| 太陽跟蹤傳感器 |
| Solar Tracking Sensor |
聚光太陽能設(shè)備與跟蹤式太陽能電池板都要用到太陽跟蹤傳感器，傳感器基本原理是利用對(duì)陽光的遮擋變化引起光電子器件的輸出變化得到跟蹤的方向。太陽跟蹤傳感器也是一種太陽位置傳感器，本課件主要介紹簡單的太陽位置傳感器與高精度的太陽位置傳感器。 |
| 隔板式太陽位置傳感器 |
半導(dǎo)體光敏電阻是一種半導(dǎo)體光電子器件，在光電子器件課件中有介紹，這里介紹它在太陽能電池跟蹤系統(tǒng)中的應(yīng)用。一種簡單的隔板式太陽位置傳感器如圖1所示，在底座上垂直安裝了兩組隔板，兩組隔板相互垂直；在底座上還安裝了4個(gè)光敏電阻器件，4個(gè)光敏電阻器件緊貼隔板拐角安裝，光敏電阻器件受光面向上，4個(gè)光敏電阻器件必須是同一型號(hào)，性能相近，見圖1與圖2。 |
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隔板式傳感器利用隔板兩邊光敏元件感受到的光強(qiáng)不同來判斷太陽的位置，把傳感器的隔板按照東西南北方向擺正，如圖2右圖所示。當(dāng)太陽位置在隔板的西側(cè)時(shí)，東側(cè)的光線受到遮擋，如圖2左圖所示，西側(cè)光敏電阻受光量大于東側(cè)光敏電阻，西側(cè)器件電阻小于東側(cè)器件電阻，于是可以判斷出太陽的位置在西側(cè)。而且在一定范圍內(nèi)光線偏差越大兩側(cè)電阻值相差越大。 由于隔板是十字狀，隔板式傳感器還可檢測(cè)出太陽在南北方向的位置，將4個(gè)傳感器信號(hào)綜合比較后就可得出太陽的位置，例如圖中的西偏北位置。 |
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對(duì)于太陽能電池板單軸跟蹤系統(tǒng)，傳感器只需一片隔板就可以了，隔板方向與轉(zhuǎn)軸平行。當(dāng)兩側(cè)電阻相同時(shí)說明傳感器正對(duì)太陽，當(dāng)兩側(cè)電阻不同時(shí)，太陽能電池板應(yīng)向電阻小的一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到兩側(cè)電阻相同。 隔板式傳感器也可以采用光敏二極管作為光敏元件，光敏二極管就是一小塊光伏電池。在相互垂直的隔板4個(gè)角安裝4光敏二極管，見圖3，利用隔板兩邊光敏元件感受到的光照面積不同來判斷太陽的位置。其工作原理與采用光敏電阻相同，受光強(qiáng)的光敏二極管比受光弱的光敏二極管輸出電流大，利用放大器把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)就方便比較了。 |
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| 隔板式太陽位置傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但受周圍環(huán)境光影響大，測(cè)量精度低。 |
金字塔式太陽位置傳感器 |
| 金字塔式太陽位置傳感器利用陽光投向光伏電池上的角度不同產(chǎn)生不同的電流進(jìn)行測(cè)量。在一個(gè)圓臺(tái)四周貼了4片相同的光伏電池，圖4左圖是圓臺(tái)頂視圖，右圖是側(cè)視圖。太陽光從上方投射下來，當(dāng)太陽光正中向下方投射時(shí)，4個(gè)光伏電池光線夾角相同，產(chǎn)生的電流相同。當(dāng)太陽光偏向左側(cè)（西方）時(shí)，左側(cè)光伏電池光照加強(qiáng)，輸出電流增大；右側(cè)光伏電池光照減弱，輸出電流減小。所以根據(jù)各光伏電池電流變化可以判斷陽光的偏向。 |
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這種結(jié)構(gòu)同樣精度不高，同樣易受到周圍光線干擾。 |
| 光筒式太陽位置傳感器 |
| 光筒式太陽位置傳感器采用圓筒來遮光，圓筒上方中心開有圓孔，在圓筒底部中心安裝一個(gè)四象限光電池，見圖5。來自上方的太陽光通過圓孔投向底部，當(dāng)太陽光正中向下方投射時(shí)，投射的光斑中心與四象限光電池中心重合，四象限光電池各電池輸出相同。當(dāng)太陽光偏向左側(cè)（西方）時(shí)，見圖5左圖，投射的光斑偏向東方，見圖5右圖，四象限光電池左側(cè)兩個(gè)電池被部分遮擋，右側(cè)電池輸出大于左側(cè)電池輸出，于是根據(jù)各光伏電池電流的變化可以判斷出陽光的偏向。 |
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光筒式太陽位置傳感器可以防止周圍光線的干擾，對(duì)光線偏差的靈敏度也高多了，可檢測(cè)出太陽位置較小的偏差。其缺點(diǎn)是檢測(cè)的光線角度較小，光線角度偏差大時(shí)，光斑跑到四象限光電池之外，就無法檢測(cè)了。 把光筒式與塔式結(jié)合起來可以彌補(bǔ)雙方的缺點(diǎn)，圖6顯示了這種組合的太陽位置傳感器，在光筒的上部收口做成圓臺(tái)狀，圓臺(tái)側(cè)面貼上光伏電池，圓筒底部安裝四象限光電池。把這種傳感器安裝在跟蹤設(shè)備上，當(dāng)光線角度偏差大時(shí)通過圓臺(tái)上的光伏電池檢測(cè)來修正跟蹤的角度，當(dāng)角度偏差較小時(shí)，通過四象限光電池檢測(cè)來實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的跟蹤。 |
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高精度太陽位置傳感器 |
| 如果要進(jìn)一步提高對(duì)太陽位置的精確檢測(cè)，可在光筒入口處加裝凸透鏡，把光線聚集，縮小光斑，4象限光電池尺寸縮小，在外圍排列多個(gè)扇形光電池，組成多元光電池，如圖7所示。由于聚光增強(qiáng)了光強(qiáng)，在透鏡后設(shè)置了光圈，強(qiáng)光時(shí)縮小光圈可保證電池在正常光照下工作。圖中光圈葉片本是黑色，為清楚起見，用橙紅色顯示。 在傳感器上端的喇叭口內(nèi)側(cè)貼有4片光伏電池，用于對(duì)大偏差角度光線的檢測(cè)，原理同金字塔式太陽位置傳感器。 |
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多元光電池可由多個(gè)扇面組成，也可以由小塊光電池組成陣列，對(duì)太陽位置進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。 目前PSD元件在高精度太陽位置傳感器在得到應(yīng)用，PSD是一種位置檢測(cè)元件，有分辨率高，精度高的特點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡單，采用PSD元件制作的太陽位置傳感器的檢測(cè)精度可輕易達(dá)到0.1度。 還有采用CCD圖像元件做檢測(cè)元件，由于CCD元件有很高的分辨率，很高的線性度，凸透鏡可聚焦成很小的光點(diǎn)，由此達(dá)到很高的測(cè)量精度，但線路與軟件都比較復(fù)雜。 有關(guān)PSD元件與CCD元件的介紹請(qǐng)另找參考資料。 |
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