CN105094150A - 聚光器光伏系统、集成电路、跟踪偏差检测和校正方法 - Google Patents

聚光器光伏系统、集成电路、跟踪偏差检测和校正方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚光器光伏系统、集成电路、跟踪偏差检测和校正方法。该聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为聚光器光伏面板的产生电量;控制部,其被构造成当驱动装置已经使聚光器光伏面板在两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得跟踪操作之前和之后聚光器光伏面板的产生电量的变化,控制部被构造成基于该变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。

Description

聚光器光伏系统、集成电路、跟踪偏差检测和校正方法
技术领域
本发明涉及通过将太阳光会聚在发电元件上产生电力的聚光器光伏(CPV)。
背景技术
在聚光器光伏中,使用的是以下的基本单元构造:使被透镜会聚的太阳光入射到由具有高发电效率的小尺寸化合物半导体形成的发电元件(太阳能电池)上。具体地,例如,由树脂形成的多个菲涅尔透镜垂直和水平地排列在透明玻璃板上。然后,菲涅尔透镜中的每个会聚太阳光,使被会聚的光入射到发电元件中的与其对应的一个上,这些发电元件被布置成以与菲涅尔透镜的数量相同的数量对应于菲涅尔透镜。
发电元件例如以相等间隔布置在细长柔性印刷衬底上,并且经由铜图案彼此连接。另外,上面均安装有这些发电元件的多个柔性印刷电路布置在平坦表面上,以彼此电连接。以此方式,可以通过二维布置发电元件以对应于菲涅尔透镜,从发电元件收集输出。(例如,参见专利文献1(图1、图2和图4)、专利文献2(图1、图2、图5和图6)和专利文献3(图1、图3、图5和图6))。
当使用此基本构造作为聚光器光伏模块(例如,专利文献1至3的图2)时,通过进一步布置多个模块,形成聚光器光伏面板(例如,专利文献1至3的图1)。然后,驱动装置使聚光器光伏面板的整体执行跟踪操作,使其一直面对太阳,由此可获得需要产生的电力。基本上,跟踪操作取决于跟踪传感器和基于安装地点的时间、纬度和经度对太阳位置的估计。还提出了通过软件吸收设备的安装误差(例如,参见专利文献4)。
引用列表
[专利文献]
专利文献1:日本特许专利公开No.2013-80760
专利文献2:日本特许专利公开No.2013-93435
专利文献3:日本特许专利公开No.2013-93437
专利文献4:日本特许专利公开No.2009-186094
发明内容
[技术问题]
然而,跟踪传感器不能说完全没有误差,并且会造成跟踪偏差。另外,由于长时间使用,导致聚光器光伏面板或支撑聚光器光伏面板的底座上出现的扭曲会造成跟踪偏差。
同时,即使当正出现略微的跟踪偏差时,只要偏差没有大得造成被会聚太阳光完全在发电元件外部,就可获得产生的电力。因此,难以发现跟踪偏差出现本身。此外,从外观不知道正出现的偏差是怎样的。此外,在阳光状况可根据天气和云而大大变化的环境下,不容易检测跟踪偏差。
依据以上问题,本发明的目的是提供一种检测至少聚光器光伏中跟踪太阳的偏差的技术。
[问题的解决方案]
<<聚光器光伏系统>>
一种聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角(elevation)的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为所述聚光器光伏面板的产生电量;控制部,其被构造成当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化,所述控制部被构造成基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
<<半导体集成电路>>
本发明是一种聚光器光伏系统中将使用的半导体集成电路,所述聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为所述聚光器光伏面板的产生电量,所述半导体集成电路具有以下功能:当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化,并且基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
<<跟踪偏差检测程序>>
本发明是一种聚光器光伏系统中将使用的跟踪偏差检测程序,所述聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为所述聚光器光伏面板的产生电量,所述跟踪偏差检测程序被构造成使计算机实现以下功能:当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化,并且基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
<<跟踪偏差校正程序>>
本发明是一种聚光器光伏系统中将使用的跟踪偏差校正程序,所述聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为所述聚光器光伏面板的产生电量,所述跟踪偏差校正程序被构造成使计算机实现以下功能:当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化,基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差;当已经确定存在应该被校正的跟踪偏差时,基于执行所述跟踪操作的轴、在所述轴上执行的所述跟踪操作的方向性、所述变化的符号,确定应该校正所述跟踪偏差的轴和方向性,并且向所述驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性进行校正。
<<跟踪偏差检测方法>>
本发明的跟踪给偏差检测方法是一种由光伏系统中设置的控制部执行的跟踪偏差检测方法,所述光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为聚光器光伏面板的产生电量,所述跟踪偏差检测方法包括:(i)当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化;(ii)基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
<<跟踪偏差校正方法>>
本发明的跟踪给偏差校正方法是一种由光伏系统中设置的控制部执行的跟踪偏差校正方法,所述光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为所述聚光器光伏面板的产生电量,所述跟踪偏差校正方法包括:(i)当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化;(ii)基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差;(iii)当已经确定存在应该被校正的跟踪偏差时,基于执行所述跟踪操作的轴、在所述轴上执行的所述跟踪操作的方向性、所述变化的符号,确定应该校正所述跟踪偏差的轴和方向性;(iv)向所述驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性进行校正。
