一种双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量装置转让专利
申请号 : CN200710176878.0
文献号 : CN101398301B
文献日 : 2010-04-14
发明人 : 周世勃 , 李卫军 , 武鑫 , 赵斌 , 许洪华
申请人 : 中国科学院电工研究所 , 北京科诺伟业科技有限公司
摘要 :
一种双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量装置，包括导光头(4)、上法兰(3)、桶身(2)、下法兰(1)、靶纸、有机玻璃视窗(5)和遮光罩(7)，上述各部件自上而下按导光头(4)，上法兰(3)，桶身(2)，下法兰(1)，靶纸，有机玻璃视窗(5)，遮光罩(7)的顺序联接，遮光罩(7)粘接在下法兰(1)的下安装面上，各部件之间联接紧密，无透光点。导光头(4)上有一导光圆孔；上法兰(3)中心开有一通孔；下法兰(1)中心有一通孔；靶纸安装在有机玻璃视窗(5)的上表面，靶纸为半透明硫酸纸，其上印有表示不同测量精度的同心极坐标圆环。本发明安装在双自由度跟踪光伏发电系统上，可直接从投射到靶纸上的光斑读出跟踪太阳的跟踪精度。
权利要求 :
1.一种双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量装置，其特征在于包括导光头(4)、上法兰(3)、桶身(2)、下法兰(1)、靶纸、有机玻璃视窗(5)和遮光罩(7)，上述各部件自上而下按导光头(4)，上法兰(3)，桶身(2)，下法兰(1)，靶纸，有机玻璃视窗(5)，遮光罩(7)的顺序依次采用螺钉联接，遮光罩(7)粘接在下法兰(1)的下安装面上，导光头(4)、上法兰(3)、桶身(2)、下法兰(1)、靶纸、有机玻璃视窗(5)和遮光罩(7)之间联接紧密，无透光点；导光头(4)上有一导光圆孔；上法兰(3)中心开有一通孔；下法兰(1)中心有一通孔；靶纸安装在有机玻璃视窗(5)的上表面，靶纸为半透明硫酸纸，其上印有表示不同测量精度的同心极坐标圆环。
2.根据权利要求1所述的双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量装置，其特征在于导光头(4)底部装配在上法兰(3)的上安装面，上法兰(3)的下安装面与桶身(2)的上安装面配合，桶身(2)的下安装面与下法兰(1)的上安装面配合，下法兰(1)中心通孔下安装面方向有一凹台用于安装有机玻璃视窗(5)；导光头(4)、上法兰(3)、桶身(2)和下法兰(1)内表面均喷涂黑色吸光涂料。
3.根据权利要求1所述的双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量装置，其特征在于导光头(4)外形呈圆锥形，导光头(4)上的导光圆孔为30°锥孔。
说明书 :
技术领域
本发明涉及双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量装置。
背景技术
双自由度跟踪光伏发电系统是目前高效利用太阳电池，使用太阳光能发电的重要手段之一，双自由度跟踪光伏发电系统跟踪太阳的精度高低直接影响到太阳电池的发电量，同时也是反映双自由度跟踪光伏发电系统性能优劣的重要技术参数，所以及时测得跟踪太阳精度，能够对双自由度跟踪光伏发电系统系统整体运行情况作出正确判断，及时对系统进行维护，保正其性能可靠。目前双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度实时检测装置有以下几种方式：
