專利名稱：太陽能電池板的單軸追日方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種普及型太陽能應(yīng)用系統(tǒng)，尤其涉及一種針對(duì)太陽能電池板低成本運(yùn)行實(shí)現(xiàn)追日的方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽能作為一種可再生能源目前已被人們所廣泛重視，尤其是太陽能光伏發(fā)電越來越受到人們的青睞。眾所周知，太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率伏發(fā)電系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用，因此從事本領(lǐng)域的技術(shù)人員樂此不疲地發(fā)明創(chuàng)造出提高光電轉(zhuǎn)換率的方法，包括改變太陽能電池板內(nèi)部的材料，改進(jìn)太陽能電池板的生產(chǎn)工藝等等。同時(shí)，可以通過對(duì)陽光的追蹤來提高太陽能組件的有效受光面積和日發(fā)電量。傳統(tǒng)的太陽能追日系統(tǒng)能夠使太陽能電池板的受光面積達(dá)到最大，提高光電轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電量，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，成本高，應(yīng)用面窄，只能適用于大功率的系統(tǒng)。如圖1所示的傳統(tǒng)太陽能追日系統(tǒng)，需要對(duì)太陽能電池板1進(jìn)行對(duì)應(yīng)第一旋轉(zhuǎn)軸51和第二旋轉(zhuǎn)軸52兩個(gè)方向上的驅(qū)動(dòng)和精度控制，勢(shì)必造成控制成本及能耗的增加，相對(duì)小功率的應(yīng)用系統(tǒng)而言，其性價(jià)比不高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出太陽能電池板的單軸追日方法及其實(shí)施系統(tǒng)。本發(fā)明上述第一個(gè)目的，一種太陽能電池板的單軸追日方法，其特征在于根據(jù)太陽能應(yīng)用所處地域的緯度，在水平的安裝面上以緯度為夾角固定安裝太陽能電池板，太陽能電池板在驅(qū)動(dòng)力下沿一個(gè)垂直于水平面的軸線自轉(zhuǎn)同步太陽位置變換，且自轉(zhuǎn)角度滿足太陽的當(dāng)前位置時(shí)刻處于太陽能電池板的中心線面之中。進(jìn)一步地，所述太陽能電池板沿軸線在0 180°的角度范圍內(nèi)進(jìn)行受控自轉(zhuǎn)及復(fù)位。本發(fā)明上述第二個(gè)目的，一種太陽能電池板單軸追日方法的系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)垂直設(shè)于水平安裝面上的支撐體，設(shè)于固定裝接在支撐體上的太陽能電池板，一個(gè)驅(qū)動(dòng)太陽能電池板自轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置以及一個(gè)用于控制支撐體自轉(zhuǎn)角度的控制裝置，其中所述太陽能電池板與水平安裝面間夾角為太陽能應(yīng)用所處地域的緯度，且控制裝置輸出滿足太陽的當(dāng)前位置時(shí)刻處于太陽能電池板的中心線面之中的控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)裝置。進(jìn)一步地，所述支撐體為細(xì)長的軸桿，且軸桿底部與驅(qū)動(dòng)裝置受驅(qū)相接。進(jìn)一步地，所述支撐體為幾何柱體形，包括用作固定結(jié)構(gòu)的主體以及主體頂部水平狀所設(shè)圓環(huán)形的轉(zhuǎn)動(dòng)軌道，且轉(zhuǎn)動(dòng)軌道與驅(qū)動(dòng)裝置受驅(qū)相接，所述太陽能電池板的幾何中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軌道同心相對(duì)，且太陽能電池板的傾斜下緣與轉(zhuǎn)動(dòng)軌道相固接。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，較之于固定安裝的太陽能電池板和傳統(tǒng)兩軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整的追日系統(tǒng)，其突出效果為將一天中在清晨和傍晚時(shí)的太陽能電池板的受光面積有效地從0提高到了 50%以上，提高了日發(fā)電效率，且有效節(jié)省了結(jié)構(gòu)和控制上的成本及能耗，滿足了小型應(yīng)用系統(tǒng)中太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率。以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。


圖1是傳統(tǒng)追日系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖2是本發(fā)明追日方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的運(yùn)作示意圖； 圖4是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的運(yùn)作示意圖。
