一种阳光入射角度检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提出一种阳光入射角度检测装置，包括半球形头部壳体和圆柱形主壳体。在半球形头部壳体上沿经纬线开有多个通孔，用于装配导光光纤，该导光光纤将入射阳光引导至安装在圆柱形主壳体内的控制电路板，正对上面的光电传感器。主壳体中还安装有导光光纤装配盘，用于固定导光光纤输出端。所述导光光纤两端头部带有刚性护套，护套设计有外螺纹，便于将导光光纤输入端固定在头部半球形壳体上，输出端固定在光纤装配盘上。本实用新型专利技术方案通过特殊设计的机电结构采集不同方位的入射阳光，据此得出实际入射阳光的强度值和入射角度，为光伏板自动跟踪阳光提供电机驱动数据，与市场现有方案相比具有显著的优势。方案相比具有显著的优势。方案相比具有显著的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种阳光入射角度检测装置


[0001]本专利技术涉及阳光入射角度检测装置，尤其涉及利用传感技术和独特结构检测判定阳光入射高度角和方位角的装置。

技术介绍

[0002]太阳能光伏发电产业经过多年建设，目前正向精细化运营方向发展，其核心优化目标是提升太阳能利用效率。因此传统的固定倾角光伏支架逐步被跟踪式支架取代，后者能随时调整太阳能光伏板在东西向的方位角，和/或南北向的俯仰角，使得光伏板正对太阳光的入射方向，从而最大化光伏板的光电转换效率，提高光伏电场在相同日照条件下的发电效率。因而准确判断阳光入射角度，包括方位角和高度角，是跟踪支架发挥效能的关键因素。
[0003]目前市场已有的能实现精细跟踪的太阳能支架产品主要通过两种方式确定阳光入射角度，一种是根据天文历法计算出当前时间的太阳位置，从而确定阳光入射角度；另一种是通过实时检测方式确定阳光入射角度。中国专利CN202010964623.6即提出一种根据天文学算法计算出太阳位置从而实现太阳自动追踪的方法和装置。但是这种方法在实际应用中有明显缺陷：太阳辐射可分为直接辐射和间接辐射，后者是由于云层等环境因素导致的，实际上在大多数地区太阳光的间接辐射量接近甚至超过直接辐射；而由于云层散射、漫反射以及云层边缘的衍射导致的间接辐射，太阳位置不再是阳光实际入射角度的决定因素，而主要受云层位置等环境因素影响，并且会随着云层移动而变化；因而，直接跟踪太阳位置并不能保证光伏电场发电量最大化。中国专利CN202110550311.5提出了一种实时检测阳光入射角度的方法，即选取光伏电场中的若干跟踪支架作为测试单元，通过调整支架角度并检测光伏板输出强度找到最佳角度，然后据此调整周边其他支架。这种方式的缺陷是显著增加了光伏系统的设计复杂性，作为检测单元的光伏板支架处于随时调整角度的状态，增加了能源消耗同时机械传动装置的使用寿命受到影响，增加了整个系统的故障率。同时，这种方法也无法预测云层移动导致的角度变化趋势。
[0004]本技术针对市场目前产品的欠缺，提出一种实时检测阳光入射角度的装置，通过机电结构设计并综合应用传感技术，能够实时检测阳光最佳入射角度并预测其变化趋势，可以为跟踪支架角度调整策略提供最佳依据。