1.采取使用四象限光敏器件制作的传感器，此传感器采用四组光敏器件排成棱锥，在正向光的照射下标定各组光敏器件电压或电流值相等，当阳光正向照射传感器时，四组光敏器件电压火电流相等，阳光偏离正向照射时四组光敏器件产生电压差，经计算机运算得出偏差角度。但此传感器环境适应性差，需要定期标定，频繁清洁，并不适合双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量。双自由度跟踪光伏发电系统大量使用在光能充足的荒漠地区，自然环境恶劣，四象限光敏器件制作的传感器极易受到表面污染，从而导致测量精度失准。并且成本较高。
2.太阳敏感器是测量太阳位置的仪器，为人造卫星的姿态调整提供数据，如：中国专利200510063341.4“微型数字式太阳敏感器”、01140443.4“光学非线性补偿的模拟式两轴太阳敏感器设计法及敏感器”、200610103797.3“高精度APS太阳敏感器”等，可以用在双自由度跟踪光伏发电系统上检测跟踪太阳精度，但此类仪器价格昂贵，运行环境要求高，不适合在荒漠地区使用。
3.阳光准直仪可以测出双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪精度，但使用安装并不方便，且需要经常维护，因此也不适用于双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量。
4.还有一种非常简易的方法，在双自由度跟踪光伏发电系统上的太阳电池板面上安装一根垂直于太阳电池板面的直杆，根据直杆的太阳光影来计算出跟踪太阳精度，此方法可临时采用，很不方便，尤其是双自由度跟踪光伏发电系统很大，用此方法测量跟踪太阳精度需要爬高测量，非常不便。
1.采取使用四象限光敏器件制作的传感器，此传感器采用四组光敏器件排成棱锥，在正向光的照射下标定各组光敏器件电压或电流值相等，当阳光正向照射传感器时，四组光敏器件电压火电流相等，阳光偏离正向照射时四组光敏器件产生电压差，经计算机运算得出偏差角度。但此传感器环境适应性差，需要定期标定，频繁清洁，并不适合双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量。双自由度跟踪光伏发电系统大量使用在光能充足的荒漠地区，自然环境恶劣，四象限光敏器件制作的传感器极易受到表面污染，从而导致测量精度失准。并且成本较高。
2.太阳敏感器是测量太阳位置的仪器，为人造卫星的姿态调整提供数据，如：中国专利200510063341.4“微型数字式太阳敏感器”、01140443.4“光学非线性补偿的模拟式两轴太阳敏感器设计法及敏感器”、200610103797.3“高精度APS太阳敏感器”等，可以用在双自由度跟踪光伏发电系统上检测跟踪太阳精度，但此类仪器价格昂贵，运行环境要求高，不适合在荒漠地区使用。
3.阳光准直仪可以测出双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪精度，但使用安装并不方便，且需要经常维护，因此也不适用于双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量。
