CN109028608B - 一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统及其追日方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，包括远程总控台和至少一组热电联产阵列，热电联产阵列包括本地监控装置和至少一个热电联产单元，热电联产单元包括支架、传动机构、自供电装置、第一电路和至少一组热电联产模组；支架包括底座、立柱和框架，底座固定于安装位置，立柱的一端与底座固定连接、另一端通过传动机构与框架相连，热电联产模组设置于框架上；第一电路包括控制电路、第一定位模块，控制电路预存有与其本身对应的唯一ID以及与安装位置相对应的太阳时。本发明还提供了利用上述智能砷化镓高倍聚光热电联产系统实现的追日方法。本发明对太阳能转化率高，维修方便，能够极大的降低维护成本，适用于光伏发电技术领域。

Description

一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统及其追日方法

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，用于将太阳能转化为电能和热能，具体地说是一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统及其追日方法。

背景技术

随着科学技术的进步和经济的发展，人们的环保意识日益增强，太阳能作为可再生能源，以其总能量大、长久、普遍、无污染等诸多优点受到广泛的青睐，将太阳能进行光电、光热转化并加以利用是现在人们利用太阳能的普遍的技术手段。

如何提高太阳能的有效利用率成为制约光伏发电行业发展的一个主要因素，很多人选择砷化镓模组作为光电转换器件，但是现有的砷化镓模组对太阳能的利用率依然不够高。此外由于每个太阳能光伏板上有多个区块，每个区块又不止包含一个砷化镓模组，因此当某一个砷化镓模组损坏不易被发现，即使判断出有模组损坏也很难查找出其具体位置，这些不但严重影响了太阳能的转化效率还增加了维修人员的工作强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能转化率高，维修方便的智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，本发明的另外一个目的是提供利用上述智能砷化镓高倍聚光热电联产系统实现的追日方法。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：

一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，包括远程总控台和至少一组热电联产阵列，所述热电联产阵列包括本地监控装置和至少一个热电联产单元，所述热电联产单元包括支架、传动机构、自供电装置、第一电路和至少一组热电联产模组；

支架包括底座、立柱和框架，所述底座固定于安装位置，立柱的一端与底座固定连接、另一端通过传动机构与框架相连，所述传动机构包括方位子机构和俯仰子机构，所述热电联产模组设置于框架上；

所述第一电路包括控制电路和第一定位模块；

所述自供电装置的输出端分别与控制电路的电源输入端、第一定位模块的电源输入端、无线收发模块的电源输入端相连，第一定位模块和控制电路均与本地监控装置有线连接或者通过无线收发模块相连，本地监控装置与远程总控台无线连接；

所述控制电路的方位控制信号输出端与传动机构的方位子机构的控制信号输入端相连，控制电路的俯仰控制信号输出端与俯仰子机构的控制信号输入端相连，所述控制电路预存有与其本身对应的唯一ID以及与安装位置相对应的太阳时。

作为限定：所述热电联产模组包括外箱、与所述外箱对应的至少一组砷化镓聚光及接收装置，所述砷化镓聚光及接收装置包括设置在箱盖上表面的菲涅尔透镜以及设置于菲涅尔透镜下方箱体内的接收器；

所述接收器包括自上而下依次设置的二次光学元件、砷化镓太阳能电池芯片、导热基板、温差发电元件和集热装置，所述菲涅尔透镜、二次光学元件、砷化镓太阳能电池芯片的纵向中心轴线在同一直线上，二次光学元件的下表面在水平面上的投影落在砷化镓太阳能电池芯片在水平面上的投影之内，所述集热装置中空且腔体内装导热介质，集热装置的内部设置有集热通道；

所述箱体背板上设置有第二电路，所述第二电路包括盒体和设置于盒体内的用于测量热电联产模组输出电压的电压测量电路、比对电路、第二定位模块和信号发射装置，所述电压测量电路的信号输出端与比对电路的电压信号输入端相连，第二定位模块、比对电路均通过信号发射装置与本地监控装置相连，所述比对电路内预置有与自身对应的唯一ID。

作为进一步限定：所述外箱为长方体，沿箱体底边长边方向设置有M行、N列砷化镓聚光及接收装置，

所述M×N个接收器的电压输出端的连接结构为下列两种结构中的一种，

（一）所述M×N个接收器的电压输出端的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的N个接收器的电压输出端依次串联，第一列、第N列各自所包含的M个接收器的电压输出端依次串接，所述M×N个接收器的电压输出端形成的串并联结构的总的输出端与电压测量电路的电压输入端相连；

（二）所述M×N个接收器的电压输出端依次串接；

所述M×N个集热装置的腔体的连接结构为下列两种结构中的一种，

①所述M×N个接收器的腔体的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的N个集热装置的腔体通过管道依次串接，第一列、第N列各自所包含的M个集热装置的腔体分别通过管道依次串接；所述M×N个集热装置的腔体形成的串并联结构的总的导热介质的出口设置有第一流量计和温度计，总的导热介质的入口设置第二流量计，第一流量计、第二流量计的信号输出端分别与比对电路的第一流量信号输入端、第二流量信号输入端一一对应相连，温度计的信号输出端与比对电路的温度信号输入端相连；

②所述M×N个集热装置的腔体通过管道依次串接；

所述外箱的数量为S个，第一外箱～第S外箱的箱体背板上均设置有总的导热介质的出口和总的导热介质的入口，S个外箱通过各自的总的导热介质的出口和总的导热介质的入口依次串接，S个外箱形成的串接结构的两端与一个主动泵相连；

