CN110109485A - 一种光伏组件的光照跟踪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏组件的光照跟踪装置，包括一端部和光伏组件的背面相连接，支撑光伏组件倾斜放置的杆状支撑件；和杆状支撑件背离光伏组件的端部相连接的驱动装置；其中，驱动装置用于驱动杆状支撑件移动，以调整光伏组件的俯仰角度和偏转角度。本发明中的光照跟踪装置，结构简单且成本低，使得光伏组件的正面正对方向跟随光照方向变化，提高光伏组件对太阳光照的利用率和光伏组件的发电量。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏组件的光照跟踪装置。
背景技术
无论从世界还是从中国来看，常规能源都是很有限的。中国的一次能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10％。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
随着光伏发电技术的发展，光伏组件的生产成本不断降低，与此同时不断提高光伏组件的发电量也是行业内热门研究的问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏组件的光照跟踪装置，提高光伏组件对太阳光照的利用率和光伏组件的发电量。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏组件的光照跟踪装置，包括：
一端部和所述光伏组件的背面相连接，支撑所述光伏组件倾斜放置的杆状支撑件；和所述杆状支撑件背离所述光伏组件的端部相连接的驱动装置；
其中，所述驱动装置用于驱动所述杆状支撑件移动，以调整所述光伏组件的俯仰角度和偏转角度。
其中，所述杆状支撑件通过限位连接件和所述光伏组件的背面铰接；
所述限位连接件用于限定所述杆状支撑件相对于所述光伏组件可在预设竖直平面内，以所述杆状支撑件和所述光伏组件的背面的连接点为支点活动，以调节所述光伏组件的俯仰角度，其中，所述预设竖直平面垂直于所述光伏组件；
当所述驱动装置向垂直于所述预设竖直平面的水平方向驱动所述杆状支撑件端部时，所述杆状支撑件可带动所述光伏组件以预设旋转中心旋转，以调节所述光伏组件的偏转角度。
其中，所述限位连接件包括两个L型卡座，以及两端和所述L型卡座的相连接的连接杆，所述连接杆贯穿所述杆状支撑件的端部通孔。
其中，还包括上端托角部和所述光伏组件的底部边框固定连接，下端基座部相对于地面固定的旋转托角；
其中，所述旋转托角为所述预设旋转中心；所述旋转托角上端托角部和下端基座部可相对旋转。
其中，还包括固定在地面上的底座；
其中，所述驱动装置、所述杆状支撑件背离所述光伏组件的端部以及所述旋转托角的下端基座部均设置于所述底座上；且所述杆状支撑件设置在所述底座的端部上连接有滑轮。
其中，所述杆状支撑件还包括和所述驱动装置相连接的电动伸缩杆，用于调节所述杆状支撑件的长度。
其中，所述杆状支撑件的最大长度不小于所述光伏组件底部边框和顶部边框之间的距离。
其中，所述光伏组件的背面贴合固定有安装杆，所述杆状支撑件的端部和所述安装杆相连接。
其中，还包括辐照仪传感装置以及处理器；
其中，所述处理器和所述辐照仪传感装置以及所述驱动装置分别相连接，用于根据所述辐照仪传感装置检测获得的光照角度，控制所述驱动装置驱动所述杆状支撑件移动，以调节所述光伏组件的俯仰角度和偏转角度。
其中，所述杆状支撑件为钢材或铝合金挤压成型的部件；且所述杆状支撑件为具有防氧化层的部件。
本发明所提供的光伏组件的光照跟踪装置，在光伏组件的背面设置杆状支撑件，并且将该杆状支撑件和驱动装置相连接，该驱动装置可驱动杆状支撑件移动，相应地和光伏组件的放置方位也可以产生变化，从而实现光伏组件俯仰角度和偏转角度的变化。
