技术领域
[0001] 本
发明属于
太阳能应用设备领域，特别是涉及一种太阳光跟踪传感器。
背景技术
[0002] 在各种
能源危机的大背景下，太阳能越来越受到瞩目，而
太阳能跟踪器是光伏设备的重要组成部分，其跟踪
精度直接影响整个光伏系统的效率。目前跟踪太阳的方法多采用视日运动轨迹跟踪和
光电传感器跟踪等形式，光电传感器作为光电跟踪式的核心部件，具有非
接触、响应快、造价低、重量轻、性能可靠、不受
电磁干扰等优点，因此光电跟踪传感器被广泛应用。
[0003] 然而一般光电传感器在保证了高精度情况下往往忽略了跟踪范围因素，导致传感器经常出现因跟踪范围小而搜索不到太阳的情况。如传统光筒式，如图1所示，它由四象限光
电池和光筒组成，光筒屏蔽性好，外界干扰光影响小，跟踪精度高，但是它跟踪范围小，无法完成大范围跟踪。如图2所示，传统的隔板式是直接将两边输出端接到一个比较器的正负输入端，由比较器输出值的符号判断太阳
位置，此类跟踪器虽然跟踪范围大，设计简单成本低，但是跟踪精度很低，易受杂光干扰，系统
稳定性差。
[0004] 而一些改进技术虽然提高了传感器的跟踪范围和跟踪精度，但是由于设计复杂、成本较高等原因仍然不能使人满意。如中国
专利申请00219971.8公开了一种太阳光跟踪传感器，如图3所示，它由四象限电池和相互交叉的挡光板组成,该设计结构简单，但在精度方面易受杂散光影响，跟踪精度不够，跟踪系统也不够稳定。中国专利申请200510120837.0公开了一种太阳光跟踪传感器，如图4所示，它由四个光敏元件、减光板、带中隔板的盒子组成，该设计只能跟踪南北（东西）一个方向上的跟踪，其他方向需要另外安装，安装不够简易，线路设计不够灵活。
发明内容
[0005] 鉴于以上所述
现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种成本低廉、结构简单、跟踪精度高，对小入射
角光线更为敏感，精密跟踪范围大的太阳光跟踪传感器。
[0006] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太阳光跟踪传感器，至少包括：
[0007] 光
信号探测器，固定于光伏组件且与光伏组件朝向相同，其包括：多象限感光元件，具有分别对应于各象限的信号输出端；遮光结构，依据各象限将所述多象限感光元件隔开；
[0008]
控制器，连接于所述
光信号探测器及
电机装置，用于在接收到所述光信号探测器各组输出端所输出的
电信号后进行处理，由各感光元件上
电流值之间的关系控制所述电机装置实现光伏组件对太阳光的跟踪。
[0009] 作为本发明的太阳光跟踪传感器的一种优选方案，所述控制器可根据各象限感光元件的信号计算出太阳入射角度，实现所述电机装置东西方向及南北方向的调整。
[0010] 作为本发明的太阳光跟踪传感器的一种优选方案，所述控制器还连接于所述光伏组件，用于在所述太阳光跟踪传感器实现对太阳光的跟踪后，控制所述电机装置对所述光伏组件在预设角度内进行微动搜索，并通过所述比较不同角度的光伏组件输出的电信号的大小确定太阳光垂直入射的方向。
[0011] 作为本发明的太阳光跟踪传感器的一种优选方案，所述多象限感光元件为
非晶硅太阳电池、晶体硅太阳电池、以及光电探测器的一种。
[0012] 作为本发明的太阳光跟踪传感器的一种优选方案，所述多象限感光元件至少由所述遮光结构分开设为三象限、四象限或五象限。
[0013] 作为本发明的太阳光跟踪传感器的一种优选方案，所述的遮光结构由不透光材料制成，或由不同介质界面组成。
[0014] 进一步地，所述遮光结构还设置有用于对照射至所述多象限感光元件的太阳光进行过滤的滤光结构。
[0015] 进一步地，所述滤光结构由光学材料制成，可将通过的太阳光过滤成某一波段范围的光。
[0016] 作为本发明的太阳光跟踪传感器的一种优选方案，所述滤光结构为起聚光作用的凸透镜形式结构。
[0017] 如上所述，本发明提供一种太阳光跟踪传感器，至少包括：光信号探测器，固定于光伏组件且与光伏组件朝向相同，其包括：多象限感光元件，具有分别对应于各象限的信号输出端、及遮光结构，依据各象限将所述多象限感光元件隔开；控制器，连接于所述光信号探测器及电机装置，用于在接收到所述光信号探测器各组输出端所输出的电信号后进行处理，由各感光元件上电流值之间的关系控制所述电机装置实现光伏组件对太阳光的跟踪。本发明具有以下有益效果：
