CN106990797B - 一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法 - Google Patents

一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法，包括：太阳探测器、中央控制器以及伺服电机，其中，中央控制器分别与太阳探测器以及伺服电机连接；太阳探测器包括本体、至少三个光探测器以及与光探测器数量相同的通光管，其中，本体具有按照预设曲率半径的、向本体的外部凸起的表面；各个光探测器设置在本体按照预设曲率向本体的外部凸起的表面上，且沿着表面一侧依次设置至表面另一侧；通光管为垂直表面设置的管状结构物，一端连接在表面上，另一端具有开口，通光管的延伸方向为表面凸起的方向，每一通光管紧邻所述本体的内部空间内均容纳有一个光探测器。应用本发明实施例简化了确定太阳的高度角和方位角的过程。

Description

一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法。
背景技术
随着煤发电导致的环境污染越来越严重，清洁能源得到了越来越多的重视，其中尤以光伏发电技术以太阳光几近无限的优点得到了广泛的应用。
目前，光伏发电技术主要是利用光伏发电板在太阳光的作用下产生电能，同时将电能存储在电池内。若将多个电池串联或者并联就可以接入输电线路，向用户供电，另外，电池内存储的电能还可以用于夜间的电力输出。光伏电板在工作时，需要将正面面向光源方向，尤其以光源发出的光线垂直于光伏电板时效率最高，因此，为了使光伏电板以最高的效率发电需要将光伏电板一直垂直于光线的方向，以使光线垂直射向光伏电板。为了使光伏电板与光线垂直，在建设光伏电站时，根据光伏电站的经纬度计算出一年四季的高度角和方位角，然后根据计算出的高度角和方位角调整光伏电板的角度，从而实现追踪太阳的目的，进而提高发电效率。
应用现有技术，由于一年四季太阳的高度角和方位角都会发生变化，导致光伏电板的角度每一天都会发生变化，因此需要进行大量的运算才能精确的跟踪太阳，因此现有技术存在确定太阳的高度角和方位角的过程比较复杂的技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法，以实现简化了确定太阳的高度角和方位角的过程的目的。具体技术方案如下：
为达到上述目的本发明实施例提供了一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法，所述装置包括：太阳探测器、中央控制器以及伺服电机，其中，所述中央控制器分别与所述太阳探测器以及所述伺服电机连接；
所述太阳探测器包括本体、至少三个光探测器以及与所述光探测器数量相同的通光管，其中，所述本体具有按照预设曲率半径的、向所述本体的外部凸起的表面；各个所述光探测器设置在所述本体按照预设曲率向所述本体的外部凸起的表面上，且沿着所述表面一侧依次设置至所述表面另一侧；所述通光管为垂直所述表面设置的管状结构物，一端连接在所述表面上，另一端具有开口，所述通光管的延伸方向为所述表面凸起的方向，每一所述通光管紧邻所述本体的内部空间内均容纳有一个光探测器；
所述中央控制器用于接收所述光探测器探测到的用于表征的太阳光强度的信号，并确定出能够表征太阳光强度最高的信号对应的光探测器，进而根据该光探测器在所述本体向所述本体的外部凸起的表面上的位置确定出，该光探测器对应的太阳高度角和太阳方向角；再将所述太阳高度角和所述太阳方向角发送至所述伺服电机。
所述伺服电机根据接收到的所述太阳高度角和所述太阳方向角调整光伏发电板的高度角和方位角。
可选的，所述本体为半球形；
所述按照预设曲率向所述本体的外部凸起的表面为球面。
可选的，所述各个所述光探测器在所述球面上均匀设置，任意相邻的两个光探测器之间的中心距相同。
可选的，所述通光管垂直于其延伸方向的截面形状为多边形或者圆形。
可选的，所述通光管连接在所述球面的一端的直径小于所述通光管另一端的直径。
可选的，所述通光管为黑色。
可选的，所述通光管沿其延伸方向的长度至少为其直径的10倍。
可选的，所述光探测器包括但不仅限于光照度计、光强度计或者温度计。
为解决现有技术问题，本发明实施例还提供了一种应用于光伏发电的太阳追踪方法，所述方法包括：
接收太阳探测器探测到的用于表征的太阳光强度的信号，并确定出能够表征太阳光强度最高的信号对应的光探测器，其中，至少三个所述光探测器位于所述太阳探测器本体具有按照预设曲率半径的、向所述本体的外部凸起的表面上，且所述光探测器，且沿着所述表面一侧依次设置至所述表面另一侧；
