一種太陽位置檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能發(fā)電和檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種太陽位置檢測裝置及檢測 方法。 技術(shù)背景
[0002] 我國光能資源分布較為均勻，與水電、風(fēng)電、核電等相比，太陽能發(fā)電沒有任何排 放和噪聲，應(yīng)用技術(shù)成熟，安全可靠，除大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電和離網(wǎng)應(yīng)用外，太陽能還可W通過 蓄電池、制氨等多種方式儲存，太陽能加蓄能幾乎可W滿足中國未來穩(wěn)定的能源需求。據(jù)統(tǒng) 計(jì)，我國76%的±地光照充沛，而近年我國太陽能發(fā)電量，占我國發(fā)電總量不到1%。所W， 太陽能發(fā)電發(fā)展空間非常大。
[0003] 世界上已經(jīng)商業(yè)化并開始規(guī)?；茝V應(yīng)用的太陽能發(fā)電技術(shù)主要有太陽能光伏 發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)中，太陽能聚光光伏發(fā)電技術(shù)在美國、歐洲等 國家和地區(qū)發(fā)展迅速。聚光光伏（CPV)太陽能系統(tǒng)（W下簡稱CPV太陽能系統(tǒng)）是指利用 透鏡或反射鏡等光學(xué)元件，將大面積的陽光匯聚到一個(gè)極小的面積上，再將匯聚后的太陽 光通過高轉(zhuǎn)化效率的光伏電池直接轉(zhuǎn)化為電能，其優(yōu)勢在于；1)、節(jié)省昂貴的半導(dǎo)體材料： CPV通過提高聚光倍數(shù)的方式，減少了光伏電池的使用量。2)、提升光電轉(zhuǎn)換效率；CPV太陽 能系統(tǒng)采用神化嫁電池并依靠太陽追蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的光電轉(zhuǎn)換效率。
[0004] 3)、極高的規(guī)?；瘽摿?；CPV太陽能系統(tǒng)因其光電轉(zhuǎn)換效率高、占地面積小等特 點(diǎn)。
[0005] 對于CPV太陽能系統(tǒng)，光能利用效率隨著聚光倍率的增高而提升，使成本降低明 顯，但是，CPV太陽能系統(tǒng)對太陽入射角度的精度要求也越高，因此太陽追蹤系統(tǒng)的功能就 是追蹤太陽的運(yùn)行軌跡，確保聚光光斑落在神化嫁電池上。根據(jù)相關(guān)研究，對于聚光倍率為 400倍的CPV太陽能系統(tǒng)，如果入射角偏離0. 5度，光學(xué)效率將降為36%。國際上高效CPV 太陽能系統(tǒng)的聚光倍率大約在250倍-1000倍，最高的達(dá)到了 1200倍。當(dāng)超過800倍的 CPV太陽能系統(tǒng)模組，對追日跟蹤技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。
[0006] 現(xiàn)有太陽的跟蹤系統(tǒng)檢測太陽的位置方法有S種，一種是"星歷"法，即利用太陽 運(yùn)行隨時(shí)間變化的精確位置或軌跡表對太陽位置定位，該種定位方式依賴歷史數(shù)據(jù)，不實(shí) 時(shí)檢測太陽位置，誤差較大；第二種是傳感器法，即利用光敏器件檢測太陽的位置，其中，采 用光電二極管和=極管W及光敏電阻居多，具有結(jié)構(gòu)簡單、元器件特性差和檢測精度低的 缺點(diǎn)；第=種采用圖像傳感器檢測太陽位置的跟蹤系統(tǒng)，即分析太陽成像于圖像傳感器的 位置來確定太陽的實(shí)際位置，該種檢測方法算法復(fù)雜、對硬件性能要求較高、成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的是提供一種太陽位置檢測裝置及檢測方法，可W有效地克服現(xiàn)有技術(shù) 存在的缺點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明是該樣實(shí)現(xiàn)的，其特征在于太陽位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示，在聚光 型太陽能光伏電池板1上垂直固定安裝有太陽位置定位跟蹤裝置3,光伏電池板1下面支撐 在底座2上。所述的太陽位置定位跟蹤裝置3的構(gòu)造圖如2所示，設(shè)置有=個(gè)平行平面的 箱型框架13,最上層是用不透光材料制作的遮光平層6,其平面上開有相互垂直的兩個(gè)長 方形通孔，縱向通孔內(nèi)安裝有第一凸透柱面鏡4,橫向通孔內(nèi)安裝有第二凸透柱面鏡5,在 第一、第二凸透柱面鏡4、5的焦平面位置上設(shè)置為用透光材料制作的成像平層7,最下層為 底平層10,上面裝有數(shù)字信號處理電路12和帶透鏡的圖像傳感器11。
