专利名称：太阳能电池板的单轴追日方法及其系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种普及型太阳能应用系统，尤其涉及一种针对太阳能电池板低成本运行实现追日的方法及其系统。
背景技术：
太阳能作为一种可再生能源目前已被人们所广泛重视，尤其是太阳能光伏发电越来越受到人们的青睐。众所周知，太阳能电池板的光电转换率伏发电系统中有着至关重要的作用，因此从事本领域的技术人员乐此不疲地发明创造出提高光电转换率的方法，包括改变太阳能电池板内部的材料，改进太阳能电池板的生产工艺等等。同时，可以通过对阳光的追踪来提高太阳能组件的有效受光面积和日发电量。传统的太阳能追日系统能够使太阳能电池板的受光面积达到最大，提高光电转换效率和发电量，但由于其结构复杂，稳定性差，成本高，应用面窄，只能适用于大功率的系统。如图1所示的传统太阳能追日系统，需要对太阳能电池板1进行对应第一旋转轴51和第二旋转轴52两个方向上的驱动和精度控制，势必造成控制成本及能耗的增加，相对小功率的应用系统而言，其性价比不高。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出太阳能电池板的单轴追日方法及其实施系统。本发明上述第一个目的，一种太阳能电池板的单轴追日方法，其特征在于根据太阳能应用所处地域的纬度，在水平的安装面上以纬度为夹角固定安装太阳能电池板，太阳能电池板在驱动力下沿一个垂直于水平面的轴线自转同步太阳位置变换，且自转角度满足太阳的当前位置时刻处于太阳能电池板的中心线面之中。进一步地，所述太阳能电池板沿轴线在0 180°的角度范围内进行受控自转及复位。本发明上述第二个目的，一种太阳能电池板单轴追日方法的系统，其特征在于包括一个垂直设于水平安装面上的支撑体，设于固定装接在支撑体上的太阳能电池板，一个驱动太阳能电池板自转的驱动装置以及一个用于控制支撑体自转角度的控制装置，其中所述太阳能电池板与水平安装面间夹角为太阳能应用所处地域的纬度，且控制装置输出满足太阳的当前位置时刻处于太阳能电池板的中心线面之中的控制信号至驱动装置。进一步地，所述支撑体为细长的轴杆，且轴杆底部与驱动装置受驱相接。进一步地，所述支撑体为几何柱体形，包括用作固定结构的主体以及主体顶部水平状所设圆环形的转动轨道，且转动轨道与驱动装置受驱相接，所述太阳能电池板的几何中心与转动轨道同心相对，且太阳能电池板的倾斜下缘与转动轨道相固接。应用本发明的技术方案，较之于固定安装的太阳能电池板和传统两轴旋转调整的追日系统，其突出效果为将一天中在清晨和傍晚时的太阳能电池板的受光面积有效地从0提高到了 50%以上，提高了日发电效率，且有效节省了结构和控制上的成本及能耗，满足了小型应用系统中太阳能电池板的光电转换效率。以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。
图1是传统追日系统的结构示意简图2是本发明追日方法实现系统的结构示意图； 图3是本发明一优选实施例的运作示意图； 图4是本发明另一较佳实施例的运作示意图。
具体实施例方式太阳能电池板的光电转换率在光伏发电系统中有着至关重要的作用，因此，从事本领域的技术人员乐此不疲地发明创造出提高光电转换率的方法，包括改变太阳能电池板内部的材料，改进太阳能电池板的加工工艺等等。同时，通过对阳光的追踪，也是提高太阳能组件的有效受光面积，进而有效提高日发电量的重要手段。鉴于现有技术普遍采用固定安装太阳能电池板(以下简称PV)或采用两轴旋转调整PV实现追日的方式存在多方面严重的不足，难以适用于小型应用系统中太阳能电池板的光电转换效率。概括来看本发明实现低成本追日的技术方案，其主要是通过精确控制单轴旋转实现追日的。如图2所示，根据太阳能应用所处地域的纬度，在水平的安装面上以纬度θ为夹角固定安装太阳能电池板1，太阳能电池板在驱动力下沿一个垂直于水平面的轴线(依托于支撑体)自转同步太阳位置变换，且自转角度满足太阳的当前位置时刻处于太阳能电池板的中心线面之中。图示支撑体为细长的轴杆21，当然其也可以是其它任意结构形式。其中，太阳能电池板的中心线面为与太阳能电池板垂直交错的对称中心面，更确切地描述旋转轴线也位于该中心线面之中。该太阳能电池板沿轴线在0 180°的角度范围内进行受控自转及复位。更具体地看根据各地区纬度不同，使PV安装于支撑体时与水平安装面呈固定角度，该角度即为当地纬度角，保证冬至时PV能够与太阳光角度垂直；同时支撑体可以按一个垂直于水平面的轴线旋转。控制旋转角度保证太阳的位置时刻处于PV的中心线面内，从而提高PV的有效受光面积。由于每天太阳光的照射方向是由地球的公转和自转规律所决定的，因此根据此规律及当地纬度及时间可计算出太阳所处的位置。该PV追日系统中的控制部分优先以时间为轴来控制整个系统的旋转，在控制内将白天规划出多个时间单位，并依据各时间单位内计算得到的太阳所处位置，控制PV方位角，保证太阳处于PV的中心线面中。