專利名稱：高效聚光光伏太陽追蹤裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高效聚光光伏太陽追蹤裝置和方法，更具體地說，涉及這樣一種聚光光伏太陽追蹤裝置和方法，其通過使用菲涅耳透鏡會聚太陽光并基于所會聚的太陽光照射到光電二極管上時形成的焦點信息來移動太陽板，由此使會聚效率最大化。
背景技術(shù)：
總的說來，太陽光發(fā)電是將太陽光轉(zhuǎn)換成電能的技術(shù)。該技術(shù)采用了利用太陽能電池而在照射光時通過光電效應(yīng)產(chǎn)生光伏電壓的發(fā)電方法。其系統(tǒng)通常包括具有太陽能電池、蓄電池和電力轉(zhuǎn)換裝置的模塊。另外，太陽能電池包括利用金屬和半導(dǎo)體之間的接觸的硒光電池、亞硫
酸銅光電池以及利用半導(dǎo)體p-n結(jié)的硅光電池。
同時，太陽光發(fā)電的優(yōu)點在于它是有著清潔且無限能源的獨立電能發(fā)電，并且它易于維護系統(tǒng)而不需要人力。然而，盡管與利用化石燃料(例如，煤和石油)的發(fā)電方法相比，太陽光發(fā)電的效率并不低，但是根據(jù)太陽的照射，電力產(chǎn)生會出現(xiàn)較大的變化。
因此，作為解決上述問題的一種方法，提出了一種便攜太陽光發(fā)電裝置(而不是固定的太陽能電池)，其根據(jù)太陽軌道的變化來移動太陽板以使會聚效率最大化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式的目的是提供一種聚光光伏太陽追蹤裝置，其在通過檢測太陽光而與太陽光相應(yīng)地控制太陽板的狀態(tài)下，使用菲涅耳透鏡和四區(qū)域光電二極管對太陽板的軌道和高度執(zhí)行精細的控制，從而追蹤太陽。
5為了實現(xiàn)本發(fā)明的一個目的，本發(fā)明提供了一種聚光光伏太陽追蹤裝置，其包括太陽板，其用于會聚太陽光；太陽追蹤傳感器，其由四區(qū)域光電二極管形成，用于使用菲涅耳透鏡會聚照射到太陽板的太陽光，并且在照射了所述菲涅耳透鏡的焦點時檢測該焦點；至少兩個太陽光檢測器，其包含在所述太陽板的不同側(cè)上并且檢測所述太陽光；以及控制裝置，其包括第一控制單元，其用于基于在所述太陽光檢測器中檢測到的太陽光的亮度程度來控制所述太陽板的軌道和高度，和第二控制單元，其用于基于在所述4區(qū)域光電二極管上形成的菲涅耳透鏡的焦點信息來控制所述太陽板的軌道和高度。
所述太陽追蹤傳感器包括菲涅耳透鏡，其用于會聚太陽光；第一印刷電路基板，其具有用于在照射了所會聚的太陽光并且形成了所述菲涅耳透鏡的焦點時檢測該焦點的所述四區(qū)域光電二極管；和太陽光損失防止裝置，其用于支持所述菲涅耳透鏡和所述第一印刷電路襯底之間的間隔并防止所會聚的太陽光的損失。
所述裝置進一步包括第二印刷電路基板，其連接到所述第一印刷電路基板的下部，并且具有接收在所述四區(qū)域光電二極管上形成的菲涅耳透鏡的焦點信息的所述第二控制單元。
所述太陽追蹤傳感器的外部可以由隔熱板形成。
所述四區(qū)域光電二極管可以被劃分成2x2陣列。
所述太陽光損失防止裝置可以由透鏡形成。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的另一個目的，本發(fā)明提供了一種聚光光伏太陽追蹤方法，該方法包括以下步驟通過用于檢測太陽光的至少兩個太陽光檢測器追蹤太陽光，所述太陽光檢測器被形成在用于會聚太陽光的太陽板的不同軸上；基于所檢測到的太陽光的亮度程度來主要地控制所述太陽板的軌道和高度；通過太陽追蹤傳感器來追蹤太陽光，所述太陽追蹤傳感器用于利用菲涅耳透鏡會聚照射到所述太陽板上的太陽光，并且包括用于在照射了所述菲涅耳透鏡的焦點時檢測該焦點的四區(qū)域光電二極管；以及基于在所述四區(qū)域光電二極管上形成的菲涅耳透鏡的焦點信息來輔助地控制所述太陽板的軌道和高度。所述的通過太陽光追蹤傳感器來輔助地追蹤太陽光的步驟包括以下步驟通過所述菲涅耳透鏡會聚太陽光；通過照射所會聚的太陽光，在四區(qū)域光電二極管上形成所述菲涅耳透鏡的焦點；并且通過所述四區(qū)域光電二極管檢測所述菲涅耳透鏡的焦點。
圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的聚光光伏太陽追蹤裝置的示意外觀的立體圖。