根据光探测器在所述本体向所述本体的外部凸起的表面上的位置确定出，该光探测器对应的太阳高度角和太阳方向角；
将所述太阳高度角和所述太阳方向角发送至伺服电机，以使所述伺服电机控制光伏组件的方位角和高度角。
可选的，所述太阳探测器本体具有按照预设曲率半径的、向所述本体的外部凸起的表面上还设有通光管，以使太阳光线可以通过所述通光管照射到所述光探测器上；所述通光管为垂直所述表面设置的管状结构物，一端连接在所述表面上，另一端具有开口，所述通光管的延伸方向为所述表面凸起的方向，每一所述通光管紧邻所述本体的内部空间内均容纳有一个光探测器。
一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法，所述装置包括：太阳探测器、中央控制器以及伺服电机，其中，所述中央控制器分别与所述太阳探测器以及所述伺服电机连接；所述太阳探测器包括本体、至少三个光探测器以及与所述光探测器数量相同的通光管，其中，所述本体具有按照预设曲率半径的、向所述本体的外部凸起的表面；各个所述光探测器设置在所述本体按照预设曲率向所述本体的外部凸起的表面上，且沿着所述表面一侧依次设置至所述表面另一侧；所述通光管为垂直所述表面设置的管状结构物，一端连接在所述表面上，另一端具有开口，所述通光管的延伸方向为所述表面凸起的方向，每一所述通光管紧邻所述本体的内部空间内均容纳有一个光探测器；所述中央控制器用于接收所述光探测器探测到的用于表征的太阳光强度的信号，并确定出能够表征太阳光强度最高的信号对应的光探测器，进而根据该光探测器在所述本体向所述本体的外部凸起的表面上的位置确定出，该光探测器对应的太阳高度角和太阳方向角；再将所述太阳高度角和所述太阳方向角发送至所述伺服电机；所述伺服电机根据接收到的所述太阳高度角和所述太阳方向角调整光伏发电板的高度角和方位角。
应用本发明提供的一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法，在通光管的朝向与太阳光线平行时，通光管内的底部接收的光线数量最多，光强度也最大，因此与通光管垂直面就是与光伏电板平行的面，相对于现有技术需要大量的计算，应用本发明实施例简化了确定太阳的高度角和方位角的过程。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种应用于光伏发电的太阳追踪装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种应用于光伏发电的太阳追踪装置中的太阳探测器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种应用于光伏发电的太阳追踪方法的流程示意图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
为解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种应用于光伏发电的太阳追踪装置及方法。
图1为本发明实施例提供的一种应用于光伏发电的太阳追踪装置的结构示意图，如图1所示，装置包括：太阳探测器(100)、中央控制器(200)以及伺服电机(300)，其中，所述中央控制器(200)分别与所述太阳探测器(100)以及所述伺服电机(300)连接；
所述太阳探测器(100)包括本体(101)、至少三个光探测器(102)以及与所述光探测器(102)数量相同的通光管(103)，其中，所述本体(101)具有按照预设曲率半径的、向所述本体(101)的外部凸起的表面；各个所述光探测器(102)设置在所述本体(101)按照预设曲率向所述本体(101)的外部凸起的表面上，且沿着所述表面一侧依次设置至所述表面另一侧；所述通光管(103)为垂直所述表面设置的管状结构物，一端连接在所述表面上，另一端具有开口(1031)，所述通光管(103)的延伸方向为所述表面凸起的方向，每一所述通光管(103)紧邻所述本体(101)的内部空间内均容纳有一个光探测器(102)；
所述中央控制器(200)用于接收所述光探测器(102)探测到的用于表征的太阳光强度的信号，并确定出能够表征太阳光强度最高的信号对应的光探测器(102)，进而根据该光探测器(102)在所述本体(101)向所述本体(101)的外部凸起的表面上的位置确定出，该光探测器(102)对应的太阳高度角和太阳方向角；再将所述太阳高度角和所述太阳方向角发送至所述伺服电机(300)。
所述伺服电机(300)根据接收到的所述太阳高度角和所述太阳方向角调整光伏发电板的高度角和方位角。
