CN112379698A - 一种自动跟踪的光伏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动跟踪的光伏系统，包括：封闭透光罩；光伏板，设置于封闭透光罩内；光伏支架，所述光伏支架的一端从封闭透光罩底部伸入到封闭透光罩内；驱动组件，设置于位于封闭透光罩内的光伏支架上，用于支撑光伏板并驱动光伏板转动；感应器件，相对设置于封闭透光罩外两侧端，用于感应太阳方向，同时将感应信号传送至电控箱；微调组件，设置于封闭透光罩内，通过接收电控箱信号，对光伏组件所处的平衡位置进行微调；电控箱，通过接收感应器件传送的感应信号对驱动组件、微调组件进行控制。本发明能够根据太阳辐射强度，对光伏板的平衡位置进行微调，提高光伏转换率。

Description

一种自动跟踪的光伏系统

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种自动跟踪的光伏系统。

背景技术

目前光伏发电系统按照其采光方式分为固定型和跟踪型，固定型光伏发电系统设计简单，且由于没有机械部件，几乎不需要维护，寿命长，但是，其光伏发电系统的发电效率相对于太阳跟踪型要低。

跟踪型又分为单轴跟踪及双轴跟踪，可调节侧向角度，以跟踪太阳位置，使太阳光线垂直于电池面板来达到太阳辐射强度的最大化，从而提高光伏转换率。

虽然现有跟踪型光伏转换效率比固定型高，但也存在以下缺点：

1.传统跟踪型光伏系统均为电机控制机械转动结构，结构复杂，且转动机构暴露于空气之中，受环境影响，运行阻力较大，导致寿命有限，维护成本极高。

2.传统跟踪型光伏系统需要额外提供电源以保证电机转动。

3.传统跟踪型光伏系统的光伏板角度调节精度不高，无法做到随着太阳辐射强度，对光伏板的平衡位置进行微调，因而不能使光伏转换效率最大化。

例如公告号为CN206282150U的专利说明书中公开了一种自动追踪太阳光线的太阳能光伏支架，包括太阳能光伏板，所述太阳能光伏板安装在支撑板上，所述太阳能光伏板上方设置有十字交叉的隔板，且隔板将太阳能光伏板均匀分成四组，且每组太阳能光伏板上均安装有传感器，所述支撑板下方设置有第一支架，所述第一支架内部设置有第一齿圈，且第一齿圈固定在支撑板下方，所述第一齿圈下方设置有啮合的第一齿轮，所述第一齿轮一端设置有第一电机，所述第一支架下方设置有第二支架，第二支架内部设置有第二齿圈，且第二齿圈固定在第一支架下方，所述第二齿圈下方设置有啮合的第二齿轮，所述第二齿轮一端设置有第二电机，所述第二支架安装在底座上，且第二支架内部设置有转换器、控制器和驱动电路。

此外大部分投射到光伏电池表面的太阳能都不能转化成电能，而是转化为热能，导致光伏电池工作温度升高，转换效率降低，甚至受热不均匀导致电池片开裂。

光伏组件将一系列太阳能电池串联二层，组件的输出电流将受到电池组中输出最小的电池的限制，温度最高且效率最低的太阳能电池将会制约整个组件的发电效率。因而太阳能光伏有效散热是提高发电效率的另一个关键因素。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种自动跟踪的光伏系统，能够根据太阳辐射强度，对光伏板的平衡位置进行微调，提高光伏转换率。

一种自动跟踪的光伏系统，包括：

封闭透光罩；

光伏板，设置于封闭透光罩内；

驱动组件，用于支撑光伏板并驱动光伏板转动；

光伏支架，光伏支架的上部伸入封闭透光罩内与驱动组件固定；

感应器件，相对设置于封闭透光罩外两侧端，用于感应太阳方向，同时将感应信号传送至电控箱；

微调组件，设置于封闭透光罩内，通过接收电控箱信号，对光伏组件所处的平衡位置进行微调；

电控箱，通过接收感应器件传送的感应信号对驱动组件、微调组件进行控制。

本方案通过设置封闭透光罩，使得光伏板动作不受外界环境的影响，同时通过感应器件来感应太阳方向，根据太阳辐射强度(太阳光直射角度)生成感应信号并传送至电控箱，电控箱的预处理芯片将感应信号与设定的信号阈值进行比较，来判断当前太阳辐射强度，以调整光伏板的角度(使太阳光垂直照射在光伏板上)，使得光伏板上太阳辐射强度达到最大，提高光伏转换率。

