CN105871316B - 太阳能电池系统和飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池系统和飞行器。该太阳能电池系统包括：太阳能电池阵列；多棱柱传感装置，具有多个光传感器，多个光传感器分别形成于该多棱柱的侧面以朝向多个不同的空间方向，以分别检测多个空间方向的光照强度；以及驱动机构，与多棱柱传感装置电连接，用于驱动太阳能电池阵列移动以使太阳能电池阵列的方向与最大光照强度的空间方向一致。通过本发明，解决了调整太阳能电池阵列时消耗能量较大的问题，进而达到了降低调整太阳能电池阵列时能量消耗的效果。

Description

太阳能电池系统和飞行器

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种太阳能电池系统和飞行器。

背景技术

随着天空技术领域的发展，针对航空、航天结合部使用的平流层飞行器已成为各国研究的重点。这类飞行器配置有太阳能电池阵和可循环储能系统，其具有飞行高度高、使用时间长、可区域驻留、对环境污染小等优点，可用于通信中继、预警、侦查监视、高空技术验证等众多领域。受飞行器的飞行工况及光照方向随时间变化的影响，飞行过程中需要对太阳能电池阵的方向进行实时调整，以使得太阳能电池阵能够跟踪到某一时刻或某一飞行工况下的光照方向，从而使得太阳能电池阵列能够最大限度地的接收光照。

目前的太阳能电池阵，针对太阳的方位进行跟踪采用的是两轴电机驱动系统，驱动太阳能电池阵转动，以调节太阳能电池阵在两个平面内进行角度调节，通过对比调整后的太阳能电池阵的输出功率与调整前的太阳能电池阵的输出功率，来进行太阳能峰值功率的跟踪，从而确定太阳能电池阵的方向。由于太阳能电池阵处在多变的光照条件下，且其规模和重量都是较大的，因此，对于实时对比输出功率来调整太阳能电池阵的方案，由于驱动太阳能电池阵持续性的旋转和试探性地转动整体结构会消耗较大的能量。

针对现有技术中调整太阳能电池阵列时消耗能量较大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种太阳能电池系统和飞行器，以解决现有技术中调整太阳能电池阵列时消耗能量较大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池系统。根据本发明的太阳能电池系统包括：太阳能电池阵列；多棱柱传感装置，包括多个光传感器，所述多个光传感器分别形成于该多棱柱的侧面以朝向多个不同的空间方向，以分别检测多个空间方向的光照强度；以及驱动机构，与所述多棱柱传感装置电连接，用于驱动所述太阳能电池阵列移动以使所述太阳能电池阵列的方向与最大光照强度的空间方向一致。

进一步地，所述太阳能电池系统还包括根据所述多个空间方向的光照强度的大小来确定最大光照强度的空间方向的处理器，连接在所述多棱柱传感装置和所述驱动机构之间。

进一步地，所述多个光传感器首尾连接形成所述多棱柱传感装置，该多个光传感器的受光面构成了该多棱柱传感装置的多个侧面。

进一步地，所述多棱柱传感装置包括多棱柱结构架，所述多个光传感器分别设置于所述多棱柱结构架的多个侧面。

进一步地，所述多棱柱传感装置为正棱柱形状。

进一步地，所述多棱柱传感装置与所述太阳能电池阵列轴向平行设置或者同轴设置。

进一步地，所述多个光传感器包括至少三个光传感器。

进一步地，所述多个光传感器为多个相同的光传感器。

进一步地，所述多个光传感器均为辐照传感器。

进一步地，所述太阳能电池系统还包括用于检测所述多个光传感器的光照强度信号的信号处理器，所述信号处理器的信号接收端与所述多个光传感器的正极相连接，其中，所述多个光传感器的负极相连接。

进一步地，所述驱动机构包括用于接收所述信号处理器的电信号，并生成电机控制信号的电机控制器以及与所述电机控制器相连接且用于按照所述电机控制信号驱动所述太阳能电池阵列转动至所述最大光照强度的方向的电机。

进一步地，所述电机为步进电机。

根据本发明的另一方面，提供了一种飞行器，包括囊体、连接机构、吊舱和如上所述的太阳能电池系统，其中，所述连接机构的相对两端分别连接所述囊体和所述吊舱，所述吊舱悬挂于所述囊体的下方；所述太阳能电池阵列悬挂在所述吊舱的下方；所述多棱柱传感装置与所述太阳能电池阵列相连接。

