太陽能電池板陣列及其自動追光系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能電池板陣列，其包括位于一第一平面的多塊電池板及位于一第二平面的一塊電池板，所述第一平面和第二平面相互平行，所述第一平面上的其中四塊電池板呈十字形排布且在中間位置處形成一空隙，位于所述第二平面的電池板在所述第一平面上的正投影與所述空隙重合。本發(fā)明無須額外增加任何類型的光感器件，直接利用電池板自身輸出與光照強度的關(guān)系，結(jié)合太陽平行光對物體直射投影的物理原理，調(diào)整電池板陣列中特殊位置的電池板位置，對特殊位置電池板周圍相鄰近各電池板輸出電壓進行單獨檢測，從而構(gòu)建出可實現(xiàn)追光功能的太陽能電池板陣列及其追光系統(tǒng)和方法。本發(fā)明由于避免額外增加光感器件，降低生產(chǎn)成本和維護成本，具有較高經(jīng)濟效益。
【專利說明】太陽能電池板陣列及其自動追光系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電領(lǐng)域，更具體地涉及一種太陽能電池板陣列及其自動追光系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在能源形勢越來越嚴峻的今天，新能源領(lǐng)域，尤其是光伏發(fā)電技術(shù)越來越受到世界各國的關(guān)注，在進一步提高光伏電池板對太陽光利用效率的技術(shù)上，已產(chǎn)生各種能自動追蹤太陽光方位的技術(shù)方案，現(xiàn)有技術(shù)中大多采用增加光敏器件或更高精度的光強度傳感器對太陽光位置進行檢測，將檢測信號送給系統(tǒng)控制處理模塊運算后，再控制安裝于電池板支架上的電機帶動轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，直到電池板完全對準太陽光為止。該類型的技術(shù)方案雖然可行，但其執(zhí)行成本較高，需額外增加傳感設備來檢測，且高精度傳感設備往往對環(huán)境要求較高，將其暴露于野外酷熱環(huán)境及高濕條件下存在可能損壞失效的風險，進而會增加后續(xù)維護方面的成本。
[0003]鑒于此，有必要提供一種可解決上述缺陷的太陽能電池板陣列及其自動追光系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池板陣列及其自動追光系統(tǒng)和方法以便于在不增加傳感設備的基礎上來實現(xiàn)自動追光。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種太陽能電池板陣列，其包括位于一第一平面的多塊電池板及位于一第二平面的一塊電池板，所述第一平面和第二平面相互平行，所述第一平面上的其中四塊電池板呈十字形排布且在中間位置處形成一空隙，位于所述第二平面的電池板在所述第一平面上的正投影與所述空隙重合。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種太陽能電池板自動追光系統(tǒng)，其包括太陽能電池板陣列、支架、驅(qū)動裝置及控制裝置，所述太陽能電池板陣列安裝在所述支架上，所述支架上設置有橫轉(zhuǎn)軸和縱轉(zhuǎn)軸，所述驅(qū)動裝置包括用于驅(qū)動所述橫轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的橫軸驅(qū)動電機和用于驅(qū)動所述縱轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的縱軸驅(qū)動電機，其中，所述太陽能電池板陣列上述方案的太陽能電池板陣列，所述控制裝置包括電壓采集模塊、控制處理模塊、橫軸電機驅(qū)動模塊及縱軸電機驅(qū)動模塊，其中，所述電壓采集模塊與太陽能電池板陣列相連，用于采集第一平面上與空隙相鄰的四塊電池板的電壓信號；所述控制處理模塊同時與電壓采集模塊、橫軸電機驅(qū)動模塊及縱軸電機驅(qū)動模塊相連，用于根據(jù)電壓采集模塊所采集到的電壓信號進行處理分析后向橫軸電機驅(qū)動模塊和/或縱軸電機驅(qū)動模塊輸出控制信號；所述橫軸電機驅(qū)動模塊與所述橫軸驅(qū)動電機相連以根據(jù)來自控制處理模塊的控制信號來控制橫軸驅(qū)動電機；所述縱軸電機驅(qū)動模塊與所述縱軸驅(qū)動電機相連以根據(jù)來自控制處理模塊的控制信號來控制縱軸驅(qū)動電機。