[本发明的有利效果]
根据本发明,而可以容易并且准确地确定在聚光器光伏中执行的跟踪太阳的过程中是否存在应该被校正的跟踪偏差。
附图说明
图1是示出聚光器光伏设备的一个示例的立体图;
图2是示出聚光器光伏模块的一个示例的放大图的立体图(部分被切除);
图3是图2中的III部分的放大图;
图4是示出当通过布置均具有大体正方形形状的64个(长8×宽8)模块而形成的聚光器光伏设备被定义为“一个单元”时,假设布置15个单元的状态的立体图;
图5示出在一天中太阳中天时间前后的时区(11点至12点)中的聚光器光伏设备的15个单元产生的功率的测量值的曲线图;
图6示出代表波形中被提取的特征变化模式的四个曲线图;
图7示出模式(a)的曲线图和均表示发电元件上形成聚光斑的位置的各个图示;
图8示出模式(b)的曲线图和均表示发电元件上形成聚光斑的位置的各个图示;
图9示出模式(c)的曲线图和均表示发电元件上形成聚光斑的位置的各个图示;
图10示出模式(d)的曲线图和均表示发电元件上形成聚光斑的位置的各个图示;
图11是示出聚光器光伏系统的电气构造的一个示例的框图;
图12是示出控制部执行的操作的流程图(1/2);
图13是示出控制部执行的操作的流程图(2/2);
图14示出在功率转换部中执行的MPPT控制和控制部相对于跟踪偏差执行的控制的执行定时的一个示例;
图15示出通过将控制部的全部或部分集成在半导体衬底上而获得的半导体集成电路的一个示例。
图16是示出半导体集成电路的内部构造当被输入仰角向上方向驱动信号时的一个示例的框图;
图17是示出半导体集成电路的内部构造当被输入仰角向下方向驱动信号时的一个示例的框图;
图18是示出半导体集成电路的内部构造当被输入方位角向右方向驱动信号时的一个示例的框图;
图19是示出半导体集成电路的内部构造当被输入方位角向左方向驱动信号时的一个示例的框图;
图20是由图16中示出的半导体集成电路执行的操作的时序图;
图21是示出根据第二实施例的聚光器光伏系统的电气构造的一个示例的框图;
图22是示出根据第三实施例的聚光器光伏系统的电气构造的一个示例的框图;
图23是示出通过校正获得的产生的功率的变化概况的曲线图。
具体实施方式
[实施例的概述]
本发明的实施例的概述包括至少以下内容。
(1)这个聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为聚光器光伏面板的产生电量;控制部,其被构造成当驱动装置已经使聚光器光伏面板在这两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得跟踪操作之前和之后聚光器光伏面板的产生电量的变化,所述控制部被构造成基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
在根据以上(1)所述的聚光器光伏系统中,基于发现了在跟踪操作的执行之前和之后的产生电量的变化按照跟踪偏差的增大而增大,可以确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。由于变化量是短时间内执行跟踪操作之前和之后的产生电量的变化,因此它不太可能受此时环境亮度的影响。也就是说,不管太阳能辐射的状态如何,可以容易且准确地确定是否存在应该被校正的跟踪偏差。
(2)在根据(1)所述的聚光器光伏系统中,当所述驱动装置已经使聚光器光伏面板在这两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,所述控制部可获得跟踪操作之前和之后聚光器光伏面板的产生电量的变化量,并且可通过将变化量与预定阈值比较,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
在这种情况下,通过将变化量与阈值比较,可以容易地确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
(3)在根据(1)或(2)所述的聚光器光伏系统中,当所述驱动装置已经使得执行跟踪操作时,在控制部已经确定存在应该被校正的跟踪偏差的情况下,控制部可基于执行跟踪操作的轴、在该轴上执行的跟踪操作的方向性、该变化的符号,确定应该校正跟踪偏差的轴和方向性,并且可向驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性按预定量进行校正。
在这种情况下,可以在确定了应该校正跟踪偏差的轴和方向性的情况下,进行校正,以减小偏差。
(4)在根据(2)所述的聚光器光伏系统中,当所述驱动装置已经使得执行跟踪操作时,在控制部已经确定存在应该被校正的跟踪偏差的情况下,控制部可基于执行跟踪操作的轴、在该轴上执行的跟踪操作的方向性、该变化的符号,确定应该校正跟踪偏差的轴和方向性,并且可向驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性,基于根据变化量绝对值大小而变化的校正量进行校正。
在这种情况下,可执行更快的校正。
(5)在根据(3)或(4)所述的聚光器光伏系统中,优选地,在正在执行对跟踪偏差的校正的同时,控制部执行控制,使得不执行对另一个跟踪偏差的检测和校正。
在这种情况下,可以确实地执行校正并接着执行下一个校正。
(6)在根据(1)至(5)中的任一项所述的聚光器光伏系统中,驱动装置可向控制部提供相对于执行跟踪操作的轴的驱动开始和驱动停止的实时信息和关于跟踪操作的方向性的信息。
在这种情况下,通过基于从驱动装置提供的实时信息,将驱动开始时的产生电量和驱动停止时的产生电量比较,可以准确地获得变化量。由于控制部也从驱动装置获得关于执行跟踪操作的轴的方向性的信息,因此控制部可获得准确信息。
(7)在根据(1)至(6)中的任一项所述的聚光器光伏系统中,优选地,控制部和测量部设置在功率转换器中,功率转换器被构造成将聚光器光伏面板产生的功率转换成交流功率。
在这种情况下,聚光器光伏面板的输出被输入到功率转换器,还在其中执行最大功率点跟踪控制。因此,优选地,在功率转换器中提供测量部。另外,优选地,在同一功率转换器中提供与测量部相关的控制部。
(8)在根据(7)所述的聚光器光伏系统中,通过利用以恒定周期由功率转换器执行的最大功率点跟踪控制之间的时间段,控制部可执行与跟踪偏差相关的操作。
在这种情况下,紧接在前一个最大功率点跟踪控制结束之后,控制部执行与跟踪偏差相关的处理。因此,可以更准确地测量的产生电量。
(9)在另一个观点中,这是一种将在聚光器光伏系统中使用的半导体集成电路,所述聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为聚光器光伏面板的产生电量,所述半导体集成电路具有以下功能:当驱动装置已经使聚光器光伏面板在这两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得跟踪操作之前和之后聚光器光伏面板的产生电量的变化,并且基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