圖2A為示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的太陽追蹤傳感器的剖面圖。
圖2B為示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的太陽追蹤傳感器的正視圖。
圖3A為示出了應(yīng)用于本發(fā)明的太陽光檢測器的正視圖。圖3B為沿著圖3A中的AA方向所取的剖面圖。圖4為圖1的側(cè)視圖。
圖5為示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的聚光光伏太陽追蹤裝置的電氣框圖。
圖6為描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的聚光光伏太陽追蹤裝置的追蹤方法的流程圖。
圖7為描述了利用根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的太陽追蹤傳感器的太陽追蹤步驟的流程圖。
100:聚光光伏太陽追蹤裝置
110:太陽板
120:太陽板支架
130:旋轉(zhuǎn)軸
140:旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動裝置
141:軌道追蹤電機150:角度控制桿
160:角度控制桿驅(qū)動裝置
161:高度追蹤電機
170:支架盒
180:連接桿
200:太陽追蹤傳感器
210:菲涅耳透鏡
220:四區(qū)域光電二極管
230:第一印刷電路基板，
240:太陽光損失防止裝置
250:第二印刷電路基板
260:隔熱板
300:太陽光檢測器
310:盒體
320:傳感器模塊
330:電纜
400:太陽光檢測模塊410:第一檢測單元420:第二檢測單元421:主追蹤傳感器
425:輔追蹤傳感器430:數(shù)據(jù)通信模塊440:數(shù)據(jù)存儲器450:電機驅(qū)動模塊460:控制裝置470:太陽光發(fā)電模塊480:中央控制單元
具體實施方式
在下文中參考附圖詳細描述本發(fā)明的聚光光伏太陽追蹤裝置和方法。為了向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分傳達本發(fā)明的概念，提供下面介紹的附
圖作為示例。因此，本發(fā)明不限于下面介紹的附圖并且可以指定為其它形式。另外，在整個說明書中，相同的標(biāo)號表示相同的構(gòu)成要素。
除非另有定義，此處使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有按照本領(lǐng)域普通技術(shù)人員共同理解的相同含義。在以下描述和附圖中省略對已知功能和方法的可能會使本發(fā)明的要點變得模糊的詳細描述。
圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的聚光光伏太陽追蹤裝置的
示意性外觀的立體圖。圖2A為示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的太陽追蹤傳感器的剖面圖。圖2B為示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的太陽追蹤傳感器的正視圖。圖3A示出了應(yīng)用于本發(fā)明的太陽光檢測器的正視圖。圖3B為沿著圖3A中AA方向所取的剖面視圖。圖4為圖1的側(cè)視圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的聚光光伏太陽追蹤裝置的電氣框圖。圖6為描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的聚光光伏太陽追蹤裝置的追蹤方法的流程圖。圖7為描述了利用根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的太陽追蹤傳感器的太陽追蹤步驟的流程圖。
首先，在下文中參照圖1描述本發(fā)明的聚光光伏太陽追蹤裝置。如圖1所示，本發(fā)明的聚光光伏太陽追蹤裝置包括:用于會聚太陽光的太陽板110;太陽追蹤傳感器200，其由四區(qū)域光電二極管220組成，用于利用菲涅耳透鏡210會聚照射到太陽板110上的太陽光，并且在照射了菲涅耳透鏡210的焦點時檢測該焦點；至少兩個太陽光檢測器300，其包含在太陽板110的不同側(cè)上并且檢測太陽光；以及控制模塊460，其包括基于太陽光檢測器300中檢測到的太陽光亮度程度控制太陽板110的軌道和高度的第一控制單元461，以及基于在四區(qū)域光電二極管220上形成的菲涅耳透鏡210的焦點信息控制太陽板110的軌道和高度的第二控制單元462。