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種所述太陽能電池板自動追光系統(tǒng)的追光實現(xiàn)方法，其包括以下步驟:實時檢測第一平面上與空隙相鄰的四塊電池板的電壓；判斷X軸方向上左右兩塊電池板之間的輸出電壓差VDl是否大于預設偏差值VD，且判斷Y軸方向上的兩塊電池板之間輸出電壓差VD2是否大于預設的偏差值VD ;若電壓差VDl和/或電壓差VD2大于預設偏差值VD，則調(diào)整太陽能電池板陣列轉(zhuǎn)動，否則太陽能電池板陣列保持不動。
[0008]優(yōu)選地，在上述方法中，采用一電壓采集模塊來實時采集第一平面上與空隙相鄰的四塊電池板的電壓，其中X軸方向上左右兩塊電池板的電壓分別記錄為VXl和VX2，Y軸方向上上下塊電池板的電壓分別記錄為VYl和VY2。
[0009]優(yōu)選地,在上述方法中，米用一橫軸電機驅(qū)動模塊和一縱軸電機驅(qū)動模塊來分別驅(qū)動太陽能電池板陣列上的橫軸驅(qū)動電機和縱軸驅(qū)動電機，采用一控制處理模塊來接收電壓采集模塊所采集的電壓并進行以下數(shù)據(jù)處理和控制:對X軸方向上左右兩塊電池板的電壓VXl和VX2進行比較得出電壓差VDl并記錄下X軸方向上電壓較大的一側(cè)，且對Y軸方向上上下兩塊電池板的電壓VYl和VY2進行比較得出電壓差VD2并記錄下Y軸方向上電壓較大的一側(cè)；判斷電壓差VDl和電壓差VD2是否大于預設偏差值VD ;若判斷結(jié)果是電壓差VDl和/或電壓差VD2大于預設偏差值VD，則發(fā)出控制信號來控制橫軸電機驅(qū)動模塊和/或縱軸電機驅(qū)動模塊工作以驅(qū)使太陽能電池板陣列朝向電壓較大的一側(cè)偏轉(zhuǎn)；若判斷結(jié)果是電壓差VDl和電壓差VD2均不大于預設偏差值VD，則不發(fā)送任何控制信號，太陽能電池板陣列保持不動。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明無須額外增加任何類型的光感器件，直接利用電池板自身輸出與光照強度的關(guān)系，結(jié)合太陽平行光對物體直射投影的物理原理，調(diào)整電池板陣列中特殊位置的電池板位置，構(gòu)建出可實現(xiàn)追光功能的電池板陣列結(jié)構(gòu)。而且，基于上述電池板陣列中的電池板結(jié)構(gòu)位置的特殊調(diào)整和對特殊位置電池板周圍相鄰近各電池板輸出電壓進行單獨檢測并結(jié)合控制處理模塊進行分析判斷來構(gòu)建出相應的自動追光系統(tǒng)及方法。本發(fā)明由于避免額外增加光感器件，降低生產(chǎn)成本，也降低了維護成本，具有較高經(jīng)濟效益。
[0011]通過以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明的實施例。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明太陽能電池板陣列一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2和圖3為圖1所示太陽能電池板陣列處于不同照射情況的示意圖。
[0014]圖4為本發(fā)明太陽能電池板自動追光系統(tǒng)的原理方框圖。
[0015]圖5為本發(fā)明太陽能電池板自動追光方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，附圖中類似的組件標號代表類似的組件。顯然，以下將描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0017]參照圖1至圖3，本實施例的太陽能電池板陣列10由N塊獨立的電池板串聯(lián)后再并聯(lián)而成(其中N的取值應大于5)，本實施例以9塊一樣的電池板組成的電池板陣列為例進行說明。