一种太阳能光伏跟踪系统传感器及其对日跟踪方法.pdf

本发明提出一种太阳能光伏跟踪系统传感器及其对日跟踪方法，解决了现有技术中四象限位传感器精度差、误差大，以及工程安装麻烦的问题。一种太阳能光伏跟踪系统传感器，包括上壳体、下壳体和航空插头，上壳体上敷有衰减片，上壳体上开设有第一光缝和第二光缝，下壳体内设有电路板，电路板上设有第一线性CCD图像传感器和第二线性CCD图像传感器。相对于现有技术，采用本发明的传感器之后，可以有下述优点：精度高、可靠性好、非常简单容易安装与定期维护、不需要进行专门的调整。

权利要求书
1.  一种太阳能光伏跟踪系统传感器，包括上壳体（2）、下壳体（3）和航空插头（4），其特征在于：上壳体（2）上敷有衰减片（1），上壳体（2）上开设有第一光缝（9）和第二光缝（10），下壳体（3）内设有电路板（5），电路板（5）上设有第一线性CCD图像传感器（6）和第二线性CCD图像传感器（7）。

2.  根据权利要求1所述的太阳能光伏跟踪系统传感器，其特征在于：所述电路板（5）通过螺栓（8）固定在下壳体（3）内。

3.  根据权利要求1或2所述的太阳能光伏跟踪系统传感器，其特征在于：所述第一光缝（9）和第二光缝（10）相互垂直。

4.  根据权利要求3所述的太阳能光伏跟踪系统传感器，其特征在于：所述衰减片（1）为玻璃衰减片。

5.  一种太阳能光伏跟踪系统传感器对日跟踪方法，其特征在于是按照下述方式进行的：将电路板（5）放置在密封的下壳体（3）内，太阳光照射到衰减片（1）上之后，通过第一光缝（9）和第二光缝（10）照射到电路板（5）上，第一线性CCD图像传感（6）和第二线性CCD图像传感器（7）检测太阳光信号后，将该信号输送至航空插头（4），进而计算出太阳投影位置和投影高度，最后求得太阳完整的双轴方位角A。

