得到高效率的太阳能利用装置，也成为解决能源问题的一大研究热点。

从几何光学原理来看，太阳能的接收功率和太阳能发电板与太阳光的光线角度有关，当太阳光垂直照射到发电板上时太阳能的利用率最高，利用率与偏离这个垂直角的余弦成正比，即                                                。而一个白天当中，太阳光的入射角是随时间而变化的，故提高对太阳能的跟踪技术也成为提高太阳能利用率的一大有效途径。

目前，太阳光方位跟踪控制器主要以电控为主，早先纯机械跟踪方式由于精度低、机构复杂、灵活性差等因素基本已经停止应用。采用电控方式的太阳光方位跟踪控制器，有时钟跟踪和传感器跟踪两种。采用时钟跟踪方式多为极轴方式线性跟踪，但是会存在累积偏差，需要人工修正；当使用在其他跟踪机构上时，由于为非线性跟踪，控制器多为工控机，算法复杂，成本高，可移植性不强。采用传感器跟踪，现有的研究的多半需要传感器随着太阳光的改变而发生转动，这样添加了一个传感器的机械控制环节，不但带来了更大的误差，而且还会引起系统的不稳定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于球形传感器的太阳跟踪定位装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于球形传感器的太阳能定位装置，它主要由球形传感器、信号扫描及A/D转换电路、数字信号处理芯片等依次连接组成；球形传感器包括若干个感光元件和球体，感光元件均匀分布在球体上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型基于球形的传感器，根据球形的高度对称性，传感器可以静止地对太阳能位置进行实时的检测，相比于其他传感器减少了传感器的传动环节和反馈环节，故本实用新型得到的太阳位置精度高、系统简单可靠，可适用于跟踪精度高、设备性能要求稳定的太阳能聚光发电系统使用。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是正六面体及感光元件分布图；

图3是球形传感器工作的几何原理图；

图4是信号的处理流程图；

图5是所得电压信号的散点图。

具体实施方式

以下根据所附图说明本实用新型的工作原理和所达到的效果。

如图1所示，本实用新型基于球形传感器的太阳能定位装置主要由球形传感器、信号扫描及A/D转换电路、数字信号处理芯片依次连接组成。太阳光照射到球体表面时，光信号通过球形传感器转变为模拟电信号；模拟电信号进入信号扫描及A/D转换电路转变为数字电信号，信号扫描及A/D转换电路输出的数字电信号，由数字信号处理芯片处理得到太阳光入射角信号，从而实现对太阳光的定位。

其中，球形传感器包括若干个感光元件（感光元件越多精度越高）和球体，利用的是球体的高度对称性，感光元件均匀分布在球体上，故可以用正多面体来逼近球体，而正多面体的顶点位置即可选为感光元件的位置。例如图2所示用正十二面体来代替球体，其有二十个顶点，根据其顶点的分布情况来设置感光点的分布，并一一对其编号。同时对感光器件的选取，需要考虑到一般白天的光强，太阳光的光谱等因素。随着感光材料的发展，球阵的CCD材料可视为该传感器的上佳材料。由于要达到高精度的要求，感光元件个数相对较多，故该信号扫描及A/D转换电路先对各个感光元件上的模拟电信号进行扫描，而后通过模数转换得到数字电信号，再通过串行输入的模式输入数字信号处理芯片内。

本发明的工作过程如下：

步骤1：球形传感器将光信号转换模拟电信号。

当处在晴朗天气的白天时，阳光照射到球形传感器，如图3所示， 可以假设太阳光为平行光，在球体各个点上的光强都不一样，且与太阳光入射的角度有关，而感光元件也即将其所在点的光强信号转化为模拟电信号输出。所得的模拟电信号也就包含了太阳的位置信息。

步骤2：扫描及A/D转换电路将各个感光元件采集的模拟电信号转换为数字电信号并且输入数字信号处理芯片。