參照圖2描述根據(jù)本發(fā)明的太陽追蹤傳感器200。如圖2A和2B所示，太陽追蹤傳感器200包括用于會聚太陽光的菲涅耳透鏡210;具有用于在照射了所會聚的太陽光并且形成了菲涅耳透鏡210的焦點時檢測該焦點的四區(qū)域光電二極管220的第一印刷電路基板230;以及用于支持菲涅耳透鏡210和第一印刷電路基板230之間的間隔并防止會聚太陽光的損失的太陽光損失防止裝置240。
太陽追蹤傳感器200可以進一步包括第二印刷電路基板250，其連接到第一印刷電路基板230的下部，并且具有接收在四區(qū)域光電二極管220上形成的菲涅耳透鏡210的焦點信息的第二控制單元462。
進一步包括第二印刷電路基板250的太陽追蹤傳感器200的外部由隔熱板260形成以便使會聚太陽光時產(chǎn)生的熱所造成的損害最小。同時，四區(qū)域光電二極管220分成2x2陣列并且太陽光損失防止模塊240由透鏡形成。
參照圖3描述應(yīng)用于本發(fā)明的太陽光檢測器300。 2007年6月5日登記的題目為"a sunlight sensor, an apparatus and method for condensingsunlight using the sunlight sensor"的韓國專利NO.10-0727283公開了太陽光檢測器300。將對其進行詳細描述以易于理解。
如圖3A和3B所示，根據(jù)本發(fā)明的太陽光檢測器300包括用于檢測太陽光的傳感器模塊320;具有內(nèi)置的傳感器模塊320的盒體310;以及對傳感器模塊320供電或輸出傳感器模塊320中檢測到的對應(yīng)于亮度程度的檢測信號的電纜330。
傳感器模塊的光傳感器321包括光暈傳感器321a、右光傳感器321c和左光傳感器321b。即，當(dāng)各光傳感器321a、 321b和321c安裝到傳感器安裝墊323的各側(cè)以使光傳感器321a、 321b和321c具有不同的方向時，根據(jù)太陽的位置檢測到不同的亮度程度。例如，當(dāng)太陽處于與右光傳感器321c相對的方向時，太陽會處于其它兩個光傳感器321a和321b的背后。因此，右光傳感器321c檢測到最大的亮度程度。
在下文參考圖4描述根據(jù)本發(fā)明的聚光光伏太陽追蹤裝置的詳細配置。
如圖4所示，本發(fā)明的聚光光伏太陽追蹤裝置100包括用于會聚太陽光的太陽板IIO和太陽板支架120;用于控制太陽板支架120的方向，也就是使太陽板支架120旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸130，以及旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動裝置140;
10控制太陽板支架120和地之間角度的角度控制桿150,以及角度控制桿驅(qū) 動裝置160;太陽光檢測器300，其支持旋轉(zhuǎn)軸130和旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動裝置140 并且連接到太陽板支架120的頂面上適當(dāng)?shù)奈恢?；以及支架?70，其包 括用于根據(jù)由太陽追蹤傳感器200輸入的檢測信號控制角度控制桿驅(qū)動 裝置160和旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動裝置140的驅(qū)動的內(nèi)置電子裝置，并且包括用于 提供太陽追蹤傳感器、太陽光檢測器300、太陽追蹤傳感器200、角度控 制桿驅(qū)動裝置160和旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動裝置140的驅(qū)動電力的內(nèi)置電子裝置。
盡管未示出，顯然在太陽追蹤傳感器200、太陽光檢測器300、角度 控制桿驅(qū)動裝置160和旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動裝置140與內(nèi)建在支架盒170中的電 子裝置和電源之間連接有電纜。