进一步地，所述飞行器还包括桁架，所述桁架设置在所述囊体和所述连接机构之间，所述多棱柱传感装置设置在所述桁架之上。

进一步地，所述多棱柱传感装置设置在所述吊舱的下方。

通过本发明，采用包括多个光传感器，多个光传感器分别形成于该多棱柱的侧面以朝向多个不同的空间方向，以分别检测多个空间方向的光照强度；以及驱动机构，与多棱柱传感装置电连接，用于驱动太阳能电池阵列移动以使太阳能电池阵列的方向与最大光照强度的空间方向一致，利用多个光传感器检测不同空间方向的光照强度，再驱动太阳能电池阵列的方向与最大光照强度的空间方向一致，解决了调整太阳能电池阵列时消耗能量较大的问题，进而达到了降低调整太阳能电池阵列时能量消耗的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的太阳能电池系统的示意图；

图2是根据本发明一实施例的多棱柱传感装置的示意图；

图3是根据本发明又一实施例的多棱柱传感装置的示意图；

图4是根据本发明又一实施例的多棱柱传感装置的示意图；以及

图5是根据本发明实施例的飞行器的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种太阳能电池系统。以下结合图1至图4对本发明实施例提供的太阳能电池系统进行说明。

图1是根据本发明实施例的太阳能电池系统的示意图。该太阳能电池系统包括多棱柱传感装置100、驱动机构300和太阳能电池阵列400。

太阳能电池阵列400可转动地设置在飞艇或其他平流层飞行器上，从而太阳能电池能够进行旋转以接收太阳能。

多棱柱传感装置100包括多个光传感器101，多个光传感器101首尾连接，并安装成朝向多个不同的空间方向，以检测多个空间方向的光照强度。多个光传感器101可以为辐照传感器，辐照传感器能够采集太阳能，并检测太阳光照强度。

优选地，为了尽量减少多个光传感器101检测精度的差异导致的光照强度的差异，多个光传感器101为相同的光传感器。每个光传感器101采用相同尺寸、同一型号、同一批次的产品，使得在相同光照条件下，每个光传感器101的直接输出电压差值在千分之一范围内。由上述多个光传感器101组成的多棱柱传感装置100为正棱柱的形状，该多个光传感器101的受光面构成了该正棱柱的多个侧面，且每个侧面对应一个光传感器101的受光面。如图1，本实施例中，多棱柱传感装置100包括八个光传感器101，该八个光传感器101首尾连接构成八棱柱，该八个光传感器101的受光面分别构成该八棱柱的八个侧面，每个侧面均对应一个光传感器101，使得每个侧面朝向的空间方向不同，八个侧面分别检测其朝向的空间方向上的光照强度。

在其他可选的实施方式中，多棱柱传感装置100a包括多棱柱结构架和多个光传感器101，在多棱柱结构架的每个侧面上均设置有一个光传感器101，本实施例中，多棱柱传感装置100a为正棱柱形状。如图2所示，本实施例的多棱柱结构架为八棱柱结构架102，八棱柱结构架102的每个面上均固定有一个光传感器101。由于本实施例中的光传感器101为竖直方向布置(垂直于地面)，光传感器101能够检测棱柱四周的光照强度，从而判断出最大光照强度所朝向的方向。另外，由于光传感器101可以与太阳能电池阵列400轴向平行设置，因此，太阳能电池阵列400能够通过转动达到最大光照强度所朝向的方向，在该方向上太阳能电池阵列400能够接收到最大光照强度。需要说明的是，为了便于说明八棱柱结构架与设置的传感器的关系，图2中的传感器与八面体结构架102的侧棱之间有间隔，但是，图2的示意图并不用于限制传感器的设置方式，光传感器101可以与八棱柱结构架102的侧棱紧邻设置。

