CN103592957A - 太阳能电池板阵列及其自动追光系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池板阵列，其包括位于一第一平面的多块电池板及位于一第二平面的一块电池板，所述第一平面和第二平面相互平行，所述第一平面上的其中四块电池板呈十字形排布且在中间位置处形成一空隙，位于所述第二平面的电池板在所述第一平面上的正投影与所述空隙重合。本发明无须额外增加任何类型的光感器件，直接利用电池板自身输出与光照强度的关系，结合太阳平行光对物体直射投影的物理原理，调整电池板阵列中特殊位置的电池板位置，对特殊位置电池板周围相邻近各电池板输出电压进行单独检测，从而构建出可实现追光功能的太阳能电池板阵列及其追光系统和方法。本发明由于避免额外增加光感器件，降低生产成本和维护成本，具有较高经济效益。

Description

太阳能电池板阵列及其自动追光系统和方法

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，更具体地涉及一种太阳能电池板阵列及其自动追光系统和方法。

背景技术

在能源形势越来越严峻的今天，新能源领域，尤其是光伏发电技术越来越受到世界各国的关注，在进一步提高光伏电池板对太阳光利用效率的技术上，已产生各种能自动追踪太阳光方位的技术方案，现有技术中大多采用增加光敏器件或更高精度的光强度传感器对太阳光位置进行检测，将检测信号送给系统控制处理模块运算后，再控制安装于电池板支架上的电机带动转轴旋转，直到电池板完全对准太阳光为止。该类型的技术方案虽然可行，但其执行成本较高，需额外增加传感设备来检测，且高精度传感设备往往对环境要求较高，将其暴露于野外酷热环境及高湿条件下存在可能损坏失效的风险，进而会增加后续维护方面的成本。

鉴于此，有必要提供一种可解决上述缺陷的太阳能电池板阵列及其自动追光系统和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能电池板阵列及其自动追光系统和方法以便于在不增加传感设备的基础上来实现自动追光。

为了实现上述目的，本发明提供一种太阳能电池板阵列，其包括位于一第一平面的多块电池板及位于一第二平面的一块电池板，所述第一平面和第二平面相互平行，所述第一平面上的其中四块电池板呈十字形排布且在中间位置处形成一空隙，位于所述第二平面的电池板在所述第一平面上的正投影与所述空隙重合。

为了实现上述目的，本发明还提供一种太阳能电池板自动追光系统，其包括太阳能电池板阵列、支架、驱动装置及控制装置，所述太阳能电池板阵列安装在所述支架上，所述支架上设置有横转轴和纵转轴，所述驱动装置包括用于驱动所述横转轴转动的横轴驱动电机和用于驱动所述纵转轴转动的纵轴驱动电机，其中，所述太阳能电池板阵列上述方案的太阳能电池板阵列，所述控制装置包括电压采集模块、控制处理模块、横轴电机驱动模块及纵轴电机驱动模块，其中，所述电压采集模块与太阳能电池板阵列相连，用于采集第一平面上与空隙相邻的四块电池板的电压信号；所述控制处理模块同时与电压采集模块、横轴电机驱动模块及纵轴电机驱动模块相连，用于根据电压采集模块所采集到的电压信号进行处理分析后向横轴电机驱动模块和/或纵轴电机驱动模块输出控制信号；所述横轴电机驱动模块与所述横轴驱动电机相连以根据来自控制处理模块的控制信号来控制横轴驱动电机；所述纵轴电机驱动模块与所述纵轴驱动电机相连以根据来自控制处理模块的控制信号来控制纵轴驱动电机。

为了实现上述目的，本发明还提供一种所述太阳能电池板自动追光系统的追光实现方法，其包括以下步骤：实时检测第一平面上与空隙相邻的四块电池板的电压；判断X轴方向上左右两块电池板之间的输出电压差VD1是否大于预设偏差值VD，且判断Y轴方向上的两块电池板之间输出电压差VD2是否大于预设的偏差值VD；若电压差VD1和/或电压差VD2大于预设偏差值VD，则调整太阳能电池板阵列转动，否则太阳能电池板阵列保持不动。

优选地，在上述方法中，采用一电压采集模块来实时采集第一平面上与空隙相邻的四块电池板的电压，其中X轴方向上左右两块电池板的电压分别记录为VX1和VX2，Y轴方向上上下块电池板的电压分别记录为VY1和VY2。