图2为本发明实施例提供的一种应用于光伏发电的太阳追踪装置中的太阳探测器的结构示意图，如图2所示，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述本体(101)为半球形；
所述按照预设曲率向所述本体(101)的外部凸起的表面为球面。
在实际应用中，光探测器(102)布满本体(101)整个外部凸起的表面。
通常情况下，本发明实施例提供的一种用于光伏发电的太阳追踪装置的太阳探测器本体(101)的尺寸一定的情况下，具有的通光管(103)越多，每一个通光管(103)的截面越小，该通光管(103)的开口对应的弧度就越小，而只有太阳发出的光线的方向与该通光管(103)的角度一致时，光探测器(102)才能探测到太阳光线，因此，对于太阳的高度角和方位角的确定越准确。另外，光伏电板也被称为光伏发电板、光伏组件等。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述各个所述光探测器(102)在所述球面上均匀设置，任意相邻的两个光探测器(102)之间的中心距相同。
本体(101)外部凸起的表面上具有的光探测器(102)均匀设置，可以使太阳从当前一个光探测器(102)所在通光管(103)对应的位置移动到下一个光探测器(102)所在通光管(103)对应的位置的时间相同，进而使光电板能够及时的跟踪太阳。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述通光管(103)垂直于其延伸方向的截面形状为多边形或者圆形。
通常情况下，通光管(103)垂直于其延伸方向的截面形状为六边形。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述通光管(103)连接在所述球面的一端的直径小于所述通光管(103)另一端的直径。
通光管(103)的另一端的直径大于通光管(103)连接在所述球面的一端的直径，可以使各个通光管(103)的另一端相互连接，进而提高了通光管(103)的结构强度。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，其特征在于，所述通光管(103)为黑色。
避免了通光管(103)内壁反光对光探测器(102)的干扰，提高了精度。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述通光管(103)沿其延伸方向的长度至少为其直径的10倍。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述光探测器(102)包括但不仅限于光照度计、光强度计或者温度计。
当本发明实施例提供的太阳追踪装置正在工作时，太阳光射入通光管(103)，由于太阳光的发射方向与通光管(103)的延伸方向不一致，太阳光照射在通光管(103)的侧壁上，该通光管(103)对应的光探测器(102)未接收到太阳的光信号，此时，光伏电板不发生转动。
当太阳光的发射方向与通光管(103)的延伸方向一致时，太阳光可以直接照射在通光管(103)的底部，该通光管(103)对应的光探测器(102)、接收到太阳的光信号，此时，中央控制器(200)判断该光探测器(102)探测的太阳光的强度是所有光探测器(102)中信号最强的。中央控制器(200)根据该通光管(103)对应的角度，确定出对应的太阳高度角和太阳方向角；再将所述太阳高度角和所述太阳方向角发送至所述伺服电机(300)。伺服电机(300)根据接收到的所述太阳高度角和所述太阳方向角调整光伏发电板的高度角和方位角。
应用本发明图1所示实施例提供的一种应用于光伏发电的太阳追踪装置，在通光管的朝向与太阳光线平行时，通光管内的底部接收的光线数量最多，光强度也最大，因此与通光管垂直面就是与光伏电板平行的面，相对于现有技术需要大量的计算，应用本发明实施例简化了确定太阳的高度角和方位角的过程。
与本发明图1所示实施例相对应，本发明实施例还提供了一种应用于光伏发电的太阳追踪方法，图3为本发明实施例提供的一种应用于光伏发电的太阳追踪方法的流程示意图，所述方法包括：
S101：接收太阳探测器探测到的用于表征的太阳光强度的信号，并确定出能够表征太阳光强度最高的信号对应的光探测器，其中，至少三个所述光探测器位于所述太阳探测器本体具有按照预设曲率半径的、向所述本体的外部凸起的表面上，且所述光探测器，且沿着所述表面一侧依次设置至所述表面另一侧；
S102：根据光探测器在所述本体向所述本体的外部凸起的表面上的位置确定出，该光探测器对应的太阳高度角和太阳方向角；