作为优选，所述的感应器件为侧光伏板，所述的微调组件包括对称设置于光伏板转轴两侧光伏板上的磁体，以及设置于对应磁体下方的电磁铁；

侧光伏板产生的电流分别通过导线传送至电控箱，电控箱对电流方向分别进行调整，并通过缠绕在电磁铁上的导线输出，使电磁铁产生与磁体相同或相反的磁极，对磁体进行排斥或吸引，实现光伏板位置的微调。

东西侧的侧光伏板由于光照发生伏特效应产生电流，且电流分别汇流至电控箱的左右电路板，通过预处理芯片(根据设定好的电流阈值判断情景)，将电流经过处理送至东西侧电磁铁，使电磁铁产生与磁体相同或相反的磁极，对磁体进行排斥或吸引。

进一步优选，所述的磁体为球形磁体，所述的电磁铁为环形电磁铁。球形磁体与环形电磁铁可保证两者之间产生的吸引力和排斥力更加集中，使得光伏板动作更加稳定。

作为优选，作为一种可替代的方案，所述的感应器件为侧光伏板，所述的微调组件包括对称设置于光伏板转轴两侧的折叠机构，所述折叠机构包括若干被导线依次缠绕的电磁铁，折叠机构一端固定于光伏板上、另一端固定于封闭透光罩上；

侧光伏板产生的电流分别通过导线传送至电控箱，电控箱对电流方向分别进行调整，并通过缠绕在电磁铁上的导线输出，使相邻电磁铁的相邻面产生相同或相反的磁极，通过相邻电磁铁的排斥或吸引，使得折叠机构伸展或折叠，实现光伏板位置的微调。

作为优选，所述的驱动组件为磁悬浮轴承电机，所述磁悬浮轴承电机的磁悬浮转子与光伏板转轴重合设置于光伏板上。

东西侧的侧光伏板产生的电流汇流至电控箱，接着通过电缆为磁悬浮轴承电机供电，无需额外提供电源，此外磁悬浮轴承电机具有无机械接触、无摩擦、免润滑、高效率、低噪音的特点。

作为优选，所述光伏系统还包括集热系统，所述集热系统包括：

水箱，固定于封闭透光罩内壁上；

集热水管，沿光伏板转轴方向、均匀分布于光伏板底部；

汇流管，与各集热水管匀连通；

转接管，平行于光伏板转轴设置，一端与水箱连通、另一端与汇流管转动连接且连通。

将太阳能集热系统集成到光伏系统中，集热水管一面紧贴光伏背板，通过热传导带走光伏组件的热量，利用虹吸原理,热水到达水箱与冷水换热,从而使整个水箱内的水温逐渐升高。

进一步优选，所述的集热水管截面为半圆形，且集热水管的平面部分贴合于光伏板底部。增加与光伏板接触面积，提高吸热效率。

作为优选，所述的封闭透光罩位于光伏板转轴两侧的侧壁均向外侧倾斜设置。

进一步优选，所述的侧光伏板沿封闭透光罩倾斜侧壁的长度方向设置，且向外侧倾斜设置。

封闭透光罩东西侧的两侧壁与侧光伏板均倾斜设置，避免对太阳光照射造成遮挡。

作为优选，所述的封闭透光罩内为真空环境。

真空环境可减少磁悬浮轴承电机的转动阻力，同时减小气候环境因素带来的影响和损耗，此外也可减少集热水管除光伏接触面外的对流与传导热损，使得集热系统的集热效率大大提高。

本发明的有益效果：

(1)本发明可以根据太阳辐射强度，来调整光伏板的倾斜角度，使得照射在光伏板上的太阳辐射强度始终保持在一个较高的水平，从而提高光伏的转换效率。

(2)本发明采用磁悬浮转子及磁悬浮支撑系统，且设置于真空环境中，与外界环境隔绝，从而减少机构本身的机械摩擦，减小转动所需的力及所需能量，同时减小气候环境因素带来的影响和损耗。