[0009] 使用太陽位置檢測裝置的檢測方法是：
[0010] 1、如圖1、2所示，將一可產(chǎn)生平行光束的基準(zhǔn)光源放置在太陽位置定位跟蹤裝置 3的上方位，并調(diào)整基角度使其產(chǎn)生的平行光束與遮光平層6垂直，通過圖像傳感器11和信 號處理電路12記錄下平行光束經(jīng)過第一、第二凸透柱面鏡4、5后在成像平層7上分別形成 的第一、第二原始亮線段8、9的位置；
[0011] 2、如圖2、3所示，將太陽位置定位跟蹤檢測裝置3放置在太陽光照下，第一、第二 凸透柱面鏡4、5在遮光平層6上分別產(chǎn)生第一、第二太陽光照線14、14'，在S維坐標(biāo)空間 內(nèi)，第一太陽光照線14在Z-X平面內(nèi)的分解投影線段15與Z軸的夾角為a，第二太陽光照 線14'在Z-Y平面內(nèi)的分解投影線段15'與Z軸的夾角為0 ;
[0012] 3、由第一、第二凸透柱面鏡4、5分別產(chǎn)生的第一、第二太陽光照線14、14'在成像 平層7上面的投影分別為第一、第二亮線段16、18,第一、第二亮線段16、18與第一、第二原 始亮線段8、9之間的距離分別為化和Dy，計(jì)算公式分別為：
[0013]
[0014] 式中f為第一、第二凸透柱面鏡的焦距。
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)的凸透柱面鏡將太陽成像為兩條 垂直交叉的亮線段，圖像傳感器實(shí)時(shí)采集兩條亮線段的信息，并掃描兩條亮線段垂直且交 叉的像素點(diǎn)，對該些像素點(diǎn)信息進(jìn)行二值化，簡單運(yùn)算后即可得到亮線段中軸線位置信息， 從而給出太陽的方位偏移，不需要復(fù)雜的圖像處理算法，大大提高了裝置的檢測精度和檢 測實(shí)時(shí)性，可降低對數(shù)字處理巧片的性能要求，W及降低成本。
【附圖說明】：
[0016] 圖1為本發(fā)明太陽位置檢測裝置示意圖；
[0017] 圖2為太陽位置定位跟蹤裝置示意圖；
[0018] 圖3為第一、第二凸透柱面鏡分別在遮光平層和成像平層上面的光照線段投影示 意圖；
[0019] 圖4為第一、第二凸透柱面鏡分別在成像平層上的像素點(diǎn)示意圖；
[0020] 圖中，1-光伏電池板；2-底座；3-太陽位置定位跟蹤裝置；4、5-第一、第二凸透 柱面鏡；6-遮光平層；7-成像平層；8、9-第一、第二原始亮線段；10-底平層；11-圖像傳 感器；12-數(shù)字信號處理電路；13-箱型框架；14-第一太陽光照線；14' -第二太陽光照線； 15-第一太陽光照線14在Z-X平面上的投影；15' -第二太陽光照線14'在Z-Y平面上的 投影；16-第一亮線段；17-第二亮線段；18-第一像素點(diǎn)；19-第二像素點(diǎn)；M-圖像傳感器 的行像素點(diǎn)數(shù)；N-圖像傳感器的列像素點(diǎn)數(shù)；f-第一、第二凸透柱面鏡焦距；a-第一光照 線與z軸的夾角；e-第二光照線與Z軸的夾角；Dx-第一原始點(diǎn)亮線段8與第一亮線段16 之間的距離；Dy-第二原始點(diǎn)亮線段9與第二亮線段17之間的距離；
【具體實(shí)施方式】
[0021] 本發(fā)明太陽位置檢測裝置如圖1所示。在聚光型太陽能光伏電池板1上垂直地裝 有太陽位置定位跟蹤裝置3,太陽位置定位跟蹤裝置3的構(gòu)造如圖2所示，設(shè)置有=個(gè)平面 的箱型框架13,最上層是用不透光材料制作的遮光平層6,其平面上開有相互垂直的兩個(gè) 長方形通孔，縱向通孔內(nèi)安裝有第一凸透柱面鏡4,橫向通孔內(nèi)安裝有第二凸透柱面鏡5， 在第一、第二凸透柱面鏡4、5的焦平面位置上是用透光材料制作的成像平層7,最下層為底 平層10,上面裝有CCD或CMOS結(jié)構(gòu)、分辨