在上述結(jié)構(gòu)中，太陽板支架120在其背面形成連接板121并且通過 連接桿180與旋轉(zhuǎn)軸130連接。
旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動裝置140包括用于使旋轉(zhuǎn)軸130旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸齒輪143 和用于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸齒輪142的軌道追蹤電機141。圍繞旋轉(zhuǎn)軸130的下端 形成的齒輪131與旋轉(zhuǎn)軸齒輪142相嚙合。在旋轉(zhuǎn)軸130的一側(cè)上形成 用于支持角度控制桿驅(qū)動裝置160和角度控制桿150的支架120。
角度控制桿150包括用于驅(qū)動角度控制桿150升降的角度控制桿齒 輪162和用于驅(qū)動角度控制桿傳動裝置162的高度追蹤電機161。具體地， 角度控制桿150可以由螺旋千斤頂形成。軌道追蹤電機141和高度追蹤 電機161可以實現(xiàn)為普通直流(DC)電機或者液壓電機。
如圖1所示，參考圖3描述的用于本發(fā)明的兩個太陽光檢測器300 按照其用途安裝在太陽板支架120的頂面上。安裝在頂面端部的太陽光 檢測器300為用于檢測太陽軌道的太陽軌道檢測器300a。安裝在頂面中 部的太陽光檢測器300為用于檢測太陽高度的太陽高度檢測器300b。具 體地，太陽軌道檢測器300a和太陽高度檢測器300b固定在太陽板支架 120上，使得太陽板110處于光暈傳感器321a的背面。
將參考圖5描述示出了上述聚光光伏太陽追蹤裝置的電氣框圖的結(jié)構(gòu)。
如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的聚光光伏太陽追蹤裝置100的電氣結(jié)構(gòu)
ii包括太陽光檢測模塊400，用于檢測太陽亮度程度并輸出包含相應(yīng)的軌
道和高度信號的檢測信號；電機驅(qū)動模塊450，用于驅(qū)動軌道追蹤電機 141和高度追蹤電機161;數(shù)據(jù)通訊模塊430，用于基于在太陽光檢測模 塊400中檢測到的亮度程度，發(fā)送包含關(guān)于軌道追蹤電機141和高度追 蹤電機161的旋轉(zhuǎn)方向和程度的數(shù)據(jù)的檢測信號；數(shù)據(jù)存儲器440，用于 存儲由數(shù)據(jù)通訊模塊430發(fā)送來的數(shù)據(jù)；控制模塊460，用于根據(jù)從太陽 光檢測模塊400輸入的檢測信號控制電機驅(qū)動模塊450;和太陽光發(fā)電模 塊470,用于向控制模塊460、太陽光檢測模塊400、電機驅(qū)動模塊450、 數(shù)據(jù)通訊模塊430和數(shù)據(jù)存儲器440提供電力。
太陽光檢測模塊400包括第一檢測單元410、第二檢測單元420、風(fēng) 速傳感器427、溫度傳感器428和自動電源切斷裝置429。第一檢測單元 410包括用于檢測太陽軌道并生成包含軌道信息的軌道信號的軌道檢測 器411、和用于檢測太陽高度并生成包含高度信息的高度信號的高度檢測 器412。 '
第二檢測單元420包括用于主要地追蹤太陽光的主追蹤傳感器421 和用于輔助地追蹤太陽光的輔追蹤傳感器425。主追蹤傳感器421包括用 于通過太陽光檢測器300檢測太陽軌道角并且生成包含軌道角信息的軌 道角信號的軌道角檢測器422，和用于檢測太陽高度角并生成包含高度角 信息的高度角信號的高度角檢測器423。輔追蹤傳感器425包括太陽光焦 點檢測器426，其用于通過太陽追蹤傳感器200生成包含太陽光焦點信息 的焦點信號。
第一檢測單元410和第二檢測單元420的主追蹤傳感器421是指多 個聚光光伏太陽追蹤裝置100的太陽板支架120中包含的各太陽軌道檢 測器300a和太陽高度檢測器300b。第二檢測單元420的輔追蹤傳感器 425是指多個聚光光伏太陽追蹤裝置100的太陽板支架120中包含的各太 陽追蹤傳感器200。
同時，主追蹤傳感器421通過控制第一控制單元461而導(dǎo)致太陽光 在菲涅耳透鏡210上的直接垂直照射(DNL Direct Normal Insolation)。 輔追蹤傳感器425通過控制第二控制單元462，將由主追蹤傳感器421導(dǎo)致的太陽光DNI移至四區(qū)域光電二極管220的中點。
