太陽(yáng)直射面輻射傳感器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輻射傳感器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射資源的大小是決定光伏電站發(fā)電量的重要因素；輻射資源越豐富，光伏電站發(fā)電量越大，收益越好。因此在建造光伏電站前都需要查看當(dāng)?shù)氐奶?yáng)輻射數(shù)據(jù)，以估算光伏電站的效益。
[0003]現(xiàn)有太陽(yáng)輻射只能觀測(cè)水平面上的太陽(yáng)輻射量；而對(duì)于追光光伏電站來(lái)說(shuō)，接收的是太陽(yáng)直射面的太陽(yáng)輻射量，其發(fā)電量與太陽(yáng)直射面的太陽(yáng)輻射量成正比。目前，都是以觀測(cè)到的水平面的太陽(yáng)輻射量來(lái)作為參考值來(lái)預(yù)算追光光伏電站所能接收到的輻射量；而水平面太陽(yáng)輻射值和太陽(yáng)直射面輻射值數(shù)值不相同，由于直射、散射以及現(xiàn)在大氣污染如霧霾、水汽等等眾多因素的影響，水平面太陽(yáng)輻射值和太陽(yáng)直射面輻射值也不是簡(jiǎn)單的比例關(guān)系。如果能夠提供太陽(yáng)直射面的太陽(yáng)輻射數(shù)值，可以為追光光伏電站提供更有價(jià)值的可以直接使用的數(shù)據(jù)。
[0004]太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡如圖1所示，O點(diǎn)為觀察點(diǎn)，地球自轉(zhuǎn)相當(dāng)于太陽(yáng)做圓周運(yùn)動(dòng)(24小時(shí)一周)，太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)與地軸線垂直，地軸線與水平面的夾角為當(dāng)?shù)鼐暥戎?；地球周轉(zhuǎn)相當(dāng)于太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的圓周沿地軸線D移動(dòng)，圖1中A為夏至?xí)r太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)圖，B為春分或秋分時(shí)太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)圖，C為冬至?xí)r太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)圖，其中，W為西方，E為東方，N為北方，S為南方。根據(jù)這個(gè)原理，如若能在O點(diǎn)安裝輻射傳感器，使其沿太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)方向追蹤太陽(yáng)的方位角，沿地軸線方向追蹤太陽(yáng)高度角，則可以通過(guò)輻射傳感器直接測(cè)得太陽(yáng)直射面輻射值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種沿太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)方向追蹤太陽(yáng)的方位角、沿地軸線方向追蹤太陽(yáng)高度角、可以直接測(cè)得太陽(yáng)直射面輻射值的太陽(yáng)直射面輻射傳感器及其控制方法。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案:
太陽(yáng)直射面福射傳感器，包括第一電機(jī)，第一電機(jī)通過(guò)第一齒輪副連接第一轉(zhuǎn)軸，第一齒輪副包括與第一電機(jī)的輸出軸固定的第一主動(dòng)齒輪、與第一主動(dòng)齒輪嚙合的第一從動(dòng)齒輪，第一從動(dòng)齒輪固定套裝在第一轉(zhuǎn)軸上，所述第一轉(zhuǎn)軸模擬地軸線傾斜布置，第一轉(zhuǎn)軸與水平面的夾角為當(dāng)?shù)鼐暥戎担谝晦D(zhuǎn)軸的左端支撐有第一立柱，第一轉(zhuǎn)軸的右端支撐有第二立柱，第一轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的架設(shè)在第一立柱和第二立柱上；所述第一轉(zhuǎn)軸上固定套裝有第二電機(jī)底座，第二電機(jī)底座上固定有第二電機(jī)，第二電機(jī)通過(guò)第二齒輪副連接第二轉(zhuǎn)軸，第二轉(zhuǎn)軸垂直于第一轉(zhuǎn)軸布置，第二齒輪副包括與第二電機(jī)的輸出軸固定的第二主動(dòng)齒輪、與第二主動(dòng)齒輪嚙合的第二從動(dòng)齒輪，第二從動(dòng)齒輪固定套裝在第二轉(zhuǎn)軸上；所述第二電機(jī)底座上端固定連接安裝箱體，第二電機(jī)和第二齒輪副設(shè)置在安裝箱體內(nèi)，安裝箱體為柔性，第二轉(zhuǎn)軸的兩端由支架轉(zhuǎn)動(dòng)支承，支架與所述第二電機(jī)底座固定連接，第二轉(zhuǎn)軸和支架設(shè)置在安裝箱體內(nèi)，所述安裝箱體的外端面上布置有采集太陽(yáng)輻射值的輻射傳感器，輻射傳感器與第一轉(zhuǎn)軸平行布置，所述第二轉(zhuǎn)軸與輻射傳感器固定連接。
[0007]進(jìn)一步，所述第一轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為15度/小時(shí)，所述第二轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為0.2574度/天。
[0008]進(jìn)一步，所述輻射傳感器的沿第二轉(zhuǎn)軸方向的兩側(cè)的下端分別固定有固定桿，一側(cè)的固定桿穿過(guò)安裝箱體的外端面與固定套裝在第二轉(zhuǎn)軸一側(cè)的軸套固定連接，另一側(cè)的固定桿穿過(guò)安裝箱體的外端面與固定套裝在第二轉(zhuǎn)軸另一側(cè)的軸套固定連接。
