CN106464204A - 光伏设备 - Google Patents
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Abstract
本发明描述了一种光伏设备(1；1’；1”；1”’)，其包括设置在相对于彼此间隔开的列(2)中的多个光伏模块(PV)，其中每列(2)光伏模块(PV)均具有相对于参考方向的第一指定倾斜角(α‑ι)。光伏模块(PV)的每个列(2)与同其相邻地设置的移动式反射装置(RF)的列(4；4’；4”’)相关联，并且移动式反射装置(RF)的至少一个列(4；4’；4”’)位于光伏模块的接连的列(2)之间的空间内。每列移动式反射装置(RF)均具有相对于参考方向的第二指定倾斜角(α2)。彼此相关联的光伏模块(PV)的列(2)以及移动式反射装置(RF)的列(4；4’；4”’)包括朝向彼此设置的各自的前侧表面(12，14；14”’)，并且每列移动式反射装置(RF)均能通过第二倾斜角(α2)的变化而定向，以便拦截入射太阳辐射(ISR)，并朝向相关联的列(2)中的光伏模块(PV)反射太阳辐射(RSR)。
Description
技术领域
本发明涉及光伏设备。
现有技术以及大体的技术问题
通常采用的光伏设备的制造技术安装有多列光伏模块，每列光伏模块组件均具有相对于参考方向(例如，水平或地面方向)的指定倾斜角，以便能在最长的时间内捕获沿法线方向上或几乎在法线方向上的可能的太阳辐射。可以设想这样的方案：同一列中的所有光伏模块均具有相同的指定倾斜角，或者具有不同程度的倾斜角，以便最大限度地获取来自于太阳辐射的能量。
然而，具有指定倾斜角的光伏模块的安装意味着这些光伏模块一般与地面相分离，由此会根据太阳光线的倾斜而形成可变长度的阴影。这导致需要在各列光伏模块之间设置宽的空闲通道，以防止一列光伏模块将它们自身的阴影投射到相邻列的光伏模块上，由此而降低其效率，并因此而降低光伏设备的生产力。
如果一方面能使上文中所提到的遮蔽现象最小化，那么另一方面就会引起地面利用方面的显著劣势。也就是说，对于安装光伏设备的地面的整个表面来说，在光伏模块的列之间预先布置宽的空闲通道会大幅降低可用于安装光伏模块的地面部分，并伴随有明显的经济上的劣势。也就是说，实际上，地面的相当大一部分(由列之间的通道构成的部分)只要仅具有接收一列光伏模块的阴影的目的，那么就并未被利用，并且是无产出的。
发明目的
本发明的目的在于解决上文中所提到的技术问题。特别是，本发明的目的在于提供一种光伏设备，其尽管保持了由以一定距离设置的列所形成的传统结构以便避免遮蔽问题，但是与已知的光伏设备相比，效率和生产力得到了显著提高。
发明概要
本发明的目的通过具有形成随附的权利要求书中的一项或多项主题的特征的光伏设备来实现，权利要求书形成了本文相对于本发明所提供的技术公开的组成部分。
特别是，本发明的目的通过包括有在彼此间隔开的列中设置的多个光伏模块的光伏设备来实现，其中，每列的光伏模块均具有相对于参考方向的第一指定倾斜角，
该光伏设备的特征在于：
与相关联的光伏模块的每个列相邻地设置有移动式反射装置的列，其中至少一列移动式反射装置位于光伏模块的接连列之间的空间内；
每列移动式反射装置均具有相对于参考方向的第二倾斜角；
彼此相关联的成列的光伏模块与成列的移动式反射装置包括朝向彼此设置的各自的前侧表面；以及
每列移动式反射装置均可通过所述第二倾斜角的变化而定向，以便拦截所入射的太阳辐射，并且将该太阳辐射朝向相关联列的光伏模块反射。
附图说明
下面将参照附图来对本发明进行描述，这些附图仅作为非限制性实施例而提出，其中：
图1是根据本发明的光伏设备的俯视图；
图2是沿图1中的箭头II看去的视图；
图3是与图2相似的本发明的另一实施方案的视图；
图4是与图2和图3相似的又一实施方案的视图；
图5是与图2、图3和图4相似的又一实施方案的视图；以及
图5A是图5中箭头V所示部分的放大图；以及
图6A和图6B是图5中箭头VI所示部分的放大图，它们分别对应于两个不同的状态。
发明的优选实施方案的详细描述
在图1中，附图标记1标示出了根据本发明的多个优选实施方案的整个光伏设备。
光伏设备1包括多个光伏模块PV，这些光伏模块PV设置在彼此相距一定距离布置的列2中。在图1中，列之间的距离由附图标记IA标示出。每个列2与移动式反射装置的对应列4相关联，各个移动式反射装置由附图标记RF标示出，列4与列2相邻设置。列4位于两个相邻的列2之间的空间内。虽然可能会存在某些列4设置在光伏设备1的边缘区域内的例外情况(在图1的下部部分中可以看到)，但是在根据本发明的光伏设备1中，至少有一列4占据了(两个)接连的列2之间的空间。
参照图1和图2，每个光伏模块PV均包括多组光伏单元(由附图标记PC标示出)，这些光伏单元连接在一起构成矩形的光伏板。因此，每个列2均由并排设置并优选地彼此对齐(共面)的多个光伏模块PV构成。通过这种方式，对于列2来说可以确定出彼此平行的一对短边A2，以及彼此平行并与短边A2正交的一对长边B2。