(3)本发明东西侧的侧光伏板不仅作为太阳方向感应元器件,又作为转动动力的电源。

(4)设置集热系统，利用热传导带走光伏板产生的热量，保护光伏板、提高光伏转换效率的同时，也将太阳辐射热能进行了充分的利用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为实施例1光伏板处于平衡状态侧视剖视图；

图3为实施例1光伏板处于倾斜状态侧视剖视图；

图4为实施例1光伏板处于平衡状态主视剖视图；

图5为实施例2光伏板处于倾斜状态侧视剖视图；

图6为实施例2光伏板处于平衡状态主视剖视图。

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。

实施例1

如图1-4所示，一种自动跟踪的光伏系统，包括封闭透光罩1、光伏板2、光伏支架3、驱动组件、感应器件、微调组件和电控箱12。

光伏板2设置于封闭透光罩1内，且两者长度方向对应南北方向，宽度方向对应东西方向，方便太阳光的照射；光伏支架3的上部伸入封闭透光罩1内，用于支撑光伏板2，具体地，光伏支架3的上部固定有驱动组件，该驱动组件采用磁悬浮轴承电机，磁悬浮轴承电机的磁悬浮转子4与光伏板2转轴重合设置于光伏板2上，用于支撑光伏板2，并能够驱动光伏板2绕转轴转动。此外光伏支架3内置有线槽，光伏板2产生的电能通过电线电缆经过光伏支架3内线槽送至屋面汇流箱。

感应组件相对设置于封闭透光罩1外两侧端，具体设置于封闭透光罩外1东西两侧端，用于感应太阳方向，具体地，感应组件采用侧光伏板5，侧光伏板5由于光照发生伏特效应产生电流，且电流分别汇流至电控箱7。为了防止封闭透光罩1和侧光伏板5对太阳光造成遮挡，封闭透光罩1的东西两侧壁均向外侧倾斜设置，侧光伏板5沿封闭透光罩东西侧壁的长度方向设置，且向外侧倾斜设置。

本实施例中，微调组件包括对称设置于光伏板2转轴两侧光伏板2上的磁体6，以及设置于对应磁体6下方的电磁铁7；侧光伏板5产生的电流分别通过导线传送至电控箱12，电控箱12对电流方向分别进行调整，并通过缠绕在电磁铁7上的导线输出，使电磁铁7产生与磁体6相同或相反的磁极，对磁体6进行排斥或吸引，实现光伏板2位置的微调。为了使光伏板2受力稳定，磁体6为采用球形磁体，电磁铁7采用环形电磁铁。

本实施例中，光伏系统还包括集热系统，集热系统具体包括水箱8、集热水管9、汇流管10和转接管11，具体地，水箱8固定于封闭透光罩1内，集热水管9沿光伏板2转轴方向、均匀分布于光伏板2底部；为了提高吸热效率，集热水管9截面为半圆形，且集热水管9的平面部分贴合于光伏板2底部，以增加与光伏板2接触面积；汇流管10垂直光伏板2转轴设置，且与各集热水管9连通；转接管11平行于光伏板2转轴设置，一端与水箱8连通、另一端与汇流管10转动连接且连通，当光伏板2转动时，集热水管9和汇流管10会同步转动，但转接管11不发生转动。

为了减少磁悬浮轴承电机的转动阻力，减小气候环境因素带来的影响和损耗以及减少集热水管9除光伏接触面外的对流与传导热损，本实施例中，封闭透光罩1内抽真空，保持真空环境。

光伏板位置的微调原理及过程如下：

根据当地日照情况及历史气候资料设定2组电流阈值，分别为Ia,Ib；夜晚光伏板2为水平复位状态(前一天傍晚复位)。

(1)起始状态：当早上阳光与东侧的侧光伏板5接近垂直时，东侧的侧光伏板4输出电流为Ie，Ie＞Ia，西侧的侧光伏板5输出电流为Iw，Iw＜Ia。Ie＞Ia＞Iw，且Ie-Iw＞Ib，这种情况为情景一；

