CN118041201A - 一种带有追光功能的光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有追光功能的光伏发电系统，其涉及光伏发电技术领域，包括：光伏发电模块，其位于第一位置；以及追光模块，其位于第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，且所述追光模块能够通过远距离通信模块与所述光伏发电模块通信相连；其中，所述追光模块包括追光机构和光伏测量阵列，所述追光机构能够进行追光动作，并带动所述光伏测量阵列同步运动；所述光伏测量阵列能够同时测得多组光伏单元的发电总量，并为所述光伏发电模块的发电角度提供参考。

Description

一种带有追光功能的光伏发电系统

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体是一种带有追光功能的光伏发电系统。

背景技术

在现有的技术背景下，带有追光功能的光伏发电系统被广泛研究和应用。这些系统旨在通过自动追踪太阳位置，实时调整光伏板的倾角和朝向，以最大化太阳光的接收和利用，进而提高发电效率。然而，这些系统在实际应用中面临着一系列技术挑战。

首先，许多追光系统只能实时检测太阳的位置，并根据这一信息调整光伏板的角度和朝向。这种实时调整方式虽然能够应对太阳位置的变化，但其频繁调节过程需要消耗大量的电能。这不仅增加了能源消耗，还可能影响整体的发电效率。

此外，一些追光系统采用间隔调整的方式，但这种方式的缺陷在于它们通常还是以当前时刻的太阳位置为基准。这意味着在间隔期间，系统可能无法预测未来的太阳位置，从而无法将光伏板调整至最佳的角度和朝向。这不仅影响了发电效率，还可能导致大量的能源损失。

因此，有必要研发一种带有追光功能的光伏发电系统。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有追光功能的光伏发电系统，包括：

光伏发电模块，其位于第一位置；以及

追光模块，其位于第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，且所述追光模块能够通过远距离通信模块与所述光伏发电模块通信相连；

其中，所述追光模块包括追光机构和光伏测量阵列，所述追光机构能够进行追光动作，并带动所述光伏测量阵列同步运动；

所述光伏测量阵列能够同时测得多组光伏单元的发电总量，并为所述光伏发电模块的发电角度提供参考。

进一步，作为优选，所述光伏发电模块包括角度调节机构和光伏发电阵列，所述角度调节机构能够调节所述光伏发电阵列的倾角和朝向。

进一步，作为优选，所述追光机构包括：

转向及角度调节机构，其具有一调节端；

外框架，其固定于所述调节端；以及

光敏传感器，其安装于所述外框架的一侧，以便实现追光。

进一步，作为优选，所述光伏测量阵列包括：

m个阵列分布的多边型框，所述多边型框嵌于所述外框架中，且所述多边型框的中部具有分隔板，从而将所述多边型框分隔为上框体和下框体；

光伏测量板，其位于所述上框体中，且与所述上框体之间存在间隙；

调节囊，所述调节囊位于所述多边型框的上框体中，用于支撑所述光伏测量板，且每个所述多边型框中设置有n个分别对应于所述多边型框的框边的调节囊；以及

位于所述下框体中且电连所述光伏测量板的集成器，所述集成器能够记录各个时刻下对应的所述光伏测量板的发电量q。

进一步，作为优选，所述m、n均为大于4的整数；

初始阶段，各个光伏测量板平行于所述光敏传感器，且利用所述光伏测量板发电时，各个光伏测量板进行角度微调，且各个光伏测量板的角度微调大小及方向不同。

进一步，作为优选，分别对各个集成器所记录的15-35分钟内各时刻下的发电量q进行拟合曲线，并通过拟合曲线预测至少分钟内各时刻下的发电量q，通过集成器计算每个光伏测量板的发电总量并进行排序，筛选其中发电总量排名前十的光伏测量板作为参考。

进一步，作为优选，通过集成器对发电总量排名前十的光伏测量板所对应的拟合曲线进行随机选取五个时间段，对五个时间段内的各个拟合曲线部分计算最大差值，通过集成器计算同一拟合曲线内五个时间段的各个拟合曲线部分的最大差值和，并对最大差值和排名后五所对应的光伏测量板进行角度统计，以指导所述光伏发电模块。