光伏板被边框6包围，并容纳于边框6内，支撑杆8固定到该边框6上，尤其是固定到其背侧表面10上。杆8将光伏模块PV固定并锚定到地面G上。边框6固定到杆8上，从而获得了相对于参考方向的指定倾斜角α1(该指定倾斜角α1大体上固定)，参考方向例如为水平方向(在这里，地面G与水平面对齐，从而倾斜角α1也可称为是相对地面的(在这种情况下并无差别))。此外，倾斜角α1还与光伏模块PV的前侧表面12的倾斜角相一致，其上设置有光伏单元PC，以便拦截具有落入适宜的数值范围内的入射角的太阳辐射。角α1大体上可以在0°到90°之间的数值范围内选择。
最终，应当注意的是，每个光伏模块PV的边框6(因此，基本上是模块PV的光伏板)均包括彼此平行的两个短边(就它们实际上限定了边A2而言，其长度与边A2的长度相同)，以及彼此平行并与短边正交的两个长边B6(出现在附图标记PV旁边的括号里)。在每个列2中，光伏模块PV设置成各自的长边B6大体上对齐以限定边B2。
每个列4均包括多个平面镜状物，这些平面镜状物限定了反射装置RF。由此应当注意的是，在这里，用语“镜状物”大体上意味着设置有反射表面的元件(或者限制到反射表面本身)。这意味着许多不同的装置均可落入到该限定中，所有这些装置共同具有反射光的特性(在这种情况下为可见光)。为此，镜状物RF例如可以由诸如镀银模压玻璃(对应于最传统的镜状物的种类)、所谓的“超级镜面”钢、镀铬聚合物等材料制得。
每个平面镜状物RF均包括：前侧反射表面14，该前侧反射表面14构造成用于反射太阳光；以及背侧表面16，支撑框18固定到该背侧表面16上。一个或多个支撑杆20固定到支撑框18上，该一个或多个支撑杆20将支撑框18(即，平面镜状物RF)锚定并固定到地面G上。
在这方面，应当注意的是，(通过与列2相似的方式)对于列4来说可以确定有彼此平行的一对短边A4，以及彼此平行并与短边A4正交的一对长边B4。在一个优选的实施方案中，支撑框18延伸成覆盖了边B4的整个长度(即，列4的整个范围)，并且由此平面镜状物RF并排地并基本上没有中断地安装在框18上。在这种情况下，还可设置多个支撑杆20与具有相当大长度、代表性地达到十几米(17-20m)的框18相接合。此外，支撑杆20只是用于框18的支撑结构的可行实施例中的一个，其他实施方案可包括(作为支撑杆20的替代)由略微加固的混凝土制成的表面压载物，没有机械式打入到地面内的支撑杆固定到该表面压载物上。这种方案为在多岩石地带中安装的典型特征。
另外，在支撑20与背侧表面18之间的接合处设置有铰接接头22，通过该铰接接头20，平面镜状物RF相对于支撑20围绕优选地水平的轴线XRF铰接。这里所描述的系统设置有单轴式铰接接头，然而如果地面的构造需要的话，还可以设置多轴式铰接接头，以确保在任何条件下均能最佳地定位(在下文中还提供了其他细节)。
每个支撑杆20均通过铰接接头22连接到支撑框18上。铰接接头22允许框18相对于杆20围绕水平轴线XRF铰接，该水平轴线垂直于附图的图面。另外，这样的实施方案也是可行的：平面镜状物RF成组地安装在独立的框18上，并且每个独立的框18均设置有自己的支撑杆(或多个支撑杆)20。
铰接接头22通过结合在其中的电机减速器组件来移动，并且可操作地连接到电子控制单元以供其驱动。通过这种方式，可以对框18(并由此对镜状物RF)围绕轴线XRF的(所控制的)摆动移动进行控制，由此镜状物RF可相对于地面G移动。
这意味着，如果α2是镜状物RF的前侧表面14与参考方向之间的倾斜角，在这里，该参考方向与水平方向相一致(并且，就像前文所述的那样，与地面G的方向相一致)，那么角α2具有可变的幅度，该可变的幅度可以通过结合在铰接接头22中的电机减速器组件来控制。
在该实施方案中，铰接接头22基本上定位在长边B4之间的中间位置处；然而，具有偏心的并且位于长边B4中的一个上的旋转轴线的实施方案也是可行的。
每个列4均相对于与其相关的列2而设置成长边B4和B2彼此大体上平行。另外，更加靠近地面G的长边B4与更加靠近地面G的长边B2紧接地相邻。
应当注意的是，由于指定给光伏模块PV以及指定给镜状物RF的倾斜角，所以在每个列2、4中通常存在各个长边B2、B4相对于地面G的几何高度差：由此，每个列2(或4)的更加靠近地面的边B2(或B4)会是具有与地面相距较小的几何高度(即，较小距离)的那一个，并且由(括号中的)附图标记B2L(或B4L)标示出。逻辑上，更加远离地面的边B2(或B4)会是与地面相距较大几何高度/距离的那一个，并且由(括号中的)附图标记B2H(或B4H)标示出。
也就是说，无论角α2怎样变化，它都应当落入到镜状物RF的前侧表面14可以至少部分地在光伏模块的前侧表面12可看到的范围内，以限定出(关于这一点，可参见图2的视图)由列2和与其相关联的列4构成的整体的大体上呈V形的几何结构。其原因将在下文中更加清晰地浮现。
