具有两个光敏面的太阳能电池组件的方向的控制方法与流程

本发明涉及一种太阳能电池组件的方向的控制方法，该太阳能电池组件包括：

-单轴太阳追踪器，可围绕旋转轴定向，用于太阳能电池组件的定向，使其能够在太阳升起和降落期间从东向西跟随太阳；以及

-光伏器件，由太阳追踪器支撑，其具有面向天空的设有光伏电池的光敏上表面，和面向地面的设有光伏电池的光敏下表面。

背景技术

因此，本申请属于可绕旋转轴定向并包括双面技术光伏器件的太阳能电池组件技术领域，双面技术光伏器件也就是说具有面向太阳的上发电面和面向地面的下发电面。上表面得益于太阳辐射也叫入射辐射，其对应来自天空的直接和/或散射太阳辐射，而下表面得益于地面反射的太阳辐射，通常称为反射辐射。

基于太阳位置的天文计算，将太阳追踪器的方向伺服控制在称为直接方向的方向上，以实时面向太阳定位是很常见的。

然而，在这种直接方向上进行伺服控制具有重大缺陷，因为在散射太阳辐射源头处，某些天气条件下，特别是在多云条件下，其提供的发电量不足。当直接太阳辐射分散在云层和大气微粒中时，产生散射太阳辐射。散射太阳辐射是由于云和大气中悬浮的各种分子造成的光衍射产生的。因此，散射太阳辐射不一定遵循太阳在地球表面观测点方向上确定的方向。

此外，对于双面技术光伏器件，将太阳追踪器定向为直接方向未必能在光伏器件的下表面上获得最大能量产出，而是取决于反射率。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决这些缺陷，通过提出一种控制方法，允许将太阳电池组件伺服控制在同时考虑到直接辐射、散射辐射和反射辐射的最佳方向上。

为此，提出一种控制太阳能电池组件的方向的方法，该太阳能电池组件包括：

-单轴太阳追踪器，可围绕旋转轴定向，用于太阳能电池组件的定向，使其能够在太阳升起和降落期间从东向西跟随太阳；以及

-光伏器件，由太阳追踪器支撑，其具有面向天空的设有光伏电池的光敏上表面，和面向地面的设有光伏电池的光敏下表面。

该方法包括以下连续步骤：

-测量称为入射亮度的太阳亮度的分布，该入射亮度源于称为入射辐射的太阳辐射，该入射辐射来自天空并且能够到达光伏器件的上表面，所述入射太阳亮度的分布根据若干个仰角建立，该仰角对应于太阳能电池组件绕旋转轴的若干个方向；

-测量称为反射亮度的太阳亮度的分布，该反射亮度源于被称为反射辐射的太阳辐射，该反射辐射对应于地面上的太阳辐射的反射并且能够到达光伏器件的下表面，所述反射太阳亮度的分布根据若干个仰角建立，该仰角对应于太阳能电池组件绕旋转轴的若干个方向；

-考虑到入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的测量结果，确定太阳能电池组件的最佳方向；

-将太阳能电池组件的方向伺服控制在最佳方向上。

因此，本方法实现了在最佳方向上的伺服控制，其不仅考虑到直接太阳辐射，还考虑到散射太阳辐射和反射辐射，因此使得由直接辐射和散射辐射造成的光伏器件上表面的发电量，以及由反射辐射造成的光伏器件下表面的发电量都被考虑到。

根据一个方面，本控制方法包括以下步骤：

-记录以往的入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的测量值；

-记录针对以往的入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的测量值所确定的以往的最佳方向；

-根据以往的入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的测量值，预测入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的未来演变；

-根据对入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的未来演变的预测，计算最佳方向的未来演变；

-根据过去的最佳方向并根据最佳方向的未来演变，将太阳能电池组件的方向伺服控制在最佳方向上。

因此，实现了在或多或少的短期内对最佳方向的未来演变的预测，并且之后根据此最佳方向的未来演变，可以主动实施对太阳能电池组件的方向进行伺服控制，而不是实时地直接遵循计算出的最佳方向，从而允许避免仅获得很少能量收益，甚至是能量损失的方向变化，例如，如果一个单独的云在短时间内通过太阳前面。

