CN107300931A - 太阳光追踪方法、装置及太阳能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种太阳光追踪方法、装置及太阳能发电系统，通过先获取所述定位结果中所述太阳能发电装置所在的纬度信息和经度信息，基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区，然后基于所述太阳能发电装置所在的时区和所述经度信息实时获取任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角，再根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动，能实现主动追踪，解决了现有技术采用被动式追踪能耗大、调节精度低的问题，适用性更广，精度更高。

Description

太阳光追踪方法、装置及太阳能发电系统

技术领域

本发明涉及太阳能领域，尤其涉及一种太阳光追踪方法、装置及太阳能发电系统。

背景技术

太阳能是最清洁的能源，同时太阳能资源非常丰富，太阳能发电系统是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种新型器械，太阳能发电系统配上功率控制器、储能装置、变换器等就组成了光伏发电系统，在环境污染问题日益严重和不可再生能源日益枯竭的今天，太阳能发电日益受到人们的重视并得到了广泛的应用。

但是现有的太阳能发电系统采用被动式的追踪方式，传动机构一直处于被动工作状态，系统内部能耗大而且调节精度低。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种太阳光追踪方法、装置及太阳能发电系统，能有效解决现有技术采用被动式追踪能耗大、调节精度低的问题，适用性更广。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种太阳光追踪方法，包括步骤：

根据输入的太阳能发电装置的纬度信息和经度信息，基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区；

基于所述太阳能发电装置所在的时区和所述经度信息实时获取任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角；

根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动。

与现有技术相比，本发明公开的太阳光追踪方法通过先获取所述太阳能发电装置所在的纬度信息和经度信息，基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区，然后基于所述太阳能发电装置所在的时区和所述经度信息实时获取任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角，再根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动，能实现主动追踪，解决了现有技术采用被动式追踪能耗大、调节精度低的问题，适用性更广，精度更高。

作为上述方案的改进，通过以下公式实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角：

sinz＝siny*sinb+cosy*cosb*cosw

其中，z为所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角，b为所述太阳能发电装置所在的纬度，w为任意时刻T所述太阳能发电装置所在位置的时角，y为当前时刻T对应的太阳直射纬度，且w＝(T-12)×15°，T为所述太阳能发电装置所在位置的任意时刻；

所述太阳直射纬度通过以下公式获得：

其中，y为所述太阳直射纬度，t为当前时刻T所在的公历天数。

作为上述方案的改进，所述根据预设的时间段内所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动具体为：

根据时间前后将所述预设的时间段划分若干控制时段，根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，计算在每一所述控制时段内所述太能发电装置上的太阳能电池板的最优姿态；

当判断任意时刻由上一控制时段进入下一控制时段内时，根据所述下一控制时段内所述太能发电装置的最优姿态，控制所述太阳能发电装置上的传动结构以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定。

作为上述方案的改进，所述方法还包括步骤：

通过光照强度探测器检测光照强度，当检测到所述光照强度小于预设的阈值时，控制所述太阳能发电装置上的传动结构进入休眠状态；

若所述太阳能发电装置上的传动结构处于休眠状态，且任意时刻检测到所述光照强度大于预设的阈值时，计算当前时刻所处的所述控制时段，根据所述控制时段内所述太能发电装置的最优姿态，控制所述太阳能发电装置上的传动结构重新启动，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板进入当前时刻的最优姿态。

作为上述方案的改进，所述方法还包括步骤：

若任意时刻的时间信息超过所述时间段的下限阈值，则控制所述太阳能发电装置上的传动结构开始进入工作状态，以使所述太阳能发电装置上的太阳能电池板从预设的原始姿态开始转动至相应控制时段内的最优姿态；其中，所述预设的时间段根据所述太阳能发电装置所在经度获得；

若任意时刻的时间信息超过所述时间段的上限阈值，则控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板回到所述原始姿态，然后使所述传动结构进入停止等待并使传动装置进入停止工作状态。