[0009]進(jìn)一步，所述支架包括支撐第二轉(zhuǎn)軸兩端的第三立柱，第二轉(zhuǎn)軸通過(guò)第三軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)的架設(shè)在第三立柱上，第三立柱的下端與所述第二電機(jī)底座固定連接。
[0010]進(jìn)一步，所述安裝箱體具有側(cè)面和連接在側(cè)面上沿的所述外端面，安裝箱體的側(cè)面的下沿與所述第二電機(jī)底座固定連接，安裝箱體沒(méi)有下端面，呈倒扣的筒狀。所述輻射傳感器貼靠在安裝箱體的外端面上。
[0011]進(jìn)一步，所述第一轉(zhuǎn)軸的左端通過(guò)第一軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)的架設(shè)在第一立柱上，第一軸承裝在第一軸承箱體內(nèi)，第一軸承箱體與第一立柱固定連接；第一轉(zhuǎn)軸的右端通過(guò)第二軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)的架設(shè)在第二立柱上，第二軸承裝在第二軸承箱體內(nèi)，第二軸承箱體與第二立柱固定連接。
[0012]進(jìn)一步，所述第三軸承設(shè)置在第三軸承箱體內(nèi)，第三軸承箱體與第三立柱固定連接。
[0013]進(jìn)一步，所述第一齒輪副為減速齒輪副，第二齒輪副為減速齒輪副。
[0014]進(jìn)一步，所述第一電機(jī)布置在第一電機(jī)底座上，第一電機(jī)底座具有支撐第一電機(jī)的斜面，該斜面與第一電機(jī)的輸出軸平行，第一電機(jī)的輸出軸與所述第一轉(zhuǎn)軸平行。
[0015]太陽(yáng)直射面福射傳感器的控制方法,第一電機(jī)通過(guò)第一齒輪副帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)軸沿太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)方向追蹤太陽(yáng)的方位角，輻射傳感器對(duì)應(yīng)太陽(yáng)方位角的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍是自東向西轉(zhuǎn)過(guò)180度，起點(diǎn)對(duì)應(yīng)太陽(yáng)自東向西運(yùn)動(dòng)的升起處，終點(diǎn)對(duì)應(yīng)太陽(yáng)自東向西運(yùn)動(dòng)的降落處，當(dāng)輻射傳感器轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)太陽(yáng)降落處的終點(diǎn)時(shí)，第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)回到對(duì)應(yīng)太陽(yáng)升起處的起點(diǎn)，等待12小時(shí)，然后繼續(xù)開(kāi)始第二天沿東西方向的180度轉(zhuǎn)動(dòng)，第一轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速是180度/12小時(shí)=15度/小時(shí)；第二電機(jī)通過(guò)第二齒輪副帶動(dòng)第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)以追蹤太陽(yáng)沿地軸線方向移動(dòng)的高度角，太陽(yáng)高度角的追蹤范圍是南回歸線至北回歸線之間，也即南緯23.5度至北緯23.5度之間，太陽(yáng)一年在南回歸線和北回歸線之間運(yùn)動(dòng)兩趟，太陽(yáng)在南回歸線和北回歸線之間運(yùn)動(dòng)一趟高度角的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍是47度，所以第二轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速是47度*2/365.242天=0.2574度/天，第二電機(jī)到了冬至和夏至要改變旋轉(zhuǎn)的方向，冬至?xí)r太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)至南回歸線，夏至?xí)r太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)至北回歸線；
上述第二轉(zhuǎn)軸追蹤的太陽(yáng)高度角是正午太陽(yáng)高度角，正午太陽(yáng)高度角對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)直射點(diǎn)在南回歸線至北回歸線之間移動(dòng)。由于第一轉(zhuǎn)軸已經(jīng)追蹤太陽(yáng)方位角，這里只需讓輻射傳感器追蹤正午太陽(yáng)高度角即可。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是:第一電機(jī)通過(guò)第一齒輪副帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第一轉(zhuǎn)軸模擬地軸線傾斜布置，第一轉(zhuǎn)軸與水平面的夾角為當(dāng)?shù)鼐暥戎?，第一轉(zhuǎn)軸通過(guò)第二電機(jī)底座、安裝箱體帶動(dòng)輻射傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，第一轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是跟蹤太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)以追蹤太陽(yáng)的方位角；第二電機(jī)通過(guò)第二齒輪副帶動(dòng)第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，第二轉(zhuǎn)軸與輻射傳感器固定連接，由于輻射傳感器布置于柔性的安裝箱體上，因此第二轉(zhuǎn)軸可以帶動(dòng)輻射傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)以追蹤太陽(yáng)沿地軸線移動(dòng)的高度角。