根据另一方面，入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的未来演变的预测基于太阳能电池组件所处区域的天气预报计算。

根据本发明的一个可能的方面，太阳能电池组件的最佳方向的确定至少部分地基于对入射太阳亮度分布和反射的太阳亮度分布、对与双面光伏器件的两个面上的最大太阳亮度相关的仰角的研究。

根据本发明另一个可能的方面，太阳能电池组件的最佳方向的确定至少部分地基于对入射太阳亮度分布和反射的太阳亮度分布、对与太阳能电池组件最大发电量相关的仰角的研究。

在一个特定的实施例中，太阳追踪器的最佳方向的确定也基于以下参数中的至少一个进行考虑：

-修改太阳能电池组件的方向所必须的耗电量；

-在改变太阳能电池组件的方向期间装载的太阳追踪器的机械构件的磨损率；

-在改变太阳能电池组件的方向期间太阳追踪器的角速度；

-太阳追踪器在最小方向和最大方向之间的角位移。

因此，当在最佳方向伺服控制时，考虑到太阳能追踪器的机械和运动约束，使得伺服控制不会坏处大于好处。

有利地，当测量入射太阳亮度分布时，实施依赖于光伏器件的上表面的光伏电池的频率响应的频率加权；当测量反射太阳亮度分布时，实施依赖于光伏器件的下表面的光伏电池的频率响应的频率加权。

因此，这些频率加权将包括应用特定于每个面的频率滤波器，其将考虑每个面的光谱响应，达到每个面的光谱响应取决于根据其技术接收的光辐射的长度的程度；如果这两个面不是相同的技术，则两个面之间的光谱响应可能不同。

在特定的实施例中，在确定最佳方向的步骤，实施以下步骤：

-根据按照平行于旋转轴的水平第一方向建立的称为上带的带，并根据按照与第一方向正交的水平第二方向建立的称为上柱的柱，将入射太阳亮度分布的测量转换为入射亮度图谱，确定亮度值分布，其中每个上带关联至仰角，每个上柱关联至方位角；

-根据按照第一方向建立的称为下带的带，并根据按照第二方向建立的称为下柱的柱，将反射太阳亮度分布的测量转换为反射亮度图谱，确定亮度值分布，其中每个下带关联至仰角，每个下柱关联至方位角；

-从所考虑的带中接收的一组亮度值，为每个上、下带计算等效亮度值；

-从为所有带计算的等效亮度值以及理论仰角与关联至带的仰角之间的角度差，为对应于太阳能电池组件的多个方向的多个理论仰角，计算光伏器件的两个面感知到的亮度值；

-确定关联至最大感知亮度值的理论仰角，选取所述理论仰角作为最佳方向。

以此种方式，最佳方向的计算是基于对关联至不同仰角的所感知的亮度值的计算，所述不同仰角将与太阳能电池组件的方向匹配。带之间的角度差越小，带的数量越多，最佳方向的计算就越精细和准确。

在第一实施例中，通过图像捕捉装置执行入射太阳亮度分布的测量和反射太阳亮度分布的测量，这确保一方面捕捉天空的图形用于测量入射太阳亮度分布，另一方面捕捉地面图像用于测量反射太阳亮度分布。

通过图像捕捉，从随后转为亮度图谱的图像测量入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布。

在第二实施例中，通过包括多个光传感器，特别是日射强度型传感器的测量系统执行入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的测量，该测量系统具有上部测量装置和下部测量装置，一方面，上部测量装置具有面向天空分布的上部光传感器，用于测量入射太阳亮度的分布，另一方面，下部测量装置具有面向地面分布的下部光传感器，用于测量反射太阳亮度的分布。