优选地，在上述方法中，采用一横轴电机驱动模块和一纵轴电机驱动模块来分别驱动太阳能电池板阵列上的横轴驱动电机和纵轴驱动电机，采用一控制处理模块来接收电压采集模块所采集的电压并进行以下数据处理和控制：对X轴方向上左右两块电池板的电压VX1和VX2进行比较得出电压差VD1并记录下X轴方向上电压较大的一侧，且对Y轴方向上上下两块电池板的电压VY1和VY2进行比较得出电压差VD2并记录下Y轴方向上电压较大的一侧；判断电压差VD1和电压差VD2是否大于预设偏差值VD；若判断结果是电压差VD1和/或电压差VD2大于预设偏差值VD，则发出控制信号来控制横轴电机驱动模块和/或纵轴电机驱动模块工作以驱使太阳能电池板阵列朝向电压较大的一侧偏转；若判断结果是电压差VD1和电压差VD2均不大于预设偏差值VD，则不发送任何控制信号，太阳能电池板阵列保持不动。

与现有技术相比，本发明无须额外增加任何类型的光感器件，直接利用电池板自身输出与光照强度的关系，结合太阳平行光对物体直射投影的物理原理，调整电池板阵列中特殊位置的电池板位置，构建出可实现追光功能的电池板阵列结构。而且，基于上述电池板阵列中的电池板结构位置的特殊调整和对特殊位置电池板周围相邻近各电池板输出电压进行单独检测并结合控制处理模块进行分析判断来构建出相应的自动追光系统及方法。本发明由于避免额外增加光感器件，降低生产成本，也降低了维护成本，具有较高经济效益。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。

附图说明

图1为本发明太阳能电池板阵列一实施例的结构示意图。

图2和图3为图1所示太阳能电池板阵列处于不同照射情况的示意图。

图4为本发明太阳能电池板自动追光系统的原理方框图。

图5为本发明太阳能电池板自动追光方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1至图3，本实施例的太阳能电池板阵列10由N块独立的电池板串联后再并联而成（其中N的取值应大于5），本实施例以9块一样的电池板组成的电池板阵列为例进行说明。如图1所示，本实施例的太阳能电池板阵列包括电池板A和其周围的X轴方向上的电池板X1、X2和Y轴方向上的电池板Y1、Y2。其中，电池板X1和X2的输出不能直接并联，电池板Y1和Y2的输出也不能直接并联，因为一旦并联，两个输出电压将无法通过检测分辩出来，但可以是串联关系。具体地，电池板A位于第二平面P2而其它电池板均位于第一平面P1，位于第一平面P1的其中四块电池板X1、X2和Y1、Y2呈十字形排布且在中间位置处预留一块电池板大小的空隙，电池板A在所述第一平面P1上的正投影刚好落入在该空隙内。上述结构布局可通过以下方式实现：所有电池板依次相连、一个挨着一个地设置在同一平面上且朝向均完全一致，如本实施例中的9块电池板呈九格宫形状，将位于中间位置的电池板向上平行调高一段距离，该被抬高的电池板保持与其它电池板所在平面平行。

基于上述结构设计，当电池板阵列10正对着太阳光直射方向时（也即太阳光线垂直所述第一平面和第二平面，如图2所示），由于太阳光的平行特点，中间抬高的电池板（第二电池板A）所产生的阴影不会投到周围任何一个电池板上，此时空隙周围四个方向的电池板X1、X2和Y1、Y2所接受的太阳光强度基本一致，横向X轴的左右两块电池板X1、X2，或者纵向Y轴的上下两块电池板Y1、Y2的输出电压偏差最小，基本上只等于电池板自身的参数偏差，该偏差作为允许偏差可进行预设。当X轴方向上的两块电池板X1、X2之间和Y轴方向上的两块电池板Y1、Y2之间输出电压偏差均小于预设的允许偏差值时，可认为电池板已正对太阳光。

而当太阳光偏离正对方向后，根据电池板排列的物理位置，中间被抬升的电池板A必定会有一定程度的阴影被投射到周围的电池板上（如图3所示），所投阴影面积越大的电池板的输出电压将越低，通过比较X轴方向的左右两块电池X1、X2的输出电压关系可得出太阳光更偏向横轴上哪个方向，同时通过比较Y轴方向的上下两块电池板Y1、Y2的输出电压关系可得出太阳光更偏向纵轴上哪个方向。