所述M≥2，N≥2，S≥2。

作为另一种限定：所述二次光学元件下表面的形状与所述砷化镓太阳能电池芯片光电转换的区域的形状相同。

作为对二次光学元件的第二种限定：所述二次光学元件分为上部和下部，其上部为自上而下横截面直径逐渐变大的球缺/球带、下部为上大下小的圆锥/圆台/棱台；

所述上部与下部一体成型，二者的连接处圆滑过渡，下部外表面镀有反光材料。

作为第二种限定：所述控制电路还包括安装在框架侧面的感光装置，所述感光装置包括基座、垂直于基座上表面的遮光组件和第一～第四光照传感器，第一～第四光照传感器的信号输出端与控制电路的光感信号输入端相连，所述基座的上表面平行于框架的上表面；

所述遮光组件为以下任意一种结构，

a、所述遮光组件是一长方体遮光柱，该长方体遮光柱底面的一组对边平行于水平面，第一～第四光照传感器分别一一对应靠近长方体遮光柱四个侧面设置，第一光照传感器、第二光照传感器与底边平行于水平面的一组侧面相对应，第三光照传感器、第四光照传感器与另一组侧面相对应，每个光照传感器与与之对应的侧面底边两端点的连线跟该底边的夹角均为锐角；

b、遮光组件包括第一～第四遮光板，第一遮光板、第二遮光板与基座的交线平行于水平面，第三遮光板、第四遮光板与基座的交线跟第一遮光板、第二遮光板与基座的交线垂直，第一～第四光照传感器于第一～第四遮光板围成的矩形轮廓的外围且分别一一对应靠近第一～第四遮光板设置，每个光照传感器跟与之对应的遮光板底线的两端点的连线与该底线的夹角均为锐角；

c、所述遮光组件为一圆柱体遮光柱，第一～第四光照传感器呈正方形靠近所述圆柱体遮光柱分布，第三光照传感器和第四光照传感器的连线平行于水平面，第一光照传感器和第二光照传感器的连线跟第三光照传感器和第四光照传感器的连线垂直。

作为第三种限定：立柱上还设置有角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与控制电路的角度偏移信号输入端相连。

作为第四种限定：所述框架的横杆和竖杆通过螺栓和补强板固定相连，在靠近框架边界处横杆和竖杆相连处设置有一牢固程度监测点，在所述牢固程度监测点的横杆、竖杆彼此相接的位置安装有第一距离传感器和第二距离传感器，第一距离传感器设置于横杆上，第二距离传感器设置于竖杆上；

第一距离传感器和第二距离传感器的信号输出端均与控制电路的距离信号输入端相连。

作为第五种限定：所述热电联产单元还包括设置于所述框架上边沿的避雷针和风速仪；

所述风速仪的信号输出端与控制电路的风速信号输入端相连。

一种追日方法，采用上述的智能砷化镓高倍聚光热电联产系统来实现，该方法包括依次进行的以下步骤：

一、在日出前，控制电路根据其内预设的太阳时，控制方位子机构和俯仰子机构动作，从而带动框架旋转，直至砷化镓模组上表面所处的平面垂直于日出时的阳光的入射方向；

二、日出后，控制电路根据其内预设的太阳时，控制方位子机构和俯仰子机构实时调整框架平面的朝向、与地面的夹角，以保证砷化镓模组上表面所处的平面垂直于阳光的入射方向；

三、日落后，控制电路方位子机构和俯仰子机构动作，带动框架旋转直至回归到“标准安全点”。

作为限定，其所采用的硬件还包括风速仪，所述风速仪的信号输出端与控制电路的风速信号输入端相连，

在步骤一、二、三进行的同时，风速仪实时监测风速并将风速监测结果发送至控制电路，当风速超过预设值时，控制器控制传动机构带动框架旋转直至回归到“瞬时安全点”。

作为第二种限定：所述“标准安全点”即，框架朝向东北方、且俯仰角为10°所处的位置。

作为进一步限定：所述“瞬时安全点”即，框架朝向风速超过预设值的瞬时自身的方位、且俯仰角为10°所处的位置。

作为第三种限定，所述控制电路还包括安装在框架侧面的感光装置，所述感光装置包括基座、垂直于基座上表面的遮光组件和第一～第四光照传感器，第一～第四光照传感器的信号输出端与控制电路的光感信号输入端相连，所述基座的上表面平行于框架的上表面；

所述遮光组件为以下任意一种结构，

a、所述遮光组件是一长方体遮光柱，该长方体遮光柱底面的一组对边平行于水平面，第一～第四光照传感器分别一一对应靠近长方体遮光柱四个侧面设置，第一光照传感器、第二光照传感器与底边平行于水平面的一组侧面相对应，第三光照传感器、第四光照传感器与另一组侧面相对应，每个光照传感器与与之对应的侧面底边两端点的连线跟该底边的夹角均为锐角；

b、遮光组件包括第一～第四遮光板，第一遮光板、第二遮光板与基座的交线平行于水平面，第三遮光板、第四遮光板与基座的交线跟第一遮光板、第二遮光板与基座的交线垂直，第一～第四光照传感器于第一～第四遮光板围成的矩形轮廓的外围且分别一一对应靠近第一～第四遮光板设置，每个光照传感器跟与之对应的遮光板底线的两端点的连线与该底线的夹角均为锐角；

c、所述遮光组件为一圆柱体遮光柱，第一～第四光照传感器呈正方形靠近所述圆柱体遮光柱分布，第三光照传感器和第四光照传感器的连线平行于水平面，第一光照传感器和第二光照传感器的连线跟第三光照传感器和第四光照传感器的连线垂直；

