太陽光收集裝置及太陽光追蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種太陽光收集裝置，包括由多個(gè)集光器組成的集光器陣列和與控制器電連接的光傳感部，所述集光器包括集光杯和固定在所述集光杯上的聚光透鏡，光纖貫穿并固定在所述集光杯的杯底，所述集光杯杯底光纖的周圍設(shè)有多個(gè)與所述控制器電連接的光探測(cè)單元。本發(fā)明提供的太陽光收集裝置及太陽光追蹤方法，不僅可以通過集光器底部設(shè)有的光探測(cè)單元對(duì)太陽光進(jìn)行二級(jí)定位，使得定位更加的快速準(zhǔn)確，而且還可以在該太陽光收集裝置的光傳感部與集光器出現(xiàn)機(jī)械偏差時(shí)進(jìn)行自我修正調(diào)整，避免了出現(xiàn)光傳感部對(duì)太陽光定位準(zhǔn)確而經(jīng)聚光透鏡聚光后的光斑偏離光纖的受光端的現(xiàn)象。該太陽光收集裝置對(duì)其機(jī)械精度要求低，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】太陽光收集裝置及太陽光追蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能開發(fā)自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽光收集裝置及太陽光追蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽光是一種取之不盡的綠色能源，一直以來人們?cè)诓粩鄧L試?yán)锰柲?，比如早已熟知的太陽能熱水器和光伏發(fā)電。近些年來又興起了一種直接利用太陽光照明的方式，即在室外將陽光有效收集并利用光纖傳輸?shù)绞覂?nèi)。這對(duì)安全要求嚴(yán)格的場(chǎng)所，例如彈藥庫(kù)、油庫(kù)、礦井等易燃易爆場(chǎng)所和不能直接接收陽光的建筑來說，其意義重大。此類技術(shù)的核心思想是利用聚光透鏡或者聚光反射鏡，將陽光聚焦到光纖上，利用光纖將陽光傳輸?shù)叫枰彰鞯膱?chǎng)所。這種照明技術(shù)節(jié)能，且光電隔離，是一種非常安全的照明方式。這種技術(shù)的關(guān)鍵在于高精度、全自動(dòng)地跟蹤太陽，確保太陽光準(zhǔn)確聚集在細(xì)小的光纖受光端面上。目前的相關(guān)專利提出的太陽跟蹤方法分為兩大類:一類是根據(jù)地球繞日運(yùn)行規(guī)律控制采光照明裝置；另一類是利用光電傳感器跟蹤太陽。
[0003]利用光電傳感器跟蹤太陽的太陽光收集裝置，是利用多個(gè)光電傳感器件組成一個(gè)傳感器陣列，由于太陽光與各個(gè)光電傳感器件之間的夾角不同，各個(gè)光電傳感器件檢測(cè)到的陽光信號(hào)強(qiáng)度不同。因此可以依據(jù)信號(hào)強(qiáng)度差計(jì)算出太陽的位置，從而轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)使太陽光收集裝置向朝向太陽的方向轉(zhuǎn)動(dòng)(移動(dòng))。經(jīng)過多次的探測(cè)、計(jì)算、移動(dòng)之后，即可使太陽光收集裝置達(dá)到較好的對(duì)準(zhǔn)精度。然而，傳統(tǒng)太陽光收集器的機(jī)械結(jié)構(gòu)是先制作一個(gè)太陽光追蹤系統(tǒng)，再將聚光透鏡和光纖固定在太陽光追蹤系統(tǒng)上，即太陽光追蹤系統(tǒng)與聚光透鏡和光纖是分離的。這種分離式組裝的機(jī)制要求固定的時(shí)候要保持很高的機(jī)械精度，才能保證經(jīng)聚光透鏡聚光后的光斑照射到光纖的受光端。如果在系統(tǒng)運(yùn)行過程中由于風(fēng)吹和晃動(dòng)等原因使機(jī)械對(duì)準(zhǔn)性產(chǎn)生了偏移，就會(huì)出現(xiàn)雖然傳感器陣列對(duì)太陽光具有準(zhǔn)確的定位而經(jīng)聚光透鏡聚光后的光斑偏離光纖的受光端的現(xiàn)象。而現(xiàn)有的技術(shù)在出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)無法進(jìn)行自我修復(fù)，因而會(huì)減小光的收集度，從而降低光的利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種太陽光收集裝置及太陽光追蹤方法，該太陽光收集裝置及太陽光追蹤方法不僅可以在系統(tǒng)出現(xiàn)機(jī)械偏差時(shí)進(jìn)行自我修正調(diào)節(jié)，而且其可以對(duì)太陽光進(jìn)行快速準(zhǔn)確的定位。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種太陽光收集裝置，包括由多個(gè)集光器組成的集光器陣列和與控制器電連接的光傳感部，所述集光器包括集光杯和固定在所述集光杯上的聚光透鏡，光纖貫穿并固定在所述集光杯的杯底，所述集光杯杯底光纖的周圍設(shè)有多個(gè)與所述控制器電連接的光探測(cè)單元。