4.还有一种非常简易的方法，在双自由度跟踪光伏发电系统上的太阳电池板面上安装一根垂直于太阳电池板面的直杆，根据直杆的太阳光影来计算出跟踪太阳精度，此方法可临时采用，很不方便，尤其是双自由度跟踪光伏发电系统很大，用此方法测量跟踪太阳精度需要爬高测量，非常不便。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术成本费用高，测量不便的缺点，提出一种双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度测量装置。本发明制造及维护简单，成本低廉，易操作，测量方便，可以及时读出双自由度跟踪光伏发电系统的跟踪太阳精度，测量精度达到±1°。
本发明由导光头、上法兰、桶身、下法兰、靶纸、有机玻璃视窗和遮光罩等部件组成。导光头外形呈圆锥形，导光头圆锥形底部装配在上法兰的上安装面。上法兰中心开有一通孔。上法兰的下安装面与桶身上安装面配合，桶身下安装面与下法兰上安装面配合。下法兰中心开有一通孔，通孔下安装面方向有一凹台用于安装有机玻璃视窗。导光头、上法兰、下法兰、桶身配合紧密，无透光点。导光头、上法兰、下法兰、桶身、有机玻璃视窗之间采用用螺钉联接，构成本发明主体。靶纸安装在有机玻璃视窗的上表面，靶纸采用半透明硫酸纸，靶纸上印有表示不同测量精度的同心极坐标圆环。遮光罩粘接在下法兰的下安装面上。导光头上有一导光圆孔，太阳光由导光头小孔射入，经过上法兰中心通孔和下法兰中心通孔，投射到靶纸上形成光斑，通过有机玻璃视窗可以看到光斑在靶纸上的极坐标位置，直接读出双自由度跟踪光伏发电系统跟踪太阳精度。
本发明由导光头、上法兰、桶身、下法兰、靶纸、有机玻璃视窗和遮光罩等部件组成。导光头外形呈圆锥形，导光头圆锥形底部装配在上法兰的上安装面。上法兰中心开有一通孔。上法兰的下安装面与桶身上安装面配合，桶身下安装面与下法兰上安装面配合。下法兰中心开有一通孔，通孔下安装面方向有一凹台用于安装有机玻璃视窗。导光头、上法兰、下法兰、桶身配合紧密，无透光点。导光头、上法兰、下法兰、桶身、有机玻璃视窗之间采用用螺钉联接，构成本发明主体。靶纸安装在有机玻璃视窗的上表面，靶纸采用半透明硫酸纸，靶纸上印有表示不同测量精度的同心极坐标圆环。遮光罩粘接在下法兰的下安装面上。导光头上有一导光圆孔，太阳光由导光头小孔射入，经过上法兰中心通孔和下法兰中心通孔，投射到靶纸上形成光斑，通过有机玻璃视窗可以看到光斑在靶纸上的极坐标位置，直接读出双自由度跟踪光伏发电系统跟踪太阳精度。
附图说明
图1a为本发明整体图，图1b为本发明导光头局部放大图，图1c为光斑处局部放大图；
图中：1下法兰，2桶身，3上法兰，4导光头，上述部件全部采用铝合金制造，5有机玻璃视窗，6入射太阳光，7遮光罩，8安装调整螺栓；
图2为靶纸图。
图中：1下法兰，2桶身，3上法兰，4导光头，上述部件全部采用铝合金制造，5有机玻璃视窗，6入射太阳光，7遮光罩，8安装调整螺栓；
图2为靶纸图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步描述本发明。
本发明由导光头4、上法兰3、桶身2、下法兰1、靶纸、有机玻璃视窗5和遮光罩7等部件组成。如图1a所示，导光头4的圆锥形底部安装在上法兰3的上安装面上，用螺钉联接。导光头4采用铝合金制造，导光头4上有φ1.5～2mm导光孔。图1b为导光孔放大立体图，导光孔采用30°锥孔，保证阳光以±10°的角度范围入射无干扰，导光头4外形为圆锥形，目的是安装在双自由度跟踪光伏发电系统时导光头4可以通过太阳电池板之间的安装间隙，使导光头4上的导光孔凸出太阳电池板表面采得太阳光。上法兰3中心开有一通孔。上法兰3上均布有螺纹孔用来与桶身2联接。桶身2采用铝合金板制造，上下外沿各均布联接孔用来联接上法兰3和下法兰1。下法兰1采用铝合金制造，均布有M4罗纹孔16个用来与桶身2联接。