[0018] 1）该新型太阳光跟踪传感器，成本低廉、设计精巧、结构简单，可探测范围大，精确跟踪的范围接近±90°。
[0019] 2）镜面遮光结构可以增大感光元件的响应，进而对小入射角的光线更为敏感，提高了跟踪精度。
[0020] 3）应用半球形滤光玻璃罩可以起到保护作用，还可以减少太阳光中不同波段散射光的影响，针对某一
波长光线可以提高感光元件的跟踪探测精度。
[0021] 4）该光跟踪器可以通过控制器与光伏组件的最大输出值进行比较优化，通过实时
算法可以快速找出太阳光垂直照射点位置。
附图说明
[0022] 图1～图4分别显示为现有技术中的四种不同的太阳光跟踪传感器的结构示意图。
[0023] 图5显示为本发明的太阳光跟踪传感器的光信号探测器的结构示意图。
[0024] 图6显示为本发明的太阳光跟踪传感器的多象限感光元件的俯视结构示意图。
[0025] 图7显示为本发明的太阳光跟踪传感器的一种应用结构示意图。
[0026] 图8显示为本发明的太阳光跟踪传感器的工作流程示意图。
[0027] 元件标号说明
[0028]
具体实施方式
[0029] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本
说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0030] 请参阅图5～图8。需要说明的是，本
实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0031] 如图5～图8所示，本实施例提供一种太阳光跟踪传感器，用于实现光伏组件40对太阳光的跟踪，至少包括：
[0032] 光信号探测器10，固定于光伏组件40且与光伏组件40朝向相同，其包括：多象限感光元件，具有分别对应于各象限的信号输出端；以及遮光结构104，依据各象限将所述多象限感光元件隔开；
[0033] 控制器20，连接于所述光信号探测器10及电机装置30，用于在接收到所述光信号探测器10各组输出端所输出的电信号后进行处理，由各感光元件上电流值之间的关系控制所述电机装置实现光伏组件对太阳光的跟踪。具体地，所述控制器20，先对多象限感光元件输出的信号进行探测，信号经过信号放大和信号运算处理
电路，再由
模数转换电路将
模拟信号转换成
数字信号传入电机装置30，所述电机装置30对采集到的信号进行处理后，控制电机
驱动器完成两个步进电机的控制工作。
[0034] 在本实施例中，所述多象限感光元件为三象限感光元件101～103，如图5及图6所示。当然，在其它的实施例中，所述多象限感光元件也可以为四象限、五象限等，且并不限于此处所列举的几种。
[0035] 作为示例，所述控制器20可根据各象限感光元件的信号计算出太阳入射角度，实现所述电机装置30东西方向及南北方向的调整。进一步地，所述控制器20还连接于所述光伏组件40，用于在所述太阳光跟踪传感器实现对太阳光的跟踪后，控制所述电机装置30对所述光伏组件40在预设角度内进行微动搜索，并通过所述比较不同角度的光伏组件40输出的电信号的大小确定太阳光垂直入射的方向。由于太阳光跟踪传感器一般用于高倍聚光的跟踪系统中，而聚光光伏组件40的输出值对太阳光入射角度极为敏感，太阳光偏离垂直照射的一个小角度就会对光伏组件40的输出造成巨大的偏差，故同时采用控制器20对光伏组件40最大输出值位置进行判断，使光伏组件40各方向微动搜索，找出光伏组件40最大输出值位置，从而使太阳光与光伏组件40垂轴方向平行。为了方便人机对话，可增设LCD显示模
块对太阳位置信号进行相应的显示，提高使用的便捷性。
[0036] 作为示例，所述多象限感光元件为非晶硅太阳电池、晶体硅太阳电池、以及光电探测器的一种。由于非晶硅太阳电池相较于其他感光元件对弱光信号反应灵敏，在本实施例中，所述多象限感光元件为非晶硅太阳电池。
[0037] 作为示例，所述的遮光结构104由不透光材料制成，或由不同介质界面组成，如空气-玻璃界面。
[0038] 在本实施例中，以所述多象限感光元件为三象限感光元件为例，所述遮光结构104为T型隔板，且所述T型隔板为