对于光伏组件而言，其进行光电转换的光能一般来自太阳，而太阳的光照角度在不同季节以及同一天中不同时刻是时刻变化的。而本申请中的光伏组件的光照跟踪装置，可以调节光伏组件的俯仰角度和偏转角度，即可将光伏组件接收光照的表面正对的方向随着太阳的光照角度的变化而变换，以调整至接收光照强度最大的方向，在最大程度上提高光伏组件接收的光照强度，进而提高光伏组件的发电量。
本发明中的光照跟踪装置，结构简单且成本低，使得光伏组件的正面正对方向跟随光照方向变化，提高光伏组件对太阳光照的利用率和光伏组件的发电量。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，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光照跟踪装置的结构示意图；
图2为本发明另一具体实施例提供的光照跟踪装置的结构示意图。
具体实施方式
随着光伏发电技术的不断发展，近年来光伏电池的光电转换率有了大幅度的提高，少数光伏电池的转换率能够达到30％以上，但是伴随高转换率的光伏电池也需要较高的生产成本，从而阻碍了高转换率的光伏电池的广泛应用。
为此，申请人想到提高光伏电池的转换率其根本目的是为了获得更大的发电量，提高光伏电池的发电量除了光伏电池自身的发电能力，光照也是影响其发电量的因素之一。
但是对于利用太阳光照发电的光伏电池而言，太阳光照的时长以及强度自遵循太阳自身运行的规律，而不受人为控制。因此并不能改变太阳本身的光照时长和光照强度。
申请人经研究发现，目前固定放置于户外的光伏组件，考虑到太阳光照中午时分的光照强度最大，为了最大程度上利用光照强度，大多光伏组件是正面朝向太阳中午时分的光照方向倾斜放置。显然这种设置方式在中午时分之外的时间段内，太阳光照方向和光伏组件的正面之间的夹角也会相对较大，使得被光伏组件吸收的太阳能在一定程度上减少。由此，申请人想到如果让光伏组件的正面朝向类似于向日葵一样，随着太阳的转动而跟随偏转，即可在一定程度上光伏组件正面朝向方向和太阳光照之间的夹角，从而提高光伏组件接收的光照强度，进而提高光伏组件的发电量。
本申请中的光伏组件的光照跟踪装置即是可以调节光伏组件的正面朝向的方向的装置，下面以具体实施例对其结构进行具体说明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。
如图1和图2所示，图1为本发明实施例提供的光照跟踪装置的结构示意图，图2为本发明另一具体实施例提供的光照跟踪装置的结构示意图；该光照跟踪装置可以包括：
一端部和光伏组件1的背面相连接，支撑光伏组件1倾斜放置的杆状支撑件2；和杆状支撑件2背离光伏组件1的端部相连接的驱动装置3；
其中，驱动装置3用于驱动杆状支撑件2移动，以调整光伏组件1的俯仰角度和偏转角度。
在光伏电池的实际应用中，光伏组件1一般都是通过支架支撑而倾斜放置的。本实施例中在光伏组件1的背面设置杆状支撑件2，该杆状支撑件2的一端和光伏组件1的背面相连接，另一端和光伏组件1的底端均设置在地面上，那么，杆状支撑件2和光伏组件1以及地面即可形成三角形架构，从而保证光伏组件1稳固放置。
考虑到在一天时间内，太阳的光照方向由东到西发生偏转，在不同的季节中，太阳的光照高度也会产生变化。为此，本实施例中进一步地在杆状支撑杆2上连接驱动装置，该驱动装置3驱动杆状支撑件2发生移动，而光伏组件1和杆状支撑件2相连接，光伏组件1必然也会产生相应地移动，使得杆状支撑件2支撑光伏组件1的竖直高度发生变化，进而使得光伏组件1的俯仰角度可发生变化，以跟随不同季节太阳光照高度的变化；还可以驱动杆状支撑件2带动光伏组件1旋转，使得光伏组件1的偏转角度发生改变，以跟随太阳光照方向由东到西的方向的偏转。
本发明中通过光照跟踪装置通过控制和光伏组件1相连接的杆状支撑件2的移动，使得光伏组件1的俯仰角度和偏转角度可调，实现光伏组件1正面朝向方向可跟随太阳光照方向的变化而变化，提高光伏组件1对太阳光照的利用率，进而提高光伏组件1的发电量。
下面以具体实施例说明驱动装置如何通过杆状支撑件调整光伏组件的俯仰角度和偏转角度。
如图2所示，在本发明的具体实施例中，还可以包括：