所述步骤一和二均包括“微调过程”，所述“微调过程” 包括以下步骤，

（一）第一～第四光照传感器分别将监测到的光照强度发送至控制电路；

（二）控制电路比较第一光照传感器和第二光照传感器的监测结果，如果二者的差值在预设差值范围内则不进行俯仰角度调整，否则控制电路控制俯仰子机构带动框架向光照强度强的方向旋转直至第一光照传感器和第二光照传感器监测到的光照强度的差值在预设差值范围内；与此同时，控制电路比较第三光照传感器和第四光照传感器的监测结果，如果二者的差值在预设差值范围内则不进行方位角的调整，否则控制电路控制方位子机构带动框架向光照强度强的方向旋转直至第三光照传感器和第四光照传感器监测到的光照强度的差值在预设差值范围内。

作为第四种限定：立柱上还设置有角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与控制电路的角度偏移信号输入端相连；

在步骤一、二、三进行的同时，角度传感器实时监测立柱与竖直方向的夹角并将结果发送至控制电路，当立柱与竖直方向的夹角超过预设值时，控制电路将上述夹角错误信息和自身的位置信息、ID一起发送至本地监控装置，本地监控装置将收到的信息发送至远程总控台。

作为第五种限定：所述框架的横杆和竖杆通过螺栓和补强板固定相连，在靠近框架边界处横杆和竖杆相连处设置有一牢固程度监测点，在所述牢固程度监测点的横杆、竖杆彼此相接的位置安装有第一距离传感器和第二距离传感器，第一距离传感器设置于横杆上，第二距离传感器设置于竖杆上；

第一距离传感器和第二距离传感器的信号输出端均与控制电路的距离信号输入端相连；

在步骤一、二、三进行的同时，第一距离传感器和第二距离传感将测量的彼此之间的距离值发送至控制电路，当所述距离值大于预设值时，控制电路将上述距离错误信息和自身的位置信息、ID一起发送至本地监控装置，本地监控装置将收到的信息发送至远程总控台。

作为第六种限定：在步骤一、二、三进行的同时，除了通过自身控制电路实时调整框架的俯仰角和方位角，还包括“群控过程”，所述“群控过程”包括两种情况下的调控；

第一种情况：如遇雨雪、冰雹天气，通过远程总控台中心，根据各个热电联产单元的ID向对应的控制电路发送控制命令，统一调整各个框架的俯仰角为“特殊天气角度”以便雨雪、冰雹快速滑落；

第二种情况：日落后，通过远程总控台，根据各个热电联产单元的ID向对应的控制电路发送控制命令，统一调整各个框架的俯仰角为“清洗角度”以便统一清洗；

所述“特殊天气角度”即，框架保持当前的方位不变、且俯仰角为10°所处的位置；

所述“清洗角度”即，框架朝向东北方、且俯仰角为10°所处的位置。

本发明由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

（1）本发明设置俯仰子机构和方位子机构，并内置安装位置的太阳时，可根据太阳时实时调整框架的朝向，保证阳光对框架表面的直射；

（2）本发明设置感光装置，实时监测瞬时太阳光强度，能够实现对太阳的精确跟踪，进一步保证阳光对热电联产模组的直射；

（3）本发明的角度传感器用于监测立柱是否歪斜并反馈，以此进一步保证整个系统追日的精确性；

（4）本发明的风速仪用于实施监测风速，并反馈，当风速超过预设值时，控制器控制框架调整角度回归到安全位置，有利于保证整个系统的安全，降低损耗和维护成本；

（5）本发明提供的追日方法，从日出到日落根据太阳时实时追日，最大程度上保证了阳光对热电联产模组的直射；

（6）本发明的追日方法还包括微调过程，在根据太阳时追日的基础上，根据感光装置的检测结果对框架的朝向进行更精确的调整，进一步提高了追日的精确性；

（7）本发明在日落之后调整框架回到“标准安全点”，减夜间系统的负荷和损耗，也便于清洗，在风速超过系统预设值时调整框架回到“瞬时安全点”，减少系统损坏的几率，降低了成本；

（8）本发明使用角度传感器、距离传感器，监测系统是否存在故障，高效智能；

（9）本发明设置的第二电路，通过测量热电联产模组的输出电压并与设定值比对，以判断是否有砷化镓太阳能芯片损坏或老化，同时结合定位装置和信号发射装置将自身位置、监测结果发送至控制中心，方便监测和维修，降低了维护成本；

（10）本发明在导热基板和集热装置之间设置温差发电元件，能够提高1%～3%的发电量；

（11）本发明不但可以实现光电转换，还能实现热电转换，同时将多余热量交换给集热装置腔体内的导热介质从而为用户提供生活用热水或者暖气热量，这有利于提高太阳能的利用率，满足用户的用电机用暖多种需求，尤其适用于偏远山区，海岛哨所等地；

（12）本发明的二次光学元件上部设置为球带状或者球缺状，能够增大光吸收面积；

（13）本发明的二次光学元件设定为特定形状，能够优先保证散部分射光的二次汇聚，最后将光线均匀射在砷化镓太阳能电池芯片上，从而可以增大砷化镓太阳能电池芯片的寿命，还有利于集热装置快速将热量导出，同时上述结构还降低了对系统在跟踪太阳光直射方面的精确度的要求；

（14）本发明的集热装置内部设置的集热通道，有利于导热介质与集热装置进行充分的热交换，进一步提高了对太阳能的利用率；

（15）本发明的流量计实时监测其所对应的箱体的总的导热介质的出口的导热介质流量，有利于使用者及时发现是否存在集热装置腔体堵塞的情况发生，避免因堵塞之后集热装置过热进而损坏整个设备的情况发生；

（16）本发明对太阳能的利用率高，从而占地面积小，所采用的材料对高温的耐受性高，总体上对环境更加友好；

（17）本发明还包括远程、群控过程，方便在雨雪、冰雹天气使雨雪快速滑落，以及日落后统一清洗；

（18）本发明有利于实现聚光热电联产系统的小型化，解决现有的聚光热电单体太大使用受限制、浪费土地资源的问题，同时便于管理和维护。

本发明适用于光伏发电技术领域。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明实施例1的总体结构原理框图；