作为上述方案的改进，控制所述太阳能发电装置上的传动结构以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定具体为：

通过控制高度角伺服电机和时角伺服电机控制所述太阳能电池板的高度角和时角，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定；其中，所述太阳能发电装置上的传动结构包括所述高度角伺服电机和时角伺服电机。

本发明实施例还提供了一种太阳能发电系统，包括控制模块、光照探测模块，交换机、至少一传动机构以及至少一套太阳能电池板；

所述控制模块用于采用上述一项所述的太阳光追踪方法生成控制信号，向所述交换机发送所述控制信号；

所述交换机，用于接收所述控制模块的控制信号，并将所述控制信号分发至每一传动机构；

所述传动机构，用于根据所述交换机传送的控制信号控制信号，控制所述太阳能电池板以最优姿态固定。

作为上述方案的改进，每一所述传动机构还包括高度角伺服电机和时角伺服电机。

作为上述方案的改进，所述高度角伺服电机和时角伺服电机均为单轴伺服电机。

本发明实施例还提供了一种太阳能发电系统，包括控制模块、伺服驱动、伺服电机、光照强度探测器和模拟量转换模块；其中，所述伺服驱动和所述伺服电机连接，控制模块分别与伺服驱动和模拟量转换模块连接，所述光照强度探测器和模拟量转换模块连接；

所述控制模块，用于采用上述一项所述的太阳光追踪方法所述的太阳光追踪方法生成控制信号，向所述伺服驱动发送控制信号；

所述光照强度探测器，用于感受光照强度来输出模拟量至所述模拟量采集模块；

所述模拟量采集模块，用于将所述光照强度探测器105输出的模拟量进一步发送至所述控制模块；

所述伺服驱动，用于接受所述控制模块发出的脉冲信号，输出至所述伺服电机做出相应的反应；

所述伺服电机，用于控制所述太阳能电池板的转动，以调整太阳能电池板不同的姿态。

本发明实施例还对应提供了一种太阳光追踪装置，包括：

定位模块，用于根据输入的太阳能发电装置的纬度信息和经度信息，基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区；

太阳高度角计算模块，用于基于所述太阳能发电装置所在的时区和所述经度信息实时获取所述太阳能发电装置所在位置的任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角；

太阳光追踪模块，用于根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的一种太阳光追踪方法的流程示意图。

图2是以广州为例一年中太阳高度角随公历天数，每天的时角变化而变化的规律三维曲线。

图3是太阳直射纬度随公历天数变化的规律。

图4是广州春分日(3月21)，上午9：00至9：06时间段内高度角随时间的变化规律。

图5是本发明实施例2提供的一种太阳光追踪方法的流程示意图。

图6是本发明实施例3提供的一种太阳光追踪方法的流程示意图。

图7是本发明提供的太阳光追踪方法适用的其中一种太阳能发电装置的主视图。

图8是本发明提供的太阳光追踪方法适用的其中一种太阳能发电装置的俯视图。

图9为本发明实施例4提供的一种太阳能多套集成发电系统的结构示意图。

图10为本发明实施例5提供的一种太阳能多套集成发电系统的结构示意图。

图11为实施例4和实施例5的太阳能发电系统的执行流程图。

图12为本发明实施例6提供的一种太阳能单套集成发电系统的结构示意图。

图13为实施例6的太阳能发电系统的执行流程图。

图14是本发明实施例7提供的一种太阳能发电系统的结构示意图。

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作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。

参见图1，是本发明实施例1提供的一种太阳光追踪方法的流程示意图，包括步骤：

S1、根据输入的太阳能发电装置的纬度信息和经度信息，基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区；

例如，当所述定位装置的定位城市为广州时，所在为东经113.28度，北纬23.12度，所在的时区为东八区。

S2、基于所述太阳能发电装置所在的时区和所述经度信息实时获取所述太阳能发电装置所在位置的任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角；