杆状支撑件2通过限位连接件4和光伏组件1的背面铰接；
限位连接件4用于限定杆状支撑件2相对于光伏组件1可在预设竖直平面内，以杆状支撑件2和光伏组件的背面的连接点也即是限位连接件4为支点活动，以调节光伏组件1的俯仰角度，其中，预设竖直平面垂直于光伏组件1。
光伏组件1通过杆状支撑件2支撑而设置在地面上时，一般是一条短边框(也可以是长边框)在底部和地面接触，与其相对的边框在顶部的方式倾斜放置。本实施例中的预设竖直平面和光伏组件1垂直，也就和底部边框垂直。当杆状支撑件2的底端在地面沿垂直于底部边框的方向滑动时，杆状支撑件2支撑光伏组件的高度即可发生变化，从而实现光伏组件的俯仰角度的调节。
如图1和图2所示，图1和图2所表示的实施例中的直线箭头所指的活动方向，即为驱动装置3驱动杆状支撑件2的端部活动的方向，当杆状支撑件2沿这一方向活动时，光伏组件1的底端位置不变，顶端的高度变化，进而实现光伏组件1的俯仰角度a的调节。
当驱动装置3向垂直于预设竖直平面的方向驱动杆状支撑件2的端部时，杆状支撑件2可带动光伏组件1以预设旋转中心旋转，以调节光伏组件1的偏转角度。
因为限位连接件4限制杆状支撑件2只能在预设垂直平面内相对于光伏组件1活动，那么，当驱动装置3驱动杆状支撑件2端部沿垂直于预设垂直平面的水平方向驱动杆状支撑件2，并且驱动杆状支撑件2的运动轨迹为圆弧形移动轨迹，也即是驱动杆状支撑件2旋转，那么光伏组件1即可跟随其旋转，从而实现光伏组件1的偏转角度的调节。基于太阳一天之中是从东到西偏转，光伏组件1也需要偏转，所以驱动装置3驱动杆状支撑件2的旋转角度范围可以近似的等于180度，以保证光伏组件1始终可以和太阳的光照方向垂直。
如图1和图2所示的实施例中，曲线箭头所指光伏组件1的旋转方向，当杆状支撑件2带动光伏组件1旋转时，光伏组件1的正面朝向即可发生改变，进而实现光伏组件1的偏转角度的调节。
具体地，可以将光伏组件1底端上的第一位置点固定，作为光伏组件1和杆状支撑件2的预设旋转中心。如图1和图2中，是以光伏组件1的底部边框中点为预设旋转中心。而杆状支撑件2和该预设旋转中心的连线，和光伏组件1两侧的边框平行。当然，这一连线也可以不平行，也并不影响本实施例中的方案的实现。
可选地，在本发明的另一具体实施例中，可以在光伏组件1底部的边框上设置旋转托角5，该旋转托角5上端托角部和光伏组件1的底部边框固定连接，下端基座部相对于地面固定。
因为旋转托角5的下端基座部相对于地面固定，即可在一定程度上增强光伏组件1底端的稳定性，增强其抵抗风雪的能力。在此基础上，旋转托角5的上端托角部和下端基座部之间可以相对旋转，使得光伏组件1可以以其底端和上端托角部连接的位置点为支点旋转，实现光伏组件1的偏转角度的调节。
可选地，在本发明的另一具体实施例中，如图3所示，限位连接件4具体可以是包括两个L型卡座，以及两端和L型卡座的相连接的连接杆，连接杆贯穿杆状支撑件2的端部通孔。
如图3所示，两个L型卡座的卡板相互平行，且垂直于光伏组件1的底部边框，限制了杆状支撑件2相对于光伏组件1只能在垂直于光伏组件1的底部边框的方向上活动；当杆状支撑件2向平行于底部边框的方向移动时，即可带动光伏组件1旋转。
当然，本发明中除了可以通过驱动杆状支撑件2的相对于光伏组件1活动，而实现光伏组件1的俯仰角度的调节方式之外。还可以通过调节杆状支撑件2的长度调节光伏组件1的俯仰角度。
具体地，杆状支撑件2还包括和驱动装置3相连接的电动伸缩杆，用于调节杆状支撑件2的长度。
如图1和图2所示，杆状支撑件2可以是一根直杆和一个电动伸缩杆连接而成。整个杆状支撑件2的长度就是直杆和电动伸缩杆的共同长度。当然，本发明中也并不排除直接采用电动伸缩杆作为杆状支撑件2的实施例，只要能够实现杆状支撑件2的伸缩即可。
本发明中可以仅仅采用伸缩杆状支撑件的长度，实现调节光伏组件的俯仰角度，也可以仅仅采用驱动杆状支撑件2相对于光伏组件1活动，达到调节光伏组件1的俯仰角度的目的。或者两种方式同时使用，达到更大范围调节光伏组件1的俯仰角度的目的，对此，本实施例中不做具体限制。
