TWI405942B - 太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法 - Google Patents

Description

太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法

本發明是有關於一種太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法，尤指一種可取代外部安裝之馬達位置感測器，以解決精準度以及誤判之問題，而達到具有節省成本、精準度高以及穩定性佳之功效者。

按，一般高聚光型太陽電池發電系統與傳統太陽電池發電系統相比較，具有較高的發電效率，但須配有太陽追蹤器才能發電，而太陽追蹤器的追蹤精度直接影響發電效率；但目前世界各研發機構均以高精度及穩定追蹤為研究核心。

而運用時係必須將太陽能電池安置於太陽追蹤器上，因此，對於聚光型太陽能電池而言是發電的必要設備，若無太陽追蹤器則無法正對太陽，以致無法聚光，也就無法發電；而目前之聚光太陽電池追蹤器的追蹤控制系統，係包含有太陽感測器4、微處理器控制器5及太陽追蹤器6，而該太陽追蹤器6係具有仰角馬達61、方位馬達62、及馬達位置感測器611、621。

然而目前聚光型太陽能系統之控制方法大致如下：

1、太陽軌跡控制方法：係依據太陽軌跡運動公式和位置計數器而控制的方法，先計算即時的太陽軌跡值對應於位置計數器的值，直接驅動太陽追蹤器6至太陽軌跡值而對準太陽，然後在根據發電量微調太陽追蹤器，使太陽能系統得到最大發電量，優點是不會受太 陽光微弱、烏雲、下雨、等天候下，造成太陽感測器4判斷錯誤，影響系統追蹤精度與系統穩定度；缺點是太陽追蹤器6至太陽軌跡值而對準太陽後每次都要微調太陽追蹤器6，而耗廢電力。

2、太陽感測器控制方法：係由太陽感測器4判斷太陽位置在太陽追蹤器6的東邊、西邊、南邊或北邊，經由微處理器控制器5的類比數位轉換器將太陽感測器4所得到的值以轉換單元50數位化，在經過混合式控制策略單元51驅動馬達驅動電路52，使太陽追蹤器6利用仰角馬達61及方位馬達62，讓使太陽追蹤器6的平面垂直對準太陽，達到高精度追蹤，使高聚光太陽電池取得最高效率，優點是使用太陽位置感測器4或電力回饋直接控制太陽追蹤器6對準太陽，使太陽能系統得到最大發電量；缺點會受太陽光微弱、烏雲、下雨、等天候下，造成太陽感測器4判斷錯誤，影響系統追蹤精度與系統穩定度。

3、混合式控制方法：係合用太陽軌跡53及太陽感測器4控制方法，太陽軌跡53就是太陽一年四季所在的經緯度，利用太陽位置在太陽追蹤器6追蹤為主，具有省電的優點，太陽軌跡53來輔助給予太陽追蹤器6移動上的限制，可避免太陽感測器4受太陽光微弱、烏雲、下雨、等天候下，造成太陽感測器4判斷錯誤；因此，需利用馬達位置感測器611、621配合脈波訊號54來計算太陽軌跡53與太陽的移動速度所需要走的位置來輔助太陽追蹤系統。

而由於各馬達位置感測器611、621主要可分為有磁簧開關(Reed Switch)型與角度編碼器型(Encoder)兩種；該磁簧開關(Reed Switch)以六極圓形磁鐵安裝於仰角驅動軸及方位角驅動軸的馬達軸上；磁簧開關的優點是成本低，缺點是馬達轉一圈只有六個計數因此精度低，且磁簧開關會受到潮溼、水氣、等外在環境容易損壞。另該角度編碼器型(Encoder)以圓盤不斷旋轉光電晶體將持續送出開路與通路訊號，當然圓盤的刻橫分劃越細密，所能量測的角度位置精度越高，若要測量正反轉位置時，則可以藉由不同的刻畫方式將每一個位置區分開來，獲得絕對位置的角度變化；優點是精度高，缺點是成本高，受到潮溼、水氣、等外在環境也有損壞的可能。

有鑒於上述馬達位置感測器611、621的諸多缺點，本發明提出一種太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法，利用利用高精度計數器來取代外部安裝的馬達位置感測器，具有高精度與低成本且不易損壞。