基于上述设计，本发明还提供一种太阳能电池板自动追光系统，其包括太阳能电池板阵列10、支架20、驱动装置及控制装置40。其中，所述太阳能电池板阵列10安装在支架20上，所述支架20上设置有横转轴和纵转轴，所述驱动装置包括用于驱动所述横转轴的横轴驱动电机21和用于驱动所述纵转轴的纵轴驱动电机22。上述支架和驱动装置均为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述，下面详细说明本系统中的控制装置40。

如图4所示，本实施例的控制装置40包括电压采集模块41、控制处理模块42、横轴电机驱动模块43及纵轴电机驱动模块44，其中，所述电压采集模块41与太阳能电池板阵列10相连，用于采集第一平面P1上与空隙相邻的四块电池板X1、X2和Y1、Y2的电压信号，该电压采集模块41可由电压传感器或运放差分电路来实现；所述控制处理模块42可由写入编程的单片机或CPU来实现，其同时与电压采集模块41、横轴电机驱动模块43及纵轴电机驱动模块44相连，用于根据电压采集模块41所采集到的电压信号进行处理后向横轴电机驱动模块43和/或纵轴电机驱动模块44输出控制信号；所述横轴电机驱动模块43和纵轴电机驱动模块44均可由功率放大电路来实现，其中，所述横轴电机驱动模块43与支架上的横轴驱动电机21相连以根据来自控制处理模块42的控制信号来控制横轴驱动电机21；所述纵轴电机驱动模块44与支架上的纵轴驱动电机22相连以根据来自控制处理模块42的控制信号来控制纵轴驱动电机22。

基于上述太阳能电池板自动追光系统，本发明还提供一种太阳能电池板自动追光方法。下面参照图5并结合图2和图3来说明具体的实现方式。

首先，利用电压采集模块41实时检测第一平面P1上与空隙相邻的四块电池板X1、X2和Y1、Y2的电压。五块电池板阵列中，中间的电池板A在安装时需按平行的方式向上抬高一段距离，从侧面看如图2所示，当电池板阵列的平面正对着平行太阳光时，无论从X轴侧面看还是Y轴侧面看，太阳光对中间电池板A的投射产生的背后阴影将落在其后的空隙中，不会与周围任意一个电池板产生重叠，因此此五块电池板所接受的太阳光强度是完全一致的。假设X1、X2、Y1、Y2四个电池板的单独输出电压分别为VX1、VX2、VY1和VY2，假设各电池板因自身参数偏差产生的输出电压差（即同规格的电池板即在同样的太阳光照强度下，输出电压的偏差值）的最大值为VD。那么当电池板阵列正对这太阳光时，VX1与VX2的差值VD1以及VY1与VY2的差值VD2均小于VD，此时系统将认为无须驱动横纵转轴两个电机，保持当前太阳能电池板阵列的朝向。而当太阳光出现偏移时，太阳光必会将中间电池板A身后的投影重叠一部分到周围四个电池板中的一个或两个上，图3展示了在X轴方向看时，电池板X1和X2的关系，太阳光偏向了X2的方向时，中间电池板A将会产生一个阴影，并部分的与X1电池板产生重叠，导致X1电池板所接受的太阳光照将明显小于同一轴向上的X2电池板，也即VX1与VX2的差值VD1大于VD，此时需驱动横转轴电机工作以使电池板阵列转向与太阳光垂直的平面，Y轴方向上的电池板Y1和Y2的情况与上述过程完全一致。

基于此，控制处理模块42在接收到来自电压采集模块41的电压信号后需判断X轴方向上的两块电池板X1和X2之间的输出电压差VD1以及Y轴方向上的两块电池板Y1和Y2之间输出电压差VD2是否大于预设偏差值VD，若是，则说明太阳光产生偏移。具体地，需进行如下数据处理和信号控制：对X轴方向上左右两块电池板的电压VX1和VX2进行比较得出电压差VD1并记录下X轴方向上电压较大的一侧，同时对Y轴方向上上下两块电池板的电压VY1和VY2进行比较得出电压差VD2并记录下Y轴方向上电压较大的一侧；判断电压差VD1和电压差VD2是否大于偏差值VD；对于X轴方向的判断结果是，若电压差VD1大于预设偏差值VD，则控制处理模块42向横轴电机驱动模块43发送控制信号以驱使横轴驱动电机21工作，从而使电池板阵列朝横轴方向上电压较大的一侧旋转，否则不发送信号，横轴驱动电机21不工作；对于Y轴方向上的判断结果是，若VD2大于预设偏差值VD，则控制处理模块42向纵轴电机驱动模块44发送控制信号以驱使纵轴驱动电机22工作，从而使电池板阵列朝纵轴方向上电压较大的一侧旋转，否则不发送信号，纵轴驱动电机22不工作。在实际过程中，一般X轴和Y轴电机需同时调整，上述两个方向的工作过程和判断方式完全相同，且实时地同步进行着，一直确保任意方向上两个电池板输出压差小于允许的偏差值，这样就保证了电池板阵列的朝向能实时跟踪太阳光。

