TWI589819B - Solar power generation method and device with non-same chasing day stage - Google Patents

Solar power generation method and device with non-same chasing day stage Download PDF

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Description

具有非同向追日階段之太陽能發電方法及其裝置
本發明是有關一種具有非同向追日階段之太陽能發電方法及其裝置,尤指一種可有效收集太陽初昇或夕照階段之陽光能量,且避免太陽能發電模組間,在該初末階段產生相互遮蔽之缺失。
隨著各種控制與操作技術的進步,太陽能發電方式已由傳統固定角度設置之太陽能發電裝置(太陽能板)結構,逐漸變換發展為具有可追尋太陽位置並同步樞轉之機制,藉由此種以太陽能發電裝置(太陽能板)保持面對太陽的方式,可有效提昇吸收太陽能之效率,進而同時增進發電效率。
然而,為了達到有限佈設空間的高效率運轉,一般太陽能發電裝置(太陽能板)多係以相互鄰靠的密集排列方式設置,以期能增加太陽能發電裝置設置的數量,但也因為如此,在日昇或日落(太陽與地面夾角較小)之時,因為若為了高效率吸收太陽能量,則各太陽能發電裝置(太陽能板或追日平台)預先樞轉至對應太陽之角度時將接近與地平面垂直,因此,前排太陽能發電裝置(太陽能板或追日平台)將直接遮蔽後方的太陽能發電裝置,嚴重影響該前排後方之太陽能發電裝置(太陽能板)的太陽能收集功能。
再者,由於一般太陽能發電裝置大多係設置於空曠(不易遮 蔽陽光)之地區,因此極易因空氣對流作用而產生強風,考慮到大多的強風皆係為側向風,且目前的太陽能發電裝置大多具有較大的面積,致使若該太陽能發電裝置(太陽能板)之傾斜角度過大(趨近於垂直地面)時,極易產生較大的阻風面積,造成必須承受較大的風阻力,致使上述強風極易對該太陽能發電裝置(太陽能板)產生嚴重的破壞。
因此,目前之太陽能發電裝置的追日方式,大多僅係在追日循環之起始前,先將太陽能發電裝置之追日平台預先由一休息位置運行至追日循環路徑之起始方立角及仰角,等待太陽運行之太陽方位角及仰角與該方位角及仰角對應後,才開始順隨太陽之運行軌跡進行追日循環,直待追日到預定追日路徑之末段時即停止追日,直待完全日落後,再將該太陽能發電裝置回運轉至上述休息位置。如此,針對於日昇初階段及日落末階段,將由於上述之前後裝置遮蔽問題,使其間之太陽能吸收效率嚴重受限。
故而,如何能於太陽能發電裝置(太陽能板)追蹤太陽位置並同步樞轉之操作過程中,有效避免各太陽能發電裝置(太陽能板)之間遮蔽陽光的情形,同時,又能有效收集日昇或日落(太陽與地面夾角較小)時之陽光能量,乃為相關業者所亟待努力之課題。
有鑑於習見之太陽能發電裝置追日系統有上述缺點,發明人乃針對該些缺點研究改進之道,終於有本發明產生。
本發明之主要目的在於提供一種以逆向偏轉進行日照初末階段追日之太陽能發電方法及其裝置,其可於避免太陽能發電模組 相互遮蔽陽光的前題下,有效收集日昇或日落(太陽與地面夾角較小)時之陽光能量,進而可提昇整體之發電能量。
本發明之另一目的在於提供一種以逆向偏轉進行日照初末階段追日之太陽能發電方法及其裝置,其於太陽能發電模組至最終能量收集位置時,恰可驅使承載平台回復至初始(水平)或休息之位置,不僅不需另外耗費能源運轉平台至該休息位置,更可避免側向強風對太陽能發電模組所造成的不良影響。