在根据以上(9)所述的半导体集成电路中,基于发现了在跟踪操作的执行之前和之后的产生电量的变化量按照跟踪偏差的增大而增大,可以确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。由于变化量是短时间内执行跟踪操作之前和之后的产生电量的变化,因此它不太可能受此时环境亮度的影响。也就是说,不管太阳能辐射的状态如何,可以容易且准确地确定是否存在应该被校正的跟踪偏差。另外,必要功能可在例如作为半导体集成电路的单芯片IC中实现。因此,有助于制造聚光器光伏系统。另外,可以低成本制造半导体集成电路。
(10)根据(9)所述的半导体集成电路可具有以下功能:当已经确定存在应该被校正的跟踪偏差时,基于执行跟踪操作的轴、在该轴上执行的跟踪操作的方向性、该变化的符号,确定应该校正跟踪偏差的轴和方向性,并且向驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性进行校正。
在这种情况下,可以在确定了应该校正跟踪偏差的轴和方向性(取向)的情况下,进行减小偏差的校正。
(11)在另一个观点中,这是一种将在聚光器光伏系统中使用的跟踪偏差检测程序,所述聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为聚光器光伏面板的产生电量,所述跟踪偏差检测程序被构造成使计算机实现以下功能:当驱动装置已经使聚光器光伏面板在这两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得跟踪操作之前和之后聚光器光伏面板的产生电量的变化,并且基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
根据以上(11)所述的跟踪偏差检测程序可通过被计算机执行而实现必要功能。也就是说,基于发现了在跟踪操作的执行之前和之后的产生电量的变化量按照跟踪偏差的增大而增大,可以确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。由于变化量是短时间内执行跟踪操作之前和之后的产生电量的变化,因此它不太可能受此时环境亮度的影响。也就是说,不管太阳能辐射的状态如何,可以容易且准确地确定是否存在应该被校正的跟踪偏差。
(12)在另一个观点中,这是一种聚光器光伏系统中将使用的跟踪偏差校正程序,所述聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为聚光器光伏面板的产生电量,所述跟踪偏差校正程序被构造成使计算机实现以下功能:当驱动装置已经使聚光器光伏面板在这两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得跟踪操作之前和之后聚光器光伏面板的产生电量的变化,并且基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差;以及当已经确定存在应该被校正的跟踪偏差时,基于执行跟踪操作的轴、在该轴上执行的跟踪操作的方向性、该变化的符号,确定应该校正跟踪偏差的轴和方向性,并且向驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性进行校正。
根据以上(12)所述的跟踪偏差检测程序可通过被计算机执行而实现必要功能。也就是说,基于发现了在跟踪操作的执行之前和之后的产生电量的变化量按照跟踪偏差的增大而增大,可以确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。由于变化量是短时间内执行跟踪操作之前和之后的产生电量的变化,因此它不太可能受此时环境亮度的影响。也就是说,不管太阳能辐射的状态如何,可以容易且准确地确定是否存在应该被校正的跟踪偏差。那么,可以在确定了应该校正跟踪偏差的轴和方向性的情况下,进行减小偏差的校正。
应该注意,根据以上(11)和(12)所述的程序可被记录在计算机可读记录介质中。
在这种情况下,由于必要功能被记录在记录介质中,因此有助于制造聚光器光伏系统,另外,容易分配这种记录介质。因此,还容易在现有聚光器光伏系统中添加必要功能,因此,还容易更新系统。
(13)在另一个观点中,这是一种由光伏系统中设置的控制部执行的跟踪偏差检测方法,所述光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为聚光器光伏面板的产生电量,所述跟踪偏差检测方法包括:(i)当驱动装置已经使聚光器光伏面板在这两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得跟踪操作之前和之后聚光器光伏面板的产生电量的变化;(ii)基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
在根据以上(13)所述的跟踪偏差检测方法中,基于发现了在跟踪操作的执行之前和之后的产生电量的变化量按照跟踪偏差的增大而增大,可以确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。由于变化量是短时间内执行跟踪操作之前和之后的产生电量的变化,因此它不太可能受此时环境亮度的影响。也就是说,不管太阳能辐射的状态如何,可以容易且准确地确定是否存在应该被校正的跟踪偏差。
(14)在另一个观点中,这是一种由光伏系统中设置的控制部执行的跟踪偏差校正方法,所述光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,其被构造成使聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;测量部,其被构造成检测产生的功率或产生的电流作为聚光器光伏面板的产生电量,所述跟踪偏差校正方法包括:(i)当驱动装置已经使聚光器光伏面板在这两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得跟踪操作之前和之后聚光器光伏面板的产生电量的变化;(ii)基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差;(iii)当已经确定存在应该被校正的跟踪偏差时,基于执行跟踪操作的轴、在该轴上执行的跟踪操作的方向性、该变化的符号,确定应该校正跟踪偏差的轴和方向性;(iv)向驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性进行校正。
在根据以上(14)所述的跟踪偏差检测方法中,基于发现了在跟踪操作的执行之前和之后的产生电量的变化量按照跟踪偏差的增大而增大,可以确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。由于变化量是短时间内执行跟踪操作之前和之后的产生电量的变化,因此它不太可能受此时环境亮度的影响。也就是说,不管太阳能辐射的状态如何,可以容易且准确地确定是否存在应该被校正的跟踪偏差。那么,可以在确定了应该校正跟踪偏差的轴和方向性的情况下,进行减小偏差的校正。