通过光传感器测量太阳亮度，从每个光传感器单独执行的测量矩阵中测量入射和反射太阳亮度的分布，这些光传感器位于不同的仰角(在顶部和底部)，特别是分布在球形支架上，以提供对天空和地面的广泛观察。

根据本发明的一个可能性，根据改变太阳能电池组件方向所必需的能耗，执行伺服控制太阳能电池组件的方向的步骤。

换句话说，实际上伺服控制考虑到此能耗，以实施或不实施按照最佳方向的定向，以预测云覆盖中的变化。

根据本发明的另一方面，在伺服控制太阳能电池组件的方向的步骤，建立潜在场景，在此期间太阳能电池组件的方向从当前方向改变直至到达最佳方向，以下计算关联至此潜在场景：

-太阳能电池组件从当前方向开始变化直至到达最佳方向期间的方向的演变，此演变依赖于太阳能电池组件的旋转位移速度；

-改变太阳能电池组件方向所必需的能耗的演变；

-这样的方向改变带来的预期补充太阳能发电量的演变；

-基于太阳能发电量和能耗的差别的预期能量收益的演变；

以及随后，如果对于该场景，能量收益整体为正，将太阳能电池组件的方向伺服控制在所述最佳方向上，否则将太阳追踪器的方向保持在当前方向。

因此，除非能获得能量增益，否则不会根据最佳方向的执行伺服控制，以不对云覆盖每次变化进行系统方向改变。

本发明还涉及一种太阳能电池组件，包括

-单轴太阳追踪器，可围绕旋转轴定向，用于太阳能电池组件的定向，使其能够在太阳升起和降落期间从东向西跟随太阳，所述太阳追踪器可通过致动系统，绕所述旋转轴旋转启动；以及

-光伏器件，由太阳追踪器支撑，其具有面向天空的设有光伏电池的光敏上表面，和面向地面的设有光伏电池的光敏下表面；

此太阳能电池组件的特点在于，其还包括：

-上部测量装置，能够测量入射太阳亮度分布，该入射太阳亮度源于入射太阳辐射，该入射太阳辐射来自天空并且能够到达光伏器件的上表面，所述入射太阳亮度分布根据对应太阳能电池组件绕旋转轴的多个方向的多个仰角建立；

-下部测量装置，能够测量反射太阳亮度分布，该反射太阳亮度源于反射太阳辐射，对应于地面上的太阳辐射的反射并且能够到达光伏器件的下表面，所述反射太阳亮度分布根据对应太阳能电池组件绕旋转轴的多个方向的多个仰角建立；以及

-控制单元，一方面连接至上下部测量装置，另一方面连接至致动系统用于控制太阳能追踪器的旋转，其中所述控制单元设置为实施根据本发明的控制方法的步骤。

附图说明

本发明的其他特点和优点将在阅读以下参照附图详细描述的所实施的非限制性实施例后显现，其中：

-图1包括四个图，分别示出了在多云(图(a)和(b))和晴朗(图(c)和(d))天气条件下的太阳能电池组件；

-图2示出了根据本发明的具有单轴太阳追踪器的太阳能电池组件的示意图，其中示出了能够测量入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的测量系统；

-图3a为测量系统的第一实施例的透视图(图3a)和剖面图(图3b)；

-图4为测量系统的第二实施例的透视图；

-图5为入射亮度图谱(左上角)和从此入射亮度图谱获得的等效亮度值的矩阵(右上角)、反射亮度图谱(左下角)和从此反射亮度图谱获得的等效亮度值的矩阵(右下角)的示意图；

-图6包括两幅图，其中

-左侧分别为入射太阳亮度图谱和反射太阳亮度图谱的四个上柱和四个下柱的示意侧视图，方位角关联至不同柱的，以说明为了计算用于确定最佳方向的等效亮度值而实施的计算；

-右侧分别为入射太阳亮度图谱和反射太阳亮度图谱的四个上带和四个下带的示意侧视图，仰角关联至不同带，以说明为了计算用于确定最佳方向的感知的亮度值而实施的计算；

-图7示出了三对入射太阳亮度图谱和反射太阳亮度图谱，其在相应的最佳方向下相关联，包括当前时间点(t)处的一对图谱和未来时间点(t+1)和(t+n)处的两对预测图谱。