在下文中对光伏设备1的操作进行了描述。
参照图2，入射太阳辐射(由附图标记ISR标示出)照射在光伏设备1上，以照射到光伏模块PV上以及移动式反射装置RF上。当入射的太阳辐射ISR照射到镜状物RF上时，这些镜状物RF将其朝向光伏模块PV反射。反射的辐射由附图标记RSR标示出。这清楚地显示了前侧表面14和12应当要朝向彼此的原因：这是必须的，以便反射的太阳辐射RSR能照射到光伏模块PV的前侧表面12上的光伏单元上。
如果不这样的话，通过镜状物RF而获得的太阳辐射的反射将会完全或部分地照射到前侧表面12以外的区域上，在该区域不会产生有用的效果。
另外，在控制铰接接头22的电子控制单元内存储有算法，该算法用于计算以及选择角α2的值，以便优化所反射的太阳辐射RSR在光伏模块PV上(即，在构成它们的太阳能板上)的入射角。
另外，该算法还可操作有作为输入变量的日期(即，考虑到一年中的时期)和一天中的时间，以及在安装有光伏设备1的地理区域中太阳辐射相对于地平线的入射角度的统计信息。更加详细地，铰接接头22由执行双重检查的算法控制。在该控制算法的每个特征时间区间tstep内，角α2的存储值(其表示了预先计算的每个月、每天以及每个时刻的倾斜角的最佳理论数值)与根据以下输入变量所计算出的数值相比较：
i)入射太阳辐射的强度；
ii)线电流；
iii)太阳的高度；
iv)风的方向和强度；
v)结构的倾斜角(尤其是，在系统读取变量的时间区间tstep内，结构相对于垂直方向的绝对倾斜角；除了由地面的形态确定的恒定值之外，该倾斜角等于α2)。
由此，在光伏设备的操作状态实施这种选择的情况下，可以通过经由用于控制铰接接头22的算法而确定的数值来校正预先设置的α2的值。在任何情况下，可以根据安装位置的特征并基于更多或更少的变量(在极限情况下可以仅有前面列出的多个变量中的一个)来编写控制算法。
特别地，如果在统计学上显示上述变量中的一个或多个具有在所给出的光伏设备的安装位置上、在时间上几乎恒定的演变，那么可以简化算法，以消除针对上述一个或多个变量的函数相关性。
作为替代，如果在前面列出的五个变量不足以构建能够充分描述关于某一安装位置的情况的变化的计算模型的话，那么可以添加另外的变量，或者将变量i)-v)中的一个或多个替换成能通过更好的方式来描述光伏设备1运行的系统的演变的一个或多个变量。
通过这种方式，限定了一种用于使移动式反射装置的列4定向的方法，其包括：
第一步：在具有预定持续时间的时间区间tstep的框架内，对表示光伏设备的安装位置的操作状态的一个或多个物理量的数值进行检测，
第二步：在时间区间tstep的框架内，根据一个或多个上述物理量的检测值来计算列4的倾斜值α2，
第三步：将计算得的倾斜值α2与理论的以及预先计算的最佳倾斜值进行比较，
第四步：通过计算得的倾斜值α2对预先计算的理论最佳倾斜值进行校正，
其中，第一步、第二步、第三步以及第四步在具有预定持续时间的时间区间tstep的序列内重复。
应当注意的是，尽管角α2的值通过由上文中提到的算法所执行的计算而周期性地更新，但是在任何情况下，预先计算并存储的角α2的最佳理论值带来了很多优势：
a)它加快了寻找最大值(即，光伏设备的最高能量效率)的过程：所存储的值构成了开始值，与所需的最高效率的情况相对应的角α2的值很可能(但是并不必然——例如考虑到多变的操作情况或者不同于预期的操作情况)会落到该开始值的附近；
b)在天气情况显著变化的日子里，它能避免系统因寻找α2的最佳值特有的时间常量与发生边界条件的变化的时间区间之间的不平衡而遇到困难，该时间区间明显短于上述时间常量；以及
c)在一个或多个传感器失效的情况下，它能避免列4的反射装置可能会将阴影投射在模块FV上的错误定位。
另外，应当注意的是，根据安装位置自身的情况，持续时间tstep可以是固定的或者可变的。
变量i)到v)(然而，无论在算法中所介入的变量的数量是多少，这通常都适用)可通过相应的传感器来检测。用于检测与上述变量相关的物理量的全部传感器构成光伏设备1所装配有的模块化传感器系统。上述传感器系统的数量通过与安装光伏设备的地面的不规则性成正比的方式而改变。也就是说，在地形非常平坦的情况下，传感器系统装配有单列4的反射装置，这是因为α2的值(无论它是预先计算的还是通过所描述的算法计算的)可以被认为适用于所有的列4。在地面明显不规则的情况下，使用α2的统一值通常不是所追求的选择，并且因此，需要令所有的列4都装配有专用的传感器系统(或者可以根据列4在具有局部均匀特征的地面部分上的位置而将多个列4分成若干组，并且在每一组中只有一个列4装配有传感器系统)。
因此，控制单元构造成用于向结合在铰接接头22中的电机减速器组件发送触发信号，以便设置通过上述算法计算的α2的值。当然，这可在通过算法每次随时间进行角α2的更新时重复任意次。通过这种方式，镜状物RF的列4的朝向随着使传递给列2的模块PV的太阳能板的反射辐射RSR的能量的量最大化的目的而改变。角α2典型地落入到0°到90°的范围内。可以理解的是，在该范围内对值进行选择通常并且总是与地形的形态相关联。
