TWI554859B

TWI554859B - 太陽追蹤裝置及太陽能電池模組

Info

Publication number: TWI554859B
Application number: TW102114768A
Authority: TW
Inventors: 曾永昌
Original assignee: 鴻海精密工業股份有限公司
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2013-04-25
Publication date: 2016-10-21
Also published as: US9052385B2; TW201441783A; US20140318598A1

Description

太陽追蹤裝置及太陽能電池模組

本發明涉及一種太陽跟蹤裝置，特別涉及一種能根據太陽的位置自動調整位置的太陽追蹤裝置及採用該太陽能追蹤裝置的太陽能電池模組。

隨著能源危機之惡化和環保意識之加強，人們對潔淨能源之關注日益增強，而太陽能做為目前較為成熟之潔淨能源運用已成為能源領域之研究熱點。

太陽能的收集主要係利用太陽能電池板將太陽輻射之光子通過半導體物質轉變為電能。太陽能電池板之光電轉換過程係指太陽輻射到太陽能電池板上之一部分光子與半導體之原子及價電子產生電子-空穴對。在該電子-空穴之作用下，半導體材料於P-N結附近形成光生伏打電動勢，只要在半導體材料之P型區和N型區焊上金屬導線便可利用該光生伏打電動勢對外供電。將該具有光生伏打電動勢之半導體材料串聯、並聯起來就形成了能輸出一定電壓和電流之太陽能電池板。

為了提高收集太陽能之效率，一般會令太陽能收集系統的受光面朝向太陽，並跟隨太陽位置的變化而不斷調整受光面的朝向。現有的跟蹤太陽位置的方法採用根據太陽能收集系統所在的地理位置和太陽高度角季節性變化的規律計算出當地太陽位置隨時間變化的軌跡從而驅動太陽能收集系統的傳動機構按照所計算出來的軌跡跟蹤太陽。此種根據理論計算來預測太陽位置的跟蹤方法由於計算模型的缺陷和地理資料的誤差，所預測的太陽位置與實際情況存在差異從而會影響太陽能收集系統收集太陽能的效率。

有鑒於此，有必要提供一種可根據太陽之實際位置適時調整光感測的感測面朝向的太陽追蹤裝置及太陽能電池系統。

一種太陽追蹤裝置，包括光感測模塊、處理模塊、控制模塊及驅動模塊。該光感測模塊包括八個光感測器、一標桿固定部及一標桿，該八個光感測器分別具有光感測面，該標桿固定部具有固定面，該八個光感測面及該固定面相互平行且共同形成九宮格形狀的表面。該固定面位於中央，該八個光感測面圍繞該固定面，該標桿垂直固定於該固定面。該光感測器可根據對應光感測面接收的太陽光而輸出對應感測訊號，該標桿用於在太陽光照射方向與該光感測面發生傾斜時在部分光感測面產生陰影以使對應光感測面接收的光強小於對稱位置的光感測面接收的光強。該處理模塊用於處理該八個光感測器的感測訊號以判斷太陽光的照射方向相對於該光感測面的傾角關係，並計算該光感測模塊的旋轉方向及角度以使太陽照射方向垂直於該固定面。該控制模塊用於接收該處理模塊的旋轉方向及角度資訊並產生一旋轉方向及角度的指令。該驅動模塊用於接收該控制模塊的指令並根據該指令驅動該光感測模塊按對應方向旋轉對應角度，以使太陽光照射方向垂直於該光感測面。

一種太陽能電池系統，包括承載基座、太陽能電池板及如上所述的太陽追蹤裝置。該太陽能電池板，設置於該承載基座上，該太陽能電池板具有光接收面。該光感測模塊設置於承載基座上，且該光感測面和固定面平行於該光接收面。該驅動模塊與該承載基座連接，該驅動模塊用於驅動該承載基座旋轉從而帶動該太陽能電池板和光感測模塊旋轉。

相對於習知技術，本實施例的太陽能追蹤裝置可以實時地根據太陽所處之實際位置來即時調整接受裝置之朝向，避免了根據理論計算來跟蹤太陽所帶來之誤差，採用該太陽追蹤裝置的太陽能電池系統能更有效地收集太陽輻射能量。

100‧‧‧太陽能電池系統

10‧‧‧承載基座

20‧‧‧太陽能電池板

30‧‧‧太陽追蹤裝置

11‧‧‧承載面

22‧‧‧光接收面

31‧‧‧光感測模塊

32‧‧‧處理模塊

33‧‧‧控制模塊

34‧‧‧驅動模塊

311‧‧‧光感測器

312‧‧‧標桿固定部

313‧‧‧標桿

A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2‧‧‧光感測面

E‧‧‧固定面

314‧‧‧陰影

40‧‧‧支撐體

圖1是本發明實施例提供的太陽能電池系統的立體示意圖。

圖2是圖1中太陽能電池系統中的太陽追蹤裝置的各模塊示意圖。

圖3是圖2中太陽追蹤裝置中的光感測模塊的俯視示意圖。

請參閱圖1和圖2，本發明實施例提供一種太陽能電池系統100，包括承載基座10、太陽能電池板20及太陽追蹤裝置30。

本實施例中，該承載基座10為矩形板狀，具有承載面11。該太陽能電池板20固定於該承載面11，該太陽能電池板20具有一光接收面22，本實施例中，該光接收面22為平面。該太陽能電池板20的光接收面22接收到太陽光線後，通過其內部的光電轉換結構將光能轉化為電能。

