CN105227103A - 一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器及其实现方法 - Google Patents

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史君海
瞿建国
赵荣俊
冷吉果
缪卫龙
王以付
唐沁雪
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Abstract

本发明公开了一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器，包括设置在水面上的若干个漂浮式光伏阵列，所述漂浮式光伏阵列上固定有光伏组件，每个漂浮式光伏阵列的侧边均布置有调节水箱，所述调节水箱连接有水泵，水泵连接控制器；本发明通过水泵调节的调节水箱内水量改变重力或浮力，调节水箱带动水面浮式光伏阵列运动，达到控制光伏组件平面与水平面夹角的目的，使光伏组件可实时跟踪太阳高度角或太阳时角。克服以往太阳能跟踪器使用电动机械和传动机构带来的成本、维护等问题。

Description

一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器及其实现方法
技术领域
本发明属于太阳能光伏技术领域，特别涉及一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器及其实现方法。
背景技术
太阳能发电是一种新兴的可再生能源，因无噪音、无污染、建设周期短、安全可靠等优点受到越来越多人的青睐，应用广泛，为缓解能源短缺和环境污染问题提供了新的出路。虽然该发电方式优点较多，但是我们也发现了一些缺点，如建立一个太阳能发电站需要非常大的占地面积。随着世界人口的大幅增长，土地资源缺乏等问题日益严重，而水面漂浮式光伏发电系统有效地突破了土地资源对光伏发电应用的制约，它可以安装在水库、湖泊、池塘以及水处理厂等水面上，这对土地资源稀缺但水体众多的国家和地区来说尤其重要。水面漂浮式光伏发电多采用固定倾角方式安装，目前很少采用由复杂机电传动实现太阳能跟踪器。
太阳光在地球任何地点给定平面的入射角时刻变化。在光伏发电应用中，为了使光伏组件接收更多太阳能，使用太阳能跟踪器带动组件跟随太阳位置，使得太阳光入射角尽能地减小。太阳光跟踪器可以跟踪太阳时角或者太阳高度角。本专利提供的太阳能跟踪器实现方法可以实现水面漂浮式光伏发电应用中的太阳时角或太阳高度角跟踪。
传统的太阳能跟踪系统实现方法是利用复杂的传动机构、电动机械，带动光伏组件跟踪太阳位置，从而实现太阳能跟踪，提高发电量目的。广泛使用的太阳能平单轴跟踪器，通常使用电动推杆带动连杆机构，带动在地面上成排布置的南北方向为转轴的光伏支架及其上的光伏组件转动，跟踪太阳时角，进而提高发电量在10％左右。另外一种可调支架是人工调节的太阳能跟踪器，特殊设计机构使人们可以转动和固定以东西方向为转轴的光伏支架及其上的光伏组件，通常以季度为周期依据太阳高度角来调节光伏组件的倾角，使得太阳光入射角尽能地减小，进而提高发电量。
传统的太阳能跟踪系统实现方法要使用机械机构，不同部件间相互运动存在摩擦增加能量消耗，减少跟踪器寿命，在水面漂浮光伏发电应用金属锈蚀问题加重。电力驱动的动力装置内部精密齿轮，在应用中表现出成本高、寿命短，维护要求高的缺点。可调支架不能实时跟踪太阳运动，调节过程中需要大量人工。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器及其实现方法，以解决现有技术中的问题。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器，包括设置在水面上的若干个漂浮式光伏阵列，所述漂浮式光伏阵列上固定有光伏组件，每个漂浮式光伏阵列的侧边均布置有调节水箱，所述调节水箱连接有水泵，水泵连接控制器。
进一步的，所述调节水箱放置在水中或者水面。
进一步的，所述水泵的一侧通过水管与调节水箱连接，水泵另外一侧连接的水管插入水面以下
进一步的，所述漂浮式光伏阵列一个侧面设置有调节水箱或者漂浮式光伏阵列相对的两侧各设置有一个调节水箱。
