DE4423778A1

DE4423778A1 - Four-quadrant photodetector sensor detecting light source direction

Info

Publication number: DE4423778A1
Application number: DE19944423778
Authority: DE
Inventors: Christian Steinbrucker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1996-01-04

Abstract

The light source direction sensor consists of four identical photosensitive sensors (1-4) mounted concentrically on a hemisphere equidistant from each other and at the same inclination to the surface normal. The sensors may also be mounted on a pyramid structure. The sensors are connected to a tracking system for solar generator arrays, also may be used in a navigation system. The sensors are covered by glass filters to protect against overheating.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßsystem mit vier photo sensitiven Komponenten zur Erfassung des Fehlwinkels einer punktförmigen Lichtquelle bezogen auf eine Flächennormale.The invention relates to a measuring system with four photo sensitive components for detecting the misalignment of a punctiform light source based on a surface normal.

Das Haupteinsatzgebiet eines solchen Meßsystems liegt in der Nachführung eines Solargenerators (z. B. Silicium Solar Panel) nach dem Stand der Sonne. Weitere Anwendungen liegen in der Lokalisierung und Bewertung verschiedener Punktlichtquellen, die auch diskontinuierlich strahlen können und damit identi fizierbar sind.The main area of application of such a measuring system is in Tracking a solar generator (e.g. silicon solar panel) according to the position of the sun. Other applications are in the Localization and evaluation of different point light sources, which can also emit discontinuously and thus identi are fitable.

Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, ist be kannt aus der Firmenschrift: "Dornier Solar Tracking System, 7990 Friedrichshaven, Dornier System GmbH". Der dort beschrie bene Crossed-Slit Sensor hat bei hoher Auflösung einen Er fassungsbereich von ± 60°.The prior art from which the invention is based is knows from the company script: "Dornier Solar Tracking System, 7990 Friedrichshaven, Dornier System GmbH ". The one described there bene Crossed-Slit Sensor has an Er at high resolution range of ± 60 °.

Das technische Problem, mit dem sich die Erfindung befaßt, besteht darin nicht nur eine diskrete Strahlungsquelle, ins besondere die Sonne mit der ohnehin ja kalendarisch bekannten Position lokalisieren zu können, sondern z. B. die mit größter Energie strahlenden Bereiche im Himmel zu bestimmen. Es zeigt sich, daß bei verdeckter Sonne oder diffuser Sonneneinstrah lung eine Ausrichtung auf den hellsten erfaßten Raumpunkt er folgt. Die Abschattungen können auch durch Gebäude oder natür liche Hindernisse entstehen. Mit der vorliegenden Erfindung des räumlichen - nicht ebenen - Vierquadrantensensors wird also eine von dem Tagesdatum, der Tageszeit und der genauen Kenntnis der geographischen Lage unabhängige Ausrichtung des Solargenerators möglich:
Der Wirkungsgrad der Generatoranlage wird verbessert.The technical problem with which the invention is concerned is not only to be able to localize a discrete radiation source, in particular to locate the sun with the position that is already known in the calendar, but z. B. to determine the areas with the greatest energy in the sky. It can be seen that when the sun is hidden or diffuse sunshine, it is aligned to the brightest point in the room. The shadowing can also be caused by buildings or natural obstacles. With the present invention of the spatial - not flat - four-quadrant sensor, an orientation of the solar generator that is independent of the date, the time of day and the exact knowledge of the geographic location is possible:
The efficiency of the generator system is improved.

Weitere Vorzüge der Erfindung werden im Zusammenhang mit der Erläuterung der Zeichnungen, sowie der Ausführungsformen der Erfindung, deren Merkmale in den Unteransprüchen angegeben sind, beschrieben.Further advantages of the invention are in connection with the Explanation of the drawings, as well as the embodiments of the Invention, the features of which are specified in the subclaims are described.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 schematische Anordnung des Sensors im Querschnitt und in Draufsicht. Fig. 1 shows a schematic arrangement of the sensor in cross section and in plan view.

Fig. 2 perspektivische Ansicht und Draufsicht in der Ausführungsform als Pyramidenstumpf. Fig. 2 perspective view and top view in the embodiment as a truncated pyramid.

