一种适于追光的光伏发电装置及其工作方法
【专利摘要】本发明涉及一种适于追光的光伏发电装置及工作方法，包括：太阳能板，至少由四块发电晶片构成一方形阵列；光学组件，且呈平板状，设于太阳能板的受光面的正前方且与太阳能板平行，当阳光垂直于所述受光面时，光学组件用于将阳光汇聚并在所述受光面上产生一方形光斑，且该光斑的形状、面积与所述受光面的形状、面积一致；功率检测单元，用于检测各发电晶片的输出功率；驱动机构，用于控制所述太阳能板随太阳转动角度；处理器单元，与所述功率检测单元、驱动机构相连，用于根据接收到的各发电晶片的输出功率值，产生相应角度控制信号，控制所述驱动机构带动所述太阳能板转动相应角度，以使阳光垂直于所述受光面。
【专利说明】一种适于追光的光伏发电装置及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光伏发电装置及其工作方法，尤其涉及一种适于追光的光伏发电装置及其工作方法。
【背景技术】
[0002]在光伏领域，为了提高太阳能利用率，追光技术是一个不可忽略的技术问题，且根据理论分析表明，对太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差30%至40%。
[0003]在现有技术中，采用的追光技术是通过感光器件，例如:光敏传感器、光敏电阻，所述感光器件与其阴影相配合，使感光器件受光不均匀而产生不同大小的电压输出，单片机根据相应的电压控制X或Y轴的驱动机构控制太阳能板调整相应的角度。由此可见，现有技术的方案中，感光器件必须与阴影配合才能工作，但是产生阴影得依靠十字隔光板或者把感光器件放置于十字槽内来实现，故这种方式给安装带来一定的不便。
[0004]专利申请:太阳能晶片自感测的追日系统，申请号:201210206407.0，该技术方案虽然没有采用感光器件，但其原理还是阴影使四个发电晶片产生的电压信号不同；该技术方案利用十字隔光板也存在同样的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种适于追光的光伏发电装置，该光伏发电装置无需通过隔光板来实现阴影以产生不同的电压，具有结构简单、安装方便的优点。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适于追光的光伏发电装置，包括:太阳能板，至少由四块发电晶片构成一方形阵列；光学组件，且呈平板状，设于太阳能板的受光面的正前方且与太阳能板平行，当阳光垂直于所述受光面时，光学组件用于将阳光汇聚并在所述受光面上产生一方形光斑，且该光斑的形状、面积与所述受光面的形状、面积一致；功率检测单元，用于检测各发电晶片的输出功率；驱动机构，用于控制所述太阳能板随太阳转动角度；处理器单元，与所述功率检测单元、驱动机构相连，用于根据接收到的各发电晶片的输出功率值，产生相应角度控制信号，控制所述驱动机构带动所述太阳能板转动相应角度，以使阳光垂直于所述受光面。
[0007]进一步，所述光学组件包括:呈正方形的平板玻璃、设于该平板玻璃四周且与其形状、面积相同的八块折光透镜，其中的四块折光透镜紧邻于所述平板玻璃的四边设置，另四块折光透镜分布于所述平板玻璃端角方向，以使八块折光透镜与平板玻璃整体构成一正方形；所述太阳能板正对该平板玻璃；所述折光透镜的光线出射面上均匀分布有若干折光条，且所述的折光条适于使阳光垂直射入所述折光透镜后，全部折射至所述太阳能板的受光面上，并均勻分布于所述方形光斑的位置上。
