本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種適用于光伏跟蹤的光傳感器。

背景技術(shù)：

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，太陽能產(chǎn)業(yè)也隨之迎來飛速發(fā)展，越來越多的光伏電站建立起來，其中隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，跟蹤支架在光伏支架中的份額也越來越高。在跟蹤器行業(yè)中通常采用的是具有閉環(huán)反饋的控制方式，傾角傳感器、編碼器、光傳感器都是十分有效的用于閉環(huán)反饋的傳感器，其中光傳感器的反饋?zhàn)罱咏櫶栠@一終極目標(biāo)的途徑。

光傳感器能夠直接判斷太陽能設(shè)備和太陽光的關(guān)系，能夠判斷出傳感器與太陽光線的位置關(guān)系，也能夠判斷出太陽光的輻射強(qiáng)度。相對(duì)于傾角傳感器只能判斷出當(dāng)前的空間位置和編碼器還需要通過減速比等方式來計(jì)算出設(shè)備所處的空間位置，光傳感器的功能更能夠直觀的體現(xiàn)設(shè)備和陽光的位置關(guān)系。

由于分布式光伏的安裝環(huán)境比較多樣化，受地理環(huán)境的影響比較小，所以對(duì)應(yīng)的光傳感器也需要能夠耐受各種各樣的環(huán)境，外界環(huán)境對(duì)于光傳感器的影響必須較?。挥捎谔柟獾墓鈴?qiáng)跨度比較廣泛，可以從夜間的0W/m2到正午時(shí)超過1000W/m2的強(qiáng)度，所以光傳感器的可靠量程必須要足夠大，能夠適應(yīng)自然觀的變化區(qū)間；跟蹤支架作為區(qū)別傳統(tǒng)固定支架的新型支架需要跟蹤太陽達(dá)到最佳角度，多為反饋調(diào)節(jié)的基準(zhǔn)，光傳感器的精度需要滿足光伏跟蹤支架的跟蹤精度要求；由于光桿傳感器在光伏跟蹤支架上應(yīng)用很廣泛，原則上每個(gè)獨(dú)立的光伏跟蹤支架都需要配備一個(gè)單獨(dú)的光傳感器，光傳感器需要在保證工作性能的情況下盡可能的節(jié)約成本以滿足行業(yè)運(yùn)用的需要；由于市場(chǎng)對(duì)光傳感器的需求量較大，為了滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需要，光傳感器的結(jié)構(gòu)必須在滿足使用要求的情況下簡(jiǎn)單，易于加工制造，同時(shí)傳感器的安裝也必須要能夠適應(yīng)行業(yè)對(duì)于傳感器的安裝要求。但現(xiàn)階段，尚未有能夠很好滿足上述各項(xiàng)要求的光傳感器出現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠在滿足精度的情況下適用于絕大部分的工況條件、能夠滿足市場(chǎng)對(duì)于性價(jià)比高需求的光傳感器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種適用于光伏跟蹤的光傳感器，包括保護(hù)殼、設(shè)置于所述保護(hù)殼內(nèi)的具有多個(gè)感光元件的電路板、設(shè)置于所述保護(hù)殼內(nèi)的若干個(gè)通光件；所述保護(hù)殼具有底面和頂面且至少所述頂面的局部為透鏡，所述透鏡與各所述感光元件相對(duì)應(yīng)；所述電路板安裝于所述保護(hù)殼的底面內(nèi)側(cè)；沿所述保護(hù)殼的底面的延伸面內(nèi)建立有相垂直的X軸和Y軸；

所述感光元件分為三組，分別為用于測(cè)量太陽光角度變化而輸出對(duì)應(yīng)電流信號(hào)的X軸向感光組、用于測(cè)量太陽光角度變化而輸出對(duì)應(yīng)電流信號(hào)的Y軸向感光組和用于判斷太陽光的輻射強(qiáng)度的強(qiáng)度感光組；所述X軸向感光組中包括多個(gè)所述感光元件且各所述感光元件沿所述X軸方向排布，所述Y軸向感光組中包括多個(gè)所述感光元件且各所述感光元件沿所述Y軸方向排布；所述強(qiáng)度感光組中包含至少一個(gè)所述感光元件；各所述感光元件連接有引至所述保護(hù)殼外部的輸出線；