进一步的，所述控制器内包括角度传感器，电子时钟模块、驱动模块和控制功能模块；其中：
所述角度传感器用于测量和计算固定在漂浮式光伏阵列的光伏组件倾角；
所述电子时钟模块通过时间和使用经纬度计算太阳高度角或太阳时角；
所述驱动模块，控制水泵转动；
所述控制功能模块，根据光伏组件倾角和太阳位置通过驱动模块控制水泵抽水，改变调节水箱内水量使得光伏组件跟踪太阳位置角。
进一步的，所述控制器内还安装有风速风向传感器。
一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器的实现方法，采用跟踪太阳时角方式，漂浮式光伏阵列沿南北向为轴转动，调节水箱布置在漂浮式光伏阵列的单侧或两侧，在控制器作用下，通过水泵改变调节水箱内水量转动漂浮式光伏阵列来跟踪太阳时角。
一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器的实现方法，采用跟踪太阳高度角方式，漂浮式光伏阵列沿东西向为轴转动，调节水箱布置在漂浮式光伏阵列的单侧或两侧，在控制器作用下，通过水泵改变调节水箱内水量转动漂浮式光伏阵列来跟踪太阳高度角。
有益效果：本发明通过水泵调节的调节水箱内水量改变重力或浮力，调节水箱带动水面浮式光伏阵列运动，达到控制光伏组件平面与水平面夹角的目的，使光伏组件可实时跟踪太阳高度角或太阳时角。克服以往太阳能跟踪器使用电动机械和传动机构带来的成本、维护等问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2是本发明漂浮式光伏阵列的结构示意图；
其中：1-水泵，2-调节水箱，3-水管，4-控制器，5-漂浮式光伏阵列。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1和2所示，一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器，包括设置在水面上的若干个漂浮式光伏阵列5，所述漂浮式光伏阵列5上固定有光伏组件，每个漂浮式光伏阵列5的侧边均布置有调节水箱2，所述调节水箱2连接有水泵1，水泵1连接控制器4。
所述调节水箱2放置在水中或者水面。
所述水泵1的一侧通过水管3与调节水箱2连接，水泵1另外一侧连接的水管3插入水面以下
所述漂浮式光伏阵列5一个侧面设置有调节水箱2或者漂浮式光伏阵列5相对的两侧各设置有一个调节水箱2。
所述控制器4内包括角度传感器，电子时钟模块、驱动模块和控制功能模块；其中：
所述角度传感器用于测量和计算固定在漂浮式光伏阵列的光伏组件倾角；
所述电子时钟模块通过时间和使用经纬度计算太阳高度角或太阳时角；
所述驱动模块，控制水泵转动；
所述控制功能模块，根据光伏组件倾角和太阳位置通过驱动模块控制水泵抽水，改变调节水箱内水量使得光伏组件跟踪太阳位置角。
所述控制器4内还安装有风速风向传感器。
一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器的实现方法，采用跟踪太阳时角方式，漂浮式光伏阵列5沿南北向为轴转动，调节水箱2布置在漂浮式光伏阵列5的单侧或两侧，在控制器4作用下，通过水泵1改变调节水箱2内水量转动漂浮式光伏阵列5，跟踪太阳时角。
一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器的实现方法，采用跟踪太阳高度角方式，漂浮式光伏阵列5沿东西向为轴转动，调节水箱2布置在漂浮式光伏阵列5的单侧或两侧，在控制器4作用下，通过水泵1改变调节水箱2内水量转动漂浮式光伏阵列5，跟踪太阳高度角。
为了实现光伏组件对太阳能跟踪，需要使用调节水箱2，水泵1和控制器组4成太阳能跟踪动力系统。动力系统驱动漂浮式光伏阵列5在水面上左右摆动，使得光伏组件跟踪太阳位置角，接收更多太阳辐射能。
其中，调节水箱2可以布置在漂浮式光伏阵列5的一侧或者两侧，放在水中或水面以上。调节水箱2内水量在水泵1作用下增加或者减少，调节水箱3内水量改变同时改变调节水箱作用在漂浮式光伏阵列5上的重力或者浮力，使得漂浮式光伏阵列5在新位姿达到平衡状态，使得光伏组件跟踪太阳位置角。