[0008]进一步，所述各折光透镜的入射面上方分别完全覆盖有透镜层，所述折光透镜的边沿处分别设有支撑件，该支撑件用于通过伸缩，以改变阳光射入所述透镜层的角度，调整阳光进入所述折光透镜的入射面的入射角，以使阳光均匀分布于所述方形光斑的位置上。[0009]进一步，所述支撑件为液压撑杆或气压撑杆，所述液压撑杆或气压撑杆与一液压或者气压驱动装置相连，所述液压或者气压驱动装置由所述处理器单元控制。
[0010]进一步，所述光伏发电装置还包括:与所述发电晶片的输出端相连的用于稳定该发电晶片的输出电流的电流控制模块，该电流控制模块的输出端与蓄电池相连；所述电流控制模块包括:开关型集成稳压芯片，该开关型集成稳压芯片的输入端、接地端分别与所述发电晶片的正、负输出端相连，该开关型集成稳压芯片的输出端、接地端分别与一稳压管的阴极、阳极相连，该开关型集成稳压芯片的输出端还与一电感的一端相连，该电感的另一端与所述蓄电池的正端相连，所述开关型集成稳压芯片的接地端与第一电阻串联后与蓄电池的负端相连；所述开关型集成稳压芯片的反馈端分别与第二电阻、第三电阻、第一电容的一端相连，所述第三电阻、第一电容的另一端与所述蓄电池的正端相连，所述第二电阻与一电位器串联后与所述发电晶片的负输出端相连；所述开关型集成稳压芯片的开关端分别与第四、第五电阻的一端相连，该第五电阻的另一端与所述开关型集成稳压芯片的接地端相连，所述第四电阻的另一端与一 PNP三极管的集电极相连，该PNP三极管的发射极、基极分别与第六电阻的两端相连，且该发射极与发电晶片的正输出端相连，所述基极与一 NPN三极管的集电极相连，该NPN三极管的发射极与所述开关型集成稳压芯片的接地端相连，该NPN三极管的基极与所述蓄电池的负端相连。
[0011]进一步，所述光伏发电装置还包括:与蓄电池相连的正弦波脉宽调制单元。
[0012]在上述适于追光的光伏发电装置的基础上的一种光伏发电装置的工作方法，所述光伏发电装置包括:蓄电池，与蓄电池相连的正弦波脉宽调制单元；
[0013]所述光伏发电装置的工作方法包括:若阳光不垂直射入所述太阳能板的受光面时，所述光学组件产生的方形光斑发生相应偏移，则未被该方形光斑完全覆盖的发电晶片上的输出功率低于被光斑完全覆盖的发电晶片上的输出功率；所述处理器单元通过检测各发电晶片的相应输出功率，计算出所述太阳能板需要转动相应角度后，控制驱动机构带动所述太阳能板转动相应角度，直至各发电晶片上的输出功率相同，即阳光垂直射入所述受光面。
[0014]与现有技术相比，本发明具有如下优点:(I)通过所述光学组件能实现阳光的汇聚，使所述太阳能板的受光面能量增强，以获得更多电能；(2)无需采用十字隔光板和光敏组件配合来实现追日，克服了安装十字隔光板带来的安装不便的技术问题；(3)所述光学组件能产生9倍聚光效果，有效的提高了太阳能利用率，降低了太阳能板的成本；(4)通过所述透镜层改变阳光射入所述透镜层的角度，调整阳光进入所述折光透镜的入射面的入射角，以使阳光均匀分布于所述方形光斑的位置上，克服了光学组件上的折光条可能引起的汇聚偏差；(5)所述电流控制模块能够稳定控制发电晶片产生的电流，避免电流波动对蓄电池的寿命造成影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
[0016]图1本发明的光伏发电装置的结构示意图；
[0017]图2本发明的光伏发电装置的光学组件和太阳能板受光面折光示意图一；[0018]图3本发明的光伏发电装置的光学组件和太阳能板受光面折光示意图二 ；
[0019]图4本发明的光伏发电装置的光学组件的结构示意图；
[0020]图5本发明的折光透镜的结构示意图；
[0021]图6本发明的折光透镜与透镜层的结构示意图；
[0022]图7本发明的光伏发电装置的电路结构示意图；
[0023]图8本发明的电流控制模块的电路图；
[0024]图9本发明的正弦波脉宽调制单元的电路结构图；
[0025]图10本发明的电压空间矢量分解图。