最终，在某些情况下，尤其是在安装光伏设备1的地形的形态特别不规则的情况下，发明人注意到不用传感器(在该限制下)而允许系统仅遵循角α2的预先存储的数据是很方便的。
因此，尽管保持了与已知类型的光伏设备相同的基本设置(可防止相互遮蔽的列2之间的宽的通道)，但是很明显的，与已知类型的光伏设备相比，光伏设备1能够在生产率上获得明显提高，在这种情况下，在已知的光伏设备中会照射到非生产区域(即列2之间的通道)上的太阳辐射能照射到准确地设置在列2之间的通道内的移动式反射装置上。
通过这种方式，尽管通过保持光伏模块PV的列2之间具有预定距离而使相互遮挡的影响最小化了，但是安装了光伏设备1的地面的未被利用的部分减少了，这归因于移动式反射装置的列4与光伏模块的每个列2之间的关联，由此能将不然会消散的大量的能量回收。
当然，在不背离由随附的权利要求所限定的本发明的范围的情况下，结构的实施方案和细节可以相对于本文中所描述和图示的那些而广泛地变化。
例如，可以设想这样的实施方案，其中例如根据在具有在一定程度上不规则的轮廓的许多地区进行安装的需求，铰接接头22为多轴线(例如，双轴线)的类型，以便能得到镜状物RF相对于列2的太阳能板的最佳定向。
关于这一点，可参照图3，其中由附图标记1’标示出了根据本发明的光伏设备的另一实施方案。与已经描述的那些部件相同或基本上相似的部件由相同的附图标记标示出。由此，除了明显不相容的部分之外，针对光伏设备1进行的描述也可适用于光伏设备1’。
光伏设备1’与光伏设备1的不同之处基本上在于移动式反射装置的列4的约束结构以及结构的定向形式，在这里，移动式反射装置的列由附图标记4’标示出，并且也位于接连的光伏模块的列2之间的空间内(其中大体上，光伏设备1’可以包括位于接连的列2之间的至少一个列4’)。
特别地，支撑反射装置RF的列4’的框18与光伏模块的相关列2在列2、4’中各自的长边B2、B4处铰接。附图标记X4’标示出了两个列2、4’之间的铰接轴线。
框18与支撑结构20’相连，该支撑结构20’通过线性致动器AC将列4’锚定并固定到地面上。特别地，线性致动器AC包括在铰接件22’(替代铰接接头22)处围绕轴线XRF’铰接的第一端部。作为替代，线性致动器AC的第二端部通过铰接件24’而围绕轴线XAC铰接到杆20’上。优选地(如附图中的实施例所示)，轴线XAC位于杆20’的裸露端部处的地面附近。轴线X4’、XRF’以及XAC均彼此平行。
通过这种方式，限定了三铰接式机构，该三铰接式机构包括具有轴线XAC和X4’的两个固定铰接件，以及具有轴线XRF’的移动铰接件。角α2可通过轴线XRF’在空间中的位置变化而进行调整(在所描述的条件和算法的基础上)。这可通过控制致动器AC的轴杆缩回或伸出来实现，这导致了轴线XAC与XRF’之间的距离减小或增大(轴线XRF’与X4’之间的距离是恒定的)，以及携带反射装置XRF的支撑结构的随之而来的位置变化。这还可伴随有致动器XAC的位置变化，这可归因于它的两个铰接接头。通过与针对光伏设备1所描述的类似的方式，无论角α2怎样变化，它都应当落入到使得镜状物RF的前侧表面14至少部分在光伏模块PV的前侧表面12可以看到的范围内，以限定由列2和与其相关的列4’构成的整体的大体上呈V形的形状(图3)。
为此，致动器AC可操作地连接到电子控制单元上，在该电子控制单元内执行角α2的计算的算法。
致动器AC优选地为电动机械类型，其可以被更加容易地控制，并且例如与液压致动器或气压致动器相比，可以需要预先设置较少的辅助器件(作为替代，它需要专用的电路，在该专用电路上需要设置允许对角α2进行调整的控制器)。然而，这并不排除在某些变型中使用气压致动器或液压致动器的可能性。
光伏设备1’(并且尤其是用于将列4’固定到地面上以及列2上的系统)明确地构思用于安装在明显不规则的地形上，将光伏设备1的结构应用到这种地形上是不利的。
下面可参照图4，图4显示了由附图标记1”标示出的根据本发明的光伏设备的另一有利的实施方案，并且该实施方案基本上构造为在图1和图2中所显示的光伏设备1的变型。与上文中所描述的那些部件相同的部件由相同的附图标记标示出，并且已经相对于光伏设备1、1’提出的所有想法也都可以适用于(在没有明显矛盾的情况下)光伏设备1”。除了由附图标记RF”标示出的移动式反射装置之外，光伏设备1”与光伏设备1基本上相似，该移动式反射装置包括具有前侧反射表面14”的多个凸面镜状物，前侧反射表面14”具有沿平行于短边A4并正交于长边B4(关于这一点，请参见图4的侧视图)的准线的弯曲。每次计算，表面14的曲率半径(在图4中由R”标示出)均具有不同的值，这些值随反射表面与模块的列之间的距离以及与光伏设备所安装的地区的地形之间的距离而变化。
同样在这种情况下，列4的前侧反射表面14”朝向列2的前侧表面12，以使两个列2、4形成基本上呈V形的几何形状的设置。