同時，風(fēng)速傳感器427和溫度傳感器428測量作為安裝聚光光伏太 陽追蹤裝置100的環(huán)境因素的風(fēng)速和溫度。當(dāng)由風(fēng)速傳感器427和溫度 傳感器428測量的風(fēng)速測量值和溫度測量值達到可能會顯著影響聚光光 伏太陽追蹤裝置100的設(shè)定值時，自動電源切斷裝置429自動地切斷聚 光光伏太陽追蹤裝置100的電源。
控制模塊460通過數(shù)據(jù)通訊模塊430連接至中央控制單元480。中央 控制單元監(jiān)視并控制各太陽光檢測器300a和300b以控制多個太陽光會 聚裝置100。控制模塊460包括第一控制單元461和第二控制單元462， 該第一控制單元461用于根據(jù)由太陽光檢測器300檢測的太陽光的亮度 程度來控制太陽板110的軌道和高度，而該第二控制單元462用于基于 通過太陽追蹤傳感器200檢測到的在四區(qū)域光電二極管220上形成的菲 涅耳透鏡210的焦點信息來控制太陽板110的軌道和高度。
中央控制單元480包括中央計算機485，其用于存儲與季節(jié)相應(yīng)的太 陽軌跡和太陽高度值，比較各檢測信號，追蹤發(fā)生錯誤的太陽光檢測器 300或太陽追蹤傳感器200，并輸出補償信號。電機驅(qū)動模塊450包括用 于驅(qū)動軌道追蹤電機141的軌道追蹤電機驅(qū)動單元451和用于驅(qū)動高度 追蹤電機161的高度追蹤電機驅(qū)動單元452。
數(shù)據(jù)通訊模塊430向軌道追蹤電機141、高度追蹤電機161以及中央 控制單元480發(fā)送檢測信號。太陽光發(fā)電模塊470包括用于會聚太陽光 的會聚單元471、用于將會聚單元471中會聚的光能轉(zhuǎn)換成電能的存儲器 472，以及用于對存儲器472中的電能進行電力轉(zhuǎn)換的電力轉(zhuǎn)換單元473。
該檢測信號可包括關(guān)于軌道追蹤電機141和高度追蹤電機161的與 太陽光亮度程度相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)程度的數(shù)據(jù)。另外，補償信號包 括軌道追蹤電機141和高度追蹤電機161的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)程度的數(shù)據(jù) (具有各檢測信號的平均值)。
參照圖6描述根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的聚光光伏太陽能追蹤方法。
如圖6所示，該聚光光伏太陽能追蹤方法包括以下步驟通過用于 檢測太陽光的至少兩個太陽光檢測器300追蹤太陽光，該至少兩個太陽光檢測器300形成在用于會聚太陽光的太陽板110的不同軸上；基于檢 測到的太陽光的亮度程度控制太陽板110的軌道和高度；通過太陽追蹤 傳感器200追蹤太陽光，太陽追蹤傳感器200使用菲涅耳透鏡210會聚 照射到太陽板110上的太陽光，并且包括在照射了菲涅耳透鏡210的焦 點時檢測該焦點的四區(qū)域光電二極管220;以及基于在該四區(qū)域光電二極 管220上形成的菲涅耳透鏡210的焦點信息，控制太陽板110的軌道和 高度。
在描述上述結(jié)構(gòu)的聚光光伏太陽追蹤方法之前，如下說明利用太陽 光檢測器300追蹤太陽光的原理。
當(dāng)太陽軌道檢測器300a的光暈傳感器321a中檢測到的亮度程度大 于其它兩個光傳感器321b和321c中檢測到的亮度程度時，即，當(dāng)太陽 處于太陽板110的背面時，旋轉(zhuǎn)軸130以預(yù)定角度旋轉(zhuǎn)，例如，180°。另 一方面，當(dāng)太陽軌道檢測器300a的左光傳感器321b中檢測到的亮度程 度小于右光傳感器321c中檢測到的亮度程度時，旋轉(zhuǎn)軸130以預(yù)定的角 度(即，使得太陽與傳感器安裝墊323中右光傳感器321c和左光傳感器 321b所安裝在的兩個側(cè)面的夾角相對的角度)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)方向為逆時針 方向。