[0026]其中，I太阳能板、1-1受光面、2平板玻璃、3折光透镜、3-1折光条、4方形光斑、5透镜层、6支撑件。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明:
[0028]实施例1
[0029]见图1、图2、图3、图7，一种适于追光的光伏发电装置，包括:太阳能板1，至少由四块发电晶片构成一方形阵列；光学组件，且呈平板状，设于太阳能板I的受光面1-1的正前方且与太阳能板I平行，且所述光学组件的入射面与所述太阳能板I的受光面1-1同轴，当阳光垂直于所述受光面1-1时，光学组件用于将阳光汇聚并在所述受光面1-1上产生一方形光斑4，且该光斑的形状、面积与所述受光面1-1的形状、面积一致；功率检测单元，用于检测各发电晶片的输出功率；驱动机构，用于控制所述太阳能板I随太阳转动角度；处理器单元，与所述功率检测单元、驱动机构相连，用于根据接收到的各发电晶片的输出功率值，产生相应角度控制信号，控制所述驱动机构带动所述太阳能板I转动相应角度，以使阳光垂直于所述受光面1-1。
[0030]其中，所述驱动机构包括两个分别控制所述太阳能板作X、Y轴转动的驱动电机，即一个驱动电机控制所述太阳能板水平转动，一个驱动电机控制所述太阳能板上下翻转。该驱动电机可以采用步进电机，或者微型直流电机；也可以采用自由度MG995舵机云台关节来实现。
[0031]所述处理器单元可以采用c51系列单片机或者ARM芯片，根据对电机的驱动能力，可以加上电机驱动模块。
[0032]见图3、图4、图5，所述光学组件包括:呈正方形的平板玻璃2、设于该平板玻璃2四周且与其形状、面积相同的八块折光透镜3，其中的四块折光透镜3紧邻于所述平板玻璃2的四边设置，另四块折光透镜3分布于所述平板玻璃2端角方向，以使八块折光透镜3与平板玻璃2整体构成一正方形；所述太阳能板I正对该平板玻璃2 ;所述折光透镜3的光线出射面上均匀分布有若干折光条3-1，且所述的折光条3-1适于使阳光垂直射入所述折光透镜3后，全部折射至所述太阳能板I的受光面1-1上，并均匀分布于所述方形光斑4的位置上。
[0033]由于所述太阳能板I的受光面1-1构造可能会有长方形，则所述光学组件产生的汇聚光斑也是与所述受光面1-1相同的长方形。即平板玻璃2、折光透镜3也是与所述受光面1-1相同的长方形。[0034]图6，所述各折光透镜3的入射面上方分别完全覆盖有透镜层5，所述折光透镜3的边沿处分别设有支撑件6，该支撑件6用于通过伸缩，以改变阳光射入所述透镜层5的角度，调整阳光进入所述折光透镜3的入射面的入射角，以使阳光均匀分布于所述方形光斑4的位置上。
[0035]所述支撑件6可以采用微型液压撑杆，或者微型气压撑杆，该微型液压撑杆，或者微型气压撑杆可以采用手动控制，还可以与微型液压或者气压驱动装置相连，该微型液压或者气压驱动装置由所述处理器单元控制。
[0036]开始工作时，先人为的把所述太阳能板I正对太阳，即光学组件尽量让阳光垂直射入；对所述方形光斑4进行校正，即所述光学组件产生的阳光折射均分布与该方形光斑4的位置，若发现有光斑未汇聚，产生相应偏移，则相应位置上的发电晶片未完全被光斑覆盖，则其获得的功率会低于其他完全被覆盖的发电晶片，所述处理器单元根据接收到的功率值调整出现光斑偏差的折光透镜3上方的透镜层5的角度，进一步，调整阳光进入该折光透镜3的入射面的入射角，使阳光均匀分布于所述方形光斑4的位置上。