进一步，作为优选，所述远距离通信模块包括卫星通信模块、短波通信模块、微波中继通信模块、光纤通信模块、电磁波通信模块中的任意一种或多种。

进一步，作为优选，所述第一位置的坐标点包括第一经度和第一纬度，所述第二位置的坐标点包括第二经度和第二纬度，所述第二经度和第一经度之间的差值满足：所述追光模块相对于光伏发电模块提前15-35分钟接收到阳光照射。

进一步，作为优选，所述第一纬度与第二纬度之间的差值范围为±5°。

与现有技术相比，本发明提供了一种带有追光功能的光伏发电系统，具备以下有益效果：

本发明实施例中，将追光模块置于第一位置，而光伏发电模块则被安排在第二位置。这种布局设计不仅产生了宝贵的时间差，还为精确确定某一时段内光伏发电的最佳朝向和倾斜角度提供了可能；

此外，通过配备远距离通信模块，我们能够为光伏发电模块提供可靠的参考信息。这一模块确保了光伏发电模块能够及时接收到调整指令，从而保持较佳的运行状态。

这种创新的布局和通信设计，不仅突破了现有技术的限制，还为光伏发电领域带来了新的可能性。在实际应用中，本发明表现出显著的优势，成功解决了现有技术中存在的诸多问题。

附图说明

图1为一种带有追光功能的光伏发电系统的示意图；

图2为一种带有追光功能的光伏发电系统中追光机构和光伏测量阵列的平面结构示意图；

图3为一种带有追光功能的光伏发电系统中追光机构和光伏测量阵列的立体结构示意图一；

图4为一种带有追光功能的光伏发电系统中追光机构和光伏测量阵列的立体结构示意图二；

图5为一种带有追光功能的光伏发电系统中光伏测量阵列的平面结构示意图；

图6为一种带有追光功能的光伏发电系统中光伏测量阵列的立体结构示意图；

图7为图5的B-B剖视结构示意图；

图8为第一拟合曲线示意图；

图中：1-基座；2-环架；3-第一转轮；4-第一皮带；5-第二转轮；6-第一电机；7-转环；8-机架；9-张紧轮；10-第三转轮；11-第二电机；12-外框架；13-光敏传感器；14-多边型框；15-光伏测量板；16-底板；17一集成器；18-调节囊。

具体实施方式

实施例：请参照图1-图8，本发明实施例中，提供了一种带有追光功能的光伏发电系统，包括：

光伏发电模块，其位于第一位置；以及

追光模块，其位于第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，且所述追光模块能够通过远距离通信模块与所述光伏发电模块通信相连；

其中，所述的远距离通信模块包括卫星通信模块、短波通信模块、微波中继通信模块、光纤通信模块、电磁波通信模块中的任意一种或多种；

以光纤通信模块为例，光纤通信模块是一种利用光波进行通信的模块，其工作频率在10-14Hz左右。这种模块通常由光发送器、光接收器、光纤等组成，可以实现高速、大容量的数据传输。光纤通信具有传输距离远、传输速度快、信号质量高等优点，因此在追光模块和光伏发电模块之间能够起到高效通信传输的作用。

再以电磁波通信模块为例，电磁波通信模块是一种利用电磁波进行通信的模块，其工作频率可以从低频到高频。这种模块通常由天线、发射机和接收机组成，可以实现无线通信。电磁波通信具有传输速度快、传输距离远等优点，因此在追光模块和光伏发电模块之间能够起到高效通信传输的作用。

其中，所述追光模块包括追光机构和光伏测量阵列，所述追光机构能够进行追光动作，并带动所述光伏测量阵列同步运动；

所述光伏测量阵列能够同时测得多组光伏单元的发电总量，并为所述光伏发电模块的发电角度提供参考。

更具体的讲，所述第一位置的坐标点包括第一经度和第一纬度，所述第二位置的坐标点包括第二经度和第二纬度，所述第二经度和第一经度之间的差值满足：所述追光模块相对于光伏发电模块提前15-35分钟接收到阳光照射；