-图8以框图形式示出了用于实施根据本发明的控制方法的功能性元件；

-图9示出了针对在伺服控制步骤中定义的第一潜在场景计算的五条预测曲线，从上到下包括在预测步骤中计算的未来(或预测)最佳方向的演变曲线，太阳能电池组件方向的演变曲线，修改太阳能电池组件方向所需能耗的演变曲线，预计补充的太阳能发电量演变曲线，以及预期能量产出的演变曲线；

-图10示出了针对第二潜在场景计算的五条预测曲线(与图9中的曲线相同)。

具体实施方式

参照图2，太阳能电池组件1包括：

-单轴太阳追踪器2，可围绕旋转轴a定向，用于太阳能电池组件1的定向，使其能够在太阳升起和降落期间从东向西跟随太阳；以及

-光伏器件3，由太阳追踪器1支撑，其具有面向天空的设有光伏电池的光敏上表面31，和面向地面的设有光伏电池的光敏下表面32。

太阳追踪器2包括用于将其固定到地面的固定结构21，固定结构21例如由固定到地面的一个或多个塔架构成，固定例如通过打桩、螺丝接合、螺栓连接、压重或任何其他允许将固定结构21固定或稳定在地面上的等效方式。太阳追踪器2还包括可动平台22，可动平台22围绕旋转轴线a可旋转地安装在固定结构21上，并且更具体地可旋转地安装在塔架的上端。该平台22支撑光伏器件3，光伏器件3由一个或多个双面技术光伏板组成。

参照图2和图6，旋转轴a大致水平并且根据按照南北方向的纵轴x定向。当太阳能电池组件1平放(如图2和图6所示)时，光伏器件3的面31、32按照由纵轴x和横轴y所确定的水平面延伸，并与竖轴z正交，其中横轴y按照东西方向。

在下文中，太阳能电池组件1的方向(也称为太阳追踪器2或光伏器件3的方向或倾斜角)对应于上表面31的法线相对于平面(y，z)上的竖轴z的角度。因此，当太阳能电池组件1平放时，该方向为0度。

太阳能电池组件1还包括测量系统5，能够测量入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布。该测量系统5可关联至一个单一的太阳能电池组件1或者以经济的方式，由多个太阳能电池组件共享。测量系统5是固定的，并可相对地面上升，例如通过被安装在柱50上。

测量系统5包括两个测量装置51、52，也就是：

-上部测量装置51，能够测量入射太阳亮度分布，该入射太阳亮度源于称为入射辐射的太阳辐射(直接太阳辐射rdir和散射太阳辐射rdif)，该入射辐射来自天空并且能够到达光伏器件3的上表面31，以及

-下部测量装置52，能够测量反射太阳亮度分布，该反射太阳亮度源于反射太阳辐射ralb，对应于地面上的太阳辐射的反射并且能够到达光伏器件3的下表面32。

这两个测量装置51、52可以分开或组装在一起，如图2所示的实例。利用这些测量装置51、52，根据对应太阳能电池组件1围绕旋转轴线a的几个方向的几个仰角(在平行于纵轴x的垂直平面中相对竖轴z测量的角度)，建立相关(入射或反射)太阳亮度的各个分布。换句话说，这些仰角与太阳能电池组件1的方向相匹配。

太阳能电池组件1还包括驱动系统(图2未示出，在图10中示为标号6)，其确保平台22绕旋转轴a旋转。

此驱动系统6包括致动器，例如为汽缸类(电、气或液压)或电机类(例如旋转电机)。该致动系统6还包括机械系统，用于将致动器的输出处的运动(旋转电机的旋转运动或汽缸的线性运动)传递为平台22的旋转运动。作为非限制性的实施例，该机械传动系统可以是可变形平行四边形系统、滑轮系统、小齿轮系统、链条系统、皮带系统、离合器系统、传动轴系统、连杆系统等。