[0037]所述光伏发电装置还包括:与所述发电晶片的输出端相连的用于稳定该发电晶片的输出电流的电流控制模块，该电流控制模块的输出端与蓄电池相连；所述电流控制模块包括:开关型集成稳压芯片，该开关型集成稳压芯片的输入端、接地端分别与所述发电晶片的正、负输出端相连，该开关型集成稳压芯片的输出端、接地端分别与一稳压管Dl的阴极、阳极相连，该开关型集成稳压芯片的输出端还与一电感LI的一端相连,该电感LI的另一端与所述蓄电池的正端相连，所述开关型集成稳压芯片的接地端与第一电阻Rl串联后与蓄电池的负端相连；所述开关型集成稳压芯片的反馈端分别与第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容Cl的一端相连,所述第三电阻R3、第一电容Cl的另一端与所述蓄电池的正端相连，所述第二电阻R2与一电位器VRl串联后与所述发电晶片的负输出端相连；所述开关型集成稳压芯片的开关端分别与第四电阻R4、第五电阻R5的一端相连，该第五电阻R5的另一端与所述开关型集成稳压芯片的接地端相连，所述第四电阻R4的另一端与一 PNP三极管Ql的集电极相连，该PNP三极管Ql的发射极、基极分别与第六电阻R6的两端相连，且该发射极与发电晶片的正输出端相连，所述基极与一 NPN三极管Q2的集电极相连，该NPN三极管Q2的发射极与所述开关型集成稳压芯片的接地端相连，该NPN三极管Q2的基极与所述蓄电池的负端相连。
[0038]所述开关型集成稳压芯片采用LM2596。
[0039]所述电感LI采用47 μ H的电容，图中，SUNBATT+、SUNBATT-分别接所述发电晶片的正、负极，BATT+, BATT-分别接蓄电池的正、负极。
[0040]所述电流控制模块产生的电流稳定，有效的延长了蓄电池的寿命。
[0041]见图7，所述光伏发电装置还包括:与蓄电池相连的正弦波脉宽调制单元。
[0042]见图9，所述正弦波脉宽调制单元包括:三相逆变器，该三相逆变器由一 DSP模块控制，该三相逆变器的直流侧、交流侧分别设有直流、交流电压电流检测电路，所述直流、交流电压电流检测电路与所述DSP模块相连。
[0043]实施例2
[0044]见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，在实施例1基础上的一种光伏发电装置的工作方法，所述光伏发电装置包括:蓄电池，与蓄电池相连的正弦波脉宽调制单元；[0045]所述光伏发电装置的工作方法包括:若阳光不垂直射入所述太阳能板I的受光面1-1时，所述光学组件产生的方形光斑4发生相应偏移,则未被该方形光斑4完全覆盖的发电晶片上的输出功率低于被光斑完全覆盖的发电晶片上的输出功率；所述处理器单元通过检测各发电晶片的相应输出功率，计算出所述太阳能板I需要转动的相应角度后，控制驱动机构带动所述太阳能板I转动相应角度，直至各发电晶片上的输出功率相同，即阳光垂直射入所述受光面1-1。
[0046]实施例3
[0047]见图9，实施例1或2基础上的所述正弦波脉宽调制单元的工作方法，所述正弦波脉宽调制单元包括:三相逆变器，该三相逆变器由一 DSP模块控制，该三相逆变器的直流侦U、交流侧分别设有直流、交流电压电流检测电路，所述直流、交流电压电流检测电路与所述DSP模块相连。
[0048]通过所述正弦波脉宽调制可以满足三相电压输出。
[0049]见图10,该DSP模块产生正弦波脉宽调制信号的方法包括:建立一三相静止坐标系根据其轴线，从方向逆时针依次分别为1、11、1111、乂、/1扇区；
[0050]所求参考电压矢量在各扇区内的相应电压矢量作用时间I\、T2:
[0051]
【权利要求】
1.一种适于追光的光伏发电装置，其特征在于包括: 太阳能板，至少由四块发电晶片构成一方形阵列； 光学组件，且呈平板状，设于太阳能板的受光面的正前方且与太阳能板平行，当阳光垂直于所述受光面时，光学组件用于将阳光汇聚并在所述受光面上产生一方形光斑，且该光斑的形状、面积与所述受光面的形状、面积一致； 功率检测单元，用于检测各发电晶片的输出功率； 驱动机构，用于控制所述太阳能板随太阳转动角度； 处理器单元，与所述功率检测单元、驱动机构相连，用于根据接收到的各发电晶片的输出功率值，产生相应角度控制信号，控制所述驱动机构带动所述太阳能板转动相应角度，以使阳光垂直于所述受光面。