本發明之主要目的係在於，可取代外部安裝之馬達位置感測器，以解決精準度以及誤判之問題，而達到具有節省成本、精準度高以及穩定性佳之功效。

為達上述之目的，本發明係一種太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法，包含一可判斷太陽位置之太陽感測機構；一與太陽感測機構連接之處理機構，其至少包含有一計數單元，可接收太陽感測機構之太陽位置訊號，並將該訊號加以數位化；以及一與處理機構連接之太陽追蹤機構，可接收 數位化之太陽位置訊號，並依據該訊號進行方位與角度之移動，且由計數單元接收太陽追蹤機構之運轉進行累加及遞減之計數，而獲得太陽追蹤機構之運轉時間。

於本發明之一實施例中，該處理機構更進一步包含有：一可將太陽位置訊號數位化之轉換單元；一提供太陽經緯度之太陽軌跡單元；一接收轉換單元、太陽軌跡單元及計數單元之相關資訊之混合式策略控制單元；以及一配合接收混合式策略控制單元之相關資訊以驅動一太陽追蹤機構之驅動單元。

於本發明之一實施例中，該計數單位以0.1秒為基準。

於本發明之一實施例中，該太陽追蹤機構至少包含有與計數單元連接之仰角調整單元以及方位調整單元。

於本發明之一實施例中，該仰角調整單元以及方位調整單元係可為驅動馬達。

請參閱『第1圖』所示，係係本發明之方塊示意圖。如圖所示：本發明係一種太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法，其至少包含有一太陽感測機構1、一處理機構2以及一太陽追蹤機構3所構成。

上述所提之太陽感測機構1係可判斷太陽之位置。

該處理機構2係與太陽感測機構1連接，其至少包含有一計數單元21，可接收太陽感測機構1之太陽位置訊號，並將太陽位置訊號加以數位化，其中，該處理機構2更進一步包含 有一可將太陽位置訊號數位化之轉換單元22；一提供太陽經緯度之太陽軌跡單元23；一接收轉換單元22、太陽軌跡單元23及計數單元21之相關資訊之混合式策略控制單元24；及一配合接收混合式策略控制單元24之相關資訊以驅動一太陽追蹤機構3之驅動單元25。

該太陽追蹤機構3係與處理機構2連接，可接收數位化之太陽位置訊號，並依據該太陽位置訊號進行方位與角度之移動，且由處理機構2之計數單元21接收太陽追蹤機構3之運轉進行累加及遞減之計數，而獲得太陽追蹤機構之運轉時間，其中該太陽追蹤機構3至少包含有與計數單元21連接之仰角調整單元31以及方位調整單元32，而該仰角調整單元31以及方位調整單元32係可為驅動馬達。

當本發明於運用時，係可包含晴天模式及陰天模式兩種模式之應用，而依據不同天象而交互使用，並將所需之太陽能電池設置於太陽追蹤機構3上(圖未示)。

於晴天時，在太陽光下太陽追蹤機構3開始追蹤，此時該太陽感測機構1判斷太陽位置於太陽追蹤機構3之東邊、西邊、南邊或北邊，經由處理機構2之轉換單元22、太陽軌跡單元23計算太陽感測機構1之東、西向差值及南、北向差值而由混合式策略控制單元24配合驅動單元25驅動太陽追蹤機構3之仰角調整單元31以及方位調整單元32，使太陽追蹤機構3之平面垂直對準太陽，並同時以處理機構2之計數單元21進行計數，當太陽追蹤機構3往西方與南方向轉時，該計數單元21便開始以累加方式計數，而太陽追蹤機構3往東方與北方則以遞減方式計數，且計數之單位於0.1秒到10 秒為基準，因此，可使處理機構2得知太陽追蹤機構3之即時方位角及仰角之計數值。

而在陰天烏雲遮蔽太陽一段時間時，而太陽感測機構1就誤判而太陽追蹤機構3遠離對準太陽位置，而當太陽遠離大於某個角度時，便會使太陽感測機構1產生死角，此時，可利用太陽軌跡單元23依據太陽軌跡運動公式以及處理機構2之計數單元21控制的方法，計算即時之太陽軌跡所對應的計數值，直接驅動太陽追蹤機構3追至太陽軌跡值而對準太陽，可避免感測器之死角。