镜面反射隔板，所述三象限感光元件由所述T型隔板隔开，当然，所述三现象感光元件的组合结构位置可依据需求进行调整，所述遮光结构104的形状可以根据所述三现象感光元件的组合结构位置进行选择，并不限于此处所列举的T型。在本实施例中，所述T型隔板的每一面的面积大小与各象限的非晶硅太阳电池的面积大小相等，以便于更精确计算出太阳光跟踪传感器与太阳光的角度。进一步地，所述镜面反射隔板的材料包括金属膜（板）、
抛光基材、玻璃、反光涂料、及其他
复合材料等。在本实施例中，所述T型镜面反射隔板将三个象限完全隔开，三象限感光元件性能、尺寸完全一致，便于比较信号跟踪，采用镜面反射隔板可以增大电池在弱光条件下对光线的响应。
[0039] 作为示例，所述遮光结构104还设置有用于对照射至所述多象限感光元件的太阳光进行过滤的滤光结构105；以及与所述滤光结构105相配合的底座106，所述底座106具有与所述多象限感光元件的各组信号输出端相对应的接线孔，其具体结构如图5所示。
[0040] 作为示例，所述滤光结构105由光学材料制成，可将通过的太阳光过滤成某一波段范围的光.所述滤光结构105的形状为半球形、椭球状、三角棱镜形状或五棱镜形状，可以为
覆盖所述遮光结构104的一体化遮光结构，也可以是分别覆盖于各个象限的多个遮光结构。
[0041] 在本实施例中，所述滤光结构105为起聚光作用的凸透镜形式结构。所述滤光结构105可以减少太阳光中不同波长的散射光对探测器的影响，对于杂散光的屏蔽可以提高感光元件对太阳位置的跟踪精度，滤光结构105在滤掉杂散光的同时，还可以对感光元件起到保护作用，提高装置的可靠性。
[0042] 需要说明的是，所述滤光结构105及底座106，尤其是所述滤光结构105可以有效提高本发明的太阳光跟踪器的功能，但并不是本发明所必须的部件，因此，在另一实施例中，所述滤光结构105及底座106可以省略。
[0043] 如图8所示，以所述多象限感光元件为三象限感光元件为例，一具体的实施过程如下：系统开机启动，初始化设备和相关参数后，首先读取控制器内时钟芯片得到系统日期和时间，在下午l7点到次日早上9点时，太阳光跟踪传感器进入等待时间，太阳光跟踪传感器处于平衡位置；如果时间在上午9点和下午l7点之间，太阳光跟踪
传感器系统正常工作；首先控制系统进行初始化，检测三象限非晶硅电池的
输出信号，当日照小于设定值时，系统不工作，进入平衡位置等待。当日照大于设定值时，光跟踪传感器正常工作，并对三象限非晶硅电池信号进行探测，信号经过信号放大和信号运算处理电路，再由模数转换电路将模拟信号转换成数字信号传入电机装置30，所述电机装置30对采集到的信号进行处理后，控制电机驱动器完成两个方向上的精密跟踪工作。此时检测光伏组件40最大输出值位置，对光伏组件40的各方向进行微动搜索，找到光伏组件40最大输出位置，完成PV精密跟踪。并进入等待时间，等待下一次跟踪。
[0044] 综上所述，本发明提供一种太阳光跟踪传感器，至少包括：光信号探测器，固定于光伏组件且与光伏组件朝向相同，其包括：多象限感光元件，具有分别对应于各象限的信号输出端、及遮光结构，依据各象限将所述多象限感光元件隔开；控制器，连接于所述光信号探测器及电机装置，用于在接收到所述光信号探测器各组输出端所输出的电信号后进行处理，由各感光元件上电流值之间的关系控制所述电机装置实现光伏组件对太阳光的跟踪。本发明具有以下有益效果：
[0045] 1）该新型太阳光跟踪传感器，成本低廉、设计精巧、结构简单，可探测范围大，精确跟踪的范围可接近±90°。
[0046] 2）镜面遮光结构可以增大感光元件的响应，进而对小入射角的光线更为敏感，提高了跟踪精度。
[0047] 3）应用半球形滤光玻璃罩可以起到保护作用的同时，还可以减少太阳光中不同波长光线散射折射的影响，针对某一波段可以提高感光元件的跟踪探测精度。
[0048] 4）该光跟踪器可以通过控制器与光伏组件的最大输出值进行优化，通过实时算法可以快速找出太阳光垂直照射点位置。
[0049] 所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0050] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的
权利要求所涵盖。
