CN103984363A - 一种单轴太阳能光伏追日装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单轴太阳能光伏追日装置，该装置采用了一种追日复位一体电源来驱动直流电机实现自适应太阳方位角跟踪，包括一个由四块光伏板组成的追日复位一体电源、直流减速电机、转动轴、支架及太阳能电池阵列。其特征在于：所述追日复位一体电源由东复位光伏板、西复位光伏板、东追日光伏板、西追日光伏板组成，每块光伏板的输出端均串联防逆流二极管，所述复位光伏板安装在太阳能光伏阵列的背面，所述追日光伏板安装在太阳能光伏阵列的侧面。本发明的有益效果：组成追日复位一体电源的四块光伏板均为背向或大角度安装，不易受灰尘等异物影响；可以自动向东复位；可适应间歇性天气状况且无需蓄电池和电子控制器；跟踪精度高，标准条件下跟踪精度可以达到±3°以内；方位角跟踪范围可达到120°以上。

Description

一种单轴太阳能光伏追日装置

 

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电应用领域，具体为一种单轴太阳能光伏追日装置。

背景技术

现有单轴太阳能系统追日装置多数时钟程序控制、光传感器控制或自适应控制。时钟程序控制是跟踪天文规律以预设的时钟程序定时或者连续地控制驱动电机转动以跟踪当地的太阳时角；光线传感器控制是利用光照度传感器检测太阳角度的变化，向控制器反馈信号，从而控制驱动电机转动跟踪太阳；自适应控制是利用光伏板的输出功率随入射角变化而变化的规律，采用两块光伏板背向安装，既可以监控光线入射角度的变化，同时还可以驱动电机正向或反向转动，减少或消除太阳角度的偏差。

专利CN201846283公开了一种同步太阳能光伏发电跟踪装置，采用时控开关和蓄电池来控制驱动电机工作，该方法可以获得较高的跟踪角度精度和较宽的角度范围，可以自动复位，但是时控开关属于电子元器件装置，其使用寿命一般仅为几年，且容易出现故障，而蓄电池价格昂贵，使用寿命短，更换维护成本高。

专利CN201837895公开了一种利用光感差的光伏跟踪装置，采用了光照度传感器和信号处理控制器，该方法可以获得较高的跟踪角度精度和较宽的角度范围，可以自动复位，但是该方法采用电子元器件多，中间程序多，需要外部电源供电，且光敏电阻等光照度传感器一般尺寸较小，容易受灰尘鸟粪树叶等异物干扰，对于早上由晴转阴，下午又由阴转晴的间歇性天气不适应，光传感器由于背向太阳而导致无法正常工作。

专利200710020572.6公开了一种用于光伏发电的自适应对日跟踪装置。该专利采用两块分别沿转动轴背向安装的光伏板作为光伏驱动器，此两块光伏板串联后与直流减速电机相连接，最大跟踪角度范围可到达110°，标准条件下跟踪精度优于±10°。但该专利的不足之处在于：两块光伏驱动板沿转动轴安装，会导致光伏驱动板在次日早晨完全被朝西的太阳能电池阵列遮档，阳光无法入射光伏驱动板，因此无法立刻自动向东复位，需等到太阳升到足够高度时才能向东复位；而且对于一些阴晴交替的间歇性天气状况也同样无法适应。

发明内容

针对上述三种太阳能跟踪装置存在的问题，本发明的目的在于提出一种单轴太阳能光伏追日装置：该装置可自动向东复位，可适应间歇性天气状况，无需蓄电池和电子控制器，跟踪精度高，跟踪范围宽。

为实现上述目的，本发明专利的技术方案为：

一种单轴太阳能光伏追日装置，包括追日复位一体电源、直流减速电机、转动轴、支架及太阳能电池阵列，所述直流减速电机与转动轴相连，所述转动轴安装在所述立柱上，所述支架对称固定于所述转动轴上，所述太阳能电池阵列安装于所述支架上。其特征在于：所述追日复位一体电源由东复位光伏板、西复位光伏板、东追日光伏板、西追日光伏板组成，每块光伏板均串联防逆流二极管，追日光伏板和复位光伏板交叉并联后与所述直流减速电机相连。其中东追日光伏板和西追日光伏板位于太阳能电池阵列的东西两侧，作为动态追日的光角度传感器和主要驱动电源；东复位光伏板和西复位光伏板位于太阳电池阵列的背面，东复位光伏板作为次日早晨太阳升起时自动向东复位的启动电源，西复位光伏板则可以在遇到早上天气由晴转阴而下午又由阴转晴的间歇性天气时，可以提供向西自动复位的启动电源。