优选地，多个光传感器101包括至少三个光传感器101。多个光传感器101在包括三个光传感器101时，多棱柱传感装置100b可以形成如图3所示的三棱柱；在多个光传感器101包括四个光传感器101时，多棱柱传感装置100c可以形成四棱柱结构；在多个光传感器101包括6个光传感器101时，可以形成正六棱柱，如图4所示。多个光传感器101包含的光传感器101的个数越多，采集到的光照强度的朝向越多，太阳能电池阵列400朝向最大光照强度的方向也更准确。当然，多个光传感器101所包含光传感器101的个数也不能过多，这样可能导致太阳能电池阵列的转动过多而增加驱动机构出故障的可能性以及消耗过多电能；当光传感器101个数过少时，精确度过低，可能会导致太阳能转化效率过低。因此，多棱柱传感装置的传感器个数优选为8-12个，既减少了驱动机构出故障的可能性，也使得太阳能转化效率尽可能地高。由于多个光传感器的空间指向的有限性，当工况有小幅度变化时，电压最高的传感器的方向不会出现变化，从而能使太阳能电池阵列保持稳定的方向，避免了多余转动和保持功率输出的稳定性。

优选地，为了在每个光传感器101输出电压信号时采用的参考电压相同，多个光传感器101的负极相连接，正极分别与信号处理器200相连接，便于信号处理器200比较多个光传感器101的光照强度。

图1所示的驱动机构300与多棱柱传感装置100电连接，用于驱动太阳能电池阵列400移动以使太阳能电池阵列400的方向与最大光照强度的空间方向一致。图1所示的太阳能电池系统还包括信号处理器200，信号处理器200连接在多棱柱传感装置100和驱动机构300之间，多棱柱传感装置100中每个光传感器101将检测到的光照强度发送给信号处理器200，信号处理器200比较由多个光传感器101发送的多个空间方向的光照强度的大小来确定最大光照强度，将最大光照强度所对应的光传感器101所朝向的空间方向作为最大光照强度所对应的空间方向。在确定最大光照强度的空间方向后，信号处理器200通过控制信号控制与信号处理器200电连接的驱动机构300驱动太阳能电池阵列400转动，使得太阳能电池阵列400转动至最大光照强度所对应的空间方向，从而使得太阳能电池阵列400能够接收到的光照强度最大化。

具体地，信号处理器200接收多棱柱传感装置100中多个光传感器101采集到的光照强度，其中，光照强度通过光传感器101采集得到电压模拟信号、功率模拟信号或者光照强度的数值表征。信号处理器200根据接收到的信号对多个光传感器101采集到的光照强度进行比较，从而确定接收到最大光照强度的传感器。该接收到最大光照强度的传感器所朝向的空间方向即为最大光照强度的空间方向，此时信号处理器200可以生成指示信号，以指示驱动机构300驱动太阳能电池阵列400转动至检测到的最大光照强度所对应的传感器朝向的空间方向。

优选地，驱动机构300包括电机控制器301和电机302，电机控制器301与信号处理器200相连接，用于接收信号处理器200的电信号，并生成电机控制信号；电机302与电机控制器301相连接，用于按照电机控制信号驱动太阳能电池阵列400转动至最大光照强度的方向。其中，电机控制信号能够指示电机302驱动太阳能电池阵列400转动的角度，电机302按照接收到的电机控制信号驱动太阳能电池阵列400转动电机控制信号所指示的角度，使太阳能电池阵列400转动至最大光照强度的方向。优选地，该电机302可以是步进电机。

上述实施例，在驱动太阳能电池阵列400转动之前，通过多棱柱传感装置100中的多个光传感器101检测不同空间方向上的光照强度，在判断出最大光照强度对应的空间方向后，确定驱动太阳能电池阵列400所转动的角度，再通过电机302按照驱动太阳能电池阵列400转动电机控制信号所指示的角度，使得太阳能电池阵列400接收光照的方向转动至采集到最大光照强度的传感器所朝向的空间方向。而现有技术是通过调整太阳能电池阵列，然后对比调整后的太阳能电池阵的输出功率与调整前的太阳能电池阵的输出功率，来跟踪太阳能峰值功率，从而确定太阳能电池阵列的方向。在确定太阳能电池的方向时，现有技术需要太阳能电池持续的旋转和试探性的转动，会消耗较大的能量。而本实施例提供的太阳能电池系统，先用多个光传感器检测不同空间方向上的光照强度，在判断出哪个空间方向的光照强度最大后，再驱动太阳能电池阵列转动以使太阳能电池阵列的方向与最大光照强度的方向相同，在这个过程中，既不需要驱动太阳能电池持续的转动，也无需驱动太阳能电池阵列做试探性的转动，从而解决了现有技术中调整太阳能电池阵列时消耗能量较大的问题。