技术实现思路

[0005]本技术提出一种阳光入射角度检测装置，包括：
[0006]A)半球形头部壳体，沿经纬线均匀分布有多个通孔，用于安装导光光纤，该导光光纤为长度相等的柔性光纤，两端头部带有刚性护套，护套设计有外螺纹，一端穿过头部壳体上的通孔后用螺母固定在头部壳体上，使得封装在头部刚性护套内的导光光纤输入端沿半球形头部壳体的半径方向指向对应通孔的方位α
i
/β
i
；另一端采用同样方式固定在一个导光光纤装配盘上，使得封装在头部刚性护套内的导光光纤输出端垂直向下，正面贴近控制电
路板上的光电检测矩阵第i*j个光电传感器；头部壳体下部有法兰盘，沿圆周开有装配螺孔；
[0007]B)圆柱形主壳体，上下部均有法兰盘，沿圆周开有装配螺孔；所述控制电路板和导光光纤装配盘安装在主壳体中；控制电路板进一步包括光电检测矩阵输出驱动电路、主控MCU单元、GPS单元和接口单元；
[0008]C)所述半球形头部壳体和圆柱形主壳体通过法兰盘对接，用螺丝固定。
[0009]所述接口单元包括电源接口电路、数据接口电路和控制接口电路，其中数据接口电路用于和上位机或云端控制器交互业务数据，其中包括上报当前的阳光总辐照强度E
s
和入射角度α
s
/β
s
，以及未来t
x
时刻的E
s
(t
x
)和入射角度α
s
(t
x
)/β
s
(t
x
)。
[0010]所述控制电路板还包括用于检测方向和水平俯仰角的方向传感器，该方向传感器是集成了加速度计、陀螺仪和地磁传感器的9轴MEMS传感器。
[0011]所述圆柱形主壳体底部有底盖，中间有走线孔。
[0012]所述圆柱形主壳体内壁有安装台阶和安装螺孔，所述导光光纤装配盘用螺丝固定在此安装台阶上；所述导光光纤装配盘背面设有安装立柱，所述控制电路板用螺丝固定在此安装立柱上。
[0013]本技术通过独特的机电结构检测并获得阳光实际辐照度和入射角度。为光伏支架自动跟踪阳光提供可信的决策依据。
[0014]结合附图阅读本技术实施方式的详细描述后，本技术的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
[0015]为了清晰地说明本技术的技术方案和实施例，下面简要介绍说明书所涉及的附图。需要说明的是，所述附图主要目的是用来说明本技术装置各组成部分相互连接的关系、结构特征和由此带来的优势，并非按照装置的实际尺寸等比例缩放绘制。显然，所述附图仅涉及有限的实施例，不能理解为对本技术的限制，本领域技术人员根据这些附图很容易通过形式上的变化获得新的实施例。
[0016]图1是本专利技术一种应用场景示意图；
[0017]图2是晴朗无云天气条件下光伏板发电效率曲线；
[0018]图3是本专利技术应用场景下光伏板发电效率曲线；
[0019]图4是本专利技术一种实施例的外观结构示意图；
[0020]图5是本专利技术一种实施例的内部装配示意图；
[0021]图6是本专利技术一种实施例的流程框图；
[0022]图7是本专利技术一种实施例中的控制板功能功能框图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图详细说明本技术的具体实施方式。
[0024]对于地球表面某位置在确定时刻的太阳方位可以由太阳高度角α和方位角β来表征，其数值可根据天文学知识推算出来，天文学领域很多研究者已先后提出多种满足工程应用精度要求的计算公式，在此不再赘述。因而，在晴朗无云天气状况下，太阳直接照射到
地面的入射角度就可以直接用上述太阳高度角α和方位角β来表征。目前在太阳能发电领域，为了实现发电效率最大化而使用的跟踪支架大多采用的是直接追踪太阳位置的方案，即根据光伏板所在地点的经纬度、当时的日期和时间由天文学公式计算出太阳高度角α和方位角β，然后据此调整支架使得光伏板正对太阳。但是在如图1所示的多云天气，阳光可能被云层遮挡，导致入射地面光伏板的太阳辐照功率Ps由两部分构成，一部分入射能量是阳光穿透云层后仍按原来的方向入射，为直接辐射，记为Pr；另一部分是阳光经云层边缘衍射、大气中漂浮的微粒如尘埃和水分子等散射作用，改变了方向的入射能量，记为Pd,Ps＝Pr+Pd。如果在这种情况下调整光伏板支架让光伏板仍然正对Pr的入射方向，即太阳方向，显然会造成对Pd的接收效率损失，因而无法达到发电效率最大化的目的。事实上，多年的观测统计数据表明，在大多数地区，每年地面接收到的太阳能总辐照功率中，直接辐射的部分占比经常低于50％。
[0025]以位于东经115.783
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阳光入射角度检测装置，其特征在于，所述装置包括：A)半球形头部壳体，沿经纬线均匀分布有多个通孔，用于安装导光光纤，该导光光纤为长度相等的柔性光纤，两端头部带有刚性护套，护套设计有外螺纹，一端穿过头部壳体上的通孔后用螺母固定在头部壳体上，使得封装在头部刚性护套内的导光光纤输入端沿半球形头部壳体的半径方向指向对应通孔的方位α
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/β
i
；另一端采用同样方式固定在一个导光光纤装配盘上，使得封装在头部刚性护套内的导光光纤输出端垂直向下，正面贴近控制电路板上的光电检测矩阵第i*j个光电传感器；头部壳体下部有法兰盘，沿圆周开有装配螺孔；B)圆柱形主壳体，上下部均有法兰盘，沿圆周开有装配螺孔；所述控制电路板和导光光纤装配盘安装在主壳体中；控制电路板进一步包括光电检测矩阵输出驱动电路、主控MCU单元、GPS单元和接口单元；C)所述半球形头部壳体和圆柱形主壳体通过法兰盘对接，用螺丝固定。2.根据权利要求1所述阳光入射角度检测装置，其特征在于，所述接口单元包括电源接口电路、数据接口电路和控制接口电路，其中数据接口电路用于和上位机或云...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡乐乐，
申请(专利权)人：上海钛仕科技有限公司，
类型：新型
国别省市：