[实施例的细节]
下文中,将参照附图描述本发明的实施例的细节。
<第一实施例>
<<聚光器光伏设备的一个示例>>
首先,将描述聚光器光伏设备的结构。
图1是示出聚光器光伏设备的一个示例的立体图。在该图中,聚光器光伏设备100包括:聚光器光伏面板1;底座3,其包括其支柱3a和基座3b,支柱3a在聚光器光伏面板1的后表面上支撑聚光器光伏面板1。聚光器光伏面板1是通过垂直和水平组装多个聚光器光伏模块1M形成的。在这个示例中,除了中心部分之外,垂直和水平地组装62(长7×宽9-1)个聚光器光伏模块1M。当一个聚光器光伏模块1M具有例如大约100W的额定输出时,聚光器光伏面板1的整体具有大约6kW的额定输出。
在聚光器光伏面板1的后表面侧,设置驱动装置(未示出),并且通过操作驱动装置,可以在方位角和仰角的两个轴上驱动聚光器光伏面板1。具体地讲,通过使用步进电机(未示出)驱动聚光器光伏面板1,使其在方位角和仰角二者上一直面对太阳的方向。在聚光器光伏面板1上的某个位置(在这个示例中,中心部分),或者在聚光器光伏面板1的附近,设置跟踪传感器4和日射表5。依赖于跟踪传感器4和由时间、安装位置的纬度和经度计算出的太阳位置,执行跟踪太阳能的操作。
作为日射表5,存在例如日温计和总日射表。日温计与聚光器光伏面板1一起跟踪太阳。作为总日射表,存在例如水平总日射表和垂直总日射表。水平总日射表不与聚光器光伏面板1一体安装,并且例如被固定在聚光器光伏面板1附近。水平总日射表不执行跟踪太阳的操作。另一方面,垂直总日射表测量在垂直平面上接收的全局光(直接光和漫射光),并且执行跟踪太阳的操作,与聚光器光伏面板1类似。垂直总日射表被安装在聚光器光伏面板1上并且与聚光器光伏面板1一起跟踪操作,或者被安装在聚光器光伏面板1附近并且本身执行跟踪操作。
每当太阳移动预定角度,驱动装置将聚光器光伏面板1驱动达该预定角度。太阳移动预定角度的事件可由跟踪传感器4来确定,或者可通过纬度、经度和时间来确定。因此,还存在省去跟踪传感器4的情况。预定角度是例如恒定值,但该值可按照太阳的纬度和时间来变化。此外,使用步进电机是一个是示例,除此之外,可使用能够执行精确操作的驱动源。
<<聚光器光伏模块的一个示例>>
图2是示出聚光器光伏模块(下文中,也被简称为模块)1M的一个示例的放大图的立体图(部分被切除)。在该图中,模块1M包括:作为主要组件的外壳11,其形成为容器形(缸形)并且具有底表面11a;柔性印刷电路12,其被设置成接触底表面11a;初级聚光部13,其像盖子一样附接于外壳11的凸缘部11b。外壳11由金属制成。
初级聚光部13是菲涅尔阵列并且通过将作为会聚太阳光的透镜元件的多个(例如,长16×宽12,总共192个)菲涅尔透镜13f布置成矩阵形状来形成。可通过例如在用作基体材料的玻璃板的后表面(内部)上形成有机硅树脂膜,获得初级聚光部13。各菲涅尔透镜形成在这个树脂膜上。在外壳11的外表面上,设置用于取得模块1M的输出的连接器14。
图3是图2中的III部分的放大图。在图3中,柔性印刷电路12包括:柔性基板121,其具有带形(条带形);发电元件(太阳能电池)122,其设置在柔性基板121上;次级聚光部123,其被分别设置成覆盖发电元件122。按与初级聚光部13的菲涅尔透镜13f的数量相同的数量,在与菲涅尔透镜13f对应的位置,设置多组发电元件122和次级聚光部123。各次级聚光部123将从其对应的菲涅尔透镜13f入射的太阳光会聚到其对应的发电元件122上。例如,次级聚光部123是透镜。然而,次级聚光部123可以不是透镜,而是在反射光的同时将光向下引导的反射镜。另外,还存在不使用次级聚光部123的情况。发电元件122与柔性印刷电路12串联-并联电连接,并且通过连接器14(图2)取得收集到的产生的电力。
应该注意,图2和图3中示出的模块1M只是一个示例,可存在模块的其它各种构造。例如,可不使用如上的柔性印刷基板,而可使用具有平板形状(矩形形状等)的多个树脂基板或多个陶瓷基板。
<<聚光器光伏设备的多个单元的安装示例>>
至于如上构造的聚光器光伏设备100中,可根据需要自由地变化面板构造(模块1M的数量和布置)。另外,模块的形状可以是矩形、正方形或除了这些之外的形状。例如,图4是示出当通过布置均具有大体正方形形状的64个(长8×宽8)模块而形成的聚光器光伏设备100被定义为“一个单元”时,假设布置15个单元的状态的立体图。各单元由其对应驱动装置(未示出)驱动,以跟踪太阳。这里,为方便起见,用下面的参考符号(也在图4中示出)表示聚光器光伏设备100的15个单元。
第一行中的四个单元:1A、1B、1C和1D
第二行中的四个单元:2A、2B、2C和2D
第三行中的五个单元:3A、3B、3C、3D和3E
第四行中的两个单元:4D和4E
<<产生的功率中的临时变化的示例>>
图5示出在一天中,在太阳中天时间前后的时区(11点至12点)中,聚光器光伏设备100的15个单元(1A至4E)产生的功率的测量值的曲线图。在各曲线图中,水平轴代表时间,垂直轴代表电功率。这里重点不是在各单元之间产生的功率的差异,而是在各波形中包括的变化的特征。
具体地讲,许多波形包括示出机械变化的锯齿状阶梯部分(缺口部分),观察到两种类型的变化,即,短周期内重复的变化和相对长周期内重复的变化。变化的成因是跟踪偏差。也就是说,当没有跟踪偏差时,在步进电机的操作(跟踪操作)之前和之后产生的功率没有出现大变化,但当有跟踪偏差时,在步进电机操作之前和之后造成产生的功率的大变化。因此,认为步进电机的操作轨迹是因产生的功率中的相对大变化而出现的。
由于图5是相对于中天时间前后的时间的曲线图,因此这天中仰角的变化最小。因此,因仰角的跟踪偏差造成较长周期(2-5分钟的周期)。因方位角的跟踪偏差造成较短周期(20-60秒的周期)。然而,在除了中天时间前后的时区之外的时区中,在一些情况下,仰角也出现相对短周期内的变化。
<<特征变化模式的示例>>
图6示出代表波形中被提取的特征变化模式的四个曲线图。在各曲线图中,水平轴代表时间并且垂直轴代表产生的功率。在左上的模式(a)中,产生的功率的变化大小是最大大约300W(整体大约4%),跟踪偏差小得足以被允许,因此,这是正在执行优良跟踪操作的稳定状态。在这种情况下,即使关注的是好像是由于步进电机执行的跟踪操作导致的产生的功率的相对明显变化,执行跟踪操作之前和之后产生的功率的变化量也小。
图7示出图6中的模式(a)的曲线图和均表示发电元件122上形成聚光斑SP的位置的各个图示。另外,虚线示出曲线图上的位置和各个图示之间的关系。如所示出的,在左端的相应图示中,聚光斑SP略微偏离发电元件122,但整体上基本上是优良状态。也就是说,在这种情况下,实际没有跟踪偏差,因此不需要进行校正。
回头参照图6,在右上的模式(b)中,在11点56分和11点57分之间以及12点0分和12点1分之间,正出现大变化,在大约四分钟的长周期中重复这个过程。这是在仰角跟踪时出现偏差的情况下步进电机的操作的轨迹。图8示出图6中的模式(b)的曲线图和均表示发电元件122上形成聚光斑SP的位置的各个图示。另外,虚线示出曲线图上的位置和各个图示之间的关系。