所述通光件開設(shè)有若干個(gè)通光通道，所述通光通道與所述X軸向感光組中的各所述感光元件和所述Y軸向感光組中的各所述感光元件一一對(duì)應(yīng)；所述通光通道包括用于容納對(duì)應(yīng)的所述感光元件的容納槽、與所述容納槽相連通的下透光孔、通過連通孔與所述下透光孔相連通的上透光孔，所述容納槽、所述下透光孔、所述連通孔、所述上透光孔依次沿所述感光元件的法線方向排布。

優(yōu)選的，所述感光元件采用硅光電池。

優(yōu)選的，所述通光件包括至少開設(shè)有部分所述通光通道且側(cè)部具有開口的本體、與所述本體相連接而封閉所述本體側(cè)部的開口來構(gòu)成所述通光通道的蓋板。

優(yōu)選的，所述通光通道中，所述上透光孔的孔徑大于所述下透光孔的孔徑；所述通光通道中，所述連通孔的孔徑大于所述上透光孔的孔徑和所述下透光孔的孔徑；所述通光通道的深度大于所述通光通道中任意位置的孔徑。

優(yōu)選的，與所述X軸向感光組中的各所述感光元件相對(duì)應(yīng)的所述通光通道中，所述上透光孔的中心相對(duì)所述下透光孔的中心沿所述X軸方向偏移；與所述Y軸向感光組中的各所述感光元件相對(duì)應(yīng)的所述通光通道中，所述上透光孔的中心相對(duì)所述下透光孔的中心沿所述Y軸方向偏移。

優(yōu)選的，與所述X軸向感光組中的各所述感光元件相對(duì)應(yīng)的各所述通光通道中，所述上透光孔的中心相對(duì)所述下透光孔的中心的偏移方向不同；與所述Y軸向感光組中的各所述感光元件相對(duì)應(yīng)的各所述通光通道中，所述上透光孔的中心相對(duì)所述下透光孔的中心的偏移方向不同。

優(yōu)選的，所述保護(hù)殼的底面內(nèi)側(cè)設(shè)置有用于支撐并固定所述電路板的多個(gè)凸塊，至少兩個(gè)所述凸塊上設(shè)置有與所述電路板相插拔連接的插接件。

優(yōu)選的，所述保護(hù)殼的底面上開設(shè)有供所述輸出線引至所述保護(hù)殼外部的出線孔、與所述保護(hù)殼內(nèi)部相連通的透氣孔，所述出線孔與所述輸出線之間填充有密封件，所述透氣孔處覆蓋有防水透氣薄膜。

優(yōu)選的，所述保護(hù)殼的底面外側(cè)設(shè)置有若干個(gè)螺紋安裝件。

優(yōu)選的，所述通光通道的內(nèi)壁上具有黑色的光吸收層。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的光傳感器具有測(cè)量精度高，受外界干擾小，生產(chǎn)安裝成本較低，使用壽命較長(zhǎng)的特點(diǎn)，上述特點(diǎn)滿足了太陽能跟蹤支架對(duì)于光傳感器的使用要求，具有良好的市場(chǎng)前景。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的光傳感器的保護(hù)殼內(nèi)除電路板的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2為本發(fā)明的光傳感器的電路板布局圖。

附圖3為本發(fā)明的光傳感器的通光件的本體立體示意圖。

附圖4為本發(fā)明的光傳感器的通光件的本體主視示意圖。

附圖5為本發(fā)明的光傳感器的通光件在正對(duì)陽光照射時(shí)的示意圖。

附圖6為本發(fā)明的光傳感器的通光件在與陽光照射角度具有一定夾角時(shí)的示意圖。

附圖7為本發(fā)明的光傳感器中凸塊和插接件的示意圖。

附圖8為本發(fā)明的光傳感器的保護(hù)殼的底面外側(cè)示意圖。

以上附圖中：1、保護(hù)殼的底面；2、通光件；3、通光通道；4、凸塊；5、插接件；6、出線孔；7、透氣孔；8、螺紋安裝件；9、本體；10、蓋板；A、上透光孔；B、連通孔；C、下透光孔；D、容納槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

實(shí)施例一：如附圖1所示，一種適用于光伏跟蹤的光傳感器，包括保護(hù)殼、電路板、若干個(gè)通光件2，其中電路板包括設(shè)置于其上的若干個(gè)感光元件。