例如，当定位所在的城市为广州时，所在的时区为东八区，则广州在任意时刻的时间信息为T＝北京时间-0.447h。此外，对于地球上的某个地点，太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，即太阳高度角是指某地太阳光线与通过该地与地心相连的地表切面的夹角。太阳高度角简称高度角。当太阳高度角为90°时，此时太阳高度角最大；当太阳斜射地面时，太阳高度角变小。

S3、根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动。

在该步骤中，太阳能电池板能随太阳光转动包括垂直方向的转动和水平方向的转动，以使所述太阳能电池板能更多地接收太阳光，提高光能转化效率。

其中，时角的数值表示了当前天体与当地子午圈的角距离，例如，一个天体的时角是2.5时，就表示它已经在2.5小时之前通过当地的子午圈，并且现在时刻在当地子午圈向西方向37.5°的角距离上。

例如，当所述定位装置的定位城市为广州时，所在为东经113.28度，北纬23.12度，所在的时区为东八区(东经120度)北京时间。

T＝北京时间-[(120-113.28)/15]h＝北京时间-0.447h；

可以理解的，通过以下公式实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角：

sinz＝siny*sinb+cosy*cosb*cosw

其中，z为所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角，b为所述太阳能发电装置所在的纬度，w为当前时刻T所述太阳能发电装置所在位置的时角，y为当前时刻T对应的太阳直射纬度，且w＝(T-12)×15°，T为所述太阳能发电装置所在位置的当前时刻；

如图2所示，为以广州一年中太阳高度角随公历天数，每天的时角变化而变化的规律三维曲线，如图3所示是广州春分日(3月21日)，上午9：00至9：06时间段内高度角随时间的变化规律。

所述太阳直射纬度通过以下公式获得：

其中，y为所述太阳直射纬度，t为当前时刻T所在的公历天数。

如图4所示，太阳直射纬度随公历天数变化的规律。

通过上述方式获取各个时刻内时角和太阳高度角的变化规律，可使所述太阳能发电装置提前进入可承受更多太阳光的姿态，实现主动式追踪，降低能耗的同时准确度高，提高太阳能发电装置的发电效率。

进一步的，考虑到机械装置的特性和控制模块的滞后性，可进行模块化处理，可使所述太阳能电池板提前进入“等待位置”，则如图5所示，实施例2在实施例1的基础上，步骤S3具体为：

S31、根据时间前后将所述预设的时间段划分若干控制时段，根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，计算在每一所述控制时段内所述太能发电装置上的太阳能电池板的最优姿态；

其中，所述控制时段的划分应根据能耗和收益平衡的原则进行。

S32、当判断任意时刻由上一控制时段进入下一控制时段内时，根据所述下一控制时段内所述太能发电装置的最优姿态，控制所述太阳能发电装置上的传动结构以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定。

其中，所述最优姿态使得在所述太阳能电池板在任一所述控制时段内的大部分时间与太阳光垂直或大致垂直。将所述太阳能电池板的转动模糊化成一段一段的机械式的指针式运动，可避免所述传动结构一直处于低速传动的能耗运动，降低功耗的同时，延长所述传动机构的使用周期。

优选地，所述太阳能发电装置上的传动结构包括所述高度角伺服电机和时角伺服电机；其中，所述传动结构通过高度角伺服电机控制所述太阳能电池板在竖直方向转动，并通过时角伺服电机控制所述太阳能电池板在水平方向转动，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定。

参见图6，是本发明实施例3提供的一种太阳光照追踪方法的流程示意图，其在实施例2的基础上，还包括步骤：

S4、通过光照强度探测器检测光照强度，当检测到所述光照强度小于预设的阈值时，控制所述太阳能发电装置上的传动结构进入休眠状态；

S5、若所述太阳能发电装置上的传动结构处于休眠状态，且任意时刻检测到所述光照强度大于预设的阈值时，计算当前时刻所处的所述控制时段，根据所述控制时段内所述太能发电装置的最优姿态，控制所述太阳能发电装置上的传动结构重新启动，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板进入最优姿态；其中，所述预设的时间段根据所述太阳能发电装置所在经度获得；