如图8中所示,在左端的相应图示中,聚光斑SP大大偏离发电元件122。此后,聚光斑SP逐渐进入发电元件122的区域,但在步进电机操作时,聚光斑SP变得再次大大偏离。然后,重复这个过程。因此,在这种情况下,必须校正仰角的跟踪偏差。此外,在这种情况下,变化模式由大变化和其间小变化的重复构成。在大变化和下一个大变化之间,产生的功率表现出增大趋势,并且在步进电机操作时,产生的功率的变化表现出减小。这种变化模式指示角度偏差在前进方向上。应该注意,较小变化的大小最大为大约200W(不高于整体的10%)一样小,并且较小变化可被视为波动成分,因此不是校正目标。
回头参照图6,在左下的模式(c)中,在20-30秒周期中出现大变化。这是方位角出现偏差的情况下步进电机操作的轨迹。图9示出图6中的模式(c)的曲线图和均表示发电元件122上形成聚光斑的位置的各个图示。另外,虚线示出曲线图上的位置和各个图示之间的关系。
图9中左侧的相应图标示出紧接在步进电机操作之后的状态,聚光斑SP在发电元件122的区域中相对足够好。从这一点起,按照太阳在方位角上的移动,产生的功率逐渐减小,从而导致右侧的相应图示的状态,并且步进电机再一次操作。然后,重复这个过程。因此,在这种情况下,必须校正方位角上的跟踪偏差。此外,在这种情况下,在大变化之间具有大体恒定斜率的变化表现出减小趋势,并且在步进电机操作时,产生的功率的变化表现出增大。这种变化模式指示延迟方向上的角度偏差。
回头参照图6,右下的模式(d)是模式(b)和(c)的混合类型。也就是说,这里,在方位角上跟踪和在仰角上跟踪时,都出现偏差。图10示出图6的模式(d)的曲线图和均表示发电元件122上形成聚光斑SP的位置的各个图示。另外,虚线示出曲线图上的位置和各个图示之间的关系。
如图10中所示,在左侧的相应图示和右侧的相应图示二者中,聚光斑SP相对大大偏离发电元件122的区域(然而,在右边相应图示中,偏离的程度略微较小)。因此,在这种情况下,必须校正方位角上的跟踪偏差和仰角上的跟踪偏差。在11点57分前后的大变化和12点10秒前后的下一个大变化之间,产生的功率整体表现出增大趋势,与每个大变化对应的步进电机的操作变化表现出减小。这是在大约三分钟的长周期内出现的。
此外,在11点56分15秒前后、11点57分02秒前后、11点57分48秒前后、11点58分34秒前后、11点59分20秒前后出现的中等变化之间,产生的功率表现出减小趋势并且与每个中等变化对应的步进电机的操作变化表现出增大。中等变化出现在大约46秒周期内。前者对应于仰角上的偏差,后者对应于方位角上的偏差。应该注意,其变化量小于100W(不高于整体的10%)的小变化可被视为波动成分,因此不是校正目标。
<<变化模式的概述>>
如上所述,已发现,关于跟踪偏差的信息被包括在产生的功率的临时变化中重复出现的变化模式中。当变化模式中没有关于跟踪偏差的指示(模式(a))时,正常执行跟踪。如果如(b)、(c)和(d)的情况一样有应该被校正的跟踪偏差,则执行跟踪操作之前和之后产生的功率的变化量相比于(a)的情况明显有增大。
因此,相对于执行跟踪操作之前和之后产生的功率的变化量设定阈值,然后,如果变化量小于阈值,则可以确定没有跟踪偏差或者存在跟踪偏差但不需要校正该偏差,而如果变化量大于阈值,则可以确定存在跟踪偏差。当变化量等于阈值时,可进行以上确定中的任一个。例如,在图6中的(a)的情况下,足以设定合适阈值,使得变化量变得小于阈值,并且在(b)、(c)和(d)的情况下,足以设定合适阈值使得变化量变得大于阈值。
当可检测存在/不存在跟踪偏差时,在识别到偏差的轴和方向的情况下,可进一步执行校正操作。关于执行仰角或方位角上的跟踪操作的时间和跟踪操作的方向的信息可由聚光器光伏面板的驱动装置提供。
<<关于跟踪的系统构造的示例>>
图11是示出聚光器光伏系统的电气构造的一个示例的框图。
在该图中,聚光器光伏系统主要包括聚光器光伏设备100和功率转换器300。聚光器光伏设备100包括:聚光器光伏面板1;驱动装置200,其设置在聚光器光伏面板1的后表面侧,例如,用于跟踪太阳的操作。驱动装置200包括:用于两个轴的步进电机,即,用于在仰角方向上驱动的步进电机201e、用于在方位角上驱动的步进电机201a;驱动这些的驱动电路202。
应该注意,步进电机只是示例,可使用另一个电源。
通过利用聚光器光伏面板1的未用空间等,聚光器光伏设备100设置有跟踪传感器4。聚光器光伏面板1设置有日射表5。在日射表5是日温计和一般总日射表的情况下,日射表5设置在聚光器光伏面板1上或在其附近。在日射表5是水平总日射表的情况下,日射表5没有固定设置在面板上,而是在其附近。跟踪传感器4的输出和日射表5的输出信号(太阳能辐射)被输入到驱动电路202。
例如,驱动电路202具有时钟功能和存储功能,存储功能用于存储指示聚光器光伏面板1的安装位置的纬度和经度的信息。根据纬度和经度、日期和时间的信息,大体准确地得知太阳的方位角和仰角。驱动装置200使步进电机201e或201a在参照从跟踪传感器4得到的信息、纬度、经度、日期和时间的信息以及如有必要参照日射表5的信息的同时进行周期性操作,从而使聚光器光伏面板1执行跟踪太阳的操作。
然而,还存在不设置跟踪传感器4的情况。在这种情况下,只基于根据纬度、经度、日期和时间计算出的太阳位置,执行跟踪操作。
功率转换器300包括测量部301、控制部302和功率转换部303。聚光器光伏面板1的输出被输入到功率转换部303。在功率转换部303中,对聚光器光伏面板1的输出执行最大功率点跟踪(MPPT)控制,另外,执行从直流到交流的转换,这样允许聚光器光伏系统和商用电力系统400之间互连。
可由具有测量电压、电流和电功率的功能的测量部301检测MPPT控制之后的聚光器光伏面板1产生的功率。测量部301向控制部302提供关于检测到的发电量(产生的功率或产生的电流)的信息。另外,功率转换部303向控制部302提供通知执行MPPT控制的时间的信号。
如所示出的,例如,测量部301和控制部302与功率转换部303一起被容纳在功率转换器300的外壳中。由于聚光器光伏面板1的输出被输入到功率转换器300并且在功率转换器300中还执行MPPT控制,因此优选的是在功率转换器300中提供测量部301。另外,相对于控制部302,由于控制部302与测量部301和功率转换部303相关,因此优选的是在相同功率转换器300中提供控制部302。
<<控制部针对跟踪偏差执行的操作(跟踪偏差检测方法和跟踪偏差校正方法)>>
下文中,将主要描述控制部302执行的操作。
图12和图13示出控制部302执行的操作的流程图。尽管图12和图13是在两个单独的页上画出的,但这两个图形成一个流程图。在下面,将依据“电功率”提供描述。然而,由于通过大体恒定电压和根据阳光等变化的电流确定产生的功率,因此可依据“电流”提供描述。更一般地讲,是“产生的电量”。这里,产生的电量、产生的功率和产生的电流分别是指通过MPPT控制获得的产生的电量、产生的功率和产生的电流。
首先,在开始图12中的处理时,控制部302确定驱动电路202是否相对于步进电机201e和201a中的任一个输出用于跟踪操作的驱动开始信号(步骤S1)。如果没有从驱动装置200接收到信号,则处理直接结束。当已经从驱动装置200接收到信号时,控制部302确定是否正在执行对跟踪偏差的校正(步骤S1a)。如果正在执行对跟踪偏差的校正,则处理结束。这是用于确实地执行一个校正并接着执行下一个校正的步骤。如果不是正在执行校正,则控制部302确定是在仰角上还是方位角上开始驱动(步骤S2)。这个信号也是由驱动电路202提供的。