进一步的，所述直流减速电机的额定电压为5伏~24伏，优选5伏~12伏。

进一步的，所述东追日光伏板和西追日光伏板在标准测试条件下的峰值输出功率均不低于15瓦，开路电压范围为5伏~24伏，短路电流范围为1安~4安。

进一步的，所述东复位光伏板和西复位光伏板标准测试条件下的峰值输出功率均不低于10瓦，开路电压范围为5伏~24伏，短路电流范围为1安~4安。

进一步的，所述东追日光伏板位于所述太阳能电池阵列平面东侧，受光面朝东，与所述太阳能电池阵列背面的夹角为100°~ 120°；所述西追日光伏板位于所述太阳能电池阵列平面西侧，受光面朝西，与所述太阳能电池阵列背面的夹角为100°~ 120°。

进一步的，所述东复位光伏板位于所述太阳能电池阵列平面的背面，受光面朝东，与所述太阳能电池阵列背面的夹角为30°~ 75°；所述西追日光伏板位于所述太阳能电池阵列平面的背面，受光面朝西，与所述太阳能电池阵列背面的夹角为30°~ 75°。

 进一步的，所述防逆流二极管的反向耐压值不低于5伏。

由于采用了上述技术方案，与现有单轴太阳能光伏发电跟踪装置相比，本发明的有益效果包括：

可在次日早晨太阳升起时自动复位；可适应间歇性天气状况；无需蓄电池和电子控制器；故障率低，使用寿命长；用于驱动的光伏板位于太阳能电池阵列的背面或侧面，其受光面不易受灰尘树叶鸟粪的影响，故障率低，可靠性高。追日光伏板的安装夹角有利于在太阳光强度偏弱的傍晚获得较好的光线入射角度，提高向西的角度跟踪范围，该装置的角度跟踪范围可达到120°以上，标准条件下的跟踪精度可达到±3°以内。

附图说明

下面结合附图对本发明专利作进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构截面示意图；  

图3是本发明中追日复位一体电源的连线图。

附图标记：1-支架，2-太阳能电池阵列，3-转动轴，4-追日复位一体电源，5-直流减速电机，6-立柱，7-东追日光伏板，8-西追日光伏板，9-东复位光伏板，10-西复位光伏板，11-防逆流二极管。

具体实施方式

下面结合实例对本发明专利进行详细的说明。

具体实施例仅仅是对本发明专利的解释，并不是对本发明专利的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明专利的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例： 

如图1、图2所示，一种单轴太阳能光伏追日装置，包括支架1、太阳能电池阵列2、转动轴3、追日复位一体电源4、直流减速电机5、立柱6。支架1与转动轴3相连，转动轴3安装于立柱6上，太阳能电池阵列2安装于支架1上，追日复位一体电源4由东追日光伏板7、西追日光伏板8、东复位光伏板9、西复位光伏板10组成。东追日光伏板7位于太阳能电池阵列2的东侧，受光面朝东，与太阳能电池阵列2的夹角为105°；西追日光伏板8位于太阳能电池阵列2的西侧，受光面朝西，与太阳能电池阵列2的夹角为115°；东复位光伏板9位于太阳能电池阵列2背面，受光面朝东，与太阳能电池阵列2的夹角为45°；西复位光伏板10位于太阳能电池阵列2的背面，受光面朝西，与太阳能电池阵列2的夹角为60°。

按照图3所示的接线方法：追日复位一体电源4的四块光伏板均串联防逆流二极管11，向东追日光伏板7和向东复位光伏板9的输出端并联；向西追日光伏板8和向西复位光伏板10的输出端并联；然后与直流减速电机5相连。

直流减速电机5的额定电压为6伏；东追日光伏板7和西追日光伏板8的额定峰值功率为15瓦，开路电压为7.4伏，短路电流为2.8安培。东复位光伏板9和西复位光伏板10的额定峰值功率为10瓦，开路电压为7.4伏，短路电流为2安培。

