CN102609008A - 新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置，它是利用四周倒影光平衡原理设计的，跟踪精准、高效、简洁，节能环保，造价低廉。装置主要由太阳能电池组件装置、光电传感器装置、双轴跟踪装置、驱动装置、单片机控制装置、定时装置、支撑装置和蓄电装置等八个模块组成。利用光伏太阳能电池组件和光电传感器分析出阳光与板的情况，并将信号传给单片机电路，进而控制驱动微电机A调节俯仰角，控制驱动微电机B调节水平转动，最终使得阳光与板面垂直，达到高效接受阳光的目的。具有易于储存电能，使用时间长，节能环保、美观大方、结构简单、安全可靠、造价低廉，并运用双周跟踪和定时装置进行集能的优点。更重要的是，不仅克服了单纯光电追踪的性能不稳定的问题，也克服了视日运动轨迹追踪受地域影响大的现状，提高了太阳能自动跟踪装置的接受效率，具有更加理想的集能效果。

Description

新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置

技术领域

本发明涉及一种新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置，属于太阳能运用技术领域和清洁能源高效利用领域。 

背景技术

人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。然而，太阳能在能源发展中占有相当的优势，据美国博士对世界一次能源替代趋势的研究结果表明，到2050年后，核能将占第一位，太阳能占第二位，21世纪末，太阳能将取代核能占第一位，很多国家对太阳能的利用加强了重视。尽管相继研究出一系列的太阳能装置如太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能电池等等，但太阳能的利用还远远不够，究其原因，主要是利用率不高。就目前的太阳能装置而言，如何最大限度的提高太阳能的利用率，仍为国内外学者的研究热点。 

在太阳能跟踪方面，我国在1997年研制了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的接收效率提高了。1998年美国加州成功的研究了ATM两轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的透镜，这样可以使小块的太阳能面板硅收集更多的能量，使效率进一步提高。2002年2月美国亚利桑那大学推出了太阳能跟踪装置，该装置利用控制电机完成跟踪。在国内近年来有不少专家学者也相继开展了这方面的研究，1992年推出了太阳灶自动跟踪系统，1994年《太阳能》杂志介绍的单轴液压自动跟踪器，完成了单向跟踪。 

香港大学建筑系的教授研究了太阳光照角度与太阳能接收率的关系，理论分析表明:太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差37.7%，精确的跟踪太阳可使接收器的接收效率大大提高，进而提高了太阳能装置的太阳能利用率，拓宽了太阳能的利用领域。 

解决这一问题应从两个方面入手，一是提高太阳能装置的能量转换率，二是提高太阳能的接收效率。前者属于能量转换领域，还有待研究，而后者利用现有的技术则可解决。太阳跟踪系统为解决这一问题提供了可能。不管哪种太阳能利用设备，如果它能始终保持与太阳光垂直，并且收集更多方向上的太阳光，那么，它就可以在有限的使用面积内收集更多的太阳能。本发明正是基于此设计的。 

发明内容

本发明的目的是提供一种新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：它是利用四周倒影光平衡原理控光达到精确跟踪，本装置主要由太阳能电池组件装置、光电传感器装置、双轴跟踪装置、驱动装置、单片机控制装置、定时装置、支撑装置和蓄电装置等八个模块组成。在安装之后能进行对太阳进行精确跟踪，无往复运动，基座形式多样，高效集能，低效耗能，致使太阳能最大量的保存。在一个四周含有边沿的盒子中，除非绝对垂直时，否则无论在哪个方向，都会产生阴影部分，正是利用这个原理，设计出了新型太阳能跟踪方法及其装置。从最简单的原理中的设计出效率高、用材少、集能大的装置。将太阳能光伏电池组件、板檐、光电传感器进行组装，运用板檐在四周产生的倒影以及光电传感器的综合分析判断，使得太阳能电池组件在电机的驱动下总向着阴影部分转动，继而产生最佳信号，并传给单片机控制部分，结合定时装置，经过单片机电路和程序分析处理之后控制电机和丝杠对太阳进行精确跟踪。再加之双周跟踪的高效稳定性、基座的样式多变性和定时装置的准确计时性，减少往复运动所消耗的能量，最终使更多的电能保存到蓄电池中，达到理想的储能效果。 

本发明的有益效果是：利用太阳能驱动单片机电路，易于储存电能，使用时间长，节能环保、美观大方、结构简单、安全可靠、造价低廉，并运用双周跟踪和定时装置进行集能，更重要的是，其利用四周倒影光平衡原理进行控光的特点，使得装置跟踪精准、高效、简洁，不仅克服了单纯光电追踪的性能不稳定的问题，也克服了视日运动轨迹追踪受地域影响大的现状，得到了更加理想的集能效果。 