如圖1所示，本實施例的太陽能電池板陣列包括電池板A和其周圍的X軸方向上的電池板X1、X2和Y軸方向上的電池板Y1、Y2。其中，電池板Xl和X2的輸出不能直接并聯(lián)，電池板Yl和Y2的輸出也不能直接并聯(lián)，因為一旦并聯(lián)，兩個輸出電壓將無法通過檢測分辯出來，但可以是串聯(lián)關(guān)系。具體地，電池板A位于第二平面P2而其它電池板均位于第一平面P1，位于第一平面Pl的其中四塊電池板X1、X2和Y1、Y2呈十字形排布且在中間位置處預留一塊電池板大小的空隙，電池板A在所述第一平面Pl上的正投影剛好落入在該空隙內(nèi)。上述結(jié)構(gòu)布局可通過以下方式實現(xiàn):所有電池板依次相連、一個挨著一個地設置在同一平面上且朝向均完全一致，如本實施例中的9塊電池板呈九格宮形狀，將位于中間位置的電池板向上平行調(diào)高一段距離，該被抬高的電池板保持與其它電池板所在平面平行。
[0018]基于上述結(jié)構(gòu)設計，當電池板陣列10正對著太陽光直射方向時(也即太陽光線垂直所述第一平面和第二平面，如圖2所示)，由于太陽光的平行特點，中間抬高的電池板(第二電池板A)所產(chǎn)生的陰影不會投到周圍任何一個電池板上，此時空隙周圍四個方向的電池板X1、X2和Y1、Y2所接受的太陽光強度基本一致，橫向X軸的左右兩塊電池板Χ1、Χ2，或者縱向Y軸的上下兩塊電池板Υ1、Υ2的輸出電壓偏差最小，基本上只等于電池板自身的參數(shù)偏差，該偏差作為允許偏差可進行預設。當X軸方向上的兩塊電池板X1、Χ2之間和Y軸方向上的兩塊電池板Y1、Υ2之間輸出電壓偏差均小于預設的允許偏差值時,可認為電池板已正對太陽光。
[0019]而當太陽光偏離正對方向后，根據(jù)電池板排列的物理位置，中間被抬升的電池板A必定會有一定程度的陰影被投射到周圍的電池板上(如圖3所示)，所投陰影面積越大的電池板的輸出電壓將越低，通過比較X軸方向的左右兩塊電池X1、Χ2的輸出電壓關(guān)系可得出太陽光更偏向橫軸上哪個方向，同時通過比較Y軸方向的上下兩塊電池板Y1、Υ2的輸出電壓關(guān)系可得出太陽光更偏向縱軸上哪個方向。
[0020]基于上述設計，本發(fā)明還提供一種太陽能電池板自動追光系統(tǒng)，其包括太陽能電池板陣列10、支架20、驅(qū)動裝置及控制裝置40。其中，所述太陽能電池板陣列10安裝在支架20上，所述支架20上設置有橫轉(zhuǎn)軸和縱轉(zhuǎn)軸，所述驅(qū)動裝置包括用于驅(qū)動所述橫轉(zhuǎn)軸的橫軸驅(qū)動電機21和用于驅(qū)動所述縱轉(zhuǎn)軸的縱軸驅(qū)動電機22。上述支架和驅(qū)動裝置均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述，下面詳細說明本系統(tǒng)中的控制裝置40。
[0021]如圖4所示，本實施例的控制裝置40包括電壓采集模塊41、控制處理模塊42、橫軸電機驅(qū)動模塊43及縱軸電機驅(qū)動模塊44，其中，所述電壓采集模塊41與太陽能電池板陣列10相連，用于采集第一平面Pl上與空隙相鄰的四塊電池板Χ1、Χ2和Y1、Υ2的電壓信號，該電壓采集模塊41可由電壓傳感器或運放差分電路來實現(xiàn)；所述控制處理模塊42可由寫入編程的單片機或CPU來實現(xiàn)，其同時與電壓采集模塊41、橫軸電機驅(qū)動模塊43及縱軸電機驅(qū)動模塊44相連，用于根據(jù)電壓采集模塊41所采集到的電壓信號進行處理后向橫軸電機驅(qū)動模塊43和/或縱軸電機驅(qū)動模塊44輸出控制信號；所述橫軸電機驅(qū)動模塊43和縱軸電機驅(qū)動模塊44均可由功率放大電路來實現(xiàn)，其中，所述橫軸電機驅(qū)動模塊43與支架上的橫軸驅(qū)動電機21相連以根據(jù)來自控制處理模塊42的控制信號來控制橫軸驅(qū)動電機21 ;所述縱軸電機驅(qū)動模塊44與支架上的縱軸驅(qū)動電機22相連以根據(jù)來自控制處理模塊42的控制信號來控制縱軸驅(qū)動電機22。[0022]基于上述太陽能電池板自動追光系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種太陽能電池板自動追光方法。下面參照圖5并結(jié)合圖2和圖3來說明具體的實現(xiàn)方式。