另外，对于杆状支撑件2的具体长度，其最大程度应当不小于光伏组件2底部边框和顶部边框之间的距离，避免光伏组件1的俯仰角度调节范围受限。
根据太阳光照的偏转方向，在清晨或傍晚的时间段内，太阳光照的方向几乎是水平方向照射的，也就要求光伏组1要近似竖直设置，在中午的时间段内，太阳光照几乎是垂直照到地面的(尤其是夏天)，此时光伏组件1的就要近似水平设置。由此可见，光伏组件1的俯仰角度的调节范围要不小于90度。
而杆状支撑件2为了保证光伏组件1的稳固性，杆状支撑件2和光伏组件1的连接点应当高于光伏组件1的中心点。那么将杆状支撑件2设置在不小于光伏组件1的顶部边框和底部边框之间的距离，有效的保证了光伏组件1的俯仰角度的调节范围。
可选地，基于上述实施例，在本发明的另一具体实施例中，还可以包括：
固定在地面上的底座6；
其中，驱动装置3、杆状支撑件2背离光伏组件1的端部以及旋转托角5的下端基座部均设置于底座6上；且杆状支撑件2设置在底座的端部上连接有滑轮7。
本实施例中采用底座6作为整个光照跟踪装置以及光伏组件1的承载平台，可以在安装光伏组件1前，提前将旋转托角4及杆状支撑件2等部件在底座6上组装完成，再将该底座6直接固定在安装地点即可。避免了各个旋转托角4、杆状支撑件2直接安装在地面时，安装繁琐的问题；另外，杆状支撑件2底端的滑轮7在底座6上滑动相对于在地面滑动更容易控制。
可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：
光伏组件1的背面贴合固定有安装杆8，具体地该安装杆8可以和背板贴合设置，杆状支撑件2的端部和安装杆5相连接，即实现了杆状支撑见2的端部和光伏组件1的背面相连接。
考虑到背板和杆状支撑件2直接连接可能会破坏背板的完整性，例如对背板打孔以便螺丝固定等等。因此，可以在背板上贴合设置安装杆8，其中安装杆8的两端可以和光伏组件1的边框进行固定连接，再将杆状支撑件2的端部和安装杆8固定连接，进而实现杆状支撑件2的安装。
基于上述任意实施例，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：
辐照仪传感装置9以及处理器；
其中，处理器和辐照仪传感装置9以及驱动装置3分别相连接，用于根据辐照仪传感装置9检测获得的光照角度，控制驱动装置3驱动杆状支撑件2移动，以调节光伏组件1的俯仰角度和偏转角度。
本实施例中通过辐照仪传感装置感应太阳光照随之间的变化，并将这一变化信息传输给传感器，由传感器根据太阳光的光照控制驱动装置3对杆状支撑件2的驱动方向，从而保证光伏组件1的正面保持近似垂直于光照方向。
需要说明的是，本发明中并不必然需要用到辐照仪传感器9。可以提前统计太阳光照随时间变化的数据，获得太阳光照方向变化的规律，并根据该规律提前设定，每个季节每一天驱动装置3驱动光伏组件1的方向和规律，驱动装置3只需要按照预先设定好的路径驱动即可，这也能够在一定程度上保证光伏组件的正面随着光照方向的变化而偏转。
当然，还可以通过远程终端根据太阳的运动轨迹设定驱动轨迹，并通过无线通讯技术将该驱动轨迹发送给处理器，在由处理器根据该驱动轨迹控制该驱动装置3的驱动。本发明中还可以有其他驱动方式，在此不一一列举。
可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以包括杆状支撑件2为钢材或铝合金挤压成型的部件；且所述杆状支撑件2为具有防氧化层的部件。
一般可采用Q235B钢材或铝合金挤压型材6063T6挤压形成杆状支撑件。强度方面，6063T6铝合金大概为Q235B钢材的68％-69％，所以一般在强风地区、跨度比较大等情况下钢材优于铝合金型材。
另外，对于钢材的杆状支撑件2可采用热浸镀锌55-80μm，形成防氧化层，对于铝合金的杆状支撑件2可采用阳极氧化5-10μm。
铝合金在大气环境下，处于钝化区，其表面形成一层致密的氧化膜，阻碍了活性铝基体表面与周围大气相接触，故具有非常好的耐腐蚀性，且腐蚀速率随时间的延长而减小。