图2为本发明实施例1的热电联产单元的结构示意图；

图3为本发明实施例1的含长方体遮光柱的感光装置结构示意图；

图4为本发明实施例1的含四个遮光板的感光装置的结构示意图；

图5为本发明实施例1的含圆柱体遮光柱的感光装置的结构示意图；

图6为本发明实施例1的热电联产模组结构示意图；

图7为本发明实施例1的箱体背面结构示意图；

图8为本发明实施例1的接收器结构示意图；

图9为本发明实施例1的二次光学原件上部为球缺状的接收器结构示意图；

图10为本发明实施例1的第一种结构的集热通道结构示意图；

图11为本发明实施例1的第二种结构的集热通道结构示意图；

图12为本发明实施例1的第三种结构的集热通道结构示意图；

图13为本发明实施例1的第四种结构的集热通道结构示意图；

图14为本发明实施例1的各个集热装置连接示意图；

图15为本发明实施例1的控制电路核心电路图。

图中：1、底座，2、立柱，3、框架，4、防尘外壳，5、感光装置，51、长方体遮光柱，52、第一光照传感器，53、第二光照传感器，54、第三光照传感器，55、第四光照传感器，511、第一遮光板，512、第二遮光板，513、第三遮光板，514、第四遮光板，515、圆柱体遮光柱，6、热电联产模组，61、外箱，611、箱盖，612、箱体，613、盒体，62、菲涅尔透镜，63、接收器，631、二次光学元件，632、砷化镓太阳能电池芯片，633、导热基板，634、集热装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1 一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统

如图1所示，本实施例包括远程总控台和四组热电联产阵列，热电联产阵列包括本地监控装置和至少一个热电联产单元，热电联产单元包括支架、传动机构、自供电装置、第一电路和至少一组热电联产模组6；其中，

①支架

支架包括底座1、立柱2和框架3，底座1固定于安装位置，立柱2的一端与底座1固定连接、另一端通过传动机构与框架3相连，传动机构包括方位子机构和俯仰子机构；

②第一电路

第一电路包括设置于立柱2上防尘外壳4内的控制电路、定位模块；

第一定位模块和控制电路均与本地监控装置有线连接或者通过无线收发模块相连，本地监控装置与远程总控台无线连接；

控制电路的方位控制信号输出端与传动机构的方位子机构的控制信号输入端相连，控制电路的俯仰控制信号输出端与俯仰子机构的控制信号输入端相连，控制电路预存有与其本身对应的唯一ID以及与安装位置相对应的太阳时；控制电路还包括安装在框架3侧面的感光装置5，感光装置5包括基座、垂直于基座上表面的遮光组件和第一～第四光照传感器52～55，第一～第四光照传感器52～55的信号输出端与控制电路的光感信号输入端相连，基座的上表面平行于框架1的上表面；

遮光组件是一长方体遮光柱51，该长方体遮光柱51底面的一组对边平行于水平面，第一～第四光照传感器52～55分别一一对应靠近长方体遮光柱51四个侧面设置，第一光照传感器52、第二光照传感器53与底边平行于水平面的一组侧面相对应，第三光照传感器54、第四光照传感器55与另一组侧面相对应，每个光照传感器与与之对应的侧面底边两端点的连线跟该底边的夹角均为锐角；

立柱2上还设置有角度传感器，角度传感器的信号输出端与控制电路的角度偏移信号输入端相连；

框架3的横杆和竖杆通过螺栓和补强板固定相连，在靠近框架3边界处横杆和竖杆相连处设置有一牢固程度监测点，在牢固程度监测点的横杆、竖杆彼此相接的位置安装有第一距离传感器和第二距离传感器，第一距离传感器设置于横杆上，第二距离传感器设置于竖杆上；

③自供电装置

自供电装置包括电源和逆变器；

电源为市电和/或蓄电池和/或晶硅光伏电源和/或应急发电机，市电与逆变器的电源输出板相连，蓄电池、晶硅光伏电源通过电源控制器与逆变器的电源输入端相连，应急发电机的电源输出端与逆变器的输入端相连，逆变器的电源输出端作为自供电装置的输出端；

自供电装置的输出端分别与控制电路的电源输入端、定位模块的电源输入端、无线收发模块的电源输入端相连；

自供电装置提供了多种供电模式，使得整个系统适用性更强；

④热电联产模组6

如图6，热电联产模组6包括至少一个长方体形状的外箱61以及与外箱61上的至少一组砷化镓聚光及接收装置，本实施例中每个外箱上设置八行、十列结构相同的砷化镓聚光及接收装置，砷化镓聚光及接收装置包括设置在箱盖611上表面的菲涅尔透镜62以及设置于菲涅尔透镜62下方箱体612内的接收器63，

如图8和9所示，接收器63包括自上而下依次设置的二次光学元件631，砷化镓太阳能电池芯片632、导热基板633、温差发电元件和集热装置634，二次光学元件631与砷化镓太阳能电池芯片632之间通过光学胶粘接，砷化镓太阳能电池芯片632使用真空回流焊技术焊接在导热基板633上，导热基板633与温差发电元件之间通过导热胶粘接，温差发电元件与集热装置634之间通过导热胶粘接。

菲涅尔透镜62上表面自上而下涂有纳米材料制成的减灰膜、减反膜，能够增加透光率，减少灰尘沉降，降低维护成本、时间和难度。

如图8和9所示，二次光学元件631分为上部和下部，其上部为自上而下横截面直径逐渐变大的球缺/球带，下部为上大下小的圆台，上部与下部一体成型，二者的连接处圆滑过渡，下部外表面镀有反光材料，二次光学元件631下表面的形状与砷化镓太阳能电池芯片632光电转换的区域的形状相同。