可以认为致动器特定于太阳能电池组件1，或者在多个太阳能电池组件之间共享。在共享致动器的情况下，有利地，不同太阳能追踪器的平台22旋转耦合，以在公共致动器的作用下同步旋转。

参照图8，太阳能电池组件1还包括控制单元4，如电路板，控制单元4链接至测量系统5以接收观测结果(或者观测数据)，控制单元4还链接至致动系统6以引导其运行，从而相应地引导平台22的旋转，也就是太阳能电池组件1的定向。

控制单元4包括多个模块，即：

-制图模块40，其设置为将上部测量装置51执行的测量转换为入射亮度图谱cli，并将下部测量装置52执行的测量转换为反射亮度图谱clr，并将各个亮度图谱cli，clr在时间点t相关联；

-存档模块41，其将制图模块40所产生的各个亮度图谱cli、clr存档；

-预测计算模块42，其计算入射太阳亮度分布和反射太阳亮度分布的未来演变(基于天气预报计算)，更具体地，为未来时间点计算预测入射亮度图谱clip和预测反射亮度图谱clrp，基于制图模块40实时产生的亮度图谱cli、clr，并基于存档模块41中存储的以往亮度图谱cli、clr，该预测计算模块42执行这些计算；

-最佳方向计算模块43，其为制图模块40实时产生的各对亮度图谱cli、clr计算最佳方向θopt(也就是当前时间点的最佳方向)，还为源于预测计算模块42的各对预测图谱clip、clrp计算最佳方向(也就是未来时间点的最佳方向)；

-最佳方向演变模块44，其重新获得源于最佳方向计算模块43的所有最佳方向，以便建立最佳方向演变，并因此预报和预测最佳方向的变化；

-模块45，用于确定太阳能电池组件1的参数，包括涉及致动系统6的位移速度的参数(以及因此涉及方向变化所必须的速度的参数)、涉及致动系统6改变方向所必须的能耗的参数、涉及取决于光伏器件3的面31、32上接收到的太阳亮度的各个面31、32的太阳能发电量的参数、以及涉及在改变太阳能电池组件1的方向期间装载的太阳追踪器的机械构件的磨损率的参数，这些参数特别地取决于方向变化开始和结束之间的角度差；

-天文计算模块46，其计算太阳的实时位置，并因此计算在太阳能电池组件1的层面上的由直接太阳辐射的方向限定的直接方向；

-伺服控制模块47，其根据源于模块44的最佳方向的演变、源于模块45的不同参数和源于模块46的直接方向，计算太阳能电池组件1的方向的伺服控制，其中伺服控制模块47向致动系统6输出方向设定点，以便引导太阳能电池组件1的方向改变，也就是太阳追踪器2的平台22的方向改变。

应当注意到，控制单元4可特定于太阳能电池组件1，或者在多个太阳能电池组件之间共享，优选地，在线性太阳能发电厂中布置成线(从北向南延伸)的多个太阳追踪器之间共享。

在图3a、3b(第一实施例)和图4(第二实施例)中示出的两个实施例中，测量系统5包括用于第一实施例的球形圆顶形支架53a或用于第二实施例的圆环形支架53b。

在每个实施例中，支架53a、53b支撑光传感器54、55，特别地是日射强度型传感器，其中上部光传感器54设置在顶部(面向天空)，下部光传感器55设置在底部(面向地面)；特别地，这些光传感器54、55由日射强度型传感器组成。