2.根据权利要求1所述的光伏发电装置，其特征在于:所述光学组件包括:呈正方形的平板玻璃、设于该平板玻璃四周且与其形状、面积相同的八块折光透镜，其中的四块折光透镜紧邻于所述平板玻璃的四边设置，另四块折光透镜分布于所述平板玻璃端角方向，以使八块折光透镜与平板玻璃整体构成一正方形；所述太阳能板正对该平板玻璃； 所述折光透镜的光线出射面上均匀分布有若干折光条，且所述的折光条适于使阳光垂直射入所述折光透镜后，全部折射至所述太阳能板的受光面上，并均匀分布于所述方形光斑的位置上。
3.根据权利要求2所述的光伏发电装置，其特征在于:所述各折光透镜的入射面上方分别完全覆盖有透镜层，所述折光透镜的边沿处分别设有支撑件，该支撑件用于通过伸缩，以改变阳光射入所述透镜层的角度，调整阳光进入所述折光透镜的入射面的入射角，以使阳光均匀分布于所述方形光斑的位置上。`
4.根据权利要求3所述的光伏发电装置，其特征在于:所述支撑件为液压撑杆或气压撑杆，所述液压撑杆或气压撑杆与一液压或者气压驱动装置相连，所述液压或者气压驱动装置由所述处理器单元控制。
5.根据权利要求1-4任一所述的光伏发电装置，其特征在于:所述光伏发电装置还包括:与所述发电晶片的输出端相连的用于稳定该发电晶片的输出电流的电流控制模块，该电流控制模块的输出端与蓄电池相连； 所述电流控制模块包括:开关型集成稳压芯片，该开关型集成稳压芯片的输入端、接地端分别与所述发电晶片的正、负输出端相连，该开关型集成稳压芯片的输出端、接地端分别与一稳压管的阴极、阳极相连，该开关型集成稳压芯片的输出端还与一电感的一端相连，该电感的另一端与所述蓄电池的正端相连，所述开关型集成稳压芯片的接地端与第一电阻串联后与蓄电池的负端相连； 所述开关型集成稳压芯片的反馈端分别与第二电阻、第三电阻、第一电容的一端相连，所述第三电阻、第一电容的另一端与所述蓄电池的正端相连，所述第二电阻与一电位器串联后与所述发电晶片的负输出端相连； 所述开关型集成稳压芯片的开关端分别与第四、第五电阻的一端相连，该第五电阻的另一端与所述开关型集成稳压芯片的接地端相连，所述第四电阻的另一端与一 PNP三极管的集电极相连，该PNP三极管的发射极、基极分别与第六电阻的两端相连，且该发射极与发电晶片的正输出端相连，所述基极与一 NPN三极管的集电极相连，该NPN三极管的发射极与所述开关型集成稳压芯片的接地端相连，该NPN三极管的基极与所述蓄电池的负端相连。
6.根据权利要求5所述的光伏发电装置，其特征在于:所述光伏发电装置还包括:与蓄电池相连的正弦波脉宽调制单元。
7.一种根据权利要求1所述的光伏发电装置的工作方法，其特征在于，所述光伏发电装置包括:蓄电池，与蓄电池相连的正弦波脉宽调制单元； 所述光伏发电装置的工作方法包括:若阳光不垂直射入所述太阳能板的受光面时，所述光学组件产生的方形光斑发生相应偏移，则未被该方形光斑完全覆盖的发电晶片上的输出功率低于被光斑完全覆盖的发电晶片上的输出功率； 所述处理器单元通过检测各发电晶片的相应输出功率，计算出所述太阳能板需要转动的相应角度后，控制驱动机构带动所述太阳能板转动相应角度，直至各发电晶片上的输出功率相同，即阳光垂直射 入所述受光面。
【文档编号】H02J7/00GK103795335SQ201310197011
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年5月23日 优先权日:2013年5月23日
【发明者】谈雪梅 申请人:谈雪梅