砷化镓太阳能电池芯片632并联有反向旁路二极管，当某个砷化镓太阳能电池芯片损坏后，电流可通过其并联的旁路二极管继续传递。

导热基板633为三层复合结构，其上层和下层均为铜覆金材质、中间层为Al₂O₃、Al₂N₃材质或其它基板材料。

集热装置634中空且内装导热介质，如图10所示，集热通道的结构可按照如图5所示结构设置，腔体内设置有多个彼此平行的隔板，相邻两隔板之间的空间形成集热通道，与隔板垂直的两侧壁上开设导热介质的出口、入口；也可按照如图11所示的结构设置，腔体内设置有多个彼此平行的隔板，每个隔板上分别开设有供导热介质流过的小孔，与隔板平行的侧壁开设导热介质的出口、入口；还可按照如图12所示的结构设置，腔体内设置有多个垂直于箱体底面的导热柱，侧壁开设有导热介质的出口、入口；又可按照如图13所示的结构设置，腔体内设置有多个彼此平行并形成梳状交叉结构的隔板，与隔板平行的侧壁开设有导热介质的出口、入口；集热装置634壳体外部设置有保温涂层或者阻燃保温材料层，减少了热量损耗；如图14所示，八十个接收器63的腔体的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的十个集热装置634的腔体通过管道依次串接，第一列、第十列各自所包含的八个集热装置634的腔体分别通过管道依次串接；八十个集热装置634的腔体形成的串并联结构的总的导热介质的出口设置有第一流量计和温度计，总的导热介质的入口设置第二流量计，第一流量计、第二流量计的信号输出端分别与比对电路的第一流量信号输入端、第二流量信号输入端一一对应相连，温度计的信号输出端与比对电路的温度信号输入端相连。

如图7所示，箱体61背板上设置有第二电路，第二电路包括盒体613和设置于盒体613内的电压测量电路、比对电路、定位装置和信号发射装置，电压测量电路的信号输出端与比对电路的电压信号输入端相连，定位装置、比对电路均通过信号发射装置与本地监控装置相连，比对电路内预置有与自身对应的唯一ID，太阳能电池芯片632的电压输出端与温差发电元件的电压输出端短接形成接收器的电压输出端，本实施例中，接收器63的电压输出端的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的八个接收器63的电压输出端依次串联，第一列、第八列各自所包含的十个接收器63的电压输出端依次串接，八十个接收器63的电压输出端形成的串并联结构的总的输出端与电压测量电路的电压输入端相连。

本实施例中框架3上边沿设置有避雷针和风速仪，风速仪的信号输出端与控制电路的风速信号输入端相连，可进一步降低系统被损坏的几率。

本实施例还设置有遥控器，遥控器的信号输出端与各个控制电路的遥控信号输入端相连，使用遥控对框架的朝向进行手动调节，便于近距离实时管理和清洗。

本实施例中遮光组件还可采用但不限于如下两种结构：

Ⅰ、遮光组件包括第一～第四遮光板511～514，第一遮光板511、第二遮光板512与框架3的交线平行于水平面，第三遮光板513、第四遮光板514与基座的交线跟第一遮光板511、第二遮光板512与基座的交线垂直，第一～第四光照传感器52～55于第一～第四遮光板511～514围城的矩形轮廓的外围且分别一一对应靠近第一～第四遮光板511～514设置，每个光照传感器跟与之对应的遮光板底线的两端点的连线与该底线的夹角均为锐角；

Ⅱ、遮光组件为一圆柱体遮光柱515，第一～第四光照传感器52～55呈正方形靠近圆柱体遮光柱515分布，第三光照传感器54和第四光照传感器55的连线平行于水平面，第一光照传感器52和第二光照传感器53的连线跟第三光照传感器和第四光照传感器的连线垂直。

本实施例中，箱体61的个数为二十个，第一箱体～第二十箱体背板上均设置有总的导热介质的出口和总的导热介质的入口，二十个箱体61通过各自的总的导热介质的出口和总的导热介质的入口依次串接，二十个箱体61形成的串接结构的两端与一个主动泵相连。

本实施例中，二次光学元件631的下部还可为上大下小的棱台或者棱锥，本实施例中，八十个接收器63的电压输出端还可设置为依次串接的连接方式；八十个集热装置634的腔体还可设置为通过管道依次串接的连接方式。

太阳光被菲涅尔透镜62汇聚后，进入二次光学元件631，在二次光学元件631内部经过反射、折射的过程形成饱和的、均匀的太阳光束，并投射到砷化镓太阳能电池芯片632上，砷化镓太阳能电池芯片632吸收收到的太阳光能量并将其转化为电能，导热基板633将太阳光的热能传到给集热装置634，集热装置634将收到的热量交还给内部的导热介质并以此给用户提供生活用热水或者热气；导热基板633和集热装置634之间的温差发电元件将多余的热量转化为电能；在上述过程中，第二电路中的电压测量电路测量所有热电联产模组发电的总电压，并将电压测量结果发送到比对电路，第一流量计和第二流量计将测得的流量结果发送至比对电路，温度计将测得的温度结果发送至比对电路，比对电路将收到的电压测量结构、流量测量结果、温度测量结果与其内部的预设的标准值比对并将比对结果通过本地监控装置发送到远程中控台，定位装置通过本地监控装置将自身的位置信息发送到远程总控台；远程总控台的管理人员可以实时查看是否存在电压异常、流量异常或者温度异常的情况，并及时获知电压异常、流量异常或者温度异常的热电联产模组所处的位置。