[0006]優(yōu)選地，所述光探測(cè)單元的數(shù)量為四個(gè)，分別設(shè)在所述光纖的四周。
[0007]優(yōu)選地，所述光探測(cè)單元為光電傳感器。[0008]優(yōu)選地，所述光纖受光端置于所述聚光透鏡焦點(diǎn)附近。
[0009]優(yōu)選地，所述聚光透鏡為菲涅爾透鏡。
[0010]優(yōu)選地，所述光傳感部位于所述集光器陣列的中間。
[0011]優(yōu)選地,所述光傳感部包括多個(gè)光傳感單元。
[0012]本發(fā)明的另一目的是提供一種利用如前所述的太陽光收集裝置的太陽光追蹤方法，包括以下步驟:
[0013]A、利用光傳感部對(duì)太陽光進(jìn)行一級(jí)定位，使聚光透鏡的光軸與太陽光方向基本平行；
[0014]B、利用光探測(cè)單元對(duì)太陽光進(jìn)行二級(jí)定位，精確控制聚光透鏡的光軸與太陽光方向之間的平行度。
[0015]優(yōu)選地，步驟A包括:光傳感部對(duì)太陽光進(jìn)行定位，同時(shí)將定位信息反饋到控制器中；控制器的控制太陽光收集裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，直到聚光透鏡的光軸與太陽光方向基本平行。
[0016]優(yōu)選地，步驟B包括:光探測(cè)單元對(duì)太陽光進(jìn)行定位，同時(shí)將定位信息反饋到控制器中；在控制器的控制下，太陽光收集裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，精確控制聚光透鏡的光軸與太陽光方向之間的平行度。
[0017]有益效果:
[0018]本發(fā)明提供的太陽光收集裝置及太陽光追蹤方法，在通過光傳感部對(duì)太陽光進(jìn)行一級(jí)定位，使聚光透鏡的光軸與太陽光方向保持一定的平行度之后，通過集光器底部設(shè)有的光探測(cè)單元對(duì)太陽光進(jìn)行二級(jí)定位。不僅使得定位更加的快速準(zhǔn)確，而且還可以在該太陽光收集裝置的光傳感部與集光器出現(xiàn)機(jī)械偏差時(shí)進(jìn)行自我修正調(diào)整，避免了出現(xiàn)光傳感部對(duì)太陽光定位準(zhǔn)確而經(jīng)聚光透鏡聚光后的光斑偏離光纖的受光端的現(xiàn)象。該太陽光收集裝置對(duì)其機(jī)械精度要求低，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例提供的太陽光收集裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為圖1中太陽光收集裝置的光傳感部俯視圖。
[0021]圖3為圖1中太陽光收集裝置的集光器的結(jié)構(gòu)示意圖
[0022]圖4為圖1中的集光杯的杯底結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如前所述，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供了的太陽光收集裝置，包括由多個(gè)集光器組成的集光器陣列和與控制器電連接的光傳感部，所述集光器包括集光杯和固定在所述集光杯上的聚光透鏡，光纖貫穿并固定在所述集光杯的杯底，所述集光杯杯底光纖的周圍設(shè)有多個(gè)與所述控制器電連接的光探測(cè)單元。
[0024]根據(jù)本發(fā)明提供的太陽光收集裝置，本發(fā)明還提供了一種太陽光追蹤方法，包括:利用光傳感部對(duì)太陽光進(jìn)行一級(jí)定位，使聚光透鏡的光軸與太陽光方向基本平行；利用光探測(cè)單元對(duì)太陽光進(jìn)行二極定位，精確控制聚光透鏡的光軸與太陽光方向之間的平行度。
[0025]如上所述的太陽光收集裝置以及太陽光追蹤方法通過對(duì)太陽光的兩極定位，提高了聚光透鏡的光軸與太陽光方向之間的平行度。同時(shí)，還降低了對(duì)太陽光收集裝置機(jī)械精度的要求，在太陽光收集裝置的光傳感部與集光器出現(xiàn)機(jī)械偏差時(shí)可以進(jìn)行自我修正調(diào)整，避免了出現(xiàn)光傳感部對(duì)太陽光定位準(zhǔn)確而經(jīng)聚光透鏡聚光后的光斑偏離光纖的受光端的現(xiàn)象。
[0026]為了更好地闡述本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，以下結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027]參閱圖1，為本發(fā)實(shí)施例提供的太陽光收集裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該太陽光收集裝置包括由多個(gè)集光器100組成的集光器陣列和與控制器電連接的光傳感部200，其中，光傳感部200用于對(duì)太陽光進(jìn)行一級(jí)追蹤定位，使得集光器100上設(shè)有的聚光透鏡110的光軸與太陽光方向保持平行，這樣便于集光器100對(duì)太陽光更有效地進(jìn)行收集。在本實(shí)施例中,光傳感部200設(shè)置在集光器陣列的中間，這樣可以更好地控制太陽光收集裝置對(duì)太陽光定位的精度。當(dāng)然，在其它實(shí)施例中，光傳感部200也可以設(shè)置在其他位置。