為達成上述目的及功效,本發明所採行的技術手段包括:一「太陽能發電模組由一初始位置逐漸以逆太陽運行方向朝太陽位置樞轉」步驟,係使一太陽能發電模組經由至少一連動組件驅動,而可由一靜止之初始位置(通常為水平位置)逐漸朝向太陽昇起之太陽位置及仰角之位置樞轉;一「太陽能發電模組是否於一第一預設仰角及方位角之位置正對太陽」判斷步驟;一「太陽能發電模組自該第一預設仰角及方位角開始隨著太陽位置之變化,而同步樞轉調整對應之仰角及方位角」步驟,若經確認太陽能發電模組已於第一預設仰角及方位角之位置與該太陽相對應,則由該連動組件驅動該太陽能發電模組,以隨著太陽位置之變化而同步樞轉,以保持對應於該太陽之仰角及太陽方位角;一「太陽與太陽能發電模組是否已同步移至一第二預設仰角及方位角之位置」判斷步驟;一「太陽能發電模組停止追隨太陽之同步樞轉,且逐漸以逆太陽運行方向朝向該初始位置回復樞轉」步驟,若經確認太陽與該太陽能發電模組已同步移至一第二預設仰角及方位角之位置時,該連動組件即驅動該太陽能發電模組停止對應追隨太陽同向運轉,並使該太陽能發電模組逐漸朝向該初始位置逆樞轉。
依上述方法,其中執行該「太陽能發電模組停止追隨太陽之同步樞轉,且逐漸朝向該初始位置樞轉」步驟之後,另分別執行一「太陽是否已完全西落」判斷步驟及一「太陽能發電模組回復至該初始位置」步驟,使該太陽能發電模組於太陽西落時,恰能回復運轉至原靜止或休息之初始位置。
依上述方法,其中該「太陽能發電模組由一初始位置逐漸朝向太陽位置樞轉」步驟之前,另包括一「太陽是否已昇起,並沿一預設軌跡移行」判斷步驟,係確認太陽已昇起,並沿其應運行之軌跡移行。
依上述方法,其中該初始位置可以為水平位置。
依上述方法,其中該第一預設仰角之角度係等於該第二預設仰角之角度。
為使本發明的上述目的、功效及特徵可獲致更具體的暸解,茲依下列附圖說明如下:
1‧‧‧太陽能發電模組
10‧‧‧承載平台
2‧‧‧支撐組件
3、4‧‧‧連動組件
31、41‧‧‧動力源
32、42‧‧‧連結元件
S10‧‧‧太陽是否已昇起,並沿一預設軌跡移行
S11‧‧‧太陽能發電模組由一初始位置逐漸以逆太陽運行方向朝太陽位置樞轉
S12‧‧‧太陽能發電模組是否於一第一預設仰角及方位角之位置正對太陽
S13‧‧‧太陽能發電模組自該第一預設仰角及方位角開始隨著對應太陽位置之變化,而逐步樞轉調整其仰角及方位角
S14‧‧‧太陽與太陽能發電模組是否已同時移至一第二預設仰角及方位角之位置
S15‧‧‧太陽能發電模組停止追隨太陽之逐步樞轉,且以逆太陽運行方向朝該初始位置逐漸樞轉
S16‧‧‧太陽是否已完全西落
S17‧‧‧太陽能發電模組回復至該初始位置
A‧‧‧第一預設仰角
B‧‧‧第二預設仰角
第1圖係本發明之操作流程圖。
第2圖係依第1圖之流程中的動作示意圖(一)。
第3圖係依第1圖之流程中的動作示意圖(二)。
第4圖係依第1圖之流程中的動作示意圖(三)。
第5圖係依第1圖之流程中的動作示意圖(四)。
請參第1圖,可知本發明之流程主要包括:一「太陽是否已 昇起,並沿一預設軌跡移行」S10判斷步驟、一「太陽能發電模組由一初始位置逐漸以逆太陽運行方向朝太陽位置樞轉」S11步驟、一「太陽能發電模組是否於一第一預設仰角及方位角之位置正對太陽」S12判斷步驟、一「太陽能發電模組自該第一預設仰角及方位角開始隨著對應太陽位置之變化,而逐步樞轉調整仰角及方位角」S13步驟、一「太陽與太陽能發電模組是否已同時移至一第二預設仰角及方位角之位置」S14判斷步驟、一「太陽能發電模組停止追隨太陽之逐步樞轉,且逐漸以逆太陽運行方向朝該初始位置回復樞轉」S15步驟、一「太陽是否已完全西落」S16判斷步驟及一「太陽能發電模組回復至該初始位置」S17步驟。