判断此时太阳在最东边，且今日是晴天，电控箱12内控制电路控制东侧的侧光伏板5输出电流方向，使其通过东侧的环形电磁铁7后产生的磁极与光伏板2东侧的球形磁体6磁极相反，东侧的环形电磁铁7吸引东侧的球形磁体6；

控制电路控制西侧的侧光伏板5输出电流方向，使其通过西侧的环形电磁铁7后产生的磁极与光伏板2西侧的球形磁体6磁极相同，西侧的环形电磁铁7排斥西侧的球形磁体6；

同时控制电路控制输出给中间磁悬浮转子4的电流方向，使其向东侧旋转,到达起始点后自动断电停止旋转。

(2)东侧微调状态：当早上太阳向西移动，西侧的侧光伏板5输出电流Iw逐渐增大，东侧的侧光伏板5输出电流为Ie，当Ie＞Iw＞Ia，且Ie-Iw＜Ib时，这种情况设置为情景二；

判断此时太阳还在东侧，正往西侧移动。控制电路保持东侧的侧光伏板5输出电流方向，使其通过东侧的环形电磁铁7后产生的磁极与光伏板2东侧的球形磁体6磁极相反，东侧的环形电磁铁7吸引东侧的球形磁体6；

同时控制电路调整西侧的侧光伏板5输出电流方向，使其通过西侧的环形电磁铁6后产生的磁极也与光伏板2西侧的球形磁体6磁极相反，西侧的环形电磁铁7吸引西侧的球形磁体6；

此时两侧电磁铁7对于磁体6均为吸引力，通过东西侧的侧光伏板5各自产生的电流大小自调节相应电磁铁7的磁力，从而根据阳光自适应微调节光伏板2所处的水平位置，使得光伏板2偏向输出电流大的侧光伏板5的方向。

(3)西侧微调状态：当太阳通过光伏板2中心点往西侧移动时，西侧的侧光伏板5输出电流Iw大于东侧的侧光伏板5输出电流Ie，即Iw＞Ie＞Ia，且Iw-Ie＜Ib时，这种情况设置为情景三；

判断此时太阳已在光伏板2中心线西侧，且还在往西侧移动。控制电路保持东侧的侧光伏板5输出电流方向，使其通过东侧的环形电磁铁7后产生的磁极与光伏板东侧的球形磁体6磁极相反，东侧的环形电磁铁7吸引东侧的球形磁体6；

同时控制电路保持西侧的侧光伏板5输出电流方向，使其通过西侧的环形电磁铁7后产生的磁极与光伏板西侧的球形磁体6磁极相反，西侧的环形电磁铁7吸引西侧的球形磁体6；

此时两侧电磁铁7对于磁体6均为吸引力，通过东西侧的侧光伏板5各自产生的电流大小各自调节相应电磁铁7的磁力，从而微调节光伏板2所处的水平位置，使得光伏板2偏向输出电流大的侧光伏板5的方向。

(4)复位状态：当太阳到达最西边且即将下落时，东侧的侧光伏板5输出电流Ie及西侧的侧光伏板5输出电流Iw均小于Ia，且Iw-Ie＜Ib时，这种情况设置为情景四；

判断此时太阳在最西侧，且即将日落。控制电路保持东侧的侧光伏板5输出电流方向，使其通过东侧的环形电磁铁7后产生的磁极与光伏板2东侧的球形磁体6磁极相反，东侧的环形电磁铁7吸引东侧的球形磁体6；

同时控制电路调整西侧的侧光伏板5输出电流方向，使其通过西侧的环形电磁铁7后产生的磁极与光伏板2西侧的球形磁体6磁极相同，西侧的环形电磁铁7排斥西侧的球形磁体6；

同时控制电路控制输出给中间磁悬浮转子4的电流方向，使其向东侧旋转,到达中间位点后自动断电停止旋转,同时切断东西侧电磁铁7的电流。

(5)特殊状态：光伏处于初始水平状态时，此时Iw和Ie均小于Ia时，判定为阴雨天，光伏板2保持初始水平状态，不进行跟踪。且只要Iw和Ie均小于Ia，就给出复位信号。