在此基础上，所述第一纬度与第二纬度之间的差值范围为±5°。

需要解释的是，无论是北半球还是南半球。地球的自转使得太阳在每个纬度上的照射时间相对固定，因此无论是哪个半球，相同纬度的地方在同一天的日照时间和光照强度都相似。经度的差异会影响太阳的时角，使得经度低的地区更早看到太阳升起，而经度高的地区更晚看到太阳升起；

具体来说，在东经度较高的地区，太阳升起的时间会更晚，而在西经度较低的地区，太阳升起的时间会更早。因此，如果两个地区的纬度相近，经度低的地区会先见到阳光。

例如，在2024年1月22日，苏州的日出时间是6：55，而北京的日出时间则是7：32。因此，虽然北京和苏州的时区相同，但由于二者经度不同，它们的日出时间还是存在一定的差异。

而本实施例中，所述第二经度和第一经度之间的差值满足：所述追光模块相对于光伏发电模块提前15-35分钟接收到阳光照射，这就使得追光模块能够实现相对于光伏发电阵列对于发电效果的提前感知，这种感知能够为所述光伏发电阵列提供一定的参考。

另外，本实施例中，所述光伏测量阵列能够同时测得多组光伏单元的发电总量，并为所述光伏发电模块的发电角度提供参考。

具体而言，所述追光机构包括：

转向及角度调节机构，其具有一调节端；

外框架12，其固定于所述调节端；以及

光敏传感器13，其安装于所述外框架12的一侧，以便实现追光。

其中，所述转向及角度调节机构包括：

基座1；

环架2，其采用转轴绕X向转动设置于所述基座1上；

第一转轮3，其同轴固定于所述转轴的一侧；

第一电机6，其固定于所述基座1上，且输出端同轴固定有第二转轮5，所述第二转轮5与所述第一转轮3之间采用第一皮带4传动相连；

在实施时，通过第一电机6驱动第二转轮5进行转动即可通过第一转轮3驱动环架2绕X向转动，如此则可以实现对于光敏传感器13的倾斜角度调节；

另外，所述转向及角度调节机构还包括：

转架7，其转动绕Y向转动设置于所述环架2中；

机架8，其固定于所述环架2的一侧，且所述机架8上绕Y向转动设置有两个张紧轮9；

第二电机11，其固定于所述机架8上，且输出端同轴固定有第三转轮10，且所述第三转轮10与所述转架7之间采用第二皮带传动相连，所述第二皮带由所述张紧轮9进行张紧。

基于此，本实施例中，提供了一种追光方法，其包括如下步骤：

步骤一：确定初始位置：在某个时间段内，例如日出时分，确定光敏传感器的位置，使其正对太阳；

步骤二：实时检测太阳光朝向：使用光敏传感器组成检测电路，实时检测太阳光朝向，确定太阳的当前位置；

步骤三：驱动电机实现追光：根据太阳光朝向信息，通过转向及角度调节机构驱动光敏传感器进行相应的角度调整，以保持正对太阳。

步骤一中，还包括：将光敏传感器安装在转向及角度调节机构上；

测量光线强度：通过测量光敏传感器接收到的太阳光线的强度，可以确定太阳的位置；

计算方位角：根据光敏传感器接收到的光线强度和方向，可以计算出太阳的方位角；

通过转向及角度调节机构调整角度：根据计算出的太阳方位角，通过转向及角度调节机构驱动光敏传感器进行相应的角度调整，以保持正对太阳；

持续检测与调整：通过不断重复上述步骤，实时检测太阳光朝向并进行调整，使光敏传感器正对太阳。

需要注意的是，本实施例中，并非实时调节光敏传感器13的角度和朝向，原因在于：在实际实施时，并不会持续调节光伏发电阵列的角度和朝向。

本实施例中，每间隔60-120分钟调整一次光敏传感器13的角度，进而指导光伏测量阵列进行发电测量，从而在该时间段内确定相对较佳的发电角度和朝向，保证光伏发电阵列不会频发的调整角度和朝向的基础上，实现较好的发电效果。