就操作而言，入射太阳辐射ISR照射在反射表面14”上，反射表面14”将太阳光线反射成大体上发散的光束，这些大体上发散的光束限定了反射太阳辐射RSR。
镜状物RF的形状使得获得双重优势变得可能：
i)首先，系统的调整范围(即，角α2的变化范围)可以扩大到反射太阳辐射RSR的光束的发散允许反射太阳辐射RSR的光束能照射到与光伏模块相比更大范围的区域内；也就是说，与光伏设备2的情况相比，在任何情况下列2的光伏模块都会被辐射RSR照射到比太阳光路径更广泛的部分，而不需要对角α2进行任何校正；以及
ii)当太阳在水平线上非常低的时候，不利于系统的性能的部分阴影(尤其是在冬季月份里)的情况会被消除。
此外，应当记住的是，将凸面镜状物RF”用于光伏设备1’(在图3中显示)中以替代平面镜状物RF的实施方案是可行的，该实施方案具有与刚刚描述的那些相似的优点。
最终，参照图5以及图6A-6B，根据本发明的光伏设备的又一实施方案由附图标记1”’标示出。与上文中所描述的那些部件相同的部件由同样的附图标记标示出，并且已经相对于光伏设备1、1’、1”提出的所有想法也都可以适用于(在没有明显矛盾的情况下)光伏设备1”’。除了在这里由附图标记4”’标示出的移动式反射装置的列之外，光伏设备1”’与光伏设备1大体上相似。
特别地，列4”’与到目前为止相对于移动式反射装置(在这由附图标记RF”’标示出)以及支撑框(在这里由附图标记18”’标示出)所描述和显示的不同。在本实施方案中，与其他实施方案不同，反射装置RF”’是利用反射材料的可变形的片材(例如为金属材料的板(例如金属片材))获得的。备选地，反射装置RF”’是利用反射塑料材料的片材获得的。由此，装置RF”’可以在随后的描述中由用语“可变形镜状物”提出(关于“镜状物”的意思，可以参照上文中的描述)。
此外，承载反射装置RF”’的框18”’是固定的，并且不相对于地面铰接(与光伏设备1、1’、1”的情况不同)。关于这一点，框18”’具有相对于水平方向的静态倾斜角，该静态倾斜角由附图标记α18”’标示出。
每个可变形镜状物RF”’均包括：前侧反射表面14”’，该前侧反射表面14”’构造成用于反射太阳光；以及背侧表面16”’，该背侧表面16”’与支撑框18”’的固定是通过致动器组件ACT以及多个滑动铰接件SH来实现的。在该实施方案中，支撑框18”’包括两排支撑杆20”’，支撑杆20”’将支撑框18”’以及平面镜状物RF”’锚定并固定到地面G上。
关于这一点，应当注意的是，同样对于带有可变形镜状物RF”’的列4”’来说，可以确定彼此平行的一对短边A4”’以及彼此平行并正交于短边A4”’的一对长边B4”’。
每个列4”’相对于相关的列2设置成使得各自的长边B4”’、B2彼此大体上平行，并且列4”’的更加靠近地面G的长边B4”’与列2的更加靠近地面G的长边B2(B2L)紧邻，从而每个列2以及相关的移动式反射装置列4”’设置成V形。
在一个优选的实施方案中，支撑框18”’延伸成覆盖了边B4”’的整个长度(即，列4的整个延伸范围)，此外，可变形镜状物RF”’安装在并排设置且基本上没有中断的边框18”’上。在这种情况下，还在具有相当大的延伸范围的列4”’的长度方向上设置有多个支撑杆20”’，列4”’的长度典型地达到十几米(17-20m)。
致动器组件ACT包括线性致动器(根据需要为电动机械式致动器、气动致动器或液动致动器)，该线性致动器具有可沿致动器ACT的纵向轴线XACT移动的轴杆。致动器ACT通过控制系统来管理，该控制系统的操作逻辑将在随后的段落中进行描述。
致动器组件ACT包括与框18”’铰接的第一端部，以及与相应的可变形镜状物RF”’的背侧表面16”’铰接的第二端部，该第二端部尤其是铰接在表面自身的几何中心处。
在未变形结构中(即，在完全平坦的结构中)，每个镜状物RF”’的反射表面14”’的法线都彼此平行地定向，并且相对于竖向形成角α18”’。
镜状物RF”’的朝向由于镜状物本身的变形而改变。特别地，每个致动器组件ACT均能改变背侧表面16”’与支撑框18”’之间的距离：假定它在可变形镜状物RF”’的几何中心处起作用，结果会导致镜状物RF”’自身的凹度的改变。
定向的改变在于如下事实，即可变形镜状物RF”’的凹度的每个改变均对应于表面14”’的法线的定向的改变。为此，可参照图6A和图6B，图6A和图6B显示了致动器ACT对应施加于在层RF”’的两个不同曲率、并因此对应于表面14”’的法线的两个不同定向的两个不同位置。
作为例子，图中画出了垂直于表面14”’的三条直线(为了方便而在图中描绘出了相应的矢量)，其选择了代表表面的三个点：几何中心点及其周围的两个点。三条法线由附图标记n1(几何中心点处的法线)以及n2和n3(相对于几何中心点的侧面点处的法线)标示出，并且针对它们中的每一个，相对于垂直方向的角度分别由αn1、αn2、αn3来表示。实际上，法线n1、n2、n3限定了位于如上文中指出的点处的与表面14”’相切的平面垂直的直线。