上部光传感器54与相关支架53a、53b的顶部一起形成上部测量装置51，而下部光传感器55与相关支架53a、53b的底部一起形成下部测量装置52。

光传感器54、55根据用于上部光传感器54的称为θsi的几个仰角和用于下部光传感器55的称为θnk的几个仰角分布。这些仰角θsi、θnk相对于平面(y，z)中的竖轴z测量，参考系(x，y，z)以球形穹顶53a的中心o或圆环53b的中心o为原点；因此，这些仰角θsi、θni与太阳能电池组件1的方向相匹配。

通常地，光传感器54、55沿多个带(或列)放置，该多个带(或列)根据多个仰角θsi、θni分布。这些仰角θsi、θni也在图6中示出。带分布在包括一个或多个上部光传感器54的上带bsi和包括一个或多个下部光传感器55的下带bnk之间。

在第一实施例中，每个带上布置有一个或多个光传感器54、55。一个带具有多个光传感器54、55的情况下，同一个带的光传感器54、55根据用于上部光传感器54的称为rsj的几个方位角和用于下部光传感器55的称为rnm的几个方位角分布；这些方位角rsj、rnm相对于平面(x，z)中的竖轴z测量。因此，除了根据处于不同仰角θsi、θnk的带分布，光传感器54、55还根据处于不同方位角rsj，rnm的柱分布。这些方位角rsj，rnm在图6中示出。柱分布在包括一个或多个上部光传感器54的上柱csi和包括一个或多个下部光传感器55的下柱cnm之间。

在第二实施例中，每个带上布置有一个单一的光传感器54或55，这样使得只有一个单一的上柱或一个单一的下柱。

在图6中，在第一测量系统5的实例中，上部光传感器54根据与四个仰角θs1、θs2、θs3、θs4相关的四个上带bs1、bs2、bs3、bs4以及与四个方位角rs1、rs2、rs3、rs4相关的四个上柱cs1、cs2、cs3、cs4分布，下部光传感器55根据与四个仰角θn1、θn2、θn3、θn4相关的四个下带bn1、bn2、bn3、bn4以及与四个方位角rn1、rn2、rn3、rn4相关的四个下柱cn1、cn2、cn3、cn4分布。

通常地，测量系统5所包括的光传感器54、55越多，特别是测量系统2所包括的光传感器54、55的带越多，分辨率和角度的精度就越高。

这些光敏传感器54、55可以与关联至光伏器件3的面31、32具有相同的技术，以便能够施加取决于面31,32的有用波长范围的权重。优选地，这些光传感器54、55将进行预先校准，以获得更好的精度。

利用第一测量系统5，通过重新获得每个光传感器54、55的亮度的测量并且已知不同带的仰角θsk、θnk和不同柱的方位角rsj、rnm，制图模块40将由测量系统5执行的测量转换为图谱对，该图谱对包括入射亮度图谱cli(由源于上部光传感器54的测量值获得)和反射亮度图谱clr(由源于下部光传感器55的测量值获得)。

制图模块40预先实施频率加权，该频率加权应用在由光传感器54、55执行的测量值上；该频率加权主要在于在依赖于光敏传感器54、55的频率响应和光伏器件3的光伏电池的有用频带(或光谱响应)的这些测量值上进行频率滤波。

然后，制图模块40实施可能的处理，该处理包括校正由缺陷或寄生噪声产生的测量值。然后，制图模块40对太阳亮度分布进行计算(通过将光传感器54、55的测量值与它们在空间中的坐标或直接与它们各自的仰角匹配)，以生成原始入射亮度图谱和原始反射亮度图谱，每个图谱形成太阳亮度图(或矩阵)，太阳亮度图(或矩阵)根据分别关联至不同仰角θsi、θnk的若干带分布，其中在适当的情况下，太阳亮度图(或矩阵)根据分别与不同方位角rsj、rnm相关联的若干柱分布。

最后，制图模块40在每个原始图谱上应用取决于光传感器54、55的灵敏度变化的特定系数，以生成用于建立最佳方向的入射亮度图谱cli和反射亮度图谱clr。实际上，由光敏传感器54、55传递的测量值的大小(或亮度)与(入射或反射的)太阳辐射的值成比例相关，因此这些系数根据各个光敏传感器54、55的灵敏度变化考虑这些比例。