Fig. 3 Bockschaltbild einer Anwendung zur Generatornachführung. Fig. 3 block diagram of an application for generator tracking.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung zeigt zwei der vier Senso ren, deren Oberfläche jeweils gegenüber der Grundfläche in einem Winkel geneigt sind. Eine weit entfernte Lichtquelle liefert auf den Sensor 1 eine hohe Strahlungsdichte, auf den Sensor 2 hingegen eine kleine Strahlungsdichte. Daraus folgt eine Differenz dieser gegenüberliegenden Sensorsignale, die ein Maß ist für den Winkel, unter dem die Lichtquelle gegen über der Grundflächennormalen strahlt. Befindet sich die Lichtquelle in der Zeichenebene, so sind die Strahlungsdichten in den Sensoren 3 und 4 gleich groß. Deren Differenzsignal ist also gleich null. Die Lage der Sensoren 3 und 4 ist in der Draufsicht zu erkennen.The arrangement shown in Fig. 1 shows two of the four sensors Ren, the surface of which is inclined at an angle relative to the base. A distant light source supplies to the sensor 1 is a high radiation density at the sensor 2, however, a small radiation density. This results in a difference between these opposite sensor signals, which is a measure of the angle at which the light source shines in relation to the surface normal. If the light source is in the plane of the drawing, the radiation densities in sensors 3 and 4 are the same. Their difference signal is therefore zero. The position of the sensors 3 and 4 can be seen in the top view.

Die in der Fig. 2 dargestellte Variante der Konstruktion auf einem Pyramidenstumpf hat den Vorteil, daß die Grundflächen, auf denen die Sensoren zu montieren sind, eben sind. Die zu grundeliegende Pyramide ist gleichseitig. Es liegt eine ein fache Gewährleistung der Präzision der zueinander geneigten Richtungen vor.The variant of the construction on a truncated pyramid shown in FIG. 2 has the advantage that the base surfaces on which the sensors are to be mounted are flat. The underlying pyramid is equilateral. There is a simple guarantee of the precision of the inclined directions.

In der Fig. 3 ist die an sich bekannte Schaltungsanordnung enthalten. Weiterhin sind sowohl Verzögerungsglieder für die Stellglieder als auch Bezugsberechnungen der Differenzsignale zu den mittleren eingestrahlten Energieniveaus vorzusehen. In FIG. 3, the per se known circuit arrangement is included. Furthermore, both delay elements for the actuators and reference calculations of the difference signals to the mean radiated energy levels are to be provided.

Verglichen mit dem bisherigen Sensorprinzip (Stand der Tech nik, Dornier) entsteht das Differenzsignal durch die geneig ten Flächen und nicht durch optische Blenden.Compared to the previous sensor principle (state of tech nik, Dornier) the difference signal is generated by the incline surfaces and not through optical blinds.

Die vier Komponenten werden in jedem Fall durch geeignetes Filterglas gegen thermische Überlastung zu schützen sein.The four components are in any case appropriate Protect filter glass against thermal overload.

Nach der beschriebenen Erfindung wurde von mir ein Sensor nach Anspruch 2 gefertigt und in einer Versuchseinrichtung zur Solargeneratornachführung im Jahr 1993 in Betrieb genom men (Standort: Oberstufenzentrum Energietechnik 1, 13599 Berlin, Goldbeckweg 8-14).According to the invention described, I created a sensor manufactured according to claim 2 and in a test facility for solar generator tracking in 1993 genom in operation men (Location: Oberstufenzentrum Energietechnik 1, 13599 Berlin, Goldbeckweg 8-14).

Claims

1. Sensor mit vier photosensitiven Komponenten zur Erfassung des Fehlwinkels einer punktförmigen Lichtquelle bezogen auf eine Flächennormale, dadurch gekennzeichnet, daß die vier in ihrem Aufbau und ihren Eigenschaften identischen photosen sitiven Komponenten (1 . . . 4) paarweise und mit identischem Neigungswinkel zur Flächennormalen fest angeordnet sind.1. Sensor with four photosensitive components for detecting the misalignment of a point light source based on a surface normal, characterized in that the four photosensitive components ( 1 ... 4 ) which are identical in structure and properties are fixed in pairs and with an identical angle of inclination to the surface normal are arranged.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Komponenten (1 . . . 4) auf einer Kugelschale mit gleicher Wirkung angeordnet sind, wie nach Anspruch 1.2. Sensor according to claim 1, characterized in that the four components ( 1 ... 4 ) are arranged on a spherical shell with the same effect as according to claim 1.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Komponenten (1 . . . 4) auf einem Pyramidenstumpf mit gleicher Wirkung angeordnet sind, wie nach Anspruch 1.3. Sensor according to claim 1, characterized in that the four components ( 1 ... 4 ) are arranged on a truncated pyramid with the same effect as according to claim 1.

4. Meßsystem zur Ausrichtung eines Solargenerators mit einem Sensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor anordnung in einem an sich bekannten Nachführsystem inte griert ist.4. Measuring system for aligning a solar generator with a Sensor according to claim 1 to 3, characterized in that the sensor arrangement in a known tracking system inte is free.

5. Navigationssystem mit einem Sensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensor signale wie bei dem bekannten Sixtanten den Azimut- und Ele vationswinkel bestimmen.5. navigation system with a sensor according to claim 1 to 3, characterized in that the sensor signals like the well-known sixtant the azimuth and ele Determine the angle of vation.