附图说明

图1为新型太阳自动跟踪光伏发电装置的外形示意图。 

图2为太阳能光伏电池组件和光电传感器组合的侧面示意图。 

图3为太阳能光伏电池组件和光电传感器组合的正面示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体结构作进一步说明。 

图中，1—太阳能光伏电池组件，2—板檐，3—光电传感器，4—丝杠，5—双轴，6—驱动微电机A，7—螺帽，8—旋转托架，9—指示灯，10—支撑架，11—底座，12—双轴托体，13—双轴基座，14—强制开关，15—驱动微电机B，16—单片机控制电路板，17—蓄电池。 在太阳能电池组件1四周装有1cm高的板檐2，每个板檐2的下面中心处紧挨着板装一个光电传感器3，并将整个组件与双轴托体12相固定。双轴托体12的一边连着调节俯仰角的丝杠4，由螺帽7固定丝杠，再通过驱动微电机A6对其进行俯仰调动。之后，将它们一块与双轴基座13相组合，安装到旋转托架8上，通过驱动微电机B15来控制其水平方向上转动，最终达到光线和板面垂直的效果。上面整体连接到大的由支撑架10和底座11构成的主基座上。在驱动微电机B15的旁边有指示灯9，是为了提示装置出现故障时的信号，并通过导线连接到单片机控制电路板16上，最终将产生的电能储存到蓄电池17中。太阳光照射到太阳能光伏电池组件1上时，通过板檐2和光电传感器3对阴影区域进行分析。当太阳光从某一个方向照射过来时，会有一个或者两个光电传感器处于阴影区域，此信号传到单片机控制电路板16，并由其分析产生新信号进而控制驱动微电机A6调节俯仰角，控制驱动微电机B15调节水平转动，最终使得阳光与板面垂直，达到高效接受阳光的目的。如果在使用过程中出现故障，指示灯9会发出信号。在旋转托架8下面装有一个强制开关14，用来强制切断信号，不进行自动跟踪。在程序的设置里，会结合定时装置来使得板在有阳光和乌云时，不出现往复运动，从电机处节省了电能，也保护了电机，提高了其寿命。在单片机的程序部分，设置有自动恢复程序，每天到了晚上10点时，就会自动回到起始状态。 

本发明主要用于提高太阳能自动跟踪装置的接受效率，在自动跟踪接受阳光的同时高效储能，解决供电问题。本身又具有结构简单、构造合理、节能环保和易于推广的优点。更重要的是，这种双轴自动跟踪方式克服了单纯光电追踪的性能不稳定的问题，也克服了视日运动轨迹追踪受地域影响大的现状。 

Claims (6)

1.一种新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置，主要由太阳能电池组件装置、光电传感器装置、双轴跟踪装置、驱动装置、单片机控制装置、定时装置、支撑装置和蓄电装置等八个模块组成，所有部件通过导线与单片机控制电路板相连，由单片机里面芯片设定的程序来控制整体的运作。

2.根据权利要求1要求所属的一种新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置，其特征是：当太阳光从某一个方向照射过来时，会有一个或者两个光电传感器处于阴影区域，此信号传到单片机控制电路板，并由其分析产生新信号进而控制驱动微电机A调节俯仰角，控制驱动微电机B调节水平转动，最终使得阳光与板面垂直，达到高效接受阳光的目的。

3.根据权利要求1要求所属的一种新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置，其特征是：在太阳能电池组件四周装有1cm高的板檐，每个板檐的下面中心处紧挨着板装一个光电传感器，并将整个组件与双轴托体相固定，太阳光照射到太阳能光伏电池组件上时，能通过板檐和光电传感器对阴影区域进行分析。

4.根据权利要求1要求所属的一种新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置，其特征是：双轴托体的一边连着调节俯仰角的丝杠，由螺帽固定丝杠，通过驱动微电机A对其进行俯仰调动，再与双轴基座相组合，安装到旋转托架上，通过驱动微电机B来控制其水平方向上转动，最终达到光线和板面垂直的效果。

5.根据权利要求1要求所属的一种新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置，其特征是：在驱动微电机B的旁边有指示灯，并通过导线连接到单片机控制电路板上，在旋转托架下面装有一个强制开关，用来强制切断信号。

6.根据权利要求1要求所属的一种新型太阳自动跟踪方法及光伏发电装置，其特征是：在程序的设置里，会结合定时装置来使得板在有阳光和乌云时，不出现往复运动，保护电机，提高寿命，在单片机的程序部分，设置有自动恢复程序，每天到了晚上点时，就会自动回到起始状态。

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