CN105099354A - 一种随太阳光入射角自动旋转的光伏组件支架 - Google Patents

Abstract

本发明是一种随太阳光入射角自动旋转的光伏组件支架，该支架由“太阳光入射角采集部分”、“电信号驱动部分”和“电磁感应转动部分”组成。本系统可自动使安装于支架上的光伏组件随太阳光入射角的变化而旋转,让光伏组件始终处于最佳入射角,这样光伏组件的发电量达到最大值。该支架以太阳光入射角作为原始驱动因素让处于磁场的线圈转动。避免了程序驱动旋转的固定模式，使光伏组件支架灵活准确地随太阳光入射角旋转，不需要定期调整内部设置。让光伏电站在不同地区充分利用辐照度发电，提高光伏发电效率。

Description

一种随太阳光入射角自动旋转的光伏组件支架

技术领域

本发明专利是一种随太阳光入射角自动旋转的光伏组件支架。本系统将包括辐照度对电池片电流的影响、电磁感应等技术原理，应用于光伏电站组件安装支架上，使支架随太阳光入射角的变化进行东西方向和上下方向两个维度的旋转，让组件始终处于最佳倾角的位置。

背景技术

随着光伏发电技术在我国的大力发展，太阳能电站在我国多个地区建设起来，光伏发电成为了新能源发电的重要组成部分。光伏发电不仅可以节约化石燃料等不可再生能源，而且能够大大减少二氧化碳、二氧化硫等温室气体或有害气体的排放。目前国内大部分光伏电站组件的安装采用太阳光入射角固定的支架。这种支架结构简单，光伏组件只能在某一时刻达到最佳倾角，不能充分利用辐照量。据统计，组件偏离最佳入射角3度，则每年损失接近2％的发电量，故一个大型光伏发电站所有组件偏离最佳入射角时损失的发电量是巨大的。因此，使光伏组件持续保持最佳入射角是一项非常有意义的研究课题。目前，常见的转动支架是根据设定的应用程序驱动电动机调节转轴旋转，以保持组件的最佳入射角。这种设计的缺点在于不同经纬度，不同时节需要调整程序，否则达不到组件接受最大辐照量的目的。

发明内容

有鉴于现阶段光伏电站转动支架的需求以及目前转动支架的缺点，本发明设计了一种随太阳光入射角自动旋转的光伏组件支架。它由太阳光入射角采集部分、电信号驱动部分和电磁感应转动部分组成，可实现根据不同太阳光入射角而自动旋转调整，使组件始终处于最佳入射角的功能。

本系统，可以实现支架自动跟随不同经纬度、不同时节太阳光入射角进行两个维度旋转，让组件接收到最大辐照量，产生最多的电能。

该系统硬件部分包含以下部分：

由许多小电池片组成的太阳光入射角采集部分、电信号驱动部分和带有恢复弹簧的电磁感应转动部分。其中电信号驱动部分和电磁感应转动部分又各有两个相同部分，这两套组成部分分别实现支架的东西旋转和上下旋转。

太阳光入射角采集部分是采用与组件相同材质的许多小电池片覆盖的半球形物体。太阳光照射到不同的小电池片上，各小电池片与太阳光入射角不同，则所接受的辐照度不同，因此，各小电池片会产生不同的电流，电流信号转化成电压信号。这些电压信号与太阳光辐照度是一一对应的，因此，这些电压信号就可以准确地反映太阳光入射角。

电信号驱动部分是将太阳光采集部分采集的太阳光入射角相对应的电压信号输入到全控型晶闸管门极中，因全控型晶闸管门极加载微小电压即可触发全控型晶闸管导通，达到太阳光在各小电池片间微弱的电压差也可驱动支架旋转的条件。全控型晶闸管导通后直流电流经全控型晶闸管导通。这样，太阳光采集部分产生的微弱电压差转换为支架转动所需要的电流。

电磁感应转动部分是将电信号驱动部分产生的电流流经带弹簧的线圈，因该线圈处于永磁铁产生的磁场中，根据左手定则，处于磁场中的线圈通电流后会产生安培力，这个力会使线圈转动，这样线圈带动支架转动，让组件旋转到太阳光最佳入射角方位。线圈端部的恢复弹簧保证没有辐照度时组件恢复到原来面朝东南方的方向。