本发明实施例还提供了一种飞行器，该飞行器设置有上述实施例中的太阳能电池系统。图5示出了本发明实施例的飞行器的示意图。

如图所示，该飞行器包括囊体501、连接机构502、桁架503、吊舱504和太阳能电池阵列400。本实施例中，囊体501为球形，该连接机构502为拉网，其相对两端分别连接囊体501和桁架503。太阳能电池阵列400悬挂于飞行器的吊舱504的下方。本发明实施例的太阳能电池系统中的多棱柱传感装置可以设置在吊舱504下方，也可以设置在桁架503之上。当然，该多棱柱传感装置也可以设置在其它位置，只要传输至传感器的太阳光不被飞行器的其它结构遮挡即可。在其它可选的实施方式中，该桁架503可以省略，此时囊体501通过连接机构502直接与吊舱504相连。

本实施例中，太阳能电池阵列400悬挂在吊舱504的下方，该飞行器在平流层飞行的过程中，太阳能电池阵列400可以随着囊体501绕平行于竖直方向的一个轴进行旋转，因此，上述多棱柱传感装置与太阳能电池阵列400可以同轴设置或者轴向平行设置，多棱柱传感装置检测出最大光照强度之后，太阳能电池阵列400绕轴旋转直至其面对的方向与最大光照强度所对应的传感器的朝向一致。当然，飞行器也可进一步包括驱动机构300，通过驱动机构300来驱动太阳能电池阵列400的旋转。正是由于太阳能电池阵列400与多棱柱传感装置轴向平行设置，使得多棱柱传感装置所检测的空间方向的为太阳能电池阵列400通过旋转能够面对的方向，因而能够实现在多棱柱传感装置检测出最大光照强度的方向之后，再驱动太阳能电池阵列400旋转使得太阳能电池阵列400朝向最大光照强度的方向，避免了旋转太阳能电池阵列400来寻找最大光照强度而造成的能耗损失，解决了现有技术中调整太阳能电池阵列时消耗能量较大的问题，达到了减少调整太阳能电池阵列时能量的消耗的效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种太阳能电池系统，其特征在于，包括：

太阳能电池阵列；

多棱柱传感装置，包括多个光传感器，所述多个光传感器分别形成于该多棱柱的侧面以朝向多个不同的空间方向，以分别检测多个空间方向的光照强度，太阳能电池阵列绕平行于竖直方向的一个轴进行旋转，多棱柱传感装置与太阳能电池阵列同轴设置或者轴向平行设置；

驱动机构，与所述多棱柱传感装置电连接，用于驱动所述太阳能电池阵列移动以使所述太阳能电池阵列的方向与最大光照强度的空间方向一致；以及

根据所述多个空间方向的光照强度的大小来确定最大光照强度的空间方向的处理器，连接在所述多棱柱传感装置和所述驱动机构之间。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述多个光传感器首尾连接形成所述多棱柱传感装置，该多个光传感器的受光面构成了该多棱柱传感装置的多个侧面。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述多棱柱传感装置包括多棱柱结构架，所述多个光传感器分别设置于所述多棱柱结构架的多个侧面。

4.根据权利要求2或3所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述多棱柱传感装置为正棱柱形状。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述多个光传感器包括至少三个光传感器。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述多个光传感器为多个相同的光传感器。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述多个光传感器均为辐照传感器。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述太阳能电池系统还包括用于检测所述多个光传感器的光照强度信号的信号处理器，所述信号处理器的信号接收端与所述多个光传感器的正极相连接，其中，所述多个光传感器的负极相连接。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述驱动机构包括用于接收所述信号处理器的电信号，并生成电机控制信号的电机控制器以及与所述电机控制器相连接且用于按照所述电机控制信号驱动所述太阳能电池阵列转动至所述最大光照强度的方向的电机。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池系统，其特征在于，所述电机为步进电机。

11.一种飞行器，其特征在于，包括囊体、连接机构、吊舱和权利要求1至10中任一项所述的太阳能电池系统，其中，

所述连接机构的相对两端分别连接所述囊体和所述吊舱，所述吊舱悬挂于所述囊体的下方；

所述太阳能电池阵列悬挂在所述吊舱的下方；

所述多棱柱传感装置与所述太阳能电池阵列相连接。

12.根据权利要求11所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器还包括桁架，所述桁架设置在所述囊体和所述连接机构之间，所述多棱柱传感装置设置在所述桁架之上。

13.根据权利要求11所述的飞行器，其特征在于，所述多棱柱传感装置设置在所述吊舱的下方。