已知的事實是，當(dāng)入射角為90。時，檢測到的亮度程度具有最大值。 當(dāng)太陽高度檢測器300b的各光傳感器321a、 321b和321c中檢測到的亮 度程度之間的差異在預(yù)定范圍之外時，控制角度控制桿150的高度以使 各個光傳感器321a、 321b和321c中檢測到的亮度程度之間的差異能夠 處于預(yù)定范圍之內(nèi)。例如，當(dāng)光暈傳感器321a中檢測到的亮度程度小于 其它兩個光傳感器321b和321c中檢測到的亮度程度時，通過角度控制 桿驅(qū)動裝置160使角度控制桿150下降。
上面提到的太陽高度檢測器300b可以用于把入射角維持在90。，但 不限于此。例如，根據(jù)上述太陽高度檢測器300b，在傳感器安裝墊323 的各側(cè)上安裝的光傳感器檢測太陽的高度，但是也可以通過改變該結(jié)構(gòu)， 通過在傳感器安裝墊323的頂面上安裝一個光傳感器來檢測太陽高度。 另外，可以在沒有太陽高度檢測器300b的情況下使用太陽軌道檢測器300a。在控制旋轉(zhuǎn)軸130以使右光傳感器321c中檢測到的亮度程度與左 光傳感器321b中檢測到的亮度程度一致之后，可控制角度控制桿150的 高度，以使各個光傳感器321a、 321b和321c中檢測到的亮度程度彼此 一致。
基于上述原理，接下來將要描述通過至少兩個太陽光檢測器300 追蹤太陽光的主要步驟S100，該太陽光檢測器300安裝在用于會聚太陽 光的太陽板110的不同側(cè)上，用于檢測太陽光；以及根據(jù)太陽光檢測器 300中檢測到的太陽光的亮度程度，控制太陽板110的軌道和高度的主要 步驟S200。
通過數(shù)據(jù)通訊模塊430向數(shù)據(jù)存儲器440發(fā)送太陽光檢測器300中 生成的各檢測信號并儲存起來。
控制模塊460的第一控制單元461從第一檢測單元410和主追蹤傳 感器421接收檢測信號并且同時監(jiān)視第一檢測單元410和主追蹤傳感器。
另外，第一控制單元461分析存儲在數(shù)據(jù)存儲器440中的檢測信號 并且控制用于驅(qū)動軌道追蹤電機141的軌道追蹤電機驅(qū)動單元451以及 用于驅(qū)動高度追蹤電機161的高度追蹤電機驅(qū)動單元452。第一控制單元 461可以通過控制主追蹤傳感器421而實現(xiàn)通過菲涅耳透鏡210的太陽光 的DNI。
中央控制單元480接收通過數(shù)據(jù)通訊模塊430發(fā)送來的、聚光光伏 太陽追蹤裝置100的太陽軌道檢測器300a和太陽高度檢測器300b中生 成的檢測信號，并分析該檢測信號。中央控制單元480存儲中央計算機 485中的太陽軌跡信息。通過比較太陽軌跡信息和檢測信號來計算太陽的 軌道和高度的平均值。在計算太陽軌道和高度的平均值以后，相應(yīng)于該 平均值輸出包含軌道追蹤電機141及高度追蹤電機161的旋轉(zhuǎn)方向和程 度信息的補償信號并且發(fā)送到第一控制單元461。
接收到補償信號的第一控制單元461通過控制軌道追蹤電機驅(qū)動單 元451和高度追蹤電機驅(qū)動單元452來相應(yīng)于補償信號控制軌道追蹤電 機141和高度追蹤電機161。控制模塊460、太陽光檢測模塊400、數(shù)據(jù) 通訊模塊430、數(shù)據(jù)存儲器440及電機驅(qū)動模塊450可以從太陽光發(fā)電模塊470接收電力。
下面說明通過太陽追蹤傳感器200追蹤太陽光的原理。
會聚透過菲涅耳透鏡210而照射到太陽板110上的太陽光。菲涅耳 透鏡210通過會聚的太陽光在四區(qū)域光電二極管220上形成焦點。菲涅 耳透鏡210的焦點出現(xiàn)在照射太陽光的太陽位置的相對側(cè)。包含了出現(xiàn) 在四區(qū)域光電二極管220 (其被分成2x2陣列的4個部分)上的焦點的位 置信息的焦點信息被發(fā)送到控制單元的第二控制單元462。
第二控制單元462分析焦點信息，并且掌握在四區(qū)域光電二極管220 上的點"①"到"⑧"當(dāng)中形成菲涅耳透鏡210的焦點的點。第二控制單元 462根據(jù)形成了焦點的點來控制電機驅(qū)動模塊450，驅(qū)動軌道追蹤電機141 和高度追蹤電機161并且相應(yīng)于太陽的位置移動太陽板110。