在图6A所示的情况(对应于可变形镜状物RF”’的凹度非常明显的情况)下，角αn2、αn3呈现为与角αn1相比较大的值，只要角αn1在几何中心点上(而且在致动器组件ACT的动作直线上)，那么角αn1总是保持与值α18”’相等。通过表面14”’的法线相对于垂直方向来表达的角的幅度大体上从可变形镜状物RF”’的中心点朝向其边缘增大。
在图6B所示的情况下，与图6A的情况相比，凹度明显较小(可以理解的是，表面16”’与框18”’之间的距离较小)，因此，法线n2和n3形成了与角αn2、αn3相比较小、但是无论如何都比角βn1(其总是与α18”’相等)大的角βn2、βn3。通过在每一点处与表面14”’相切的平面的法线来表达的角的幅度的分布于上文中所描述的相同。
另外，由致动器组件ACT施加在每个可变形镜状物RF”’上的变形例如会导致每个可变形镜状物RF”’的端部在短边A4的方向上移动。该移动被允许要归因于滑动铰接件SH，滑动铰接件SH在每个可变形镜状物RF”’(其具有四边形的形状)的四个顶点处、并且沿镜状物RF”’的平行于长边B4”’的边固定，以确保由致动器组件ACT施加可变形镜状物RF”’上的的弯曲处于单个平面(在附图所示的实施例中其为附图所在的平面)上。另外，铰接件SH安装在框18”’上，从而它们能通过固定于框18”’并且平行于短边A4”’设置的轨道而在平行于列4”’的短边A4”’的方向上滑动。
优选地，铰接件SH设置在支架上，该支架的长度与设置在同侧的边B4”’的长度相等，在该侧上，这些支架可沿平行于短边A4”’的轨道移动(当然，该轨道也可设置在边A4”’上)。
还优选地，为上述支架选择的截面为方形的。在任何情况下，根据需要，支架的截面也可以具有不同的形状。
可变形镜状物RF”’的凹度的变化，伴随着与表面14”’相切的平面的法线随之而来的改变，使得光RSR的反射束的幅度能够得到调节，从而无论太阳辐射ISR的入射角度怎样，光RSR的反射束都能照射到光伏模块PV的表面上。另外，还存在这样的可能性：通过可区分的方式驱动每个列4”’的致动器ACT的组，由此通过同样可沿列4”’区分的方式改变镜状物RF”’的凹度。
对于调节可变形镜状物RF”’的凹度的方法来说，驱动致动器ACT的控制系统包括能实现连续变化的算法，以寻找致动器ACT的行程的最佳值，即，致动器ACT的移动元件给予镜状物RF”’一定凹度的行程以使模块FV的整个接收表面能被反射辐射RSR照射到的值。
特别地，通过致动器的行程的小的增大和减小，算法执行对操作点(即，前述致动器ACT的最佳行程)的寻找，该致动器的行程的小的增大和减小与凹度的值的小的增大和减小相对应。也就是说，致动器ACT在相对两个方向上的移动可根据所使用的(线性)致动器ACT的类型而通过滑动器或轴杆的伸出-缩回来控制。
每次致动的幅度例如都可以消除紧接之前的致动的影响——例如，在已经发现一个方向上的致动不会导致最佳操作状态的情况下——或者与紧接之前的致动相比，每次致动的幅度可以具有较低或低得多的值——例如，在操作状态接近于最佳状态的情况下，并且相对于在较大范围的致动之后(或者在沿相同方向小范围的、尽管通过连续方式进行的一系列接连致动之后)所达到的状态，只需要较小的调节。
进行迭代过程，直到确定了凹度的最佳值为止(对应于行程的最佳值)。
为了执行该方法，对接收表面(即，模块PV的表面12)的长边B2附近的辐射的值进行连续测量，该长边B2意味着较高边(B2H)以及较低边(B2L)。
通过这样做，由于连续迭代，所以能确定凹度的值，例如以确保边缘的反射光线RSR(具有较大值的反射角的那些)落入到接收表面(即，模块PV的表面12)的上限以及下限的附近(在极限情况下，为对应于接收表面的上限以及下限的点上)，即，长边B2H以及B2L的附近(在极限情况下，为对应于长边B2H以及B2L的点上)。
该算法根据辐射强度的参考值来运行，辐射强度的参考值对应于在不存在反射系统的情况下(即不存在由列4反射的辐射的情况下)在模块PV的表面上所入射的辐射的强度。该辐射对应于辐射ISR中的在任何情况下都会照射在光伏模块PV上的部分。
凹度改变的方法提出，在两个长边B2H、B2L中的每一个处对“基本的”辐射(ISR)的强度以及“优化的”辐射(入射辐射ISR以及反射辐射RSR)的强度进行同时检测。
在寻找操作点(即，可变形镜状物RF”’的最佳凹度/致动器ACT的最佳行程)的过程中，沿高边B2H以及低边B2L对“基础的”辐射(即单独的入射辐射ISR，在任何情况下，该入射辐射ISR都会照射在模块PV上)的强度以及反射辐射RSR的总和的增大以及减少进行检测。
上述总和(其对应于沿边B2H和B2L所检测到的强度)在两个限值之间变化；即，
－下限值，该下限值与“基础的”辐射的强度值相等，由此与入射辐射ISR分别在长边B2H、B2L上的强度值相等；