另外，在陰天太陽光微弱、烏雲、下雨、等天候下，直射照度會依雲層的厚薄、停留時間的長短而變化，直射照度弱；而由於東、西向差值變化大，會誤導太陽追蹤機構3追蹤，而為避免震盪，因此，在方位角方面，推算太陽運轉速度為每分鐘0.1度至10度之間，故，需太陽追蹤機構3模擬陽光區之追蹤速度為基準，作為限制方位角追蹤；另在仰角方面，其太陽運轉速度為每分鐘0.01度至0.3度之間，故，以每分鐘0.2度的追蹤速度為基準，作為限制仰角追蹤。如此，可依據太陽移動速度向前推算移動之位置搭配處理機構2之計數單元21控制的方法算出每度的計數值發現成線性關係，作為限制追蹤以克服亂追問題。而當晚上天暗的時候則使太陽追蹤機構3回到原點(回到東方和水平位置)，並同時將處理機構2之計數單元21的值歸零。

如此，可使本發明以計數單元21計數之方法應用於高聚光追蹤控制策略上，包含晴天模式及陰天模式兩種模式的應用，並依據不同天象而交互使用，使本發明在太陽光下，可精 確偵測太陽追蹤器的位置，在陰天太陽光微弱、烏雲、下雨、等天候下，依據太陽的移動速度來模擬太陽追蹤機構3之位置並給予太陽追蹤機構3移動上之限制；藉以使太陽能追蹤系統之穩定度提升，並取代外部安裝的馬達位置感測器，具有低成本且高精度與不易損壞之功效。

綜上所述，本發明太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法可有效改善習用之種種缺點，可取代外部安裝之馬達位置感測器，以解決精準度以及誤判之問題，而達到具有節省成本、精準度高以及穩定性佳之功效；進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

(本發明部分)

1‧‧‧太陽感測機構

2‧‧‧處理機構

21‧‧‧計數單元

22‧‧‧轉換單元

23‧‧‧太陽軌跡單元

24‧‧‧混合式策略控制單元

25‧‧‧驅動單元

3‧‧‧太陽追蹤機構

31‧‧‧仰角調整單元

32‧‧‧方位調整單元

(習用部分)

4‧‧‧太陽感測器

5‧‧‧微處理器控制器

50‧‧‧轉換單元

51‧‧‧混合式控制策略單元

52‧‧‧馬達驅動電路

53‧‧‧太陽軌跡

54‧‧‧脈波訊號

6‧‧‧太陽追蹤器

61‧‧‧仰角馬達

62‧‧‧方位馬達

611、621‧‧‧馬達位置感測器

第1圖，係本發明之方塊示意圖。

第2圖，係習用之方塊示意圖。

1‧‧‧太陽感測機構

2‧‧‧處理機構

21‧‧‧計數單元

22‧‧‧轉換單元

23‧‧‧太陽軌跡單元

24‧‧‧混合式策略控制單元

25‧‧‧驅動單元

3‧‧‧太陽追蹤機構

31‧‧‧仰角調整單元

32‧‧‧方位調整單元

Claims (4)

1. 一種太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法，包括有：一太陽感測機構，係可判斷太陽之位置；一處理機構，係與太陽感測機構連接，其至少包含有一計數單元，可接收太陽感測機構之太陽位置訊號，並將太陽位置訊號加以數位化；以及一太陽追蹤機構，係與處理機構連接，可接收數位化之太陽位置訊號，並依據該太陽位置訊號進行方位與角度之移動，且由處理機構之計數單元接收太陽追蹤機構之運轉進行累加及遞減之計數，而計數之單位以0.1秒到10秒為基準，以獲得太陽追蹤機構之運轉時間。
2. 依申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法，其中，該處理機構更進一步包含有：一可將太陽位置訊號數位化之轉換單元；一提供太陽經緯度之太陽軌跡單元；一接收轉換單元、太陽軌跡單元及計數單元之相關資訊之混合式策略控制單元；以及一配合接收混合式策略控制單元之相關資訊以驅動一太陽追蹤機構之驅動單元。
3. 依申請專利範圍第1項所述之太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法，其中，該太陽追蹤機構至少包含有與計數單元連接之仰角調整單元以及方位調整單元。
4. 依申請專利範圍第3項所述之太陽追蹤控制系統高精度感測太陽追蹤器位置的方法，其中，該仰角調整單元以及方位調 整單元係可為驅動馬達。