S6、若任意时刻的时间信息超过所述时间段的下限阈值，则控制所述太阳能发电装置上的传动结构开始进入工作状态，以使所述太阳能发电装置上的太阳能电池板从预设的原始姿态开始转动至相应控制时段内的最优姿态；

S7、若任意时刻的时间信息超过所述时间段的上限阈值，则控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板回到所述原始姿态，然后使所述传动结构进入停止工作状态。

通过根据光照强度是否启动所述传动机构，可避免天气复杂地段电能贮存率不高，若在低光照下，如雷雨天气等，传动机构一直处于满负荷工作状态，会加剧电量的损耗，不利于节能和发电效率的提高。

如图7和8所示，为本发明提供的太阳光追踪方法适用的其中一种太阳能发电装置的主视图和俯视图，包括底座主轴1、时角伺服电机2、平台主梁3、高度角行走杆4、执行杆5、太阳能电池板旋转主轴6、太阳能电池板7、丝杆8、拉杆9、齿轮10、底座11和滑轨12。其中，各个部件的功能为：

底座主轴1，传动机构做水平方向旋转(对应时角)的定轴；时角伺服电机2，做水平方向旋转(对应时角)动力执行电机；平台主梁3，支撑旋转平面的结构；高度角行走杆4，在丝杆做直线运动通过连杆拉动执行杆，使太阳能电池做绕轴旋转，调整高度角；执行杆5，太阳能电池板绕轴旋转的执行杆，通过执行杆的角度变化可以使太阳能电池板做出相应的角度旋转；太阳能电池板旋转主轴6，太阳能电池板旋转的主轴；太阳能电池板7：光能转化成电能的执行元件；丝杆8，调整高度角的执行元件；拉杆9，高度角行走杆的连接杆，使所有高度角行走杆联动；齿轮10，平台旋转的传动部件；滑轨12，从动高度角行走杆的行走轨。

通过丝杆、连杆等精确传动机构，使整个装置联动；且通过是各点力矩平衡可使时角传动系统能力利用率提高。

参见图9，为本发明实施例4提供的一种多套太阳能发电系统的结构示意图，包括：控制模块101、交换机102、至少一传动机构103和至少一套太阳能电池板104；

所述控制模块101用于采用上述任一项所述的太阳光追踪方法生成控制信号，向所述交换机102发送所述控制信号；

所述交换机102，用于接收所述控制模块101的控制信号，并将所述控制信号分发至每一传动机构103；

所述传动机构103，用于响应所述交换机102传送的控制信号至伺服系统103，控制所述太阳能电池板104追踪太阳光进行转动。

基于上述方案，通过控制模块101统一生成控制信号，再批量分发至每一传动机构103，以使得太阳能电池板104能追踪太阳光进行转动，利于集中管理和集成通讯，无需每一传动机构均配备一控制单元，便于大规模推广和量产。

优选地，如图10所示，实施例4中的所述太阳能发电系统还包括光照强度探测器105和模拟量采集模块106，所述光照强度探测器105用于感受光照强度来输出模拟量至所述模拟量采集模块106；所述模拟量采集模块106，用于将所述光照强度探测器105输出的模拟量进一步发送至所述控制模块101，以使得所述控制模块101根据所述模拟量控制所述传动机构103的工作状态。优选地，所述模拟量采集模块通过所述控制模块的通讯串口与所述控制模块连接，所述交换机通过所述控制模块的网线插口与所述控制模块连接。

优选地，如图10所示，每一所述传动机构103还包括高度角伺服电机和时角伺服电机，所述高度角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在竖直方向转动，所述时角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在水平方向转动。进一步，所述高度角伺服电机和时角伺服电机优选为单轴伺服电机；所述高度角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在竖直方向转动，所述时角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在水平方向转动。通过单轴伺服电机进行联动，可减少系统的能耗，利于扩展和集成。