請參第2至5圖,可知本發明上述之流程於實際應用時,係可配合一設置於支撐組件2上之太陽能發電模組1(該太陽能發電模組1係結合於一承載平台10上,且該承載平台10係經由一具二維樞轉模式之樞轉組件20連結於該支撐組件2上)實施,且於該支撐組件2與太陽能發電模組1之間設有受一控制裝置所控制之二連動組件3、4,該二連動組件3、4分別具有動力源31、41,各動力源31、41係可分別連動一連結元件32、42,且各連結元件32、42之二端部係分別結合於該承載平台10之不同側邊緣,藉以使該二動力源31、41可分別經由連結元件32、42而驅使該承載平台10、太陽能發電模組1產生樞轉傾斜,以下則藉由上述結構分別說明上述方法之各步驟:首先,該「太陽是否已昇起,並沿一預設軌跡移行」S10 判斷步驟,係(可經由一光感應元件感應外部環境之光線強度大於一預設值,或以太陽運行軌跡公式計算出)確認太陽已初昇,並沿其運行軌跡移行;若為肯定”Y”,則執行「太陽能發電模組由一初始位置逐漸以逆太陽運行方向朝太陽位置樞轉」S11步驟,由該二連動組件3、4分別驅動該太陽能發電模組1(承載平台10),使其由一初始位置(通常為水平位置)逐漸以逆太陽運行方向朝太陽位置樞轉(如第2圖所示);再經由「太陽能發電模組是否於一第一預設仰角及方位角之位置正對太陽」S12判斷步驟,確認該太陽能發電模組1(承載平台10)是否已運行至正對太陽之一第一預設仰角A及方位角之位置;若為肯定”Y”,則執行「太陽能發電模組自該第一預設仰角A及方位角開始隨著對應太陽之位置,逐步樞轉調整其仰角及方位角」S13步驟,由二連動組件3、4驅動該太陽能發電模組1(承載平台10),使其隨著太陽位置之變化而逐步樞轉,以保持持續對應於該太陽方向之狀態(如第3圖所示);再經由「太陽與太陽能發電模組是否已同時移至一第二預設仰角及方位角之位置」S14判斷步驟,以確認太陽與該太陽能發電模組1(承載平台10)已同時移至停止動態調整(追蹤太陽)之第二預設仰角B及方位角之位置(如第4圖所示);若為肯定”Y”,則執行「太陽能發電模組停止追隨太陽之逐步樞轉,且逐漸以逆太陽運行方向朝該初始位置回復樞轉」S15步驟,使該二連動組件3、4驅動該太陽能發電模組1(承載平台10)停止追隨太陽之仰角及太陽方位運行,並使該太陽能發電模組1(承載平台10)可經由二連動組件3、4的驅動,或利用自身之回復力,而逐漸朝向該初始位置樞轉回至原始休息狀態,最後,經由該「太陽是 否已完全西落」S16判斷步驟後,再執行該「太陽能發電模組回復至該初始位置」S17步驟,使該太陽能發電模組1(承載平台10)於太陽下山(光感應元件感應外部環境光線強度小於一預設值或由公式計算之結果)時,恰好或接近回復至該靜止之水平初始位置(如第5圖所示)而靜止。
本發明上述之操作過程中,由於太陽於一年的各不同時間在地球上不同緯度上皆具有不同之移行軌跡,且該太陽能發電模組1(承載平台10)對應於太陽移行軌跡之仰角及方位角係可經由公式運算摹擬而得,因此於實際應用時,可將該計算公式預先儲存於一控制二連動組件3、4之控制模組中,在使用時,僅需輸入地區之緯度,以及日期等必要資訊,即可使該連動組件3、4自動於正確時間驅動該太陽能發電模組1(承載平台10)進行上述之運作,藉以有效提昇操作上之便利性。
綜合以上所述,本發明以逆向偏轉進行日照初末階段追日之太陽能發電方法及其裝置確可有效利用太陽初昇或夕照之陽光能量,且可避免太陽能發電模組相互遮蔽之發電系統,以提昇整體之發電能量之功效,實為一具新穎性及進步性之發明,爰依法提出申請發明專利;惟上述說明之內容,僅為本發明之較佳實施例說明,舉凡依本發明之技術手段與範疇所延伸之變化、修飾、改變或等效置換者,亦皆應落入本發明之專利申請範圍內。