本实施例中，温差发电元件采用碲化铋温差发电组件，能够提升1%-3%的发电效率；比对电路采用以LM339集成块为核心的比对电路；控制电路核心电路如图15所示，其中D1是其电源指示灯；定位模块采用CPS定位模块或者北斗定位模块；无线收发模块采用WL101-341和WL102-341为核心的模块；第一～第四光照传感器52～55采用以3DU33光敏三极管为核心的光照传感器，感光装置5上还设置发光二极管用以指示感光装置5的工作状态。

远程总控台还通过无线网络与web服务器和装有相应APP的移动终端相连，当远程总控台收到错误信息时，向指定的web服务器、移动终端推送相应的错误信息；远程总控台还设定有电话号码呼叫功能，根据故障级别的等级呼叫相应的电话，待电话接通后，自动语音播预先设定好的音频文件，以便使用者第一时间得到故障信息；使用者通过App或者web服务器做出相应的处理，从而可以让损失降到最低，效率提升至最高。使用者根据远程总控台长期的监控和大量的数据汇集，对采集的数据进行长期的监控分析，尤其是对故障前的数据进行分析；在积累到大量数据后，就可以在出现类似数据的时候，提前将可能出现的故障信息传递给使用者，实现故障预警，以便使用者预先减少出现故障的几率。

实施例2 一种追日方法

本实施例采用实施例1来实现，包括依次进行的以下步骤：

一、在日出前，控制电路根据其内预设的太阳时，控制方位子机构和俯仰子机构动作，从而带动框架3旋转，直至砷化镓模组上表面所处的平面垂直于日出时的阳光的入射方向；

二、日出后，控制电路根据其内预设的太阳时，控制方位子机构和俯仰子机构实时调整框架3平面的朝向、与地面的夹角，以保证砷化镓模组上表面所处的平面垂直于阳光的入射方向；

三、日落后，控制电路方位子机构和俯仰子机构动作，带动框架3旋转直至回归到“标准安全点”，即朝向东北方、且俯仰角为10°所处的位置。

在步骤一、二、三进行的同时，风速仪实时监测风速并将风速监测结果发送至控制电路，当风速超过预设值时，控制器控制传动机构带动框架3旋转直至回归到“瞬时安全点”即框架3朝向风速超过预设值的瞬时自身的方位、且俯仰角为10°所处的位置。

作为优化，步骤一和二均包括以下“微调过程”：

（一）第一～第四光照传感器52～55分别将监测到的光照强度发送至控制电路；

（二）控制电路比较第一光照传感器52和第二光照传感器53的监测结果，如果二者的差值在预设差值范围内则不进行俯仰角的调整，否则控制电路控制俯仰子机构带动框架3向光照强度强的方向旋转直至第一光照传感器52和第二光照传感器53监测到的光照强度的差值在预设差值范围内；与此同时，控制电路比较第三光照传感器54和第四光照传感器55的监测结果，如果二者的差值在预设差值范围内则不进行方位角的调整，否则控制电路控制方位子机构带动框架3向光照强度强的方向旋转直至第三光照传感器54和第四光照传感器55监测到的光照强度的差值在预设差值范围内。

作为进一步优化，在步骤一、二、三进行的同时，角度传感器实时监测立柱2与竖直方向的夹角并将结果发送至控制电路，当立柱2与竖直方向的夹角超过预设值时，控制电路将上述夹角错误信息和自身的位置信息、ID一起发送至本地监控装置，本地监控装置将收到的信息发送至远程总控台。

作为更进一步优化，在步骤一、二、三进行的同时，第一距离传感器和第二距离传感将测量的彼此之间的距离值发送至控制电路，当距离值大于预设值时，控制电路将上述距离错误信息和自身的位置信息、ID一起发送至本地监控装置，本地监控装置将收到的信息发送至远程总控台。

作为再进一步优化：在步骤一、二、三进行的同时，除了通过自身控制电路实时调整框架3的俯仰角和方位角，还包括“群控过程”，“群控过程”包括两种情况下的调控；

第一种情况：如遇雨雪、冰雹天气，通过远程总控台，根据各个智能全自动追日系统的ID向对应的控制电路发送控制命令，统一调整各个框架3的俯仰角为“特殊天气角度”以便雨雪、冰雹快速滑落，“特殊天气角度”即，框架保持当前的方位不变、且俯仰角为10°所处的位置；

第二种情况：日落后，通过远程总控台，根据各个智能全自动追日系统的ID向对应的控制电路发送控制命令，统一调整各个框架3的俯仰角为“清洗角度”以便统一清洗，“清洗角度”即，框架朝向东北方、且俯仰角为10°所处的位置。

Claims (15)

1.一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，其特征在于：包括远程总控台和至少一组热电联产阵列，所述热电联产阵列包括本地监控装置和至少一个热电联产单元，所述热电联产单元包括支架、传动机构、自供电装置、第一电路和至少一组热电联产模组；

支架包括底座、立柱和框架，所述底座固定于安装位置，立柱的一端与底座固定连接、另一端通过传动机构与框架相连，所述传动机构包括方位子机构和俯仰子机构，所述热电联产模组设置于框架上；

所述第一电路包括控制电路和第一定位模块；

所述自供电装置的输出端分别与控制电路的电源输入端、第一定位模块的电源输入端、无线收发模块的电源输入端相连，第一定位模块和控制电路均与本地监控装置有线连接或者通过无线收发模块相连，本地监控装置与远程总控台无线连接；

所述控制电路的方位控制信号输出端与传动机构的方位子机构的控制信号输入端相连，控制电路的俯仰控制信号输出端与俯仰子机构的控制信号输入端相连，所述控制电路预存有与其本身对应的唯一ID以及与安装位置相对应的太阳时；