(对仰角上的跟踪偏差的校正)
如果在仰角上已经开始驱动,则在步骤S3中控制部302存储那个时刻产生的功率。接下来,控制部302等待驱动停止信号从驱动电路202到达(步骤S4),并且当驱动停止信号到达时,控制部302存储此时产生的功率(步骤S5)。然后,相对于一个跟踪操作,控制部302获得跟踪操作之前和之后产生的功率的变化量,并且确定该变化量的绝对值是否大于或等于预设阈值(步骤S6)。如果变化量的绝对值小于阈值,则没有(实际上没有)跟踪偏差,因此,处理结束。
如果变化量的绝对值大于或等于阈值,则控制部302确定驱动方向是否在仰角向上方向(仰角向下方向)上(步骤S7)。在仰角向上方向的情况下,控制部302确定产生的功率是否已经由于跟踪操作而增大,换句话讲,确定变化的符号(+/-)(步骤S8)。在增大的情况下,跟踪操作的方向性本身是正确的(跟踪操作之后的状态已经变得优于跟踪操作之前的状态)。因此,控制部302向驱动电路202输出用于在仰角向上方向上驱动的驱动指令信号(校正信号)(步骤S10),然后处理结束。相反地,在步骤S8中减小的情况下,跟踪操作的方向性本身是相反的(跟踪操作之后的状态已经变得比跟踪操作之前的状态差)。因此,控制部302向驱动电路202输出用于在仰角向下方向上驱动的驱动指令信号(校正信号)(步骤S11),然后处理结束。
以上驱动指令信号(校正信号)是例如使步进电机201e旋转恒定校正角度的信号。这个校正角度小于在一个垂直跟踪操作中形成的校正角度。在执行旋转恒定校正角度的情况下,一个校正可不一定能够消除跟踪偏差,但即使在这种情况下,多个校正也可在将要沿着其消除偏差的方向上减小偏差量。因此,偏差在消除方向上收敛。
与此分开地,还可以通过预先研究变化量(绝对值)和跟踪偏差量之间的关系,在一个校正中消除偏差。
上述校正量还应用于以下情况。
另一方面,在步骤S7中,如果驱动方向是仰角向下方向(“否”),则控制部302确定产生的功率是否已经由于跟踪操作而增大,换句话讲,确定变化的符号(+/-)(步骤S9)。在增大的情况下,跟踪操作的方向性本身是正确的(跟踪操作之后的状态变得优于跟踪操作之前的状态)。因此,控制部302向驱动电路202输出用于在仰角向下方向上驱动的驱动指令信号(校正信号)(步骤S12),然后处理结束。相反地,在步骤S9中减小的情况下,跟踪操作的方向性本身是相反的(跟踪操作之后的状态变得比跟踪操作之前的状态差)。因此,控制部302向驱动电路202输出用于在仰角向上方向上驱动的驱动指令信号(校正信号)(步骤S13),然后处理结束。
(对方位角上的跟踪偏差的校正)
在步骤S2中,如果已经在方位角上开始驱动,则在图13中的步骤S14中,控制部302存储那个时刻产生的功率。接下来,控制部302等待驱动停止信号从驱动电路202到达(步骤S15),并且当驱动停止信号到达时,控制部302存储此时产生的功率(步骤S16)。然后,相对于一个跟踪操作,控制部302获得跟踪操作之前和之后产生的功率的变化量,并且确定该变化量的绝对值是否大于或等于预设阈值(步骤S17)。如果变化量的绝对值小于阈值,则没有(实际上没有)跟踪偏差,因此,处理结束。
如果变化量的绝对值大于或等于阈值,则控制部302确定驱动方向是否在方位角向左方向(方位角向右方向)上(步骤S18)。在方位角向左方向的情况下,控制部302确定产生的功率是否已经由于跟踪操作而增大,换句话讲,确定变化的符号(+/-)(步骤S19)。在增大的情况下,跟踪操作的方向性本身是正确的(跟踪操作之后的状态变得优于跟踪操作之前的状态)。因此,控制部302向驱动电路202输出用于在方位角向左方向上驱动的驱动指令信号(校正信号)(步骤S21),然后处理结束。另一方面,在步骤S19中减小的情况下,跟踪操作的方向性本身是相反的(跟踪操作之后的状态变得比跟踪操作之前的状态差)。因此,控制部302向驱动电路202输出用于在方位角向右方向上驱动的驱动指令信号(校正信号)(步骤S22),然后处理结束。
另一方面,在步骤S18中,如果驱动方向是方位角向右方向(“否”),则控制部302确定产生的功率是否已经由于跟踪操作而增大,换句话讲,确定变化的符号(+/-)(步骤S20)。在增大的情况下,跟踪操作的方向性本身是正确的(跟踪操作之后的状态变得优于跟踪操作之前的状态)。因此,控制部302向驱动电路202输出用于在方位角向右方向上驱动的驱动指令信号(校正信号)(步骤S23),然后处理结束。相反地,在步骤S20中减小的情况下,跟踪操作的方向性本身是相反的(跟踪操作之后的状态变得比跟踪操作之前的状态差)。因此,控制部302向驱动电路202输出用于在方位角向左方向上驱动的驱动指令信号(校正信号)(步骤S24),然后处理结束。
应该注意,不同于在仰角上的跟踪,在方位角上的跟踪经常是在向左方向和向右方向中的任一个上执行的,但根据夜晚期间停止的聚光器光伏面板1的姿势,存在早上首次启动时方位角上的跟踪是在太阳移动的相反方向上进行的情况。
(针对跟踪偏差的控制的时间)
图14示出在功率转换部303中执行的MPPT控制和控制部302针对跟踪偏差执行的控制的执行定时的一个示例(图12、图13)。以恒定周期t(例如,t是1毫秒至1秒)执行MPPT控制。为了更准确地测量已经经受了MPPT控制的产生的功率,优选的是在一个MPPT控制结束之后,换句话讲,在通过利用MPPT控制之间的时间段的周期Δt内,针对跟踪偏差执行控制。如上所述,针对跟踪偏差的控制需要存储驱动开始时产生的功率、存储驱动停止时产生的功率和校正处理。因此,在参照从功率转换部303接收的MPPT控制的时间的同时,控制部302在时间t1执行存储驱动开始时产生的功率;例如,在时间t2执行存储驱动停止时产生的功率和校正处理。
(处理的独立)
应该注意,以上实施例中的针对跟踪偏差的处理包括:(a)确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差;(b)确定应该校正跟踪偏差的轴和方向性,并且基于确定的应该进行校正的轴和方向性,向驱动装置200提供用于进行校正的指令。然而,(a)和(b)二者并不是实现系统或方法一直需要的。只执行(a)也是有意义的,因为它能够容易且准确地确定是否存在应该被校正的跟踪偏差。
(一个校正中进行的校正量)
可根据需要增大或减小一个校正中进行的“预定量”。图23是示出通过校正获得的产生的功率的变化概况的曲线图。在该图中,当关注11点49分55秒时和在此之后产生的功率的变化时,在两个步骤中产生的功率已经增大。这是两个校正的结果。当进行校正时,产生的功率增大,步进电机操作时的变化量(小幅上下变化的大小)变小。因此,如果选择按照变化量(绝对值)的校正量,则可以进行校正,使得一个校正不是以两个步骤中是以一个步骤增大产生的功率,将其从大约3200W-4200W增大至大约6500W。也就是说,如果向驱动装置提供用于基于根据变化量的绝对值大小而变化的校正量进行校正的指令,则相比于按恒定量执行校正的情况,能够进行更快的校正。
<<针对跟踪偏差的控制的总结>>