下法兰1中心开有圆孔，下法兰1下面加工有四方凹台，凹台内均布罗纹孔，采用螺钉固定有机玻璃视窗5，有机玻璃视窗5采用有机玻璃板加工，中心有孔，四周均布φ5mm的安装孔8个，下法兰1和有机玻璃视窗5中间夹装靶纸。靶纸为半透明的硫酸纸。如图2所示，靶纸上打印有表示不同测量精度的同心极坐标圆环。本发明装置最下部为遮光罩7，遮光罩7采用轻质复合材料制成，粘接在下法兰1的下安装面上，用来遮挡周围漫反射阳光，为从下面透过有机玻璃视窗清楚观看靶纸上的光斑提供一个暗光环境。上法兰3四角均布安装四个安装调整螺栓，将本发明装置安装在双自由度跟踪光伏发电系统上，能够调整安装角度。本发明装置自上而下按导光头4——上法兰3——桶身2——下法兰1——靶纸——有机玻璃视窗5——遮光罩7的顺序依次用螺钉联接装配，除靶纸和有机玻璃视窗5之外，导光头4、上法兰3、桶身2和下法兰1内表面均喷涂黑色吸光涂料，使得本发明装置内部无影响观察光斑的反射光。
本发明的工作过程如下：
图1a所示，本发明利用光沿直线传播的原理，太阳光入射光6从导光头4导光孔中射入，经过上法兰3中心通孔和下法兰1的中心通孔，投射到装置底部有机玻璃视窗5上安装的半透光靶纸上，形成明亮光斑，由光斑在靶纸上的位置可得出系统跟踪偏差。导光孔和靶纸垂直距离573mm。图2为靶纸图，各同心圆环表现偏差角度。十字线可比较出偏差方向。图2靶纸内外圈半径依次为5mm、10mm、15mm、20.01mm、25.02mm、30.03mm、35.04mm、40.06mm、45.09mm共9个同心圆圈，即光斑在靶纸上不同的同心圆圈内代表不同的跟踪太阳精度，每个圆圈分别代表±0.5°、±1.0°、±1.5°、±2.0°、±2.5°、±3.0°、±3.5°、±4.0°、±4.5°。由于导光头4上的导光孔φ2mm，投射到靶纸上的光斑为φ3mm左右，读数时会产生误差最大±0.3°，虽然本发明测量最小分度值为±0.5°，但由于误差存在，所以测量精度为±1.0°。本发明需正确安装在双自由度跟踪光伏发电系统上，测量人员在双自由度跟踪光伏发电系统下方，通过遮光罩7内的有机玻璃视窗5上的靶纸上的光斑位置直接读出双自由度跟踪光伏发电系统跟踪太阳精度，方便直观。为便于读数而少受外界强光影响，装置下部装有7遮光罩。上法兰3上可调螺栓8于跟踪系统联接，在跟踪系统正常运行是调整可调螺栓8保证光斑在图2靶纸0.5°的圆环内，本发明安装完成，便可以观察跟踪系统运行精度。
本发明安装方法有两种：
1、调整双自由度跟踪光伏发电系统，使系统上安装的太阳电池板处于水平状态，3上的安装孔与跟踪系统用可调螺栓联接，调整可调螺栓，让4、5上的小孔轴线垂直，可用细绳通过两孔挂铅锤的办法，调整可调螺栓使细绳在5上孔中心，表示两孔轴线垂直电池板可正常使用。
2、在跟踪系统正常跟踪的状态下，调整可调螺栓，使光斑处于靶心即可，此方法可测出运行精度，如光斑在系统跟踪过程中始终处于精度许可范围，则系统正常，否则说明系统运行超差。
太阳入射光6通过导光头4上的小孔射入测量仪内，测量仪上下31法兰和桶身2联接为密闭不透光的整体，内部涂黑色吸光材料，光线投射到在有机玻璃视窗5上安装的靶纸上，形成光斑，通过光斑在靶纸上的位置读出跟踪精度。
本发明安装在双自由度跟踪光伏发电系统上试用，效果良好，有推广价值。