其中，水泵1连接到漂浮式光伏阵列5上，在水泵1一侧的水管3连接调节水箱2，另外一侧的水管3插到水面以下。如果水泵1能够实现双向抽水，则一个水箱2与一台水泵1相连；如果水泵1仅能够实现单向抽水或者注水，则两台水泵1与一个水箱2相连，一台水泵1从水箱2抽水，另外一台水泵1向水箱2注水。
其中，控制器4具有检测、计算、控制功能。控制器配有角度传感器，可以测量和计算固定在漂浮式光伏阵列5的光伏组件倾角。控制器4配有电子时钟模块，通过时间和使用经纬度计算太阳高度角或太阳时角。控制器4配有驱动模块，控制水泵转动。控制器配有控制功能模块，根据光伏组件倾角和太阳位置通过驱动模块控制水泵1抽水，改变调节水箱内水量使得光伏组件跟踪太阳位置角。
可选择跟踪方式之一，跟踪太阳时角方式。漂浮式光伏阵列5沿南北向为轴转动，调节水箱2布置在漂浮式光伏阵列5单侧或两侧，在控制器4作用下，通过水泵1改变调节水箱2内水量转动漂浮式光伏阵列5来实现跟踪太阳时角。
可选择跟踪方式之二，跟踪太阳高度角方式。漂浮式光伏阵列5沿东西向为轴转动，调节水箱2布置在漂浮式光伏阵列5单侧或两侧，在控制器4作用下，通过水泵1改变调节水箱2内水量转动漂浮式光伏阵列5，来实现踪太阳高度角。
所述控制器4还可以选择配有风速风向传感器，可以测量环境风速和风向，并在恶劣条件下放平光伏组件，避免风灾。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器，其特征在于：包括设置在水面上的若干个漂浮式光伏阵列(5)，所述漂浮式光伏阵列(5)上固定有光伏组件，每个漂浮式光伏阵列(5)的侧边均布置有调节水箱(2)，所述调节水箱(2)连接有水泵(1)，所述水泵(1)连接控制器(4)。
2.根据权利要求1所述的水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器，其特征在于：所述水泵(1)的一侧通过水管(3)与调节水箱(2)连接，水泵(1)另外一侧连接的水管(3)插入水面以下。
3.根据权利要求1所述的水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器，其特征在于：所述漂浮式光伏阵列(5)一个侧面设置有调节水箱(2)或者漂浮式光伏阵列(5)相对的两侧各设置有一个调节水箱(2)。
4.根据权利要求1所述的水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器，其特征在于：所述控制器(4)内包括角度传感器，电子时钟模块、驱动模块和控制功能模块；其中：所述角度传感器用于测量和计算固定在漂浮式光伏阵列的光伏组件倾角；所述电子时钟模块通过时间和使用经纬度计算太阳高度角或太阳时角；所述驱动模块，控制水泵转动；所述控制功能模块，根据光伏组件倾角和太阳位置通过驱动模块控制水泵抽水，改变调节水箱内水量使得光伏组件跟踪太阳位置角。
5.根据权利要求1所述的水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器，其特征在于：所述控制器(4)内还安装有风速风向传感器。
6.根据权利要求1所述的水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器，其特征在于：所述调节水箱(2)放置在水中或者水面。
7.根据权利要求1-6任一所述的水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器的实现方法，其特征在于：采用跟踪太阳时角方式，漂浮式光伏阵列(5)沿南北向为轴转动，调节水箱(2)布置在漂浮式光伏阵列(5)的单侧或两侧，在控制器(4)作用下，通过水泵(1)改变调节水箱(2)内水量转动漂浮式光伏阵列(5)来跟踪太阳时角。
8.根据权利要求1-6任一所述的水面漂浮光伏发电用太阳能跟踪器的实现方法，其特征在于：采用跟踪太阳高度角方式，漂浮式光伏阵列(5)沿东西向为轴转动，调节水箱(2)布置在漂浮式光伏阵列(5)的单侧或两侧，在控制器(4)作用下，通过水泵(1)改变调节水箱(2)内水量转动漂浮式光伏阵列(5)来跟踪太阳高度角。
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