保護(hù)殼通常呈長(zhǎng)方體，其具有相對(duì)的底面1和頂面以及四周的側(cè)面。底面1用于安裝內(nèi)部的各種器件以及將整個(gè)光傳感器安裝到所需位置，底面1具有內(nèi)側(cè)和外側(cè)，其內(nèi)側(cè)指朝向保護(hù)殼內(nèi)的一側(cè)，而朝向保護(hù)殼外的一側(cè)則為其外側(cè)。保護(hù)殼的頂面至少局部采用透鏡，以使太陽光能夠照射到保護(hù)殼內(nèi)部以被感光元件感知。透鏡可以與保護(hù)殼通過膠封相連接以保證密封性。沿保護(hù)殼的底面1的延伸面內(nèi)建立有相垂直的X軸和Y軸以定義方向。在室外環(huán)境中，光傳感器需要能夠耐受日曬雨淋、風(fēng)沙侵蝕等惡劣的自然環(huán)境，所以需要設(shè)置保護(hù)罩，且保護(hù)罩不能干擾采光，因此，在保護(hù)罩上設(shè)置了透鏡，通常采用透光性好的樹脂或玻璃制成透鏡。

電路板設(shè)置保護(hù)殼內(nèi)并安裝在底面1的內(nèi)側(cè)，其上的若干個(gè)感光元件分為三組，分別為X軸向感光組、Y軸向感光組和強(qiáng)度感光組。X軸向感光組包括多個(gè)感光元件，它們沿X軸方向成行排布。Y軸向感光組也包括多個(gè)感光元件，它們沿Y軸方向成列排布。X軸向感光組和Y軸向感光組中的各感光元件均用于測(cè)量太陽光角度變化而輸出對(duì)應(yīng)電流信號(hào)。強(qiáng)度感光組包括至少一個(gè)感光元件，它用于判斷太陽光的輻射強(qiáng)度并輸出對(duì)應(yīng)電流信號(hào)。各感光元件均連接有引至保護(hù)殼外部的輸出線。該光傳感器利用不同的感光元件，通過檢測(cè)照射到感光元件上的光線的差異來判斷出當(dāng)前陽光和光傳感器之間的位置關(guān)系。

感光元件在選材上可以由多種材料中選擇，需要滿足復(fù)雜的工作環(huán)境，滿足不同強(qiáng)度的光強(qiáng)，但光敏電阻、光敏二極管等會(huì)在光強(qiáng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)飽和的材料不能采用。本方案中主要采用硅光電池，該材料和太陽能電池組件材料類似，具有更加可靠的性能。此外，感光元件還可以采用GaAs、CdTe和CuInSe2(CuInS2)等光電池材料。

如附圖2所示，本實(shí)施例中電路板上共設(shè)置5個(gè)感光元件，分別為D1、D2、D3、D4、D5。其中，感光元件D1和D2構(gòu)成了X軸向感光組，感光元件D4和D5構(gòu)成了Y軸向感光組，感光元件D3構(gòu)成了強(qiáng)度感光組。因此，感光元件D1和D2沿X軸方向排布，感光元件D4和D5沿Y軸方向排布并位于感光元件D1和D2的一側(cè)。這樣就可以測(cè)量到兩個(gè)相互垂直的軸向上的太陽光情況。而感光元件D3可以在跟蹤正常時(shí)判斷太陽光當(dāng)前的輻射強(qiáng)度，從而判斷出當(dāng)前太陽光的照射情況，例如是否為陰雨天氣等，能夠給跟蹤系統(tǒng)提供輔助信息。感光元件D1-D5的負(fù)極相互連接為GND，可以直接安裝合適的接線端子將所需要的信號(hào)引出。感光元件D1-D5各自的正極分別連接輸出線而引出輸出電流。

通光件2開設(shè)有若干個(gè)通光通道3，通光通道3與X軸向感光組中的各感光元件和Y軸向感光組中的各感光元件一一對(duì)應(yīng)。可以一個(gè)通光件2上僅開設(shè)一個(gè)通光通道3也可以一個(gè)通光件2上開設(shè)多個(gè)通光通道3。本實(shí)施例中，共計(jì)設(shè)置兩個(gè)通光件2，每個(gè)通光件2上均開設(shè)有兩個(gè)通光通道3，一個(gè)通光件2與X軸向感光組中的兩個(gè)感光元件相對(duì)應(yīng)，另一個(gè)通光件2與Y軸向感光組中的兩個(gè)感光元件相對(duì)應(yīng)。每個(gè)通光件2均包括本體9和蓋板10，如附圖3、4所示，本體9上至少開設(shè)有部分通光通道3，且其側(cè)部具有通光通道3形成的開口，而蓋板10與本體9相連接從而將本體9側(cè)部的開口封閉，構(gòu)成完整的通光通道3，如附圖1所示。在本體9的開口側(cè)，可以設(shè)置若干個(gè)小孔等結(jié)構(gòu)來安裝蓋板10。