該太陽追蹤裝置30包括光感測模塊31、處理模塊32、控制模塊33及驅動模塊34。請一併參閱圖3，該光感測模塊31包括八個光感測器311、一個標桿固定部312及一標桿313，該八個光感測器311和標桿固定部312固定於該承載面11，該標桿313固定於該標桿固定部312。該八個光感測器311分別具有光感測面A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1及D2，該標桿固定部312具有固定面E，該光感測面A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2及固定面E位於同側且均平行於該太陽能電池板20的光接收面22，本實施例中，該光感測面A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1和D2及固定面E共面。該光感測面A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1及D2與固定面E共同形成九宮格形狀，其中固定面E位於該九宮格形狀的中央，該光感測面A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1及D2圍繞該固定面E，本實施例中，該光感測面A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2及該固定面E為大小相同的正方形。其中該光感測面A1與光感測面A2以該固定面E為中心對稱，該光感測面B1與光感測面B2以固定面E為中心對稱，該光感測面C1與光感測面C2以固定面E為中心對稱，該光感測面D1與光感測面D2以固定面E為中心對稱，該光感測面C1、C2、D1及D2位於該九宮格形狀的四個角落。該光感測面A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1及D2分別代表八個方向，如分別代表北、南、西、東、西北、東南、東北、西南。本實施例中，該八個光感測器311均可以為光電感測器，且分別可以單獨控制，當不同強度的光線照射至該光感測面A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1及D2時，可以產生不同的感應電流。當然，該光感測器311亦可以根據光強不同產生其他感測訊號如電壓訊號。

該標桿313固定於該標桿固定部312的固定面E，且垂直於該固定面E延伸，本實施例中，該標桿313為圓柱狀，可以理解，該標桿313也可以其他形狀，如棱柱等。

該處理模塊32用於接收該八個光感測器311的感測訊號並對該感測訊號進行處理，得出太陽的照射方向與固定面E的傾角關係，並計算該光感測模塊31的旋轉方向及角度以使太陽照射方向垂直於該固定面E。如：當太陽的照射方向與該固定面E傾斜時，該標桿313在太陽光下的陰影314會影射至該光感測面A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1及D2的中的某一個面或複數面上，此時被陰影314影射的光感測器311所產生的感應電流會小於與其對稱的光感測器311的感應電流，如此則該處理模塊32則可以根據該感應電流的大小關係資訊判斷太陽光的照射方向相對於固定面E之間的傾斜方向及傾斜角度。如圖3所示，標桿313的陰影314覆蓋了光感測面A1、C1、B1的部分區域，則對應於光感測面A1、C1、B1的光感測器311的感應電流小於分別與光感測面A1、C1、B1相對的光感測面A2、C2、B2對應的光感測器311的感應電流，由此處理模塊32則可以推知太陽的照射方向鄰近該太陽追蹤裝置30的東南方向，相對稱的光感測器311的感應電流的大小比值可以推知陰影314的大小，由此可推知傾角大小。

該控制模塊33用於接收該處理模塊32的旋轉方向及角度資訊並產生一旋轉方向及角度的指令至該驅動模塊34。該驅動模塊34與該承載基座10連接，用於根據接收自該控制模塊33的指令驅動該承載基座10以預定方向旋轉預定角度以使固定面E與太陽光照射方向垂直，即，使太陽能電池板20的光接收面22與太陽光照射方向垂直，從而使太陽能電池板20最大限度地接收太陽光能量。該驅動模塊34可以為習知的多方向旋轉驅動裝置(圖未示)，設置於該承載基座10的下方或一側，該驅動模塊34通過支撐體40支撐於地面或其他安裝固定位置。

在使用時，可以通過該支撐體40將承載基座10固定於某固定位置，並使太陽能電池板20的光接收面22以一初始傾角設置，該太陽追蹤裝置30進行以一預定周期進行太陽追蹤，如每三十分鍾追蹤一次。每次追蹤時，可以進行多次感測和位置調整，直至八個光感測器311中每相對的兩個光感測器311的感測電流相同即太陽光直射太陽能電池板20的光接收面22為止。

相對於習知技術，本實施例的太陽追蹤裝置30可以實時地根據太陽所處之實際位置來即時調整接受裝置之朝向，避免了根據理論計算來跟蹤太陽所帶來之誤差，從而能更有效地收集太陽輻射能量。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。