入射亮度图谱cli形成根据以下方面分布的太阳亮度图(或矩阵)：

-按照平行于旋转轴a的第一方向(因此平行于x轴)建立多个上带50s(i)(i为整数)，并分别关联至不同的仰角θsi，这样使得每个带50s(i)对应仰角θsi(图谱cli中的每个带50s(i)关联至测量系统5的带bsi)；以及

-按照水平并垂直于旋转轴a的第二方向(因此平行于y轴)建立多个上柱51s(i)(j为整数)，并分别关联至不同的方位角rsj(图谱cli中的每个柱51s(j)关联至测量系统5的柱csj)。

因此，入射亮度图谱cli包括n个单元(n＝[ixj])，每个单元对应一个(绝对或相对)太阳亮度值lums(i,j)。一些单元可能是空的，因为带bsi不一定包括相同数量的上部光传感器54，在这种情况下，对于空单元，太阳亮度值lums(i,j)为零。

在图5的实例中，入射亮度图谱cli包括五个带50s(1)、……、50s(5)和七个柱51s(1)、……、51s(7)，太阳亮度值表示为相对百分比。

反射亮度图谱clr形成根据以下方面分布的太阳亮度图(或矩阵)：

-按照平行于旋转轴a的第一方向(因此平行于x轴)建立多个下带50n(k)(k为整数)，并分别关联至不同的仰角θnk，这样使得每个带50n(k)对应仰角θnk(图谱clr中的每个带50n(k)关联至测量系统5的带bnk)；以及

-按照水平并垂直于旋转轴a的第二方向(因此平行于y轴)建立多个下柱51n(m)(m为整数)，并分别关联至不同的方位角rnm(图谱clr中的每个柱51n(m)关联至测量系统5的柱cnm)。

因此，反射亮度图谱clr包括p个单元(p＝[kxm])，每个单元对应一个(绝对或相对)太阳亮度值lumn(k,m)。一些单元可能是空的，因为带bnk不一定包括相同数量的下部光传感器55，在这种情况下，对于空单元，太阳亮度值lumn(k,m)为零。

在图5的实例中，反射亮度图谱clr包括五个带50n(1)、……、50n(5)和七个柱51n(1)、……、51n(7)，太阳亮度值表示为相对百分比。

从这样的一对图谱cli、clr，最佳方向计算模块43基于这些图谱cli、clr实施计算，提取最佳方向θopt，其对应于关联至光伏器件3的两个面31、32上最大太阳亮度的仰角。

对于这种计算，并参照图5和图6，最佳方向计算模块43实施一连串分步。这一连串分步组成计算或算法实例，且本发明当然不会限于该实例。

在第一分步，最佳倾斜角度计算模块43是根据带50s(i)接收的亮度值组lums(i,j)，为入射亮度图谱cli的每个带50s(i)计算等效亮度值leqs(i)。对于每个带50s(i)，带50s(i)的等效亮度值leqs(i)是带50s(i)接收的亮度值lums(i,j)和不同柱51s(j)的方位角rsj的函数，按照以下公式计算(参见图6)：

从而我们获得与不同带50s(i)相关的等效亮度值leqs(i)的矩阵mleqs。

类似地，最佳倾斜角度计算模块43根据带50n(k)接收的亮度值组lumn(k,m)，为反射亮度图谱clk的每个带50n(k)计算等效亮度值leqn(k)。对于每个带50n(k)，带50n(k)的等效亮度值leqn(k)是带50n(k)接收的亮度值lumn(k,m)和不同柱51n(m)的方位角rsm的函数，按照以下公式计算(参见图6)：