下面结合图1和图2描述本发明的工作过程：

太阳能电池阵列2在傍晚时面朝西停止跟踪，太阳能电池阵列2与水平面的夹角在20°~30°之间。次日早晨，太阳升起时，东复位光伏板9受到接近垂直入射的太阳光照射，输出足够的功率驱动直流减速电机5带动转动轴3开始顺时针转动，东追日光伏板7的太阳光入射角也逐渐获得改善，输出功率开始变大，和东复位光伏板9一起驱动直流减速电机5进行向东复位动作。在此过程中，西追日光伏板8和西复位光伏板10一开始为背对太阳光状态。慢慢地，西追日光伏板8开始能接受到阳光直射，输出功率逐渐变大，直至与东追日光伏板7输出功率接近平衡，复位动作结束，此时太阳光以接近垂直角度入射太阳能电池阵列2的受光面。此后，太阳每向西运动一个很小的角度，大约1°~3°，西追日光伏板8和西复位光伏板10的功率之和大于东追日光伏板7和东复位光伏板9的功率之和，直流减速电机5开始带动转动轴3逆时针方向旋转，东追日光伏板7和西追日光伏板8的光线入射角差异变小，输出功率差值变小，直至不足以驱动直流减速电机5时旋转停止，达到保持太阳光线与太阳能电池阵列2的入射角接近垂直，依次类推，直至傍晚太阳光强度弱到不足以驱动直流减速电机5，太阳能光伏阵列2便朝西停止，等待一夜，直至次日早晨太阳出来再次启动循环。

如果上午突然出现天气由晴转阴雨的情况，太阳能光伏阵列2被迫停止在面朝东的状态，到下午某时刻太阳再次出来，东追日光伏板7和东复位光伏板9处于背向太阳光的状态，西追日光伏板8和向西复位光伏板10总有一块的阳光入射角度较为理想，从而获得足够的功率驱动直流减速电机5向西复位，直至达到平衡，此时太阳能电池阵列2重新获得准垂直入射的太阳光。

Claims (7)

1.一种单轴太阳能光伏追日装置，包括一个由四块光伏板组成的追日复位一体电源、直流减速电机、转动轴、支架及太阳能电池阵列，太阳能电池阵列安装在支架的架托上，直流减速电机与转动轴耦合，通过追日复位一体电源来驱动，其特征在于：所述追日复位一体电源由东复位光伏板、西复位光伏板、东追日光伏板及西追日光伏板组成，每块光伏板的输出端均串联防逆流二极管，所述两块复位光伏板位于在太阳能光伏阵列的背面，所述两块追日光伏板位在太阳能光伏阵列的东西两侧，追日光伏板和复位光伏板交叉并联后与直流电机相连。

2.如权利要求1所述的单轴太阳能光伏追日装置，其特征在于：所述直流减速电机的额定电压范围为5伏~24伏，优选5伏~12伏。

3.如权利要求1所述的单轴太阳能光伏追日装置，其特征在于：所述东追日光伏板和西追日光伏板在标准测试条件下的峰值输出功率均不低于15瓦，开路电压范围为5伏~24伏，短路电流范围为1安培~4安培。

4.如权利要求1所述的单轴太阳能光伏追日装置，其特征在于：所述东复位光伏板和西复位光伏板标准测试条件下的峰值输出功率均不低于10瓦，开路电压范围为5伏~24伏，短路电流范围为1安培~4安培。

5.如权利要求1所述的单轴太阳能光伏追日装置，其特征在于：所述东追日光伏板位于所述太阳能电池阵列东侧，受光面朝东，与所述太阳能电池阵列背面的夹角为100°~ 120°；所述西追日光伏板位于所述太阳能电池阵列西侧，受光面朝西，与所述太阳能电池阵列背面的夹角为100°~ 120°。

6.如权利要求1所述的单轴太阳能光伏追日装置，其特征在于：所述东复位光伏板位于所述太阳能电池阵列平面的背面，受光面朝东，与所述太阳能电池阵列背面的夹角为30°~ 75°；所述西追日光伏板位于所述太阳能电池阵列平面的背面，受光面朝西，与所述太阳能电池阵列背面的夹角为30°~ 75°。

7.如权利要求1所述的单轴太阳能光伏追日装置，其特征在于：所述防逆流二极管反向耐压不低于5伏。