另外，所述的光敏传感器是对外界光信号或光辐射有响应或转换功能的敏感装置。它是一种常见的传感器，可以将光信号转换为电信号。光敏传感器的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。它们可以检测光强、光照时间、光方向、光的分布状态等参数，并将这些参数转换为电信号，在此不再赘述。

并且，由于所述追光机构能够进行追光动作，而所述光伏测量阵列设置于所述调节端，因此，再追光机构追光的同时，其能够带动所述光伏测量阵列同步运动，使得所述光伏测量阵列与所述光敏传感器保持同步；

如此则可以以光敏传感器为基准实现发电量的测量，以下详述。

本实施例中，所述光伏测量阵列包括：

m个阵列分布的多边型框14，所述多边型框14嵌于所述外框架12中，且所述多边型框14的中部具有分隔板，从而将所述多边型框14分隔为上框体和下框体；

光伏测量板15，其位于所述上框体中，且与所述上框体之间存在间隙；

调节囊18，所述调节囊18位于所述多边型框14的上框体中，用于支撑所述光伏测量板15，且每个所述多边型框14中设置有n个分别对应于所述多边型框的框边的调节囊18；以及

位于所述下框体中且电连所述光伏测量板15的集成器17，所述集成器17能够记录各个时刻下对应的所述光伏测量板15的发电量q。

其中，所述m、n均为大于4的整数；

初始阶段，各个光伏测量板15平行于所述光敏传感器13，且利用所述光伏测量板15发电时，各个光伏测量板15进行角度微调，且各个光伏测量板15的角度微调大小及方向不同。

在一个实施例中，n的值取5，也即，每个所述多边型框14中设置有5个分别对应于所述多边型框的框边的调节囊18；

在此情况下，由于调节囊18是对应于所述多边形框14的，因此，在n的值取5的情况下，多边形框14为五边形，而光伏测量板15位于所述上框体中，且与所述上框体之间存在间隙，因此，光伏测量板15优选采用五边形结构；

另外，正是因为光伏测量板15位于所述上框体中，且与所述上框体之间存在间隙，那么当调节囊18调节光伏测量板15使其倾斜时，则能够在一定范围内，避免与所述上框体之间存在干涉；

更具体的讲，所述调节囊18为一囊体结构，所述的囊体结构具有可形变涨缩的特性，基于此，当向调节囊18中充入流体(气体或液体)时，调节囊18膨胀，其则能够驱动光伏测量板15的相应位置抬升，当从调节囊18中抽出流体时，调节囊18憋缩，其则能够驱动光伏测量板15的相应位置下降。

本实施例中，由于配置了多边形框14、多边形的光伏测量板15、以及多个对应于多边型框的框边的调节囊18，能够实现对于光伏测量板15的多向倾斜调节，并且这种调节方式简单高效，容易测量(通过检测进入或流出调节囊18中的流量)。

另外，本实施例中，利用所述光伏测量板15发电时，各个光伏测量板15进行角度微调，且各个光伏测量板15的角度微调大小及方向不同，也就意味着当光敏传感器被调节至正对太阳时，各个光伏测量板15能够以此为基准，进行各自的角度微调及方向微调；

如此设置的原因在于，在一段时间内，太阳的相对位置是变化的，而我们需要了解在该段时间内，光伏测量板15的哪一角度和朝向更有利于发电的进行。

更具体的，本实施例中，分别对各个集成器17所记录的15-35分钟内各时刻下的发电量q进行拟合曲线，并通过拟合曲线预测至少30分钟内各时刻下的发电量q，通过集成器17计算每个光伏测量板15的发电总量并进行排序，筛选其中发电总量排名前十的光伏测量板15作为参考。

另外，通过集成器17对发电总量排名前十的光伏测量板15所对应的拟合曲线进行随机选取五个时间段，对五个时间段内的各个拟合曲线部分计算最大差值，通过集成器17计算同一拟合曲线内五个时间段的各个拟合曲线部分的最大差值和，并对最大差值和排名后五所对应的光伏测量板15进行角度统计，以指导所述光伏发电模块。