[0017]由于第一轉(zhuǎn)軸模擬地軸線布置，而太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)與地軸線垂直，因此第一轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是跟蹤太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)，而第二轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是跟蹤太陽(yáng)沿地軸線的移動(dòng)。因此，輻射傳感器可以同時(shí)追蹤太陽(yáng)圓周運(yùn)動(dòng)的方位角，以及太陽(yáng)沿地軸線移動(dòng)的高度角。
上述太陽(yáng)的方位角和高度角為光伏發(fā)電行業(yè)的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:輻射傳感器一邊沿太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)方向追蹤太陽(yáng)的方位角，一邊沿地軸線方向追蹤太陽(yáng)的高度角，因此輻射傳感器可以直接測(cè)得太陽(yáng)直射面的輻射值。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的安裝箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
附圖標(biāo)號(hào):A-夏至?xí)r太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)圖；B-春分或秋分時(shí)太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)圖；C-冬至?xí)r太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)圖；D-地軸線；1_第一電機(jī)；2_第一轉(zhuǎn)軸；3_第一主動(dòng)齒輪；4_第一從動(dòng)齒輪；5_第二電機(jī)底座；6_第二電機(jī)；7_第二轉(zhuǎn)軸；8_第二主動(dòng)齒輪；9_第二從動(dòng)齒輪；10-安裝箱體；11-福射傳感器；12-第一立柱；13-第二立柱；14-第一軸承；15-第二軸承；16-第一軸承箱體；17_第二軸承箱體；18_第一電機(jī)底座；19_固定桿；20_軸套；21_第三立柱；22_第二軸承；23_第二軸承箱體；24_側(cè)面；25_外端面。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
參照?qǐng)D2-3:太陽(yáng)直射面輻射傳感器，包括第一電機(jī)I，第一電機(jī)I通過(guò)第一齒輪副連接第一轉(zhuǎn)軸2,第一齒輪副包括與第一電機(jī)I的輸出軸固定的第一主動(dòng)齒輪3、與第一主動(dòng)齒輪3嚙合的第一從動(dòng)齒輪4，第一從動(dòng)齒輪4固定套裝在第一轉(zhuǎn)軸2上，所述第一轉(zhuǎn)軸2模擬地軸線傾斜布置，第一轉(zhuǎn)軸2與水平面的夾角為當(dāng)?shù)鼐暥戎?，第一轉(zhuǎn)軸2的左端支撐有第一立柱12，第一轉(zhuǎn)軸2的右端支撐有第二立柱13，第一轉(zhuǎn)軸2可轉(zhuǎn)動(dòng)的架設(shè)在第一立柱12和第二立柱13上；所述第一轉(zhuǎn)軸2上固定套裝有第二電機(jī)底座5，第二電機(jī)底座5上固定有第二電機(jī)6,第二電機(jī)6通過(guò)第二齒輪副連接第二轉(zhuǎn)軸7,第二轉(zhuǎn)軸7垂直于第一轉(zhuǎn)軸2布置，第二齒輪副包括與第二電機(jī)6的輸出軸固定的第二主動(dòng)齒輪8、與第二主動(dòng)齒輪8嚙合的第二從動(dòng)齒輪9，第二從動(dòng)齒輪9固定套裝在第二轉(zhuǎn)軸7上；所述第二電機(jī)底座5上端固定連接安裝箱體10，第二電機(jī)6和第二齒輪副設(shè)置在安裝箱體10內(nèi)，安裝箱體10為柔性，第二轉(zhuǎn)軸7的兩端由支架轉(zhuǎn)動(dòng)支承，支架與所述第二電機(jī)底座5固定連接，第二轉(zhuǎn)軸7和支架設(shè)置在安裝箱體10內(nèi)，所述安裝箱體10的外端面25上布置有采集太陽(yáng)輻射值的輻射傳感器11，輻射傳感器11與第一轉(zhuǎn)軸2平行布置，所述第二轉(zhuǎn)軸2與輻射傳感器11固定連接;
所述第一轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)速為15度/小時(shí)，第一轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)速為輻射傳感器11沿太陽(yáng)的圓周運(yùn)動(dòng)方向追蹤太陽(yáng)方位角的轉(zhuǎn)速；所述第二轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)速為0.2574度/天，第二轉(zhuǎn)軸7的轉(zhuǎn)速為輻射傳感器11沿地軸線方向追蹤太陽(yáng)高度角的轉(zhuǎn)速。
[0021]所述輻射傳感器11的沿第二轉(zhuǎn)軸7方向的兩側(cè)的下端分別固定有固定桿19，一側(cè)的固定桿19穿過(guò)安裝箱體10的外端面與固定套裝在第二轉(zhuǎn)軸7 —側(cè)的軸套20固定連接，另一側(cè)的固定桿