下面描述基于上述太陽追蹤傳感器200的工作原理、通過使用菲涅 耳透鏡210會聚照射到太陽板110的太陽光并且通過太陽追蹤傳感器200 追蹤太陽光的步驟，太陽追蹤傳感器200包括當(dāng)照射菲涅耳透鏡210的 焦點時用于檢測該焦點的四區(qū)域光電二極管220，并且描述輔助步驟 S400，該步驟基于通過太陽追蹤傳感器200檢測到的在四區(qū)域光電二極 管220中形成的菲涅耳透鏡210的焦點信息來控制太陽板110的軌道和 高度。
輔追蹤傳感器425通過第二控制單元462的控制，將由主追蹤傳感 器421實現(xiàn)的太陽光的DNI移至四區(qū)域光電二極管220的中心點。通過 菲涅耳透鏡210進行了 DM的太陽光照射到四區(qū)域光電二極管220上， 使得菲涅耳透鏡210的焦點形成在四區(qū)域光電二極管220上。輔追蹤傳 感器425的太陽光焦點檢測器426通過四區(qū)域光電二極管220檢測菲涅 耳210的焦點，并且向控制模塊460的第二控制單元462發(fā)送焦點信息， 該焦點信息包含在四區(qū)域光電二極管220上形成的菲涅耳透鏡210的焦 點位置。第二控制單元462分析該焦點信息，對菲涅耳透鏡210的焦點 位置進行解碼并且將太陽板110沿焦點位置的相反方向移動。
參考圖2B，在四區(qū)域光電二極管220上設(shè)置8個點，下面將說明根 據(jù)該8個點移動太陽板110的情況。
16當(dāng)在四區(qū)域光電二極管220西邊的點"①"上形成菲涅耳透鏡210的 焦點時，第二控制單元462操作軌道追蹤電機141或者高度追蹤電機161， 使太陽板110向東移動。當(dāng)在四區(qū)域光電二極管220的西北邊的點"②" 上形成菲涅耳透鏡210的焦點時，第二控制單元462操作軌道追蹤電機 141或者高度追蹤電機161，使太陽板110向南移動后向東移動。
當(dāng)在四區(qū)域光電二極管220北邊的點"③"上形成菲涅耳透鏡210的 焦點時，第二控制單元462操作軌道追蹤電機141或者高度追蹤電機161， 使太陽板110向南移動。當(dāng)在四區(qū)域光電二極管220的東北邊的點"④" 上形成菲涅耳透鏡210的焦點時，第二控制單元462操作軌道追蹤電機 141或者高度追蹤電機161，使太陽板110向南移動。
當(dāng)在四區(qū)域光電二極管220東邊的點"⑤"上形成菲涅耳透鏡210的 焦點時，第二控制單元462操作軌道追蹤電機141或者高度追蹤電機161， 使太陽板110向西移動。當(dāng)在四區(qū)域光電二極管220東南邊的點"⑥"上形 成菲涅耳透鏡210的焦點時，第二控制單元462操作軌道追蹤電機141 或者高度追蹤電機161，使太陽板110向北移動。
當(dāng)在四區(qū)域光電二極管220南邊的點"⑦"上形成菲涅耳透鏡210的 焦點時，第二控制單元462操作軌道追蹤電機141或者高度追蹤電機161， 使太陽板110向北移動。當(dāng)在四區(qū)域光電二極管220西南邊的點"⑧"上形 成菲涅耳透鏡210的焦點時，第二控制單元462操作軌道追蹤電機141 或者高度追蹤電機161，使太陽板110向東移動。
在通過菲涅耳透鏡210由太陽光在四區(qū)域光電二極管220上形成焦 點的同時，太陽光可以通過作為太陽光損失防止模塊240的普通透鏡有 效會聚。在太陽追蹤傳感器200中，優(yōu)選通過使用覆蓋太陽追蹤傳感器 200外部的隔熱板260來將由于會聚太陽光時產(chǎn)生的熱所造成的損害減至 最小。
根據(jù)本發(fā)明的聚光光伏太陽追蹤裝置在通過用于檢測太陽軌道和高 度的太陽光檢測器、在整個方位角上掌握精確的太陽位置的狀態(tài)下，通 過追蹤太陽的精確軌道和高度，從而掌握太陽的位置。
另外，通過控制太陽追蹤傳感器，使得能夠?qū)?yīng)于太陽的軌道或高度的變化合適地改變太陽能電池的位置，從而使得太陽光發(fā)電的效率最 大化。
盡管已經(jīng)相對于具體實施方式
描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員來說很顯然，可以在不脫離所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神 和范圍的情況下作出各種改變和變形。
權(quán)利要求