所述热电联产单元还包括设置于所述框架上边沿的避雷针和风速仪；

所述风速仪的信号输出端与控制电路的风速信号输入端相连；

风速仪实时监测风速并将风速监测结果发送至控制电路，当风速超过预设值时，控制器控制传动机构带动框架旋转直至回归到“瞬时安全点”。

2.根据权利要求1所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，其特征在于：所述热电联产模组包括外箱、与所述外箱对应的至少一组砷化镓聚光及接收装置，所述砷化镓聚光及接收装置包括设置在箱盖上表面的菲涅尔透镜以及设置于菲涅尔透镜下方箱体内的接收器；

所述接收器包括自上而下依次设置的二次光学元件、砷化镓太阳能电池芯片、导热基板、温差发电元件和集热装置，所述菲涅尔透镜、二次光学元件、砷化镓太阳能电池芯片的纵向中心轴线在同一直线上，二次光学元件的下表面在水平面上的投影落在砷化镓太阳能电池芯片在水平面上的投影之内，所述集热装置中空且腔体内装导热介质，集热装置的内部设置有集热通道；

箱体背板上设置有第二电路，所述第二电路包括盒体和设置于盒体内的用于测量热电联产模组输出电压的电压测量电路、比对电路、第二定位模块和信号发射装置，所述电压测量电路的信号输出端与比对电路的电压信号输入端相连，第二定位模块、比对电路均通过信号发射装置与本地监控装置相连，所述比对电路内预置有与自身对应的唯一ID。

3.根据权利要求2所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，其特征在于：所述外箱为长方体，沿箱体底边长边方向设置有M行、N列砷化镓聚光及接收装置，

所述M×N个接收器的电压输出端的连接结构为下列两种结构中的一种，

（一）所述M×N个接收器的电压输出端的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的N个接收器的电压输出端依次串联，第一列、第N列各自所包含的M个接收器的电压输出端依次串接，所述M×N个接收器的电压输出端形成的串并联结构的总的输出端与电压测量电路的电压输入端相连；

（二）所述M×N个接收器的电压输出端依次串接；

所述M×N个集热装置的腔体的连接结构为下列两种结构中的一种，

①所述M×N个接收器的腔体的连接结构为串并联结构，所述串并联结构即，每行的N个集热装置的腔体通过管道依次串接，第一列、第N列各自所包含的M个集热装置的腔体分别通过管道依次串接；所述M×N个集热装置的腔体形成的串并联结构的总的导热介质的出口设置有第一流量计和温度计，总的导热介质的入口设置第二流量计，第一流量计、第二流量计的信号输出端分别与比对电路的第一流量信号输入端、第二流量信号输入端一一对应相连，温度计的信号输出端与比对电路的温度信号输入端相连；

②所述M×N个集热装置的腔体通过管道依次串接；

所述外箱的数量为S个，第一外箱～第S外箱的箱体背板上均设置有总的导热介质的出口和总的导热介质的入口，S个外箱通过各自的总的导热介质的出口和总的导热介质的入口依次串接，S个外箱形成的串接结构的两端与一个主动泵相连；

所述M≥2，N≥2，S≥2。

4.根据权利要求2所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，其特征在于：所述二次光学元件下表面的形状与所述砷化镓太阳能电池芯片光电转换的区域的形状相同。

5.根据权利要求2所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，其特征在于：所述二次光学元件分为上部和下部，其上部为自上而下横截面直径逐渐变大的球缺/球带、下部为上大下小的圆锥/圆台/棱台；

所述上部与下部一体成型，二者的连接处圆滑过渡，下部外表面镀有反光材料。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，其特征在于：所述控制电路还包括安装在框架侧面的感光装置，所述感光装置包括基座、垂直于基座上表面的遮光组件和第一～第四光照传感器，第一～第四光照传感器的信号输出端与控制电路的光感信号输入端相连，所述基座的上表面平行于框架的上表面；

所述遮光组件为以下任意一种结构，

a、所述遮光组件是一长方体遮光柱，该长方体遮光柱底面的一组对边平行于水平面，第一～第四光照传感器分别一一对应靠近长方体遮光柱四个侧面设置，第一光照传感器、第二光照传感器与底边平行于水平面的一组侧面相对应，第三光照传感器、第四光照传感器与另一组侧面相对应，每个光照传感器与与之对应的侧面底边两端点的连线跟该底边的夹角均为锐角；

b、遮光组件包括第一～第四遮光板，第一遮光板、第二遮光板与基座的交线平行于水平面，第三遮光板、第四遮光板与基座的交线跟第一遮光板、第二遮光板与基座的交线垂直，第一～第四光照传感器于第一～第四遮光板围成的矩形轮廓的外围且分别一一对应靠近第一～第四遮光板设置，每个光照传感器跟与之对应的遮光板底线的两端点的连线与该底线的夹角均为锐角；

c、所述遮光组件为一圆柱体遮光柱，第一～第四光照传感器呈正方形靠近所述圆柱体遮光柱分布，第三光照传感器和第四光照传感器的连线平行于水平面，第一光照传感器和第二光照传感器的连线跟第三光照传感器和第四光照传感器的连线垂直。

7.根据权利要求1所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，其特征在于：立柱上还设置有角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与控制电路的角度偏移信号输入端相连。

8.根据权利要求1所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统，其特征在于：所述框架的横杆和竖杆通过螺栓和补强板固定相连，在靠近框架边界处横杆和竖杆相连处设置有一牢固程度监测点，在所述牢固程度监测点的横杆、竖杆彼此相接的位置安装有第一距离传感器和第二距离传感器，第一距离传感器设置于横杆上，第二距离传感器设置于竖杆上；