－上限值，该上限值对应于在光伏设备的当前辐照状态下(大体上是在指定的辐照状态下)可以分别在长边B2H、B2L处检测到(和所检测到)的太阳辐射的强度的最大值；由此，除了分别在长边B2H、B2L处的“基础”辐射的强度值之外，该上限值还包括可以分别在长边B2H、B2L处检测到的反射辐射RSR的强度的最大值；该最大值对于各个边B2H、B2L来说大体上是特定的，并且根据边B2H、B2L的不同高度可以不同；然而在某些情况下，两个最大值(一个是对于边B2H而言的，另一个是对于边B2L而言的)之间的差可以非常小，以至于可以针对两个边而采用相同的最大值，由此简化并优化了计算。
驱动致动器ACT并且从传感器处接收信号的系统会感觉到“基础”辐射(ISR)的强度以及反射辐射(RSR)的强度的总和值增大，该传感器凭借上文中所描述的方式而检测沿边B2H、B2L的太阳辐射的强度。当该总和值回到基础值时(也就是说，当总和中的归因于辐射RSR的辐射的附加贡献要消失时)，停止对致动器ACT的驱动。显然，根据致动器ACT的致动方向，在总和中的辐射的附加贡献归零中会存在“高到低”或“低到高”的序列。
无论发生哪种情况，该系统都会作用在致动器ACT上，以使可变形镜状物RF”’的凹度到达在两边处恢复附加贡献(归因于辐射RSR)的值，从而自动地确保该贡献尽可能地高。
总的来说，由此能够实现一种用于改变列4”’的凹度的方法，该方法包括以下步骤：
-在光伏模块PV的相关列2的两个长边B2H、B2L中的每一个上检测太阳辐射的强度(入射辐射ISR以及反射辐射RSR，如果有的话)；以及
-控制致动器组件ACT的移动，以便于根据太阳辐射的检测强度而产生移动式反射装置RF”’的凹度变化，
其中，重复进行控制致动器组件的移动的步骤，直到凹度确定成在两个长边B2H、B2L中的每一个上的太阳辐射的强度值分别等于边B2L、B2L的最大值。
这可基本上等价于将列4”’的最佳操作点(由此，等价于可变形镜状物RF”’的最佳凹度以及致动器ACT的最佳行程)与所反射的太阳辐射RSR的边缘光线位于光伏模块PV的相关列2的长边B2H、B2L附近的情况关联。
Claims (18)
1.一种光伏设备(1；1’；1”；1”’)，包括多个光伏模块(PV)，所述光伏模块(PV)设置在相对于彼此间隔开的列(2)中，其中每个列(2)中的光伏模块(PV)均具有相对于参考方向的第一指定倾斜角(α1)，
所述光伏设备(1；1’；1”；1”’)的特征在于：
与相关联的光伏模块(PV)的每个列(2)相邻地设置有移动式反射装置(RF；RF”；RF”’)的列(4；4’；4”’)，其中移动式反射装置(RF；RF”；RF”’)的至少一个列(4；4’；4”’)位于光伏模块的接连的列(2)之间的空间内；
每列所述移动式反射装置(RF；RF”；RF”’)均具有相对于参考方向的第二倾斜角(α2，α18”’)；
彼此相关联的所述光伏模块(PV)的列(2)以及所述移动式反射装置(RF；RF”；RF”’)的列(4；4’；4”’)包括朝向彼此设置的各自的前侧表面(12，14；14”；14”’)；以及
每列中的所述移动式反射装置(RF；RF”)均能通过所述第二倾斜角(α2)的变化而定向，以便拦截所入射的太阳辐射(ISR)，并朝向相关联的列(2)中的光伏模块(PV)反射太阳辐射(RSR)。
2.根据权利要求1所述的光伏设备(1；1’；1”；1”’)，其特征在于，每个列(2，4)均包括彼此平行的两个各自的短边(A2，A4；A4”’)，以及彼此平行并正交于相应的短边(A2，A4，A4”’)的两个各自的长边(B2，B4；B4”’)，移动式反射装置的每个列(4)均相对于光伏模块(PV)的相关联的列(2)而设置成使得各自的长边(B4，B4”’，B2，)基本上彼此平行，并且移动式反射装置的列(4；4’；4”’)的更加接近地面(G)的长边(B4)与光伏模块(PV)的列(2)的更加接近地面(G)的长边(B2)紧邻。
3.根据权利要求1或2所述的光伏设备(1；1’；1”；1”’)，其特征在于，光伏模块(PV)的每个列(2)与相关联的移动式反射装置的列(4；4’；4”’)设置成V形。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光伏设备(1；1’；1”)，其特征在于，每列(4；4’)移动式反射装置均包括安装在框(18)上的多个镜状物(RF；RF”)，所述框(18)相对于支撑结构(20；20’)铰接(22，XRF；22’，XRF’)，所述支撑结构(20；20’)将列(4)锚定并固定到地面上。
5.根据权利要求4所述的光伏设备(1；1’；1”)，其特征在于，所述多个镜状物包括以下类型中的一种：
平面镜状物(RF)；以及
凸面镜状物(RF”)。
6.根据权利要求4或5所述的光伏设备(1；1”)，其特征在于，所述框(18)通过铰接接头(22)与所述支撑结构(20)相连，所述铰接接头(22)集成有与电子控制单元操作式相连的电机减速器组件，其中所述电子控制单元构造成用于驱动所述电机减速器组件以改变所述镜状物(RF)的朝向(α2)。