需要解释的是，所述集成器17能够记录各个时刻下对应的所述光伏测量板15的发电量q，那么以时刻点为横坐标，以发电量q为纵坐标，可以将同一光伏测量板的各个时刻下对应的发电量q进行表达，此时可以通过线性回归的方法对此进行拟合曲线，如图8，基于此，还可以通过拟合曲线预测至少30分钟内各时刻下的发电量q；

所述的各个时刻下对应的发电量q指的是：每隔1分钟记录一次当前时刻的发电量q；

在一实施例中，所述第二经度和第一经度之间的差值满足：所述追光模块相对于光伏发电模块提前30分钟接收到阳光照射，另外，通过拟合曲线预测30分钟内各时刻下的发电量q，那么在计算发电总量时，则计算该拟合曲线所对应的发电总量，并进行排序，筛选其中发电总量排名前十的光伏测量板15作为参考。

另外，通过集成器17对发电总量排名前十的光伏测量板15所对应的拟合曲线进行随机选取五个时间段，对五个时间段内的各个拟合曲线部分计算最大差值，例如，第一时间段、第二时间段、第三时间段、第四时间段、第五时间段；

而排名前十的光伏测量板15所对应的拟合曲线分别为第一拟合曲线、第二拟合曲线、第三拟合曲线、第四拟合曲线、第五拟合曲线、第六拟合曲线、第七拟合曲线、第八拟合曲线、第九拟合曲线、第十拟合曲线；

如图8，以第一拟合曲线的第一时间段为例，在第一拟合曲线的第一时间段中，其最高发电量和最低发电量之间的差值为第一最大差值；

在第一拟合曲线的第二时间段中，其最高发电量和最低发电量之间的差值为第二最大差值；

在第一拟合曲线的第三时间段中，其最高发电量和最低发电量之间的差值为第三最大差值；

在第一拟合曲线的第四时间段中，其最高发电量和最低发电量之间的差值为第四最大差值；

在第一拟合曲线的第五时间段中，其最高发电量和最低发电量之间的差值为第五最大差值；

第一拟合曲线内五个时间段的各个拟合曲线部分的最大差值和则为：第一最大差值、第二最大差值、第三最大差值、第四最大差值、第五最大差值的和；

以此类推，那么通过集成器17计算同一拟合曲线内五个时间段的各个拟合曲线部分的最大差值和，并对最大差值和排名后五所对应的光伏测量板15进行角度统计，以指导所述光伏发电模块；

如此设置使得能够找到十个拟合曲线中，较为平稳的拟合曲线，并且，该拟合曲线所对应的光伏测量板的发电量较高，如此则能够指导所述光伏发电模块。

基于此，本实施例中，还提供了一种光伏发电参考方法，其包括如下步骤：

步骤一：通过测量光敏传感器接收到的太阳光线的强度，可以确定太阳的位置；

步骤二：根据光敏传感器接收到的光线强度和方向，可以计算出太阳的方位角；

步骤三：根据计算出的太阳方位角，通过转向及角度调节机构驱动光敏传感器进行相应的角度调整，以保持正对太阳；

步骤四：各个集成器17所记录的15-35分钟内各时刻下的发电量q；

步骤五：分别对各个集成器17所记录的15-35分钟内各时刻下的发电量q进行拟合曲线，并通过拟合曲线预测至少30分钟内各时刻下的发电量q。

步骤六：通过集成器17计算每个光伏测量板15的发电总量并进行排序，筛选其中发电总量排名前十的光伏测量板15作为参考；

步骤七：通过集成器17对发电总量排名前十的光伏测量板15所对应的拟合曲线进行随机选取五个时间段，对五个时间段内的各个拟合曲线部分计算最大差值；

步骤八：通过集成器17计算同一拟合曲线内五个时间段的各个拟合曲线部分的最大差值和，并对最大差值和排名后五所对应的光伏测量板15进行角度统计，以指导所述光伏发电模块。

本实施例中，所述光伏发电模块包括角度调节机构和光伏发电阵列，所述角度调节机构能够调节所述光伏发电阵列的倾角和朝向。

所述的角度调节机构可以与追光机构相同，在此不再赘述。

本发明实施例中，将追光模块置于第一位置，而光伏发电模块则被安排在第二位置。这种布局设计不仅产生了宝贵的时间差，还为精确确定某一时段内光伏发电的最佳朝向和倾斜角度提供了可能；