S10‧‧‧太陽是否已昇起,並沿一預設軌跡移行
S11‧‧‧太陽能發電模組由一初始位置逐漸朝相對反太陽運行方向樞轉
S12‧‧‧太陽能發電模組是否於一第一預設仰角及方位角之位置正對太陽
S13‧‧‧太陽能發電模組自該第一預設仰角及方位角開始隨著對應太陽位置之變化,而逐步樞轉調整仰角及方位
S14‧‧‧太陽與太陽能發電模組是否已同時移至一第二預設仰角及方位之位置
S15‧‧‧太陽能發電模組開始逐步朝相反於太陽運行方向樞轉向該初始位置
S16‧‧‧太陽是否已完全西落
S17‧‧‧太陽能發電模組回復至該初始位置

Claims (7)

  1. 一種具有非同向追日階段之太陽能發電方法,其至少包括:一「太陽是否已昇起,並沿一預設軌跡移行」判斷步驟,係確認太陽已昇起,並沿其運行之軌跡移行;一「太陽能發電模組由一初始位置逐漸以逆太陽運行方向朝太陽位置樞轉」步驟,係使一太陽能發電模組經由至少一連動組件驅動,而由一原靜止之初始位置逐漸以逆太陽運行方向朝太陽位置樞轉;一「太陽能發電模組是否於一第一預設仰角及方位角之位置正對太陽」判斷步驟;一「太陽能發電模組自該第一預設仰角及方位角開始隨著太陽位置之變化,而逐步樞轉調整其仰角及方位角」步驟,當確認該太陽能發電模組已於第一預設仰角及方位角位置與該太陽相對應,則由該連動組件驅動該太陽能發電模組,以隨著太陽位置之變化而逐步樞轉,以保持與該太陽之仰角及太陽方位角度相對應。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有非同向追日階段之太陽能發電方法,更包括:一「太陽與太陽能發電模組是否已同步移至一第二預設仰角及方位角之位置」判斷步驟;一「太陽能發電模組停止追隨太陽之逐步樞轉,且以逆太陽運行方向朝該初始位置逐漸樞轉」步驟,若經確認太陽與該太陽能發電模組已同步移至一第二預設仰角及方位角位置,則該連動組件 驅動該太陽能發電模組停止追隨太陽,並使該太陽能發電模組緩慢逐漸以逆太陽運行方向朝初始位置樞轉。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具有非同向追日階段之太陽能發電方法,其中執行該「太陽能發電模組停止追隨太陽之逐步樞轉,且以逆太陽運行方向逐漸朝該初始位置樞轉」步驟之後,另分別執行一「太陽是否已完全西落」判斷步驟及一「太陽能發電模組回復至該初始位置」步驟,使該太陽能發電模組於太陽完全西落時,恰可或接近回復至靜止之初始位置。
  4. 如申請專利範圍第1或2或3項所述之具有非同向追日階段之太陽能發電方法,其中該初始位置係為水平位置。
  5. 一種具有非同向追日階段之太陽能發電裝置,其包括有一支撐組件,一裝設於該支撐組件上之太陽能發電模組,且於該支撐組件與該太陽能發電模組之間設有受一控制裝置所控制之連動組件,該控制裝置具有於確認太陽已初昇以後令該太陽能發電模組進行一逐漸以逆太陽運行方向朝太陽位置樞轉之二維樞轉模式。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具有非同向追日階段之太陽能發電裝置,其中之支撐組件具有至少一設置太陽能發電模組之承載平台。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具有非同向追日階段之太陽能發電裝置,其中之連動組件係以一動力源連動一連結元件所構成,且該連結元件具有二端,分別結合於該承載平台之不同側邊緣。
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