第一距离传感器和第二距离传感器的信号输出端均与控制电路的距离信号输入端相连。

9.权利要求1-8中任意一项所述的一种智能砷化镓高倍聚光热电联产系统的一种追日方法，其特征在于该方法包括依次进行的以下步骤：

一、在日出前，控制电路根据其内预设的太阳时，控制方位子机构和俯仰子机构动作，从而带动框架旋转，直至砷化镓模组上表面所处的平面垂直于日出时的阳光的入射方向；

二、日出后，控制电路根据其内预设的太阳时，控制方位子机构和俯仰子机构实时调整框架平面的朝向、与地面的夹角，以保证砷化镓模组上表面所处的平面垂直于阳光的入射方向；

三、日落后，控制电路方位子机构和俯仰子机构动作，带动框架旋转直至回归到“标准安全点”；

在步骤一、二、三进行的同时，风速仪实时监测风速并将风速监测结果发送至控制电路，当风速超过预设值时，控制器控制传动机构带动框架旋转直至回归到“瞬时安全点”。

10.根据权利要求9所述的一种追日方法，其特征在于：所述“标准安全点”即，框架朝向东北方、且俯仰角为10°所处的位置。

11.根据权利要求9所述的一种追日方法，其特征在于：所述“瞬时安全点”即，框架朝向风速超过预设值的瞬时自身的方位、且俯仰角为10°所处的位置。

12.根据权利要求9所述的一种追日方法，其特征在于，所述控制电路还包括安装在框架侧面的感光装置，所述感光装置包括基座、垂直于基座上表面的遮光组件和第一～第四光照传感器，第一～第四光照传感器的信号输出端与控制电路的光感信号输入端相连，所述基座的上表面平行于框架的上表面；

所述遮光组件为以下任意一种结构，

a、所述遮光组件是一长方体遮光柱，该长方体遮光柱底面的一组对边平行于水平面，第一～第四光照传感器分别一一对应靠近长方体遮光柱四个侧面设置，第一光照传感器、第二光照传感器与底边平行于水平面的一组侧面相对应，第三光照传感器、第四光照传感器与另一组侧面相对应，每个光照传感器与与之对应的侧面底边两端点的连线跟该底边的夹角均为锐角；

b、遮光组件包括第一～第四遮光板，第一遮光板、第二遮光板与基座的交线平行于水平面，第三遮光板、第四遮光板与基座的交线跟第一遮光板、第二遮光板与基座的交线垂直，第一～第四光照传感器于第一～第四遮光板围成的矩形轮廓的外围且分别一一对应靠近第一～第四遮光板设置，每个光照传感器跟与之对应的遮光板底线的两端点的连线与该底线的夹角均为锐角；

c、所述遮光组件为一圆柱体遮光柱，第一～第四光照传感器呈正方形靠近所述圆柱体遮光柱分布，第三光照传感器和第四光照传感器的连线平行于水平面，第一光照传感器和第二光照传感器的连线跟第三光照传感器和第四光照传感器的连线垂直；

所述步骤一和二均包括“微调过程”，所述“微调过程” 包括以下步骤，

（一）第一～第四光照传感器分别将监测到的光照强度发送至控制电路；

（二）控制电路比较第一光照传感器和第二光照传感器的监测结果，如果二者的差值在预设差值范围内则不进行俯仰角度调整，否则控制电路控制俯仰子机构带动框架向光照强度强的方向旋转直至第一光照传感器和第二光照传感器监测到的光照强度的差值在预设差值范围内；与此同时，控制电路比较第三光照传感器和第四光照传感器的监测结果，如果二者的差值在预设差值范围内则不进行方位角的调整，否则控制电路控制方位子机构带动框架向光照强度强的方向旋转直至第三光照传感器和第四光照传感器监测到的光照强度的差值在预设差值范围内。

13.根据权利要求9所述的一种追日方法，其特征在于：立柱上还设置有角度传感器，所述角度传感器的信号输出端与控制电路的角度偏移信号输入端相连；

在步骤一、二、三进行的同时，角度传感器实时监测立柱与竖直方向的夹角并将结果发送至控制电路，当立柱与竖直方向的夹角超过预设值时，控制电路将上述夹角错误信息和自身的位置信息、ID一起发送至本地监控装置，本地监控装置将收到的信息发送至远程总控台。

14.根据权利要求9所述的一种追日方法，其特征在于：所述框架的横杆和竖杆通过螺栓和补强板固定相连，在靠近框架边界处横杆和竖杆相连处设置有一牢固程度监测点，在所述牢固程度监测点的横杆、竖杆彼此相接的位置安装有第一距离传感器和第二距离传感器，第一距离传感器设置于横杆上，第二距离传感器设置于竖杆上；

第一距离传感器和第二距离传感器的信号输出端均与控制电路的距离信号输入端相连；

在步骤一、二、三进行的同时，第一距离传感器和第二距离传感将测量的彼此之间的距离值发送至控制电路，当所述距离值大于预设值时，控制电路将上述距离错误信息和自身的位置信息、ID一起发送至本地监控装置，本地监控装置将收到的信息发送至远程总控台。

15.根据权利要求9所述的一种追日方法，其特征在于：在步骤一、二、三进行的同时，除了通过自身控制电路实时调整框架的俯仰角和方位角，还包括“群控过程”，所述“群控过程”包括两种情况下的调控；

第一种情况：如遇雨雪、冰雹天气，通过远程总控台中心，根据各个热电联产单元的ID向对应的控制电路发送控制命令，统一调整各个框架的俯仰角为“特殊天气角度”以便雨雪、冰雹快速滑落；

第二种情况：日落后，通过远程总控台，根据各个热电联产单元的ID向对应的控制电路发送控制命令，统一调整各个框架的俯仰角为“清洗角度”以便统一清洗；

所述“特殊天气角度”即，框架保持当前的方位不变、且俯仰角为10°所处的位置；

所述“清洗角度”即，框架朝向东北方、且俯仰角为10°所处的位置。