[0023]首先，利用電壓采集模塊41實時檢測第一平面Pl上與空隙相鄰的四塊電池板X1、X2和Y1、Y2的電壓。五塊電池板陣列中，中間的電池板A在安裝時需按平行的方式向上抬高一段距離，從側(cè)面看如圖2所示，當電池板陣列的平面正對著平行太陽光時，無論從X軸側(cè)面看還是Y軸側(cè)面看，太陽光對中間電池板A的投射產(chǎn)生的背后陰影將落在其后的空隙中，不會與周圍任意一個電池板產(chǎn)生重疊，因此此五塊電池板所接受的太陽光強度是完全一致的。假設Χ1、Χ2、Υ1、Υ2四個電池板的單獨輸出電壓分別為VX1、VX2、VY1和VY2，假設各電池板因自身參數(shù)偏差產(chǎn)生的輸出電壓差(即同規(guī)格的電池板即在同樣的太陽光照強度下，輸出電壓的偏差值)的最大值為VD。那么當電池板陣列正對這太陽光時，VXl與VX2的差值VDl以及VYl與VY2的差值VD2均小于VD，此時系統(tǒng)將認為無須驅(qū)動橫縱轉(zhuǎn)軸兩個電機，保持當前太陽能電池板陣列的朝向。而當太陽光出現(xiàn)偏移時，太陽光必會將中間電池板A身后的投影重疊一部分到周圍四個電池板中的一個或兩個上，圖3展示了在X軸方向看時，電池板Xl和X2的關(guān)系,太陽光偏向了 X2的方向時，中間電池板A將會產(chǎn)生一個陰影，并部分的與Xl電池板產(chǎn)生重疊，導致Xl電池板所接受的太陽光照將明顯小于同一軸向上的X2電池板，也即VXl與VX2的差值VDl大于VD，此時需驅(qū)動橫轉(zhuǎn)軸電機工作以使電池板陣列轉(zhuǎn)向與太陽光垂直的平面，Y軸方向上的電池板Yl和Y2的情況與上述過程完全一致。
[0024]基于此，控制處理模塊42在接收到來自電壓采集模塊41的電壓信號后需判斷X軸方向上的兩塊電池板Xl和X2之間的輸出電壓差VDl以及Y軸方向上的兩塊電池板Yl和Y2之間輸出電壓差VD2是否大于預設偏差值VD，若是，則說明太陽光產(chǎn)生偏移。具體地，需進行如下數(shù)據(jù)處理和信號控制:對X軸方向上左右兩塊電池板的電壓VXl和VX2進行比較得出電壓差VDl并記錄下X軸方向上電壓較大的一側(cè)，同時對Y軸方向上上下兩塊電池板的電壓VYl和VY2進行比較得出電壓差VD2并記錄下Y軸方向上電壓較大的一側(cè)；判斷電壓差VDl和電壓差VD2是否大于偏差值VD ;對于X軸方向的判斷結(jié)果是，若電壓差VDl大于預設偏差值VD，則控制處理模塊42向橫軸電機驅(qū)動模塊43發(fā)送控制信號以驅(qū)使橫軸驅(qū)動電機21工作,從而使電池板陣列朝橫軸方向上電壓較大的一側(cè)旋轉(zhuǎn),否則不發(fā)送信號,橫軸驅(qū)動電機21不工作；對于Y軸方向上的判斷結(jié)果是，若VD2大于預設偏差值VD，則控制處理模塊42向縱軸電機驅(qū)動模塊44發(fā)送控制信號以驅(qū)使縱軸驅(qū)動電機22工作，從而使電池板陣列朝縱軸方向上電壓較大的一側(cè)旋轉(zhuǎn)，否則不發(fā)送信號，縱軸驅(qū)動電機22不工作。在實際過程中，一般X軸和Y軸電機需同時調(diào)整，上述兩個方向的工作過程和判斷方式完全相同，且實時地同步進行著，一直確保任意方向上兩個電池板輸出壓差小于允許的偏差值，這樣就保證了電池板陣列的朝向能實時跟蹤太陽光。
[0025]如上所述，本發(fā)明無須額外增加任何類型的光感器件，直接利用電池板自身輸出與光照強度的關(guān)系，結(jié)合太陽平行光對物體直射投影的物理原理，調(diào)整電池板陣列中特殊位置的電池板位置，構(gòu)建出可實現(xiàn)追光功能的電池板陣列結(jié)構(gòu)。而且，基于上述電池板陣列中的電池板結(jié)構(gòu)位置的特殊調(diào)整和對特殊位置電池板周圍相鄰近各電池板輸出電壓進行單獨檢測并結(jié)合控制處理模塊進行分析判斷來構(gòu)建出相應的自動追光系統(tǒng)及方法。本發(fā)明由于避免額外增加光感器件，降低生產(chǎn)成本，也降低了維護成本，具有較高經(jīng)濟效益。