1、一種聚光光伏太陽追蹤裝置，該裝置包括太陽板，其用于會聚太陽光；太陽追蹤傳感器，其由四區(qū)域光電二極管形成，用于使用菲涅耳透鏡來會聚照射到所述太陽板上的太陽光，并且在照射了所述菲涅耳透鏡的焦點時檢測該焦點；至少兩個太陽光檢測器，其包含在所述太陽板的不同側(cè)上并且檢測所述太陽光；以及控制裝置，其包括第一控制單元，其用于基于在所述太陽光檢測器中檢測到的太陽光的亮度程度來控制所述太陽板的軌道和高度，和第二控制單元，其用于基于在所述四區(qū)域光電二極管上形成的菲涅耳透鏡的焦點信息來控制所述太陽板的軌道和高度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述太陽追蹤傳感器包括 菲涅耳透鏡，其用于會聚太陽光；第一印刷電路基板，其具有用于在照射了所會聚的太陽光并且形成 了所述菲涅耳透鏡的焦點時檢測所述焦點的所述四區(qū)域光電二極管；禾口太陽光損失防止裝置，其用于支持所述菲涅耳透鏡和所述第一印刷 電路基板之間的間隔并防止所會聚的太陽光的損失。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，該裝置還包括 第二印刷電路基板，其連接到所述第一印刷電路基板的下部并且具有接收在所述四區(qū)域光電二極管上形成的菲涅耳透鏡的焦點信息的所述 第二控制單元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述太陽追蹤傳感器的外部 由隔熱板形成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1和2中任何一項所述的裝置，其中，所述四區(qū)域 光電二極管被劃分成2x2陣列。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述太陽光損失防止裝置由透鏡形成。
7、 一種聚光光伏太陽追蹤方法，該方法包括以下步驟通過用于檢測太陽光的至少兩個太陽光檢測器來主要地追蹤太陽光，所述太陽光檢測器被形成在用于會聚太陽光的太陽板的不同軸上；基于所檢測到的太陽光的亮度程度來主要地控制所述太陽板的軌道和高度；通過太陽追蹤傳感器來輔助地追蹤太陽光，所述太陽追蹤傳感器用于利用菲涅耳透鏡會聚照射到所述太陽板上的太陽光，并且包括用于在照射了所述菲涅耳透鏡的焦點時檢測該焦點的四區(qū)域光電二極管；以及基于在所述四區(qū)域光電二極管上形成的菲涅耳透鏡的焦點信息來輔助地控制所述太陽板的軌道和高度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的通過太陽追蹤傳感器來輔助地追蹤太陽光的步驟包括以下步驟通過所述菲涅耳透鏡會聚所述太陽光；通過照射所會聚的太陽光，在所述四區(qū)域光電二極管上形成所述菲涅耳透鏡的焦點；以及通過所述四區(qū)域光電二極管檢測所述菲涅耳透鏡的焦點。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述太陽追蹤傳感器包括用于會聚太陽光的所述菲涅耳透鏡；第一印刷電路基板，其具有用于在照射了所會聚的太陽光并且形成了所述菲涅耳透鏡的焦點時檢測所述焦點的所述四區(qū)域光電二極管；以及太陽光損失防止裝置，其用于支持所述菲涅耳透鏡和所述第一印刷電路基板之間的間隔并且防止所會聚的太陽光的損失。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，該方法進一步包括第二印刷電路基板，其連接到所述第一印刷電路基板的下部并且具有接收在所述四區(qū)域光電二極管上形成的菲涅耳透鏡的焦點信息的所述第二控制單元。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所^E太陽追蹤傳感器的外部由隔熱板形成。
12、 根據(jù)權(quán)利要求9和10中任何一項所述的方法，其中所述四區(qū)域光電二極管被劃分成2x2陣列。
13、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述太陽光損失防止裝置由透鏡形成。
全文摘要
提供了一種高效聚光光伏太陽追蹤裝置和方法，更具體地說，提供了一種聚光光伏太陽追蹤裝置和方法，其通過使用菲涅耳透鏡會聚太陽光并且基于所會聚的太陽光照射在光電二極管上時形成的焦點信息來移動太陽板，由此使會聚效率最大化。
文檔編號H02N6/00GK101674033SQ20091017789
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者姜文植, 張丙錫, 洪錫訓(xùn) 申請人:罷漏株式會社