当每一所述传动机构103还包括高度角伺服电机和时角伺服电机时，所述控制信号包括：

时角控制信号，用于获取所述定位结果中所述太阳能发电装置所在经度信息，并基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区获取时角变化规律，并根据所述时角变化规律控制时角伺服电机；

高度角控制信号，用于基于所述太阳能发电装置所在的纬度信息，并实时获取任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角，根据所述太阳高度角控制高度角电机。

如图11所示，为实施例4和实施例5的太阳能发电系统的执行流程图，先根据上述任一项所述的太阳光追踪方法获得具体的地理位置，再根据预设的计算法则获得任意时刻的高度角和时角，再由所述控制模块下发控制信号，由所述交换机分配所述控制信号至每一伺服驱动，控制所述传动机构带动太阳能电池板进行相应的动作。

在实施例12中，如图7所示，是本发明实施例6提供的单套太阳能发电系统的结构示意图，包括控制模块101、第一伺服驱动Q1、第二伺服驱动Q2、第一伺服电机M1、第二伺服电机M2、光照强度探测器105和模拟量转换模块106；其中，第一伺服驱动Q1和第一伺服电机M1连接，第二伺服驱动Q2和第二伺服电机M2连接，控制模块101分别与第一伺服驱动Q1、第二伺服驱动Q2和模拟量转换模块106连接，所述光照强度探测器D1用于感受光照强度以输出对应的模拟量至控制模块101，伺服驱动Q1和伺服驱动Q2用于接受控制模块101的脉冲信号，输出至伺服电机做出相应的反应，调整太阳能电池板不同的姿态。优选地，第一伺服电机M1和第二伺服电机M2分别为角伺服电机和高度角伺服电机，所述高度角伺服电机和时角伺服电机选为单轴伺服电机；所述高度角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在竖直方向转动，所述时角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在水平方向转动。优选地，所述控制模块可为计算机等控制设备。其中，在本实施例中，采用可编程控制器P1作为控制设备，可降低成本，具有现实意义。单台太阳能发电系统通过采用编程控制器和伺服电机可提高传动精密度，提高太阳能转化率；所述光照强度探测器105用于感受光照强度来输出模拟量至所述模拟量采集模块106；所述模拟量采集模块106，用于将所述光照强度探测器105输出的模拟量进一步发送至所述控制模块101。

应该说明的是，实施例5所述的太阳能发电系统和实施例6所述的太阳能发电系统均采用了上述实施例所述太阳光追踪方法控制传动系统，但两者的区别在于，实施例5中的采用的是交换机的通讯传输进行多个传动机构(包括多个高度角伺服电机和多个时角伺服电机)的控制，而实施例6直接进行单个传动结构(包括唯一一个高度角伺服电机和唯一一个时角伺服电机)的控制，所述高度角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在竖直方向转动，所述时角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在水平方向转动。所述高度角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在竖直方向转动，所述时角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在水平方向转动。通过单轴伺服系统进行联动，可减少系统的能耗。如图13所示，为实施例6的太阳能发电系统的执行流程图，先根据上述任一项所述的太阳光追踪方法获得具体的地理位置，再根据预设的计算法则获得任意时刻的高度角和时角，再由所述控制模块直接下发控制信号至每一伺服驱动，控制所述传动机构带动太阳能电池板进行相应的动作。

参见图14，为本发明实施例7提供的一种太阳光追踪装置的结构示意图，包括：

定位模块201，用于根据输入的太阳能发电装置的纬度信息和经度信息，基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区；

太阳高度角计算模块202，用于基于所述太阳能发电装置所在的时区和所述经度信息实时获取所述太阳能发电装置所在位置的任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角；

太阳光追踪模块203，用于根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动。

优选地，通过以下公式实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角：

sin z＝sin y*sin b+cos y*cos b*cos w

其中，z为所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角，b为所述太阳能发电装置所在的纬度，w为任意时刻T所述太阳能发电装置所在位置的时角，y为当前时刻T对应的太阳直射纬度，且w＝(T-12)×15°，T为所述太阳能发电装置所在位置的任意时刻；