[0026]以上結(jié)合最佳實施例對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明并不局限于以上揭示的實施 例，而應當涵蓋各種根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)進行的修改、等效組合。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能電池板陣列，其特征在于:包括位于一第一平面的多塊電池板及位于一第二平面的一塊電池板，所述第一平面和第二平面相互平行，所述第一平面上的其中四塊電池板呈十字形排布且在中間位置處形成一空隙，位于所述第二平面的電池板在所述第一平面上的正投影與所述空隙重合。
2.一種太陽能電池板自動追光系統(tǒng)，其包括太陽能電池板陣列、支架、驅(qū)動裝置及控制裝置，所述太陽能電池板陣列安裝在所述支架上，所述支架上設置有橫轉(zhuǎn)軸和縱轉(zhuǎn)軸，所述驅(qū)動裝置包括用于驅(qū)動所述橫轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的橫軸驅(qū)動電機和用于驅(qū)動所述縱轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的縱軸驅(qū)動電機，其特征在于:所述太陽能電池板陣列為權(quán)利要求1所述的太陽能電池板陣列，所述控制裝置包括電壓采集模塊、控制處理模塊、橫軸電機驅(qū)動模塊及縱軸電機驅(qū)動模塊，其中， 所述電壓采集模塊與太陽能電池板陣列相連，用于采集第一平面上與空隙相鄰的四塊電池板的電壓信號； 所述控制處理模塊同時與電壓采集模塊、橫軸電機驅(qū)動模塊及縱軸電機驅(qū)動模塊相連，用于根據(jù)電壓采集模塊所采集到的電壓信號進行處理分析后向橫軸電機驅(qū)動模塊和/或縱軸電機驅(qū)動模塊輸出控制信號； 所述橫軸電機驅(qū)動模塊與所述橫軸驅(qū)動電機相連以根據(jù)來自控制處理模塊的控制信號來控制橫軸驅(qū)動電機； 所述縱軸電機驅(qū)動模塊與所述縱軸驅(qū)動電機相連以根據(jù)來自控制處理模塊的控制信號來控制縱軸驅(qū)動電機。
3.一種基于權(quán)利要求1所述太陽能電池板陣列實現(xiàn)自動追光的方法，其特征在于，包括以下步驟: 實時檢測第一平面上與空隙相鄰的四塊電池板的電壓， 判斷X軸方向上左右兩塊電池板之間的輸出電壓差VDl是否大于預設偏差值VD，且判斷Y軸方向上的兩塊電池板之間輸出電壓差VD2是否大于預設的偏差值VD; 若電壓差VDl和/或電壓差VD2大于偏差值VD，則調(diào)整太陽能電池板陣列轉(zhuǎn)動，否則太陽能電池板陣列保持不動。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:采用一電壓采集模塊來實時采集第一平面上與空隙相鄰的四塊電池板的電壓，其中X軸方向上左右兩塊電池板的電壓分別記錄為VXl和VX2，Y軸方向上上下塊電池板的電壓分別記錄為VYl和VY2。
5.如權(quán)利要求4所述的方法,其特征在于:米用一橫軸電機驅(qū)動模塊和一縱軸電機驅(qū)動模塊來分別驅(qū)動太陽能電池板陣列上的橫軸驅(qū)動電機和縱軸驅(qū)動電機，采用一控制處理模塊來接收電壓采集模塊所采集的電壓并進行以下數(shù)據(jù)處理和控制: 對X軸方向上左右兩塊電池板的電壓VXl和VX2進行比較得出電壓差VDl并記錄下X軸方向上電壓較大的一側(cè)，且對Y軸方向上上下兩塊電池板的電壓VYl和VY2進行比較得出電壓差VD2并記錄下Y軸方向上電壓較大的一側(cè)； 判斷電壓差VDl和電壓差VD2是否大于預設偏差值VD ； 若判斷結(jié)果是電壓差VDl和/或電壓差VD2大于預設偏差值VD，則發(fā)出控制信號來控制橫軸電機驅(qū)動模塊和/或縱軸電機 驅(qū)動模塊工作以驅(qū)使太陽能電池板陣列朝向電壓較大的一側(cè)偏轉(zhuǎn)；若判斷結(jié)果是電壓差VDl和電壓差VD2均不大于預設偏差值VD，則不發(fā)送任何控制信號，太陽能電池板陣列保持不·動。
【文檔編號】G05D3/12GK103592957SQ201310556958
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】李旭 申請人:深圳市易能電氣技術(shù)有限公司