光电式太阳光跟踪传感器的应用.pdf

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1、北京石油化工学院学报第20卷第2期Vo1．2ONO．2JournalofBeijingInstituteof2012年6月Jnn．2012Petro—chemicalTechnology光电式太阳光跟踪传感器的应用田丰。孙丽妍(1．北京化工大学信息科学与技术学院，北京100029；2．北京石油化工学院光机电装备技术北京市重点实验室，北京102617)摘要提出了一种应用于光纤太阳光照明系统的光电式太阳光跟踪传感器。详细叙述了光电传感器的结构、光电器件板的结构、光电探测与信号转换处理电路。通过验证表明，传感器有效地提高了系统的跟踪精度，

2、且结构简单，易加工，具有较高的应用价值和使用前景。关键词太阳跟踪传感器；硅光电池；光电转换中图法分类号TP273目前大多数太阳能接收器被安装在聚焦器固定在水平平面上，基座中心是竖轴轴套，它与上，并且是将太阳能转换为热能、化学能或电能基座固连在一起，而竖轴yy与支架固定在一之后进行间接利用，由于聚焦器通常是安装在起，马达1可以驱动支架沿水平方向旋转。在屋顶等室外的地方，造成设备复杂昂贵，维护困XX处有一个横轴；马达2可以驱动聚光器板难等问题。如果将太阳能聚焦后由光纤将收集沿垂直方向旋转。为了精确地跟踪太阳光，让到的太阳能传输到远处，既

3、可以直接利用太阳聚光器板跟踪太阳光线，在聚光器板中间设置光进行照明，也可以在远程工作地点(如在室了一个光电跟踪传感器。内、地面上或在受控制的条件下)将太阳能转化为热能、电能或化学能，而且由于光纤柔韧、径细、质轻，能自由弯曲，具有良好的可埋人性，并且光纤损耗低，传输距离长，因此可以在建筑施工或房屋装修过程中将光纤像电线一样埋入，这样可大大增加自然光传光系统的灵活性，使人们很容易将自然光引入到所需的任意位置，且具有结构简单经济、灵活方便等优点n]。y由于地球自转同时围绕太阳公转，而太阳光采集跟踪装置聚光器的汇聚光束与传输光纤图1太阳光跟

4、踪机械装置端面只有在垂直的条件下，太阳光才能高效的经过聚光器汇聚后太阳光束将耦合进入光耦合进入光纤，因此太阳光的跟踪精度便成为纤，但是当太阳光线与聚光器板的法线成角了光纤太阳光照明技术中的一项关键技术。笔时(如图2所示)，一部分太阳光线在光纤入射者提出了一种应用于光纤太阳光照明系统的光端面附近泄漏掉，当入射角0满足条件0<电式太阳光跟踪传感器。2arcsin(NA)时，对于阶跃型光纤，太阳光耦合1光纤太阳光跟踪技术进入光纤的效率为：太阳光采集跟踪装置机械结构如图1所示，其为双轴跟踪装置，底部为支撑基座，用于珈一exp(一())式中：

5、n。为光纤包层的折射率，面为汇聚光束的收稿日期：2012—02-29束腰半径，．：L为光束波长。由式(1)可以计算出第2期田丰等．光电式太阳光跟踪传感器的应用53太阳光耦合进入光纤的耦合效率与角度误差0其上放置一块由大小不同的小孔构成的光栏的变化曲线，如图3所示。板，该光栏板有2个作用：一是合理设计光栏板的厚度，他可以起到提高传感跟踪精度的作用；二是起到滤除杂散光的作用。＼＼＼!：．；／图2太阳光光纤耦合示意图图4光电跟踪传感器结构2．2光电探测角度误差o／(。)光电器件板的结构如图5所示，共由8个图3耦合效率与角度误差关系曲线光电

6、器件组成，其中外围的4块N、N、N。、N用于对太阳光跟踪机械装置进行大偏差检从图3可以看出，光束耦合效率刀随着角测。而内侧的4块A、B、C、D用于对装置进行度误差0的增大而减小，当入射角度误差0取小偏差检测，从而形成外围粗定位，内测精定位值在2。范围内时，耦合效率基本保持在9o％以的模式。从图5中可以看到，由于太阳光束的上。当误差角度达到1O。时，耦合效率将会下入射中心偏移到0，造成太阳光束与暗筒x、y降到50以下。考虑到机械装置的加工精度轴均存在夹角，使得经过透镜汇聚的高密度太和安装误差，以及现场使用环境的限制，通常情阳光束通过光

7、栏板照射在光电器件上的光斑数况下将入射角度误差0限制在1。以内。因此太量不同。由于光斑能量大，则不同光电器件问阳光跟踪系统需要相应的传感装置对其进行闭产生的光电流存在明显差异。显然通过光电器环反馈控制，以提高系统的跟踪精度。件板反馈信号差的调整，可以提高跟踪装置的精度。以内侧光电器件为例，太阳光照产生的2光电式太阳光跟踪传感器光电流i、i、i、i。通常需要运算放大器转换2．1结构组成放大为“A、B、“c、“D使用，现用“、“分别表光电式太阳光跟踪传感器由光电器件板、示太阳光束在横轴X与竖轴y上产生的电压光栏板、暗筒和聚光透镜等部分组

8、成，如图4幅值差，可得所示。太阳光跟踪装置由于受到地区纬度和季节的影响，仅采用视日跟踪误差通常较大，因此本由于光电传感器的复杂性和结构特点，将系统中采用视日跟踪和光电跟踪相结合的跟踪光电池选为光电检测器件是非常合适的。普通方式。现有文