钢材在普通条件下(C1-C4类环境)，80μm镀锌厚度能保证使用20年以上，但在高湿度工业区或高盐度海滨甚至温带海水里则腐蚀速度加快，镀锌量需要100μm以上并且需要每年定期维护。在防腐蚀方面铝合金远远优异于钢材。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
Claims (10)
1.一种光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，包括一端部和所述光伏组件的背面相连接，支撑所述光伏组件倾斜放置的杆状支撑件；和所述杆状支撑件背离所述光伏组件的端部相连接的驱动装置；
其中，所述驱动装置用于驱动所述杆状支撑件移动，以调整所述光伏组件的俯仰角度和偏转角度。
2.如权利要求1所述的光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，所述杆状支撑件通过限位连接件和所述光伏组件的背面铰接；
所述限位连接件用于限定所述杆状支撑件相对于所述光伏组件可在预设竖直平面内，以所述杆状支撑件和所述光伏组件的背面的连接点为支点活动，以调节所述光伏组件的俯仰角度，其中，所述预设竖直平面垂直于所述光伏组件；
当所述驱动装置向垂直于所述预设竖直平面的水平方向驱动所述杆状支撑件端部时，所述杆状支撑件可带动所述光伏组件以预设旋转中心旋转，以调节所述光伏组件的偏转角度。
3.如权利要求2所述的光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，所述限位连接件包括两个L型卡座，以及两端和所述L型卡座相连接的连接杆，所述连接杆贯穿所述杆状支撑件的端部通孔。
4.如权利要求2所述的光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，还包括上端托角部和所述光伏组件的底部边框固定连接，下端基座部相对于地面固定的旋转托角；
其中，所述旋转托角为所述预设旋转中心；所述旋转托角上端托角部和下端基座部可相对旋转。
5.如权利要求4所述的光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，还包括固定在地面上的底座；
其中，所述驱动装置、所述杆状支撑件背离所述光伏组件的端部以及所述旋转托角的下端基座部均设置于所述底座上；且所述杆状支撑件设置在所述底座的端部上连接有滑轮。
6.如权利要求2所述的光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，所述杆状支撑件还包括和所述驱动装置相连接的电动伸缩杆，用于调节所述杆状支撑件的长度。
7.如权利要求6所述的光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，所述杆状支撑件的最大长度不小于所述光伏组件底部边框和顶部边框之间的距离。
8.如权利要求1所述的光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，所述光伏组件的背面贴合固定有安装杆，所述杆状支撑件的端部和所述安装杆相连接。
9.如权利要求1至8任一项所述的光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，还包括辐照仪传感装置以及处理器；
其中，所述处理器和所述辐照仪传感装置以及所述驱动装置分别相连接，用于根据所述辐照仪传感装置检测获得的光照角度，控制所述驱动装置驱动所述杆状支撑件移动，以调节所述光伏组件的俯仰角度和偏转角度。
10.如权利要求7所述的光伏组件的光照跟踪装置，其特征在于，所述杆状支撑件为钢材或铝合金挤压成型的部件；且所述杆状支撑件为具有防氧化层的部件。
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