所述太阳直射纬度通过以下公式获得：

其中，y为所述太阳直射纬度，t为当前时刻T所在的公历天数。

优选地，具体用于根据时间前后将所述预设的时间段划分若干控制时段，根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，计算在每一所述控制时段内所述太能发电装置上的太阳能电池板的最优姿态；

当判断任意时刻由上一控制时段进入下一控制时段内时，根据所述下一控制时段内所述太能发电装置的最优姿态，控制所述太阳能发电装置上的传动结构以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定。

优选地，所述太阳光追踪装置(传动系统)还包括休眠控制模块和重新启动模块，所述休眠控制模块用于通过光照强度探测器检测光照强度，当检测到所述光照强度小于预设的阈值时，控制所述太阳能发电装置上的传动结构进入休眠状态；所述重新启动模块用于若所述太阳能发电装置上的传动结构处于休眠状态，且任意时刻检测到所述光照强度大于预设的阈值时，计算当前时刻所处的所述控制时段，根据所述控制时段内所述太能发电装置的最优姿态，控制所述太阳能发电装置上的传动结构重新启动，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定。

优选地，所述太阳光追踪装置还包括启动模块和停止模块，所述启动模块用于若任意时刻的时间信息超过所述预设的时间段的下限阈值，则控制所述太阳能发电装置上的传动结构开始进入工作状态，以使所述太阳能发电装置上的太阳能电池板从预设的原始姿态开始转动至相应控制时段内的最优姿态；其中，所述预设的时间段根据所述太阳能发电装置所在经度获得；

所述停止模块若任意时刻的时间信息超过所述预设的时间段的上限阈值，则控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板回到所述原始姿态，然后使所述传动结构进入停止工作状态。

优选地，所述太阳能发电装置上的传动结构包括所述高度角伺服电机和时角伺服电机，则所述控制所述太阳能发电装置上的传动结构以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定具体为：

通过所述高度角伺服电机控制所述太阳能电池板在竖直方向转动，并通过所述时角伺服电机控制所述太阳能电池板在水平方向转动，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定。

综上，本发明实施例公开了一种太阳光追踪方法、装置及太阳能发电系统，通过先获取所述太阳能发电装置所在的纬度信息和经度信息，基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区，然后基于所述太阳能发电装置所在的时区和所述经度信息实时获取任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角，再根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动，能实现主动追踪，解决了现有技术采用被动式追踪能耗大、调节精度低的问题，适用性更广，精度更高。

以上所述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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳光追踪方法，其特征在于，包括步骤：

根据输入的太阳能发电装置的纬度信息和经度信息，基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区；

基于所述太阳能发电装置所在的时区和所述经度信息实时获取所述太阳能发电装置所在位置的任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角；

根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动。

2.如权利要求1所述的太阳光追踪方法，其特征在于，通过以下公式实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角：

sin z＝sin y*sin b+cos y*cos b*cos w

其中，z为所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角，b为所述太阳能发电装置所在的纬度，w为任意时刻T所述太阳能发电装置所在位置的时角，y为任意时刻T对应的太阳直射纬度，且w＝(T-12)×15°，T为所述太阳能发电装置所在位置的任意时刻；

所述太阳直射纬度通过以下公式获得：

其中，y为所述太阳直射纬度，t为当前时刻T所在的公历天数。

3.如权利要求2所述的太阳光追踪方法，其特征在于，所述根据预设的时间段内所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动具体为：

根据时间前后将所述预设的时间段划分若干控制时段，根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，计算在每一所述控制时段内所述太能发电装置上的太阳能电池板的最优姿态；

当判断任意时刻由上一控制时段进入下一控制时段内时，根据所述下一控制时段内所述太能发电装置的最优姿态，控制所述太阳能发电装置上的传动结构以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定。