7.根据权利要求4或5所述的光伏设备(1’)，其特征在于，所述框(18)通过线性致动器(AC)与所述支撑结构(20’)相连并铰接，所述线性致动器(AC)具有围绕第一轴线(XRF’)与所述框(18)铰接的第一端部，以及围绕第二轴线(XAC)与所述支撑结构(20’)铰接的第二端部，
另外，所述框(18)在每个列中各自的长边(B2，B4)处与相关联的列(2)的光伏模块(PV)铰接。
8.根据权利要求7所述的光伏设备(1’)，其特征在于，所述线性致动器(AC)与电子控制单元操作式相连，所述电子控制单元构造成用于控制所述线性致动器(AC)的轴杆的回缩或伸出，以改变所述平面镜状物(RF)的朝向(α2)。
9.根据权利要求1到3中任一项所述的光伏设备(1”’)，其特征在于，每列(4”’)移动式反射装置均包括安装在支撑框(18”’)上的多个可变形镜状物(RF”’)，所述支撑框(18”’)具有相对于地面(G)的固定倾斜角，其中，关联于所述移动镜状物(RF”’)中的每一个设置有致动器组件(ACT)，所述致动器组件(ACT)构造成用于导致所述移动镜状物(RF”’)变形，以调整所述移动镜状物(RF”’)的凹度。
10.根据权利要求9所述的光伏设备(1”’)，其特征在于，每个致动器组件均包括线性致动器，所述线性致动器具有与所述支撑框(18”’)铰接的第一端部，以及与相应的可变形镜状物(RF”’)的背侧表面(16”’)铰接的第二端部。
11.根据权利要求10所述的光伏设备(1”’)，其特征在于，所述线性致动器的第二端部在相应的可变形镜状物(RF”’)的背侧表面(16”’)的几何中心处铰接。
12.根据权利要求10或11所述的光伏设备，其特征在于，每个可变形镜状物(RF”’)通过多个滑动铰接件(SH)固定到所述支撑框上，其中每个滑动铰接件均能在平行于移动式反射装置的所述列(4”’)的短边的方向上移动。
13.根据权利要求9到12中任一项所述的光伏设备(1”’)，其特征在于，每个可变形镜状物(RF”’)均包括反射材料的可变形片材。
14.一种用于使根据上述权利要求中任一项所述的光伏设备(1；1’；1”；1”’)的列(4；4’)中的移动式反射装置(RF；RF”)定向的方法，包括：
第一步：在具有预定持续时间的时间区间的框架内，对表示光伏设备的安装位置的操作情况的一个或多个物理量的值进行检测，
第二步：在所述时间区间的框架内，根据所述一个或多个物理量的检测值来计算列(4；4’)中的移动式反射装置(RF；RF”)的倾斜值(α2)，
第三步：将计算得的倾斜值(α2)与理论的以及预先计算的最佳倾斜值进行比较，
第四步：通过所述计算得的倾斜值(α2)对预先计算的理论最佳倾斜值进行校正，
其中，所述第一步、第二步、第三步和第四步在具有预定持续时间的时间区间(tstep)的序列内进行重复。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述一个或多个物理量包括：
i)入射太阳辐射；
ii)线电流；
iii)太阳的高度；
iv)风的方向和强度；
v)结构的倾斜角。
16.一种用于改变根据权利要求9到13中任一项所述的光伏设备的列(4”’)中的移动式反射装置(RF”’)的凹度的方法，其包括以下步骤：
对与光伏模块(PV)的相关列(2)的所述长边(B2H，B2L)中的每一个相对应的太阳辐射(ISR，RSR)的强度进行检测；以及
控制所述致动器组件(ACT)的移动，以便于根据所述太阳辐射(ISR，RSR)的检测强度而改变所述移动式反射装置(RF”’)的凹度，
其中，对控制所述致动器组件(ACT)的移动的步骤进行重复，直到凹度确定成使得与光伏模块(2)的相关联的列(2)的所述长边(B2H，B2L)中的每一个相对应的太阳辐射(ISR，RSR)的强度值等于针对各自的长边(B2H，B2L)的最大值为止。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，检测太阳辐射强度的所述步骤通过连续的方式来执行。
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述长边(B2H，B2L)中的每一个上的太阳辐射(ISR，RSR)的强度包括：
下限值，所述下限值等于与各自的长边(B2H，B2L)相对应的入射辐射(ISR)的强度值；以及
上限值，所述上限值对应于在光伏设备(1”’)的给定辐照情况下、在各自的长边(B2H，B2L)处检测到的太阳辐射的强度的最大值，所述上限值等于在各自的长边(B2H，B2L)处的入射辐射(ISR)的强度值与能在各自的长边(B2H和B2L)处检测到的反射辐射(RSR)的强度的最大值的总和。
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