具體實(shí)施例方式太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換率在光伏發(fā)電系統(tǒng)中有著至關(guān)重要的作用，因此，從事本領(lǐng)域的技術(shù)人員樂此不疲地發(fā)明創(chuàng)造出提高光電轉(zhuǎn)換率的方法，包括改變太陽能電池板內(nèi)部的材料，改進(jìn)太陽能電池板的加工工藝等等。同時(shí)，通過對(duì)陽光的追蹤，也是提高太陽能組件的有效受光面積，進(jìn)而有效提高日發(fā)電量的重要手段。鑒于現(xiàn)有技術(shù)普遍采用固定安裝太陽能電池板(以下簡(jiǎn)稱PV)或采用兩軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整PV實(shí)現(xiàn)追日的方式存在多方面嚴(yán)重的不足，難以適用于小型應(yīng)用系統(tǒng)中太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率。概括來看本發(fā)明實(shí)現(xiàn)低成本追日的技術(shù)方案，其主要是通過精確控制單軸旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)追日的。如圖2所示，根據(jù)太陽能應(yīng)用所處地域的緯度，在水平的安裝面上以緯度θ為夾角固定安裝太陽能電池板1，太陽能電池板在驅(qū)動(dòng)力下沿一個(gè)垂直于水平面的軸線(依托于支撐體)自轉(zhuǎn)同步太陽位置變換，且自轉(zhuǎn)角度滿足太陽的當(dāng)前位置時(shí)刻處于太陽能電池板的中心線面之中。圖示支撐體為細(xì)長的軸桿21，當(dāng)然其也可以是其它任意結(jié)構(gòu)形式。其中，太陽能電池板的中心線面為與太陽能電池板垂直交錯(cuò)的對(duì)稱中心面，更確切地描述旋轉(zhuǎn)軸線也位于該中心線面之中。該太陽能電池板沿軸線在0 180°的角度范圍內(nèi)進(jìn)行受控自轉(zhuǎn)及復(fù)位。更具體地看根據(jù)各地區(qū)緯度不同，使PV安裝于支撐體時(shí)與水平安裝面呈固定角度，該角度即為當(dāng)?shù)鼐暥冉牵ＷC冬至?xí)rPV能夠與太陽光角度垂直；同時(shí)支撐體可以按一個(gè)垂直于水平面的軸線旋轉(zhuǎn)?？刂菩D(zhuǎn)角度保證太陽的位置時(shí)刻處于PV的中心線面內(nèi)，從而提高PV的有效受光面積。由于每天太陽光的照射方向是由地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)規(guī)律所決定的，因此根據(jù)此規(guī)律及當(dāng)?shù)鼐暥燃皶r(shí)間可計(jì)算出太陽所處的位置。該P(yáng)V追日系統(tǒng)中的控制部分優(yōu)先以時(shí)間為軸來控制整個(gè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)，在控制內(nèi)將白天規(guī)劃出多個(gè)時(shí)間單位，并依據(jù)各時(shí)間單位內(nèi)計(jì)算得到的太陽所處位置，控制PV方位角，保證太陽處于PV的中心線面中。再從硬件架構(gòu)來看，本發(fā)明的太陽能電池板單軸追日方法的系統(tǒng)，包括一個(gè)垂直設(shè)于水平安裝面上的支撐體，設(shè)于固定裝接在支撐體上的太陽能電池板，一個(gè)驅(qū)動(dòng)太陽能電池板自轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置以及一個(gè)用于控制支撐體自轉(zhuǎn)角度的控制裝置，其中PV與水平安裝面間夾角為太陽能應(yīng)用所處地域的緯度θ，且控制裝置輸出滿足太陽的當(dāng)前位置時(shí)刻處于太陽能電池板的中心線面之中的控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)裝置。從具體的應(yīng)用詳細(xì)說明該單軸追日系統(tǒng)，如圖3所示，是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的運(yùn)作示意圖。從圖示可見本實(shí)施例中該支撐體為細(xì)長的軸桿21，且軸桿底部與驅(qū)動(dòng)裝置受驅(qū)相接。太陽能電池板1根據(jù)太陽東升西落的一天位置變化，在軸桿21的自轉(zhuǎn)帶動(dòng)下始終朝向太陽輻照。根據(jù)前述對(duì)太陽位置的日變化規(guī)律，能夠合理設(shè)計(jì)支撐體自轉(zhuǎn)角度，從而控制滿足太陽的當(dāng)前位置時(shí)刻處于太陽能電池板的中心線面之中。此處，軸桿21可采用驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸承實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；太陽能電池板則可以是各種標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀，例如圓形、方形或矩形。以上是本實(shí)施例追日系統(tǒng)的原理性控制方式，除此之外，根據(jù)應(yīng)用要求的諸多差異，其控制方式還具有以下多種方式。根據(jù)不同緯度不同季節(jié)即對(duì)應(yīng)于地球和太陽不同的位置關(guān)系可以計(jì)算出落日的時(shí)間，到達(dá)此時(shí)間后系統(tǒng)將控制PV轉(zhuǎn)向東面，追日控制系統(tǒng)停止工作等待次日清晨開始第二天的工作，這樣能夠保證系統(tǒng)更高的效率和可靠性。根據(jù)PV輸出電壓可以判斷天氣狀況，當(dāng)白天PV輸出電壓較低時(shí)即可判定為陰雨天，此電壓值可根據(jù)不同的PV特性、地理位置和陰雨天的光照強(qiáng)度測(cè)試得到。當(dāng)此PV輸出電壓值低于此電壓且高于最低工作電壓時(shí)，由于是陰雨天，PV的朝向與發(fā)電能力的相關(guān)性不大，不需要追日動(dòng)作，等待電壓升高即非陰雨天時(shí)控制PV朝向快速轉(zhuǎn)到準(zhǔn)確位置。當(dāng)PV 輸出電壓低于最低工作電壓時(shí)，系統(tǒng)不可能有輸出，因此不需要追日動(dòng)作。如圖4所示，是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的運(yùn)作示意圖。