4.如权利要求3所述的太阳光追踪方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

通过光照强度探测器检测光照强度，当检测到所述光照强度小于预设的阈值时，控制所述太阳能发电装置上的传动结构进入休眠状态；

若所述太阳能发电装置上的传动结构处于休眠状态，且任意时刻检测到所述光照强度大于预设的阈值时，计算当前时刻所处的所述控制时段，根据所述控制时段内所述太能发电装置的最优姿态，控制所述太阳能发电装置上的传动结构重新启动，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板进入当前时刻的最优姿态。

5.如权利要求4所述的太阳光追踪方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

若任意时刻的时间信息超过所述预设的时间段的下限阈值，则控制所述太阳能发电装置上的传动结构开始进入工作状态，以使所述太阳能发电装置上的太阳能电池板从预设的原始姿态开始转动至相应控制时段内的最优姿态；其中，所述预设的时间段根据所述太阳能发电装置所在经度获得；

若任意时刻的时间信息超过所述预设的时间段的上限阈值，则控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板回到所述原始姿态，然后使所述传动结构进入停止工作状态。

6.如权利要求4任一项所述的太阳光追踪方法，其特征在于，所述太阳能发电装置上的传动结构包括所述高度角伺服电机和时角伺服电机，且所述控制所述太阳能发电装置上的传动结构以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定具体为：

通过所述高度角伺服电机控制所述太阳能电池板在竖直方向转动，并通过所述时角伺服电机控制所述太阳能电池板在水平方向转动，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板以所述最优姿态固定。

7.一种太阳能发电系统，其特征在于，包括控制模块、光照探测模块，交换机、至少一传动机构以及至少一太阳能电池板；其中，

所述控制模块用于采用权利要求1-6任一项所述的太阳光追踪方法生成控制信号，向所述交换机发送控制信号；

所述交换机，多套发电装置集成时用于接收所述控制模块的控制信号，并将所述控制信号分发至每一组伺服及执行机构；

所述传动机构，用于根据所述交换机传送的控制信号控制信号，控制所述太阳能电池板以最优姿态固定。

8.如权利要求7所述的太阳能发电系统，其特征在于，每一所述传动机构还包括高度角伺服电机和时角伺服电机；所述高度角伺服电机和时角伺服电机均为单轴伺服电机；所述高度角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在垂直方向转动，所述时角伺服电机用于控制所述太阳能电池板在水平方向转动。

9.一种太阳能发电系统，其特征在于，包括控制模块、伺服驱动、伺服电机、光照强度探测器和模拟量转换模块；其中，所述伺服驱动和所述伺服电机连接，控制模块分别与伺服驱动和模拟量转换模块连接，所述光照强度探测器和模拟量转换模块连接；

所述控制模块，用于采用权利要求1-6任一项所述的太阳光追踪方法生成控制信号，向所述伺服驱动发送控制信号；

所述光照强度探测器，用于感受光照强度来输出模拟量至所述模拟量采集模块；

所述模拟量采集模块，用于将所述光照强度探测器105输出的模拟量进一步发送至所述控制模块；

所述伺服驱动，用于接受所述控制模块发出的脉冲信号，输出至所述伺服电机做出相应的反应；

所述伺服电机，用于控制所述太阳能电池板的转动，以调整太阳能电池板不同的姿态。

10.一种太阳光追踪装置，其特征在于，包括：

定位模块，用于根据输入的太阳能发电装置的纬度信息和经度信息，基于所述经度信息计算所述太阳能发电装置所在的时区；

太阳高度角计算模块，用于基于所述太阳能发电装置所在的时区和所述经度信息实时获取所述太阳能发电装置所在位置的任意时刻的时间信息，根据所述时间信息和所述纬度信息，实时计算所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角；

太阳光追踪模块，用于根据预设的时间段内每一时刻所述太阳能发电装置所在位置的太阳高度角和时角，控制所述太阳能发电装置上的传动结构，以使得所述太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动。