再从硬件架构来看，本发明的太阳能电池板单轴追日方法的系统，包括一个垂直设于水平安装面上的支撑体，设于固定装接在支撑体上的太阳能电池板，一个驱动太阳能电池板自转的驱动装置以及一个用于控制支撑体自转角度的控制装置，其中PV与水平安装面间夹角为太阳能应用所处地域的纬度θ，且控制装置输出满足太阳的当前位置时刻处于太阳能电池板的中心线面之中的控制信号至驱动装置。从具体的应用详细说明该单轴追日系统，如图3所示，是本发明一优选实施例的运作示意图。从图示可见本实施例中该支撑体为细长的轴杆21，且轴杆底部与驱动装置受驱相接。太阳能电池板1根据太阳东升西落的一天位置变化，在轴杆21的自转带动下始终朝向太阳辐照。根据前述对太阳位置的日变化规律，能够合理设计支撑体自转角度，从而控制满足太阳的当前位置时刻处于太阳能电池板的中心线面之中。此处，轴杆21可采用驱动滚动轴承实现转动；太阳能电池板则可以是各种标准几何形状，例如圆形、方形或矩形。以上是本实施例追日系统的原理性控制方式，除此之外，根据应用要求的诸多差异，其控制方式还具有以下多种方式。根据不同纬度不同季节即对应于地球和太阳不同的位置关系可以计算出落日的时间，到达此时间后系统将控制PV转向东面，追日控制系统停止工作等待次日清晨开始第二天的工作，这样能够保证系统更高的效率和可靠性。根据PV输出电压可以判断天气状况，当白天PV输出电压较低时即可判定为阴雨天，此电压值可根据不同的PV特性、地理位置和阴雨天的光照强度测试得到。当此PV输出电压值低于此电压且高于最低工作电压时，由于是阴雨天，PV的朝向与发电能力的相关性不大，不需要追日动作，等待电压升高即非阴雨天时控制PV朝向快速转到准确位置。当PV 输出电压低于最低工作电压时，系统不可能有输出，因此不需要追日动作。如图4所示，是本发明另一较佳实施例的运作示意图。从图示可见，该支撑体为几何柱体形，包括用作固定结构的主体22以及主体顶部水平状所设圆环形的转动轨道221， 且转动轨道221与驱动装置(未图示)受驱相接，该太阳能电池板1的几何中心与转动轨道同心相对，且太阳能电池板1的倾斜下缘与转动轨道221相固接。本实施例中，采用电机作驱动源，驱动滚动轴承带动转动轨道221旋转(机械类公知技术，故不予图示和赘述)，由此带动太阳能电池板与太阳保持最合理的照射面积，从而提高太阳能的日发电量。由此可见，应用本发明的技术方案，较之于固定安装的太阳能电池板和传统两轴旋转调整的追日系统，能将一天中在清晨和傍晚时的太阳能电池板的受光面积有效地从0 提高到了 50%以上，提高了日发电效率，且有效节省了结构和控制上的成本及能耗，满足了小型应用系统中太阳能电池板的光电转换效率，也对太阳能的应用具有推动作用。本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.太阳能电池板的单轴追日方法，其特征在于根据太阳能应用所处地域的纬度，在水平的安装面上以纬度为夹角固定安装太阳能电池板，太阳能电池板在驱动力下沿一个垂直于水平面的轴线自转同步太阳位置变换，且自转角度满足太阳的当前位置时刻处于太阳能电池板的中心线面之中。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池板的单轴追日方法，其特征在于所述太阳能电池板沿轴线在0 180°的角度范围内进行受控自转及复位。
3.一种实现权利要求1所述太阳能电池板单轴追日方法的系统，其特征在于包括一个垂直设于水平安装面上的支撑体，设于固定装接在支撑体上的太阳能电池板，一个驱动太阳能电池板自转的驱动装置以及一个用于控制支撑体自转角度的控制装置，其中所述太阳能电池板与水平安装面间夹角为太阳能应用所处地域的纬度，且控制装置输出满足太阳的当前位置时刻处于太阳能电池板的中心线面之中的控制信号至驱动装置。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池板单轴追日系统，其特征在于所述支撑体为细长的轴杆，且轴杆底部与驱动装置受驱相接。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池板单轴追日系统，其特征在于所述支撑体为几何柱体形，包括用作固定结构的主体以及主体顶部水平状所设圆环形的转动轨道，且转动轨道与驱动装置受驱相接，所述太阳能电池板的几何中心与转动轨道同心相对，且太阳能电池板的倾斜下缘与转动轨道相固接。
全文摘要
本发明揭示了一种太阳能电池板的单轴追日方法及其实现系统，根据太阳能应用所处地域的纬度，在水平的安装面上以纬度为夹角固定安装太阳能电池板，太阳能电池板在驱动力下沿一个垂直于水平面的轴线自转同步太阳位置变换，且控制自转角度满足太阳的当前位置时刻处于太阳能电池板的中心线面之中。由此只需在一个旋转方向上驱动太阳能电池板运转追日，较之于固定安装的太阳能电池板和传统两轴旋转调整的追日系统，能将一天中在清晨和傍晚时的太阳能电池板的受光面积有效地从0提高到了50%以上，提高了日发电效率，且有效节省了结构和控制上的成本及能耗，满足了小型应用系统中太阳能电池板的光电转换效率。
文档编号G05D3/10GK102509738SQ20111037103
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者瞿磊 申请人:苏州盖娅智能科技有限公司