從圖示可見，該支撐體為幾何柱體形，包括用作固定結(jié)構(gòu)的主體22以及主體頂部水平狀所設(shè)圓環(huán)形的轉(zhuǎn)動(dòng)軌道221， 且轉(zhuǎn)動(dòng)軌道221與驅(qū)動(dòng)裝置(未圖示)受驅(qū)相接，該太陽能電池板1的幾何中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軌道同心相對(duì)，且太陽能電池板1的傾斜下緣與轉(zhuǎn)動(dòng)軌道221相固接。本實(shí)施例中，采用電機(jī)作驅(qū)動(dòng)源，驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)軸承帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軌道221旋轉(zhuǎn)(機(jī)械類公知技術(shù)，故不予圖示和贅述)，由此帶動(dòng)太陽能電池板與太陽保持最合理的照射面積，從而提高太陽能的日發(fā)電量。由此可見，應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，較之于固定安裝的太陽能電池板和傳統(tǒng)兩軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整的追日系統(tǒng)，能將一天中在清晨和傍晚時(shí)的太陽能電池板的受光面積有效地從0 提高到了 50%以上，提高了日發(fā)電效率，且有效節(jié)省了結(jié)構(gòu)和控制上的成本及能耗，滿足了小型應(yīng)用系統(tǒng)中太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率，也對(duì)太陽能的應(yīng)用具有推動(dòng)作用。本發(fā)明尚有多種實(shí)施方式，凡采用等同變換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.太陽能電池板的單軸追日方法，其特征在于根據(jù)太陽能應(yīng)用所處地域的緯度，在水平的安裝面上以緯度為夾角固定安裝太陽能電池板，太陽能電池板在驅(qū)動(dòng)力下沿一個(gè)垂直于水平面的軸線自轉(zhuǎn)同步太陽位置變換，且自轉(zhuǎn)角度滿足太陽的當(dāng)前位置時(shí)刻處于太陽能電池板的中心線面之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池板的單軸追日方法，其特征在于所述太陽能電池板沿軸線在0 180°的角度范圍內(nèi)進(jìn)行受控自轉(zhuǎn)及復(fù)位。
3.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述太陽能電池板單軸追日方法的系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)垂直設(shè)于水平安裝面上的支撐體，設(shè)于固定裝接在支撐體上的太陽能電池板，一個(gè)驅(qū)動(dòng)太陽能電池板自轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置以及一個(gè)用于控制支撐體自轉(zhuǎn)角度的控制裝置，其中所述太陽能電池板與水平安裝面間夾角為太陽能應(yīng)用所處地域的緯度，且控制裝置輸出滿足太陽的當(dāng)前位置時(shí)刻處于太陽能電池板的中心線面之中的控制信號(hào)至驅(qū)動(dòng)裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池板單軸追日系統(tǒng)，其特征在于所述支撐體為細(xì)長的軸桿，且軸桿底部與驅(qū)動(dòng)裝置受驅(qū)相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽能電池板單軸追日系統(tǒng)，其特征在于所述支撐體為幾何柱體形，包括用作固定結(jié)構(gòu)的主體以及主體頂部水平狀所設(shè)圓環(huán)形的轉(zhuǎn)動(dòng)軌道，且轉(zhuǎn)動(dòng)軌道與驅(qū)動(dòng)裝置受驅(qū)相接，所述太陽能電池板的幾何中心與轉(zhuǎn)動(dòng)軌道同心相對(duì)，且太陽能電池板的傾斜下緣與轉(zhuǎn)動(dòng)軌道相固接。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種太陽能電池板的單軸追日方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，根據(jù)太陽能應(yīng)用所處地域的緯度，在水平的安裝面上以緯度為夾角固定安裝太陽能電池板，太陽能電池板在驅(qū)動(dòng)力下沿一個(gè)垂直于水平面的軸線自轉(zhuǎn)同步太陽位置變換，且控制自轉(zhuǎn)角度滿足太陽的當(dāng)前位置時(shí)刻處于太陽能電池板的中心線面之中。由此只需在一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動(dòng)太陽能電池板運(yùn)轉(zhuǎn)追日，較之于固定安裝的太陽能電池板和傳統(tǒng)兩軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整的追日系統(tǒng)，能將一天中在清晨和傍晚時(shí)的太陽能電池板的受光面積有效地從0提高到了50%以上，提高了日發(fā)電效率，且有效節(jié)省了結(jié)構(gòu)和控制上的成本及能耗，滿足了小型應(yīng)用系統(tǒng)中太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)G05D3/10GK102509738SQ20111037103
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者瞿磊 申請(qǐng)人:蘇州蓋婭智能科技有限公司