在以上的聚光器光伏系统(或跟踪偏差检测方法或跟踪偏差校正方法)中,基于发现了在按照跟踪偏差的增大而增大跟踪操作的执行之前和之后的产生电量的变化量,可以例如通过比较变化量的绝对值与阈值,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。由于变化量是执行跟踪操作之前和之后短时间内的产生电量的变化,因此它不太可能受此时环境亮度的影响。也就是说,不管太阳能辐射的状态如何,可以容易且准确地确定是否存在应该被校正的跟踪偏差。
此外,当驱动装置200已经使执行跟踪操作时,在已经确定存在应该被校正的跟踪偏差的情况下,并且接着,基于已经执行跟踪操作的轴(仰角/方位角)、该轴上的跟踪操作的方向性(向上/向下、向左/向右)、变化的符号(+:增大/-:减小),可以确定应该校正跟踪偏差的轴和方向性。然后,根据确定的应该进行校正的轴和方向性,可以从控制部302向驱动装置200提供用于按预定量进行校正的指令。
以此方式,可以在确定了应该校正跟踪偏差的轴和方向性(取向)的情况下,进行减小偏差的校正。
另外,驱动装置200向控制部302提供相对于执行跟踪操作的轴的驱动开始和驱动停止的实时信息和关于跟踪操作的方向性的信息。因此,通过基于驱动装置200提供的实时信息比较驱动开始时的产生电量与驱动停止时的产生电量,可以准确地获得变化量。由于控制部302还从驱动装置200获得关于已经执行跟踪操作对应的轴和方向性的信息,因此控制部302可获得准确信息。
<<半导体集成电路>>
以上的控制部302可内置于例如作为半导体集成电路的例如单芯片IC中。图15示出通过将控制部302的全部或一部分集成在半导体衬底上而获得的半导体集成电路302a的一个示例。在该图中,左侧的七个引脚输入从上开始依次是电源(Vcc)、仰角向上方向驱动信号、仰角向下方向驱动信号、方位角向右方向驱动信号、方位角向左方向驱动信号、产生的功率和GND。仰角向上方向驱动信号从驱动电路202输出。作为产生的功率,在测量部301中计算出的产生的功率可被转换成信号,可输入获得的该信号。
图15中的半导体集成电路302a右侧的四个引脚输出从上开始依次是仰角向上方向驱动指令信号(图12中的步骤S10和S13)、仰角向下方向驱动指令信号(图12中的步骤S11和S12)、方位角向右方向驱动指令信号(图13中的步骤S22和S23)和方位角向左方向驱动指令信号(图13中的步骤S21和S24)。
图16是示出以上半导体集成电路302a的内部构造的一个示例的框图。然而,这是重点仅放在仰角向上方向驱动信号上的图。半导体集成电路302a包括驱动开始功率存储电路a1、驱动停止功率存储电路a2、减法电路a3、比较电路a4和比较电路a5。仰角向上方向驱动信号和产生的功率(的信号)被输入到驱动开始功率存储电路a1和驱动停止功率存储电路a2二者。
当仰角向上方向驱动信号启用并且开始驱动时,驱动开始功率存储电路a1存储此时产生的功率。当仰角向上方向驱动信号的输入禁用并且停止驱动时,驱动停止功率存储电路a2存储此时产生的功率。减法电路a3获得驱动(跟踪操作)之前和之后产生的功率之间的差异,并且在两个比较电路a4和a5中将该差异,即变化量与阈值进行比较。在这两个比较电路a4和a5中,分别设定其绝对值相同并且其符号彼此相反的比较参考值。通过与这些值进行比较,输出仰角向上方向驱动指令信号或仰角向下方向驱动指令信号。
以此方式,由半导体集成电路302a,即仅仅通过使用硬件,执行图12和图13中示出的流程图中的处理。
由于半导体集成电路302a具有在单芯片IC中实现的控制部的必要功能,因此有助于制造聚光器光伏系统。此外,可以低成本制造半导体集成电路。
图16仅依据仰角向上方向驱动信号进行表达。然而,其它信号也具有分别在图17至图19中示出的类似的输入和输出配置。因此,这里不再重复类似描述。
图20是由图16中示出的半导体集成电路302a执行的操作的时序图。类似于图16,这是重点仅放在针对仰角向上方向驱动信号的操作上的图。从上依次示出例如仰角向上方向驱动信号、产生的功率(或电流)、驱动开始功率存储电路a1的输出、驱动停止功率存储电路a2的输出、减法电路a3的输出、来自比较电路a4的仰角向上方向驱动信号的输出。
假设当仰角向上方向驱动信号在时间τ1时启用时,步进电机201e(图11)操作并且执行跟踪操作,据此,产生的功率如示出地增大。在仰角向上方向驱动信号启用的同时,驱动开始功率存储电路a1存储产生的功率并且保持它。然后,在时间τ2,仰角向上方向驱动信号被禁用,产生的功率停止增大,此后,产生的功率逐渐减小。在仰角向上方向驱动信号被禁用的同时,驱动停止功率存储电路a2存储产生的功率。
减法电路a3计算两个产生的功率之间的差异,即变化量。由于产生的功率增大,因此变化的符号是+。通过与阈值进行比较,当变化量大于阈值时,比较电路a4输出仰角向上方向驱动指令信号作为比较电路4a的输出。在时间τ3,各电路(a1至a5)的输出被复位。此后,周期性执行跟踪操作,并且如果状态相同,则执行相同的校正,跟踪偏差在消除方向上收敛。
由于其它输入和输出(图17至图19)类似于上述那些,因此这里省略对其的描述。
在以上实施例中,作为控制部302,示出利用主要由不需要编程的硬件构成的半导体集成电路302a的示例。然而,可通过微计算机或DSP(数字信号处理器)实现控制部302,并且通过执行图12和图13中示出的控制程序,可实现必要功能。
另外,控制部302可与控制功率转换部303的开关等的控制部集成。
<第二实施例>
<<针对跟踪的系统构造的其它示例>>
图21是示出根据第二实施例的聚光器光伏系统的电气构造的一个示例的框图。与图11的不同之处在于,控制部500与功率转换器300分开设置,并且例如在其外部。其它构造、操作和效果与第一实施例中的那些类似。控制部500针对跟踪偏差的功能与图11中示出的控制部302的功能相同。
在图21中,例如,可使用商购计算机作为控制部500。在这种情况下,控制部500的功能被提供为计算机可读记录介质(存储介质)501中记录的程序,并且被安装在是计算机的控制部500中。因此,控制部500可表现出必要功能。作为记录介质,例如,光盘、磁盘、紧凑型存储器等是合适的。另外,经由诸如互联网的通信线路502或者经由通过ASP(应用服务提供商)使用该程序的形式从服务器503下载程序也是可能的。
在图21中示出的构造中,只要可从驱动装置200和功率转换器300接收到必要信号,控制部500就可在安装之后被提供给系统。记录介质501容易分配。因此还容易在现有聚光器光伏系统中添加控制部500,并且还容易更新系统。
<第三实施例>
<<针对跟踪的系统构造的其它示例>>
图22是示出根据第三实施例的聚光器光伏系统的电气构造的一个示例的框图。与图11的不同之处在于,在功率转换器300的内部(或外部)提供通信部304而不是控制部,并且通过通信线路502在远程位置处存在具有通信接口功能的控制部504。其它构造、操作和效果与第一实施例中的那些类似。控制部500针对跟踪偏差的功能与图11中示出的控制部302的功能相同。控制部504可以是执行程序的计算机,与图21中示出的控制部500类似。
在图22中,通信部304发送和接收信号,控制部504在远程位置处执行与图11中示出的控制部302的功能等同的功能。
在这种情况下,可经由通信线路502通过远程控制校正跟踪偏差,因此,这是适于从远处执行集中管理的构造。
<其它>