在本实用新型中：

太阳光入射角采集部分将太阳光经不同位置的小电池片转换成微弱的电信号；

两个电信号驱动部分分别将太阳光入射角采集部分的电信号转换为驱动东西方向、上下方向旋转的大电流；

东西方向和上下方向旋转的电磁感应转动部分受电信号驱动部分的电流产生的安培力作用进行旋转；

随太阳光入射角自动旋动的组件支架跟随不同地区，不同时间太阳光的入射角转动进行旋转，使组件始终保持最佳入射角的方位。没有太阳光的夜晚，支架会在恢复弹簧的作用下恢复到东偏南方向。本发明是实时跟随太阳光入射角旋转而旋转，不需要因不同地区、时节调整应用程序。

这种自动旋转的支架不需要手动调节或修改程序，精确可靠。而且电磁感应驱动支架旋转，稳定性强。硬件上太阳光入射角采集部分、线圈、全控型晶闸管等部分经济实用、易实现。

附图说明

图1随太阳光入射角自动旋转的光伏组件支架示意图

图2太阳光入射角采集部分结构图

图3电信号驱动部分原理图

图4电磁感应转动部分原理图

图5系统原理图

具体实施方式

以下结合图1～5对随太阳光入射角自动旋动的光伏组件支架具体结构特征及实现方式和达到的效果做出进一步说明。从本系统的图1可以看出该支架包含太阳光入射角采集部分、可转动支架两部分组成。太阳光入射角采集部分，采集太阳光入射角通过嵌入支架内部的两部分可以实现支架随太阳光入射角的旋转转动，使组件始终处于最佳入射角的方位。

图2是太阳光入射角采集部分的原理图，图中可以看出太阳光入射角由许多与组件材质相同的小电池片组成，这些小电池片可以接受一天中各方位的太阳光，由于这些小电池片接受太阳光的入射角不同，所受到的辐照度也不相同。由于辐照度对电池片的电流影响较大，因此各小电池片产生的电流也不相同。

图3表述了将太阳光入射角采集部分的电流信号转化为可用于电磁感应转动部分的大电流，如图所示：不同大小的电流I₁、I₂经过在相同电阻两端产生不同电压信号U₁、U₂。当U₁<U₂时，门极G触发，电流I通过晶闸管流向电磁感应转动部分。当U₁≧U₂时，门极G关断，晶闸管中没有电流流过。

电流I在图4中流过带有弹簧的线圈，该线圈处于固定磁场中，由安培定则知道，该电流在线圈上产生安培力。支架在安培力的驱动下旋转。

当安装在支架上的太阳光入射角采集部分正对太阳时(组件达到最佳倾角)，太阳光入射角采集部分各电池片电流差为零，全控型晶闸管门极电压为零。全控型晶闸管关断，安培力消失，支架停止旋转，组件保持最佳入射角。直到下次太阳光入射角旋转到能驱动太阳光采集部分产生电流后，进行下次支架的旋转。

图5显示：本旋转支架采用太阳光作为支架旋转的原始驱动因素，使用流经永磁场的直流电作为支架旋转的动力，避免了程序驱动旋转的固定模式，使光伏组件支架随太阳光入射角灵活准确地旋转。

本发明专利设计的随太阳光入射角自动旋动的光伏组件支架能够准确跟随太阳光入射角的变化而转动，具有很高的实用性和可靠性。该支架能使光伏电站的组件接受最大辐照量，充分利用太阳能发电。按照其较固定安装支架多产生的电能来计算，这种支架的经济效益是非常可观的。这种支架能够满足不同经纬度光伏电站的需求，并且不需要定期调整内部设置。使光伏电站在不同地区充分利用辐照度发电，提高光伏发电效率。

Claims (5)

1.本发明专利是一种随太阳光入射角自动旋转的光伏组件支架，该支架采用光伏组件相同材质的小电池片,构建半球形太阳光入射角采集部分,根据不同小电池片间电压差判断太阳光入射角。

2.采用小的电压差驱动晶闸管门极的导通与关断,精确随太阳光入射角的变化。

3.采用电磁感应的安培力转动支架,从简单实用方面出发，实现支架角度的调整，达到组件始终处于最佳入射角的设计原则。

4.系统设计了支架的结构和太阳光入射角采集部分的安装位置及方法。

5.系统拥有太阳光入射角采集部分、电信号驱动部分及电磁感应转动部分三个组成部分和系统整体原理图。