说明书一种太阳能光伏跟踪系统传感器及其对日跟踪方法
技术领域
本发明涉及一种跟踪太阳光的传感器，具体涉及一种利用CCD线性图像传感器跟踪太阳光的装置。
背景技术
太阳能发电技术是一种利用半导体材料的光电效应、直接将太阳光转换成电能的技术，具备清洁、环保、遍布广泛和可再生的特点，是目前全球大力发展的一种新能源利用技术。其中，聚光太阳能发电技术是一种利用聚光光学系统（即透镜）将大面积太阳光汇聚到面积很小的特制太阳能电池片进行发电的技术，该技术具备省材料、成本低、高效率的特点。聚光太阳能发电系统通常包含：聚光发电组件、跟踪器、逆变器、四象限位传感器等，其中四象限位传感器利用投影光斑的方式测量太阳角度，具体如下：a、把传感器放在密封不透光的盒子内，在传感器正上方开一个小孔；b、让阳光投影在传感器上，如果光斑落在传感器的正中央，传感器的四个输出电流完全相同，如果光斑偏离中心，传感器会输出偏差电流；c、通过转换电流差值，计算出太阳角度偏差。这类四象限位传感器存在下述缺点：
1、由于四象限传感器属于模拟器件，会受到温度漂移等因素影响，导致测量误差增加；
2、四象限传感器会受到外部灰尘、污渍等影响，测量精度非常有限；
3、四象限传感器的敏感区域很小，所以测量角度范围也很小，一般在±5度内；
4、一般的测量精度在±0.2度左右。
另外，现有技术虽然也有一些太阳角度传感器，但这类装置主要用于实验室，无法实现大规模的在工业上运用，原因是因为：1.需要设置多个滤光片、还需要有防护罩等，而滤光片价格昂贵，因为无法实现工业生产。2.由于成像光路复杂，其安装和使用的时候对工人要求很高，很容易产生误差。
发明内容
本发明提出一种太阳能光伏跟踪系统传感器及其对日跟踪方法，解决了现有技术中四象限位传感器精度差、误差大的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种太阳能光伏跟踪系统传感器，包括上壳体、下壳体和航空插头，上壳体上敷有衰减片，上壳体上开设有第一光缝和第二光缝，下壳体内设有电路板，电路板上设有第一线性CCD图像传感器和第二线性CCD图像传感器。
所述电路板通过螺栓固定在下壳体内。
所述第一光缝和第二光缝相互垂直。
所述衰减片为玻璃衰减片。
一种太阳能光伏跟踪系统传感器对日跟踪方法，是按照下述方式进行的：将电路板放置在密封的下壳体内，太阳光照射到衰减片上之后，通过第一光缝和第二光缝照射到电路板上，第一线性CCD图像传感和第二线性CCD图像传感器检测太阳光信号后，将该信号输送至航空插头，进而计算出太阳投影位置和投影高度，最后求得太阳完整的双轴方位角A。
聚光光伏系统对跟踪角度有非常严格要求，轻微偏差会引起发电效率大幅度下降，相对于现有技术，采用本发明的传感器之后，可以有下述优点：
1.不受温度影响，能常年在荒漠恶劣环境下工作，其精度高，可靠性好；
2.测量精度能达到±0.02度左右，比现有的产品高出接近10倍；
3.本发明能线性输出±25度范围内所有角度；
4.当电池板与线性CCD图像传感器不平行的时候，本传感器能测量并记录偏差角度，对安装角度偏差进行补偿，补偿的时候只需要把调整架旋转到垂直阳光的位置，然后按一下补偿按钮就可以，非常简单容易安装与定期维护；
5.四象限传感器安装的时候必需让传感器与电池板保持完全平行，需要消耗一定的时间和相关的仪器进行安装调整，而本发明则不需要进行专门的调整。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为电路板分布状态示意图。
图3为上壳体与电路板对应状态示意图。
图4为太阳光照射状态示意图。
图5为双轴方位角计算原理图。
图6为本发明使用原理图。
其中：1.衰减片，2.上壳体，3.下壳体，4.航空插头，5.电路板，6.第一线性CCD图像传感器，7.第二线性CCD图像传感器，8.螺栓，9.第一光缝，10.第二光缝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2和图3所示，一种太阳能光伏跟踪系统传感器，包括上壳体2、下壳体3和航空插头4，上壳体2上敷有衰减片1，上壳体2上开设有第一光缝9和第二光缝10，下壳体3内设有电路板5，电路板5上设有第一线性CCD图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7。航空插头4可以向电路板5提供电源，可以接受、传递第一线性CCD图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7的信号。
本发明中，采用了CCD图像传感器进行测量，当温度在-20℃到+60℃之间来回变化的时候，CCD图像传感器输出幅度虽然受到温度影响，但是位置不受影响，计算角度时只取位置信息，从而保证了测量精度，使得本发明测量角度能达到±0.02度左右，比现有的产品高出接近10倍。
另外，相对于现有技术，本申请中只设置一个衰减片1，通过第一光缝9和第二光缝10将太阳光分散成垂直的两束，其光路比较简单，且不需要使用滤光 片，能够节省成本，安装也比较方便，对工人的技术要求相对降低，同时也不会影响系统精度。
优选的，所述电路板5通过螺栓8固定在下壳体3内。
所述第一光缝9和第二光缝10相互垂直，相对应的，第一线性CCD图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7也相互垂直。由于在一个平面内，有XY两个方向，采用上述设置方式之后，可以直接测试太阳光在XY两个方向的偏移。
所述衰减片1为玻璃衰减片，由于太阳光的光线比较强，当太阳光直接照射在第一线性CCD图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7上的时候，可能造成第一线性CCD图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7的饱和，进而无法准确跟踪太阳，而经过衰减片1之后，光强减小，不会造成第一线性CCD图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7的饱和。
本发明所述太阳能光伏跟踪系统传感器对日跟踪方法，是按照下述方式进行的：将电路板5放置在密封的下壳体3内，太阳光照射到衰减片1上之后，通过第一光缝9和第二光缝10照射到电路板5上，第一线性CCD图像传感6和第二线性CCD图像传感器7检测太阳光信号后，将该信号输送至航空插头4，之后通过航空插头传输到控制器)，进而通过波形分析算法，再结合投影高度就可以计算出太阳完整的双轴方位角A。
在密封不透光盒子上开第一光缝9和第二光缝10，通过阳光投影，能产生条状光斑，条状光斑投影在第一线性CCD图像传感6和第二线性CCD图像传感器7，之后输出CCD波形。
其中波形分析算法常用的是图像波形边缘检测法，具体方法是对CCD波形进行二阶求导，取二阶导数曲线的过零点,该点位置就是边缘所在位置,两个边缘(一个上升,一个下降)的中点就是投影位置L，如图5所示，太阳双轴方位角是通过解直角三角形得到的，其中H为投影高度，L为实际测投影像素距离，则双轴方位角Ａ＝arctan（L/H）。
如图4所示，第二光缝10通过的光照在第一线性CCD图像传感器6上，第二光缝10通过的光照在第二线性CCD图像传感器7上。
如图6所示，本发明中第一线性CCD图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7工作原理如下：太阳光经过衰减片1衰减之后，照射到第一线性CCD 图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7上，放大和电平偏移电路将第一线性CCD图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7信号进行处理后传输至A/D转换模块，A/D模块转换电路将该信号传输至MCU微处理器，之后MCU未处理计算出双轴方位角A，并将该角度至通过串口输出接口输送出来。同时，增益控制模块将MCU微处理器的输入信号放大之后输送至时序驱动发生器，通过时序驱动发生器控制第一线性CCD图像传感器6和第二线性CCD图像传感器7的工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。