实施例2

本实施例仅针对与实施例1的区别之处进行描述，其他相同之处不再赘述。

如图5和6所示，本实施例中，微调组件采用对称设置于光伏板2转轴两侧的折叠机构，折叠机构包括若干被导线依次缠绕的电磁铁7，折叠机构一端固定于光伏板2上、另一端固定于封闭透光罩1上；侧光伏板5产生的电流分别通过导线传送至电控箱12，电控箱12对电流方向分别进行调整，并通过缠绕在电磁铁7上的导线输出，使相邻电磁铁7的相邻面产生相同或相反的磁极，通过相邻电磁铁7的排斥或吸引，使得折叠机构伸展或折叠，实现光伏板2位置的微调。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动跟踪的光伏系统，其特征在于，包括：

封闭透光罩；

光伏板，设置于封闭透光罩内；

驱动组件，用于支撑光伏板并驱动光伏板转动；

光伏支架，光伏支架的上部伸入封闭透光罩内与驱动组件固定；

感应器件，相对设置于封闭透光罩外两侧端，用于感应太阳方向，同时将感应信号传送至电控箱；

微调组件，设置于封闭透光罩内，通过接收电控箱信号，对光伏组件所处的平衡位置进行微调；

电控箱，通过接收感应器件传送的感应信号对驱动组件、微调组件进行控制。

2.根据权利要求1所述的自动跟踪的光伏系统，其特征在于，所述的感应器件为侧光伏板，所述的微调组件包括对称设置于光伏板转轴两侧光伏板上的磁体，以及设置于对应磁体下方的电磁铁；

侧光伏板产生的电流分别通过导线传送至电控箱，电控箱对电流方向分别进行调整，并通过缠绕在电磁铁上的导线输出，使电磁铁产生与磁体相同或相反的磁极，对磁体进行排斥或吸引，实现光伏板位置的微调。

3.根据权利要求2所述的自动跟踪的光伏系统，其特征在于，所述的磁体为球形磁体，所述的电磁铁为环形电磁铁。

4.根据权利要求1所述的自动跟踪的光伏系统，其特征在于，所述的感应器件为侧光伏板，所述的微调组件包括对称设置于光伏板转轴两侧的折叠机构，所述折叠机构包括若干被导线依次缠绕的电磁铁，折叠机构一端固定于光伏板上、另一端固定于封闭透光罩上；

侧光伏板产生的电流分别通过导线传送至电控箱，电控箱对电流方向分别进行调整，并通过缠绕在电磁铁上的导线输出，使相邻电磁铁的相邻面产生相同或相反的磁极，通过相邻电磁铁的排斥或吸引，使得折叠机构伸展或折叠，实现光伏板位置的微调。

5.根据权利要求1所述的自动跟踪的光伏系统，其特征在于，所述的驱动组件为磁悬浮轴承电机，所述磁悬浮轴承电机的磁悬浮转子与光伏板转轴重合设置于光伏板上。

6.根据权利要求1所述的自动跟踪的光伏系统，其特征在于，所述光伏系统还包括集热系统，所述集热系统包括：

水箱，固定于封闭透光罩内壁上；

集热水管，沿光伏板转轴方向、均匀分布于光伏板底部；

汇流管，与各集热水管匀连通；

转接管，平行于光伏板转轴设置，一端与水箱连通、另一端与汇流管转动连接且连通。

7.根据权利要求6所述的自动跟踪的光伏系统，其特征在于，所述的集热水管截面为半圆形，且集热水管的平面部分贴合于光伏板底部。

8.根据权利要求2或4所述的自动跟踪的光伏系统，其特征在于，所述的封闭透光罩位于光伏板转轴两侧的侧壁均向外侧倾斜设置。

9.根据权利要求8所述的自动跟踪的光伏系统，其特征在于，所述的侧光伏板沿封闭透光罩倾斜侧壁的长度方向设置，且向外侧倾斜设置。

10.根据权利要求1-7任一所述的自动跟踪的光伏系统，其特征在于，所述的封闭透光罩内为真空环境。

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