一種太陽位置檢測裝置及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于太陽能發電和檢測技術領域，具體設及一種太陽位置檢測裝置及檢測 方法。 技術背景
[0002] 我國光能資源分布較為均勻，與水電、風電、核電等相比，太陽能發電沒有任何排 放和噪聲，應用技術成熟，安全可靠，除大規模并網發電和離網應用外，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滿足中國未來穩定的能源需求。據統 計，我國76%的±地光照充沛，而近年我國太陽能發電量，占我國發電總量不到1%。所W， 太陽能發電發展空間非常大。
[0003] 世界上已經商業化并開始規模化推廣應用的太陽能發電技術主要有太陽能光伏 發電和太陽能光熱發電。太陽能光伏發電技術中，太陽能聚光光伏發電技術在美國、歐洲等 國家和地區發展迅速。聚光光伏（CPV)太陽能系統（W下簡稱CPV太陽能系統）是指利用 透鏡或反射鏡等光學元件，將大面積的陽光匯聚到一個極小的面積上，再將匯聚后的太陽 光通過高轉化效率的光伏電池直接轉化為電能，其優勢在于；1)、節省昂貴的半導體材料： CPV通過提高聚光倍數的方式，減少了光伏電池的使用量。2)、提升光電轉換效率；CPV太陽 能系統采用神化嫁電池并依靠太陽追蹤系統實現更高的光電轉換效率。
[0004] 3)、極高的規模化潛力；CPV太陽能系統因其光電轉換效率高、占地面積小等特 點。
[0005] 對于CPV太陽能系統，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太陽能系統對太陽入射角度的精度要求也越高，因此太陽追蹤系統的功能就 是追蹤太陽的運行軌跡，確保聚光光斑落在神化嫁電池上。根據相關研究，對于聚光倍率為 400倍的CPV太陽能系統，如果入射角偏離0. 5度，光學效率將降為36%。國際上高效CPV 太陽能系統的聚光倍率大約在250倍-1000倍，最高的達到了 1200倍。當超過800倍的 CPV太陽能系統模組，對追日跟蹤技術提出了挑戰。
[0006] 現有太陽的跟蹤系統檢測太陽的位置方法有S種，一種是"星歷"法，即利用太陽 運行隨時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據，不實 時檢測太陽位置，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，具有結構簡單、元器件特性差和檢測精度低的 缺點；第=種采用圖像傳感器檢測太陽位置的跟蹤系統，即分析太陽成像于圖像傳感器的 位置來確定太陽的實際位置，該種檢測方法算法復雜、對硬件性能要求較高、成本較高。
【發明內容】
[0007] 本發明目的是提供一種太陽位置檢測裝置及檢測方法，可W有效地克服現有技術 存在的缺點。
[0008] 本發明是該樣實現的，其特征在于太陽位置檢測裝置的結構如圖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的構造圖如2所示，設置有=個平行平面的 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長 方形通孔，縱向通孔內安裝有第一凸透柱面鏡4,橫向通孔內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，將一可產生平行光束的基準光源放置在太陽位置定位跟蹤裝置 3的上方位，并調整基角度使其產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上分別產生第一、第二太陽光照線14、14'，在S維坐標空間 內，第一太陽光照線14在Z-X平面內的分解投影線段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] 本發明的優點和積極效果是：本發明的光學系統的凸透柱面鏡將太陽成像為兩條 垂直交叉的亮線段，圖像傳感器實時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，對該些像素點信息進行二值化，簡單運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，不需要復雜的圖像處理算法，大大提高了裝置的檢測精度和檢 測實時性，可降低對數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；19-第二像素點；M-圖像傳感器 的行像素點數；N-圖像傳感器的列像素點數；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-第一原始點亮線段8與第一亮線段16 之間的距離；Dy-第二原始點亮線段9與第二亮線段17之間的距離；
【具體實施方式】
[0021] 本發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的構造如圖2所示，設置有=個平面 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 長方形通孔，縱向通孔內安裝有第一凸透柱面鏡4,橫向通孔內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結構、分辨