以上各个实施例中的控制部302、500和504的设置等方式还可彼此结合(即,以结合方式使用)。
应该注意,本文中公开的实施例在所有方面都只是例证性的并且不是限制性的。本发明的范围由权利要求书的范围限定,并且旨在包括与权利要求书的范围等同的含义和该范围内的所有修改形式。
参考符号列表
1聚光器光伏面板
1M聚光器光伏模块
3底座
3a支柱
3b基座
4跟踪传感器
5日射表
11外壳
11a底表面
11b凸缘部
12柔性印刷电路
13初级聚光部
13f菲涅尔透镜
14连接器
100聚光器光伏设备
121柔性基板
122发电元件
123次级聚光部
200驱动装置
201e、201a步进电机
202驱动电路
300功率转换器
301测量部
302控制部
302a半导体集成电路
303功率转换部
304通信部
400商用电力系统
500控制部
501记录介质
502通信线路
503服务器
504控制部
a1驱动开始功率存储电路
a2驱动停止功率存储电路
a3减法电路
a4、a5比较电路
SP聚光斑

Claims (12)

1.一种聚光器光伏系统,包括:
聚光器光伏面板;
驱动装置,所述驱动装置被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;
测量部,所述测量部被构造成检测产生的功率或产生的电流作为所述聚光器光伏面板的产生电量;以及
控制部,所述控制部被构造成当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得在所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化,所述控制部被构造成基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
2.根据权利要求1所述的聚光器光伏系统,其中
当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,所述控制部获得在所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化量,并且通过将所述变化量与预定阈值比较,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
3.根据权利要求1所述的聚光器光伏系统,其中
当所述驱动装置已经使得执行所述跟踪操作时,在所述控制部已经确定存在应该被校正的跟踪偏差的情况下,所述控制部基于已经执行所述跟踪操作的轴、在所述轴上执行的所述跟踪操作的方向性、以及所述变化的符号,确定应该校正所述跟踪偏差的轴和方向性,并且向所述驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性按预定量进行校正。
4.根据权利要求2所述的聚光器光伏系统,其中
当所述驱动装置已经使得执行所述跟踪操作时,在所述控制部已经确定存在应该被校正的跟踪偏差的情况下,所述控制部基于已经执行所述跟踪操作的轴、在所述轴上执行的所述跟踪操作的方向性、以及所述变化的符号,确定应该校正所述跟踪偏差的轴和方向性,并且向所述驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性,基于根据所述变化量的绝对值的大小而变化的校正量进行校正。
5.根据权利要求3所述的聚光器光伏系统,其中
在正在执行跟踪偏差的校正的同时,所述控制部执行控制,使得不执行对另一个跟踪偏差的检测和校正。
6.根据权利要求1所述的聚光器光伏系统,其中
所述驱动装置向所述控制部提供相对于执行跟踪操作的轴的驱动开始和驱动停止的实时信息以及关于所述跟踪操作的方向性的信息。
7.根据权利要求1所述的聚光器光伏系统,其中
所述控制部和所述测量部设置在功率转换器中,所述功率转换器被构造成将所述聚光器光伏面板产生的功率转换成交流功率。
8.根据权利要求7所述的聚光器光伏系统,其中
通过利用以恒定周期由所述功率转换器执行的最大功率点跟踪控制之间的时间段,所述控制部执行与所述跟踪偏差相关的操作。
9.一种半导体集成电路,所述半导体集成电路将在聚光器光伏系统中使用,所述聚光器光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,所述驱动装置被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;以及测量部,所述测量部被构造成检测产生的功率或产生的电流作为所述聚光器光伏面板的产生电量,
所述半导体集成电路具有以下功能:
当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得在所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化,并且基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
10.根据权利要求9所述的半导体集成电路,所述半导体集成电路具有以下功能:
当已经确定存在应该被校正的跟踪偏差时,基于已经执行所述跟踪操作的轴、在所述轴上执行的所述跟踪操作的方向性、以及所述变化的符号,确定应该校正所述跟踪偏差的轴和方向性,并且向所述驱动装置提供指令,以按照所确定的应该进行校正的轴和方向性进行校正。
11.一种跟踪偏差检测方法,所述跟踪偏差检测方法由光伏系统中设置的控制部执行,所述光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,所述驱动装置被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;以及测量部,所述测量部被构造成检测产生的功率或产生的电流作为所述聚光器光伏面板的产生电量,
所述跟踪偏差检测方法包括:
当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得在所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化;以及
基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差。
12.一种跟踪偏差校正方法,所述跟踪偏差校正方法由光伏系统中设置的控制部执行,所述光伏系统包括:聚光器光伏面板;驱动装置,所述驱动装置被构造成使所述聚光器光伏面板在方位角和仰角的两个轴上相对于太阳执行周期性跟踪操作;以及测量部,所述测量部被构造成检测产生的功率或产生的电流作为所述聚光器光伏面板的产生电量,
所述跟踪偏差校正方法包括:
当所述驱动装置已经使所述聚光器光伏面板在所述两个轴中的任一个上执行跟踪操作时,获得在所述跟踪操作之前和之后所述聚光器光伏面板的产生电量的变化;
基于所述变化,确定存在/不存在应该被校正的跟踪偏差;
当已经确定存在应该被校正的跟踪偏差时,基于已经执行所述跟踪操作的轴、在所述轴上执行的所述跟踪操作的方向性、以及所述变化的符号,确定应该校正所述跟踪偏差的轴和方向性;以及
向所述驱动装置提供指令,以按照应该进行校正的轴和方向性进行校正。
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