每個(gè)通光通道3均包括用于容納對(duì)應(yīng)的感光元件的容納槽D、與容納槽D相連通的下透光孔C、通過連通孔B與下透光孔C相連通的上透光孔A，容納槽D、下透光孔C、連通孔B、上透光孔A依次沿感光元件的法線方向，即垂直于感光元件表面的方向排布，從而太陽光可以穿過通光通道3而照射到感光元件上。每個(gè)通光通道3中，上透光孔A的孔徑大于下透光孔C的孔徑，連通孔B的孔徑大于上透光孔A的孔徑和下透光孔C的孔徑，通光通道3的深度，即通光通道3沿感光元件的法線方向的厚度大于通光通道3中任意位置的孔徑。通光通道3的內(nèi)壁上具有黑色的光吸收層或者通光件2采用黑色材料制作。

與X軸向感光組中的各感光元件相對(duì)應(yīng)的通光通道3中，上透光孔A的中心相對(duì)下透光孔C的中心沿X軸方向偏移，且與X軸向感光組中的各感光元件相對(duì)應(yīng)的各通光通道3中，上透光孔A的中心相對(duì)下透光孔C的中心的偏移方向不同。因此在本實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)X軸向感光組的那個(gè)通光件2中的兩個(gè)通光通道3，形成軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩個(gè)上透光孔A的中心分別向X軸方向的兩端偏移。與之類似的，與Y軸向感光組中的各感光元件相對(duì)應(yīng)的通光通道3中，上透光孔A的中心相對(duì)下透光孔C的中心沿Y軸方向偏移，且與Y軸向感光組中的各感光元件相對(duì)應(yīng)的各通光通道3中，上透光孔A的中心相對(duì)下透光孔C的中心的偏移方向不同，即對(duì)應(yīng)Y軸向感光組的那個(gè)通光件2中的兩個(gè)通光通道3，也形成軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩個(gè)上透光孔A的中心分別向Y軸方向的兩端偏移。

通常，通光通道3中，上透光孔A的橫截面、下透光孔C的橫截面均為具有長(zhǎng)邊和短邊的矩形，與X軸向感光組中的感光元件相對(duì)應(yīng)的通光通道3的短邊沿X軸方向延伸，與Y軸向感光組中的感光元件相對(duì)應(yīng)的通光通道3的短邊沿Y軸方向延伸。

上述方案中，上透光孔A和下透光孔C大小不同，其中上透光孔A的孔徑大于下透光孔C的孔徑，并且上透光孔A的中心和下透光孔C的中心的連線與感光元件的表面成具有一定的銳角夾角，這樣做的好處是能夠增加精度。如圖5所示，當(dāng)一束平行的太陽光照射到和太陽光垂直安裝的光傳感器時(shí)，兩個(gè)硅光電池所接受到的受光區(qū)域是相同的，由于光源為太陽光，可以認(rèn)為光強(qiáng)相等，所以硅光電池受到的輻照相等，產(chǎn)生的電流也相等。當(dāng)光傳感器的法線和太陽光線存在一定夾角時(shí)，如圖6所示，可以明顯的看到，由于上下兩個(gè)透光孔的位置關(guān)系，左邊的透光孔組合比右邊的透光孔組合接收到的太陽光更多，同時(shí)由于傾角的關(guān)系，右邊的傾角對(duì)光線存在阻礙作用，這樣左右兩邊的受光量的差距成倍增加，這樣的設(shè)計(jì)能夠提高感官傳感器的精度，通常情況下這種設(shè)計(jì)結(jié)合外部能夠?qū)⒏泄鈧鞲衅鞯木忍嵘?.1°。