如上所述，本发明无须额外增加任何类型的光感器件，直接利用电池板自身输出与光照强度的关系，结合太阳平行光对物体直射投影的物理原理，调整电池板阵列中特殊位置的电池板位置，构建出可实现追光功能的电池板阵列结构。而且，基于上述电池板阵列中的电池板结构位置的特殊调整和对特殊位置电池板周围相邻近各电池板输出电压进行单独检测并结合控制处理模块进行分析判断来构建出相应的自动追光系统及方法。本发明由于避免额外增加光感器件，降低生产成本，也降低了维护成本，具有较高经济效益。

以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (5)

1.一种太阳能电池板阵列，其特征在于：包括位于一第一平面的多块电池板及位于一第二平面的一块电池板，所述第一平面和第二平面相互平行，所述第一平面上的其中四块电池板呈十字形排布且在中间位置处形成一空隙，位于所述第二平面的电池板在所述第一平面上的正投影与所述空隙重合。

2.一种太阳能电池板自动追光系统，其包括太阳能电池板阵列、支架、驱动装置及控制装置，所述太阳能电池板阵列安装在所述支架上，所述支架上设置有横转轴和纵转轴，所述驱动装置包括用于驱动所述横转轴转动的横轴驱动电机和用于驱动所述纵转轴转动的纵轴驱动电机，其特征在于：所述太阳能电池板阵列为权利要求1所述的太阳能电池板阵列，所述控制装置包括电压采集模块、控制处理模块、横轴电机驱动模块及纵轴电机驱动模块，其中，

所述电压采集模块与太阳能电池板阵列相连，用于采集第一平面上与空隙相邻的四块电池板的电压信号；

所述控制处理模块同时与电压采集模块、横轴电机驱动模块及纵轴电机驱动模块相连，用于根据电压采集模块所采集到的电压信号进行处理分析后向横轴电机驱动模块和/或纵轴电机驱动模块输出控制信号；

所述横轴电机驱动模块与所述横轴驱动电机相连以根据来自控制处理模块的控制信号来控制横轴驱动电机；

所述纵轴电机驱动模块与所述纵轴驱动电机相连以根据来自控制处理模块的控制信号来控制纵轴驱动电机。

3.一种基于权利要求1所述太阳能电池板阵列实现自动追光的方法，其特征在于，包括以下步骤：

实时检测第一平面上与空隙相邻的四块电池板的电压，

判断X轴方向上左右两块电池板之间的输出电压差VD1是否大于预设偏差值VD，且判断Y轴方向上的两块电池板之间输出电压差VD2是否大于预设的偏差值VD;

若电压差VD1和/或电压差VD2大于偏差值VD，则调整太阳能电池板阵列转动，否则太阳能电池板阵列保持不动。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：采用一电压采集模块来实时采集第一平面上与空隙相邻的四块电池板的电压，其中X轴方向上左右两块电池板的电压分别记录为VX1和VX2，Y轴方向上上下块电池板的电压分别记录为VY1和VY2。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：采用一横轴电机驱动模块和一纵轴电机驱动模块来分别驱动太阳能电池板阵列上的横轴驱动电机和纵轴驱动电机，采用一控制处理模块来接收电压采集模块所采集的电压并进行以下数据处理和控制：

对X轴方向上左右两块电池板的电压VX1和VX2进行比较得出电压差VD1并记录下X轴方向上电压较大的一侧，且对Y轴方向上上下两块电池板的电压VY1和VY2进行比较得出电压差VD2并记录下Y轴方向上电压较大的一侧；

判断电压差VD1和电压差VD2是否大于预设偏差值VD；

若判断结果是电压差VD1和/或电压差VD2大于预设偏差值VD，则发出控制信号来控制横轴电机驱动模块和/或纵轴电机驱动模块工作以驱使太阳能电池板阵列朝向电压较大的一侧偏转；

若判断结果是电压差VD1和电压差VD2均不大于预设偏差值VD，则不发送任何控制信号，太阳能电池板阵列保持不动。

Images