此外，通过配备远距离通信模块，我们能够为光伏发电模块提供可靠的参考信息。这一模块确保了光伏发电模块能够及时接收到调整指令，从而保持较佳的运行状态。

这种创新的布局和通信设计，不仅突破了现有技术的限制，还为光伏发电领域带来了新的可能性。在实际应用中，本发明表现出显著的优势，成功解决了现有技术中存在的诸多问题。

以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：包括：

光伏发电模块，其位于第一位置；以及

追光模块，其位于第二位置，所述第二位置不同于所述第一位置，且所述追光模块能够通过远距离通信模块与所述光伏发电模块通信相连；

其中，所述追光模块包括追光机构和光伏测量阵列，所述追光机构能够进行追光动作，并带动所述光伏测量阵列同步运动；

所述光伏测量阵列能够同时测得多组光伏单元的发电总量，并为所述光伏发电模块的发电角度提供参考。

2.根据权利要求1所述的一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：所述光伏发电模块包括角度调节机构和光伏发电阵列，所述角度调节机构能够调节所述光伏发电阵列的倾角和朝向。

3.根据权利要求1所述的一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：所述追光机构包括：

转向及角度调节机构，其具有一调节端；

外框架(12)，其固定于所述调节端；以及

光敏传感器(13)，其安装于所述外框架(12)的一侧，以便实现追光。

4.根据权利要求3所述的一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：所述光伏测量阵列包括：

m个阵列分布的多边型框(14)，所述多边型框(14)嵌于所述外框架(12)中，且所述多边型框(14)的中部具有分隔板，从而将所述多边型框(14)分隔为上框体和下框体；

光伏测量板(15)，其位于所述上框体中，且与所述上框体之间存在间隙；

调节囊(18)，所述调节囊(18)位于所述多边型框(14)的上框体中，用于支撑所述光伏测量板(15)，且每个所述多边型框(14)中设置有n个分别对应于所述多边型框的框边的调节囊(18)；以及

位于所述下框体中且电连所述光伏测量板(15)的集成器(17)，所述集成器(17)能够记录各个时刻下对应的所述光伏测量板(15)的发电量q。

5.根据权利要求4所述的一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：所述m、n均为大于4的整数；

初始阶段，各个光伏测量板(15)平行于所述光敏传感器(13)，且利用所述光伏测量板(15)发电时，各个光伏测量板(15)进行角度微调，且各个光伏测量板(15)的角度微调大小及方向不同。

6.根据权利要求5所述的一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：分别对各个集成器(17)所记录的15-35分钟内各时刻下的发电量q进行拟合曲线，并通过拟合曲线预测至少(30)分钟内各时刻下的发电量q，通过集成器(17)计算每个光伏测量板(15)的发电总量并进行排序，筛选其中发电总量排名前十的光伏测量板(15)作为参考。

7.根据权利要求6所述的一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：通过集成器(17)对发电总量排名前十的光伏测量板(15)所对应的拟合曲线进行随机选取五个时间段，对五个时间段内的各个拟合曲线部分计算最大差值，通过集成器(17)计算同一拟合曲线内五个时间段的各个拟合曲线部分的最大差值和，并对最大差值和排名后五所对应的光伏测量板(15)进行角度统计，以指导所述光伏发电模块。

8.根据权利要求1所述的一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：所述远距离通信模块包括卫星通信模块、短波通信模块、微波中继通信模块、光纤通信模块、电磁波通信模块中的任意一种或多种。

9.根据权利要求1所述的一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：所述第一位置的坐标点包括第一经度和第一纬度，所述第二位置的坐标点包括第二经度和第二纬度，所述第二经度和第一经度之间的差值满足：所述追光模块相对于光伏发电模块提前15-35分钟接收到阳光照射。

10.根据权利要求9所述的一种带有追光功能的光伏发电系统，其特征在于：所述第一纬度与第二纬度之间的差值范围为±5°。