自然環(huán)境下除了陽光的照射以外，還有其他光源或陽光照射在物體表面反射出來的反射光線，這些光線都會(huì)對(duì)傳感器對(duì)陽光的定位產(chǎn)生影響，為了盡可能得減少來自于其他光源或太陽光產(chǎn)生反射光對(duì)于傳感器的影響，做了以下措施：1、在傳感器通光通道3部分側(cè)面蓋板10蓋上以后，通光通道3變成了一個(gè)只有上下透光的半封閉結(jié)構(gòu)，這樣來自于通光通道3周圍的反射光照不進(jìn)通光通道3內(nèi)部；2、通光通道3孔壁為黑色，黑色能夠吸收光線，角度無序的散射光照射到通光孔孔壁上時(shí)，光線會(huì)被吸收不會(huì)被反射到下方的光傳感器上；3、通光通道3的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其各處的孔徑，這樣和通光通道3角度差距大的散射光線都會(huì)被照射到通光通道3的孔壁上面，由于孔壁為黑色，光線就會(huì)被吸收；4、上透光孔A的孔徑大于下透光孔C的孔徑，這樣能夠增加通光通道3吸收陽光的量，提高感光元件感受到的太陽光量，從而提高傳感器的靈敏度；5、通光通道3內(nèi)部有一個(gè)較大的腔室，即連通孔B，雜光在進(jìn)入該腔室以后會(huì)被多次反射，有利于孔壁對(duì)于雜光的吸收。通過對(duì)雜光的消除，增加光傳感器的精度。

如附圖1所示，保護(hù)殼的底面1內(nèi)側(cè)的四角位置設(shè)置多個(gè)凸塊4，用來由下方支撐并固定電路板，其中至少兩個(gè)凸塊4上設(shè)置有與電路板相插拔連接的插接件5。如附圖7所示，該插接件5為兩個(gè)頂端具有卡接塊的定位柱，它能夠在給電路板提供支撐的同時(shí)對(duì)電路板進(jìn)行定位，不需要螺絲鎖緊等工作，卡扣一卡即可定位電路板。

如附圖1和附圖8所示，保護(hù)殼的底面1的中部開設(shè)有供各個(gè)感光元件所連接的輸出線引至保護(hù)殼外部的出線孔6，各感光元件的輸出線均通過該出線孔6統(tǒng)一引出。出線孔6處可以設(shè)置卡槽來固定輸出線，輸出線需要?jiǎng)兤ず蟠┻^出線孔6，出線孔6與輸出線之間填充有密封件，通常做灌膠等密封處理即可，從而增強(qiáng)了光傳感器的防水性能，提高了光傳感器的使用壽命。

在室外環(huán)境下，受到陽光的照射，光傳感器的保護(hù)殼內(nèi)的空氣受熱后壓強(qiáng)會(huì)增大，為了平衡保護(hù)殼內(nèi)外的壓力，在保護(hù)殼的底面1上還開設(shè)有與保護(hù)殼內(nèi)部相連通的透氣孔7。為了防止水汽進(jìn)入保護(hù)殼內(nèi)，透氣孔7處覆蓋有防水透氣薄膜，這樣就可以在不進(jìn)水的情況下平衡光傳感器內(nèi)外的壓強(qiáng)，延長(zhǎng)了光傳感器的使用壽命。

如附圖8所示，保護(hù)殼的底面1外側(cè)的四角處設(shè)置有若干個(gè)螺紋安裝件8。該安裝螺紋件為帶螺紋的螺絲緊固口，通過將內(nèi)螺紋座直接安裝進(jìn)開好的磨具中，并且不從光傳感器底面1露出，這樣能夠在保證良好的安裝精度的條件下簡(jiǎn)化安裝。

上述適用于光伏跟蹤的二合一高精度光傳感器是一種測(cè)量精度高，受外界干擾小的新型傳感器，除此之外還通過簡(jiǎn)便化的設(shè)計(jì)和廉價(jià)的原材料能夠減少傳感器的生產(chǎn)成本，優(yōu)化的安裝設(shè)計(jì)能夠?yàn)閭鞲衅鞯陌惭b節(jié)約人力成本，科學(xué)的外觀設(shè)計(jì)能夠提高傳感器的實(shí)際使用精度，多重保護(hù)能夠使傳感器獲得更長(zhǎng)的使用壽命，上述特點(diǎn)滿足了太陽能跟蹤支架對(duì)于光傳感器的使用要求，具有良好的市場(chǎng)前景。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。