S103：将所述太阳高度角和所述太阳方向角发送至伺服电机，以使所述伺服电机控制光伏组件的方位角和高度角。
可选的，在本发明实施例的以中国具体实施方式中，所述太阳探测器本体具有按照预设曲率半径的、向所述本体的外部凸起的表面上还设有通光管，以使太阳光线可以通过所述通光管照射到所述光探测器上；所述通光管为垂直所述表面设置的管状结构物，一端连接在所述表面上，另一端具有开口，所述通光管的延伸方向为所述表面凸起的方向，每一所述通光管紧邻所述本体的内部空间内均容纳有一个光探测器。
应用本发明图3所示实施例提供的一种应用于光伏发电的太阳追踪方法，在通光管的朝向与太阳光线平行时，通光管内的底部接收的光线数量最多，光强度也最大，因此与通光管垂直面就是与光伏电板平行的面，相对于现有技术需要大量的计算，应用本发明实施例简化了确定太阳的高度角和方位角的过程。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种应用于光伏发电的太阳追踪装置，其特征在于，所述装置包括：太阳探测器(100)、中央控制器(200)以及伺服电机(300)，其中，所述中央控制器(200)分别与所述太阳探测器(100)以及所述伺服电机(300)连接；
所述太阳探测器(100)包括本体(101)、至少三个光探测器(102)以及与所述光探测器(102)数量相同的通光管(103)，其中，所述本体(101)具有按照预设曲率半径的、向所述本体(101)的外部凸起的表面；各个所述光探测器(102)设置在所述本体(101)按照预设曲率向所述本体(101)的外部凸起的表面上，且沿着所述表面一侧依次设置至所述表面另一侧；所述通光管(103)为垂直所述表面设置的管状结构物，一端连接在所述表面上，另一端具有开口(1031)，所述通光管(103)的延伸方向为所述表面凸起的方向，每一所述通光管(103)紧邻所述本体(101)的内部空间内均容纳有一个光探测器(102)；
所述中央控制器(200)用于接收所述光探测器(102)探测到的用于表征的太阳光强度的信号，并确定出能够表征太阳光强度最高的信号对应的光探测器(102)，进而根据该光探测器(102)在所述本体(101)向所述本体(101)的外部凸起的表面上的位置确定出，该光探测器(102)对应的太阳高度角和太阳方向角；再将所述太阳高度角和所述太阳方向角发送至所述伺服电机(300)；
所述伺服电机(300)根据接收到的所述太阳高度角和所述太阳方向角调整光伏发电板的高度角和方位角；
所述本体(101)为半球形；
所述按照预设曲率向所述本体(101)的外部凸起的表面为球面；
所述各个所述光探测器(102)在所述球面上均匀设置，任意相邻的两个光探测器(102)之间的中心距相同；
所述通光管(103)垂直于其延伸方向的截面形状为多边形或者圆形。
2.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于，所述通光管(103)连接在所述球面的一端的直径小于所述通光管另一端的直径。
3.根据权利要求1至2任意一项所述的任一太阳追踪装置，其特征在于，所述通光管(103)为黑色。
4.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于，所述通光管(103)沿其延伸方向的长度至少为其直径的10倍。
5.根据权利要求1所述的太阳追踪装置，其特征在于，所述光探测器(102)包括但不仅限于光照度计、光强度计或者温度计。
6.一种应用于光伏发电的太阳追踪方法，其特征在于，所述方法包括：
接收太阳探测器探测到的用于表征的太阳光强度的信号，并确定出能够表征太阳光强度最高的信号对应的光探测器，其中，至少三个所述光探测器位于所述太阳探测器本体具有按照预设曲率半径的、向所述本体的外部凸起的表面上，且所述光探测器，且沿着所述表面一侧依次设置至所述表面另一侧；
根据光探测器在所述本体向所述本体的外部凸起的表面上的位置确定出，该光探测器对应的太阳高度角和太阳方向角；
将所述太阳高度角和所述太阳方向角发送至伺服电机，以使所述伺服电机控制光伏组件的方位角和高度角；
所述太阳探测器本体具有按照预设曲率半径的、向所述本体的外部凸起的表面上还设有通光管，以使太阳光线可以通过所述通光管照射到所述光探测器上；所述通光管为垂直所述表面设置的管状结构物，一端连接在所述表面上，另一端具有开口，所述通光管的延伸方向为所述表面凸起的方向，每一所述通光管紧邻所述本体的内部空间内均容纳有一个光探测器。
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