本发明由导光头4、上法兰3、桶身2、下法兰1、靶纸、有机玻璃视窗5和遮光罩7等部件组成。如图1a所示，导光头4的圆锥形底部安装在上法兰3的上安装面上，用螺钉联接。导光头4采用铝合金制造，导光头4上有φ1.5～2mm导光孔。图1b为导光孔放大立体图，导光孔采用30°锥孔，保证阳光以±10°的角度范围入射无干扰，导光头4外形为圆锥形，目的是安装在双自由度跟踪光伏发电系统时导光头4可以通过太阳电池板之间的安装间隙，使导光头4上的导光孔凸出太阳电池板表面采得太阳光。上法兰3中心开有一通孔。上法兰3上均布有螺纹孔用来与桶身2联接。桶身2采用铝合金板制造，上下外沿各均布联接孔用来联接上法兰3和下法兰1。下法兰1采用铝合金制造，均布有M4罗纹孔16个用来与桶身2联接。下法兰1中心开有圆孔，下法兰1下面加工有四方凹台，凹台内均布罗纹孔，采用螺钉固定有机玻璃视窗5，有机玻璃视窗5采用有机玻璃板加工，中心有孔，四周均布φ5mm的安装孔8个，下法兰1和有机玻璃视窗5中间夹装靶纸。靶纸为半透明的硫酸纸。如图2所示，靶纸上打印有表示不同测量精度的同心极坐标圆环。本发明装置最下部为遮光罩7，遮光罩7采用轻质复合材料制成，粘接在下法兰1的下安装面上，用来遮挡周围漫反射阳光，为从下面透过有机玻璃视窗清楚观看靶纸上的光斑提供一个暗光环境。上法兰3四角均布安装四个安装调整螺栓，将本发明装置安装在双自由度跟踪光伏发电系统上，能够调整安装角度。本发明装置自上而下按导光头4——上法兰3——桶身2——下法兰1——靶纸——有机玻璃视窗5——遮光罩7的顺序依次用螺钉联接装配，除靶纸和有机玻璃视窗5之外，导光头4、上法兰3、桶身2和下法兰1内表面均喷涂黑色吸光涂料，使得本发明装置内部无影响观察光斑的反射光。
本发明的工作过程如下：
图1a所示，本发明利用光沿直线传播的原理，太阳光入射光6从导光头4导光孔中射入，经过上法兰3中心通孔和下法兰1的中心通孔，投射到装置底部有机玻璃视窗5上安装的半透光靶纸上，形成明亮光斑，由光斑在靶纸上的位置可得出系统跟踪偏差。导光孔和靶纸垂直距离573mm。图2为靶纸图，各同心圆环表现偏差角度。十字线可比较出偏差方向。图2靶纸内外圈半径依次为5mm、10mm、15mm、20.01mm、25.02mm、30.03mm、35.04mm、40.06mm、45.09mm共9个同心圆圈，即光斑在靶纸上不同的同心圆圈内代表不同的跟踪太阳精度，每个圆圈分别代表±0.5°、±1.0°、±1.5°、±2.0°、±2.5°、±3.0°、±3.5°、±4.0°、±4.5°。由于导光头4上的导光孔φ2mm，投射到靶纸上的光斑为φ3mm左右，读数时会产生误差最大±0.3°，虽然本发明测量最小分度值为±0.5°，但由于误差存在，所以测量精度为±1.0°。本发明需正确安装在双自由度跟踪光伏发电系统上，测量人员在双自由度跟踪光伏发电系统下方，通过遮光罩7内的有机玻璃视窗5上的靶纸上的光斑位置直接读出双自由度跟踪光伏发电系统跟踪太阳精度，方便直观。为便于读数而少受外界强光影响，装置下部装有7遮光罩。上法兰3上可调螺栓8于跟踪系统联接，在跟踪系统正常运行是调整可调螺栓8保证光斑在图2靶纸0.5°的圆环内，本发明安装完成，便可以观察跟踪系统运行精度。
本发明安装方法有两种：
1、调整双自由度跟踪光伏发电系统，使系统上安装的太阳电池板处于水平状态，3上的安装孔与跟踪系统用可调螺栓联接，调整可调螺栓，让4、5上的小孔轴线垂直，可用细绳通过两孔挂铅锤的办法，调整可调螺栓使细绳在5上孔中心，表示两孔轴线垂直电池板可正常使用。
2、在跟踪系统正常跟踪的状态下，调整可调螺栓，使光斑处于靶心即可，此方法可测出运行精度，如光斑在系统跟踪过程中始终处于精度许可范围，则系统正常，否则说明系统运行超差。
太阳入射光6通过导光头4上的小孔射入测量仪内，测量仪上下31法兰和桶身2联接为密闭不透光的整体，内部涂黑色吸光材料，光线投射到在有机玻璃视窗5上安装的靶纸上，形成光斑，通过光斑在靶纸上的位置读出跟踪精度。
本发明安装在双自由度跟踪光伏发电系统上试用，效果良好，有推广价值。