[0028]參閱圖2，為本實(shí)施例提供的太陽光收集裝置的光傳感部200的俯視圖，光傳感部200包括設(shè)置在其上的多個(gè)光傳感單元210。在本實(shí)施例中，光傳感部200的上端為一凸球面，在該凸球面的前、后、左、右方位各設(shè)有一光傳感單元210。其中，傳感單元210為光電二極管。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，傳感單元210也可以為光敏二極管、光敏電阻或光敏三極管等光電傳感器中的一種。光傳感部200利用具有不同位置的四個(gè)光傳感單元210檢測(cè)到的陽光信號(hào)強(qiáng)度不同，從而計(jì)算出各個(gè)傳感單元210與太陽光之間的角度，進(jìn)而判斷太陽的位置。
[0029]參閱圖3和圖4，分別為本實(shí)施例提供的集光器100的結(jié)構(gòu)示意圖以及集光杯120的杯底結(jié)構(gòu)不意圖，集光器100包括集光杯120和固定在該集光杯120上的聚光透鏡110。聚光透鏡110的目的是將太陽光聚焦到其焦點(diǎn)處，形成一光斑。在本實(shí)施例中，聚光透鏡110為平面形的菲涅爾透鏡，與普通的凸透鏡相比，菲涅爾透鏡具有更低的成本。光纖300貫穿并固定在集光杯120的杯底，其中，光纖300受光端面朝上且位于聚光透鏡110焦點(diǎn)附近。太陽光通過聚光透鏡110聚焦在光纖300受光端面，經(jīng)由光纖300傳輸?shù)叫枰彰鞯膱?chǎng)所。在集光杯120的杯底光纖300的附近設(shè)有多個(gè)與控制器點(diǎn)連接的光探測(cè)單元130。其中，光探測(cè)單元130為光電二極管、光敏二極管、光敏三極管、光敏電阻等光電傳感器中的一種，或者光探測(cè)單元130也可以為光伏電池、熱敏二極管、熱敏電阻或熱電偶中的一種。在一種優(yōu)選的實(shí)施例中，光探測(cè)單元130的數(shù)量為四個(gè)，分別設(shè)在所述光纖300的四周。集光器100可以利用這四個(gè)光探測(cè)單元130檢測(cè)到的陽光信號(hào)強(qiáng)度不同，從而計(jì)算出各個(gè)傳感單元210與太陽光之間的角度，進(jìn)而對(duì)太陽光進(jìn)行二級(jí)追蹤，精確控制聚光透鏡的光軸與太陽光方向之間的平行度。
[0030]根據(jù)本發(fā)明提供的太陽光收集裝置，本發(fā)明一實(shí)施例還提供了一種太陽光追蹤方法，包括以下步驟:A、利用光傳感部200對(duì)太陽光進(jìn)行一級(jí)定位，使聚光透鏡110的光軸與太陽光方向基本平行、利用光探測(cè)單元130對(duì)太陽光進(jìn)行二級(jí)定位，精確控制聚光透鏡110的光軸與太陽光方向之間的平行度。
[0031]其中，步驟A具體為:光傳感部200利用具有不同位置的四個(gè)光傳感單元210對(duì)陽光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的信號(hào)信息反饋給控制器；控制器根據(jù)不同的光傳感單元210檢測(cè)到的陽光信號(hào)強(qiáng)度不同，從而對(duì)太陽的位置進(jìn)行初略的判斷；在控制器的控制下，太陽光收集裝置向太陽光的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。重復(fù)步驟A，直到具有不同位置的四個(gè)光傳感單元210檢測(cè)到的陽光強(qiáng)度信號(hào)基本一致，說明太陽光收集裝置正對(duì)太陽光，也即聚光透鏡110的光軸與太陽光方向基本平行。
[0032]為了更精確地控制聚光透鏡110的光軸與太陽光方向之間的平行度，步驟B具體為:四個(gè)光探測(cè)單元130對(duì)陽光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)到的信號(hào)信息反饋給控制器；控制器根據(jù)不同的光探測(cè)單元130檢測(cè)到的陽光信號(hào)強(qiáng)度不同，從而判斷出太陽的位置；在控制器的控制下，太陽光收集裝置朝向太陽的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。重復(fù)步驟B，直到具有不同位置的四個(gè)光探測(cè)單元130檢測(cè)到的陽光強(qiáng)度信號(hào)基本一致，此時(shí)聚光透鏡110的光軸與太陽光方向保持高度平行。 [0033]本實(shí)施例提供的太陽光追蹤方法可以精確控制聚光透鏡110的光軸與太陽光方向之間的平行度，使經(jīng)聚光透鏡Iio聚光后的光斑準(zhǔn)確的射入到光纖300的受光端，提高光的收集度，從而提聞光的利用率。
[0034]綜上所述，本發(fā)明提供的太陽光收集裝置及太陽光追蹤方法，在通過光傳感部對(duì)太陽光進(jìn)行一級(jí)定位，使聚光透鏡的光軸與太陽光方向保持一定的平行度之后，通過集光器底部設(shè)有的光探測(cè)單元對(duì)太陽光進(jìn)行二級(jí)定位。不僅使得定位更加的快速準(zhǔn)確，而且還可以在該太陽光收集裝置的光傳感部與集光器出現(xiàn)機(jī)械偏差時(shí)進(jìn)行自我修正調(diào)整，避免了出現(xiàn)光傳感部對(duì)太陽光定位準(zhǔn)確而經(jīng)聚光透鏡聚光后的光斑偏離光纖的受光端的現(xiàn)象。該太陽光收集裝置對(duì)其機(jī)械精度要求低，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0035]需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。
[0036]雖然本發(fā)明是參照其示例性的實(shí)施例被具體描述和顯示的，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的各種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽光收集裝置，其特征在于，包括由多個(gè)集光器(100)組成的集光器陣列和與控制器電連接的光傳感部(200 )，所述集光器(100 )包括集光杯(120 )和固定在所述集光杯(120)上的聚光透鏡(110)，光纖(300)貫穿并固定在所述集光杯(120)的杯底，所述集光杯(120)杯底光纖(300)的周圍設(shè)有多個(gè)與所述控制器電連接的光探測(cè)單元(130)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光收集裝置，其特征在于，所述光探測(cè)單元(130)的數(shù)量為四個(gè)，分別設(shè)在所述光纖(300)的四周。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽光收集裝置，其特征在于，所述光探測(cè)單元(130)為光電傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光收集裝置，其特征在于，所述光纖(300)受光端置于所述聚光透鏡(110)焦點(diǎn)附近。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光收集裝置，其特征在于，所述聚光透鏡(110)為菲涅爾透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光收集裝置，其特征在于，所述光傳感部(200)位于所述集光器(100)陣列的中間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽光收集裝置，其特征在于，所述光傳感部(200)包括多個(gè)光傳感單元(210)。
8.一種太陽光追蹤方法，其特征在于，使用權(quán)利要求1-7任一所述的太陽光收集裝置，包括以下步驟: A、利用光傳感部(200)對(duì)太陽光進(jìn)行一級(jí)定位，使聚光透鏡(110)的光軸與太陽光方向基本平行； B、利用光探測(cè)單元(130)對(duì)太陽光進(jìn)行二級(jí)定位，精確控制聚光透鏡(110)的光軸與太陽光方向之間的平行度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽光追蹤方法，其特征在于，步驟A包括:光傳感部(200)對(duì)太陽光進(jìn)行定位，同時(shí)將定位信息反饋到控制器中；控制器控制太陽光收集裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，直到聚光透鏡(110)的光軸與太陽光方向基本平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太陽光追蹤方法，其特征在于，步驟B包括:光探測(cè)單元(130)對(duì)太陽光進(jìn)行定位，同時(shí)將定位信息反饋到控制器中；在控制器的控制下，太陽光收集裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，精確控制聚光透鏡(110)的光軸與太陽光方向之間的平行度。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK103728986SQ201310627953
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】寧超 申請(qǐng)人:深圳市華星光電技術(shù)有限公司