从而我们获得与不同带50n(k)相关的等效亮度值leqn(k)的矩阵mleqn。

在第二分步，最佳方向计算模块43根据在第一分步为所有带计算的等效亮度值leqs(i)和leqn(k)，以及理论仰角θth和与带相关的仰角θsi、θnk之间的角度差，为多个理论仰角θth计算太阳能电池组件1的面31、32感知的亮度值lperc(θth)，按照以下公式计算：

其中，如果abs(θsi-θth)<90°，p(i)＝1，否则p(i)＝0；

并且，如果abs(θnk-θth)<90°，p(i)＝1，否则p(i)＝0。

系数p(i)、p(k)考虑到，如果角度差超过90°，相应的光传感器54、55接收不到辐射。

因此，我们获得感知的亮度值lperc(θth)的变化曲线，作为理论仰角θth的函数。

在最后一个分步，最佳方向计算模块43将最佳方向θopt保留为与最大感知亮度值lperc(θth)相关的理论仰角θth。

在测量系统5是根据第二实施例的情况下，图谱cli、clr等效于矩阵mleqs和mleqn，使得由最佳方向计算模块43实施的计算在第二分步开始。

应当注意到，未示出的变体中，两个测量装置51、52为摄像机形式，特别是半球形摄像机，设置在彼此背后，上部摄像机转向天空，以提取天空的图形并测量入射太阳亮度的分布，下部摄像机转向地面，以提取地面图像并测量反射太阳亮度分布。有利地，每个摄像机设置为在光谱宽度内拍摄图像，该光谱宽度能够满足光伏器件3的面31、32的光伏电池的技术。各个摄像机分别传递天空和地面的原始图像，其随后传递至制图模块40，用于在从原始图像开始直到图谱cli、clr为止的一系列图像处理步骤之后，将这两个原始图像转换为等效于上文所述的那些的图谱cli、clr，该一系列图像处理步骤如下：

-频率加权步骤；

-处理步骤，包括在加权后校正图像上的缺陷(噪声抑制处理、光晕处理、饱和度处理、……)；

-计算太阳亮度的分布(逐像素或逐区域地计算，每个区域包括多个像素)；

-根据相关摄像机的灵敏度变化，在每个处理过的图像上应用特定系数。

预测计算模块42为未来的时间点(t+np)计算预测入射亮度图谱clip和预测反射亮度clrp，其中n为非零整数，p为由测量系统5周期性地和重复地进行观测的时间段。这些预测图谱clip、clrp基于绘图模块40实时产生的图谱cli、clr，以及存档模块41中所存档的以往图谱cli、clr建立。

由连续入射亮度图谱cli，预测计算模块42能够或多或少地准确地获得云的定位，以及云的尺寸、云的位移方向和位移速度。因此，预测计算模块42可以对云在未来时间点的位置实现预测计算。

预测计算基于对若干过去时间点和当前时间点之间的入射太阳亮度分布的过去演变的考虑，特别是入射太阳亮度的分布的演变和入射太阳亮度改变速度。

该预测计算可基于滑动时间窗口，也就是包括预定数量的最近的以往图谱的窗口。

该预测计算可用于建立短期预测图谱clip、clir(或图谱预报)。作为非限制性示例，短期概念覆盖了未来最多十到三十分钟、或最多一到两个小时的计算。当然，可以考虑提供更长期限的预测计算。

为这样的预测计算实施的算法可能整合诸如以下改进：

-考虑到预报误差，以改进未来预报(事实上，可能将当前图谱与之前完成的绘图预报相比较，以总结关于预测计算的经验并改进)；

-根据入射亮度图谱cli识别云的类型，这要归功于数据库和/或归功于过去完成的分析或读数，以便根据云的类型进行更长期限的预测。

为这样的预测计算实施的算法还可考虑到太阳在天空中的位置的演变，特别是，如果为足够远的未来时间点(例如超过30秒)进行预测计算，考虑到太阳位置的变化对入射或反射太阳亮度的演变所具有的任何影响。在预测计算中对太阳位置的考虑在图8中通过预测计算模块42和天文计算模块46之间的虚线连接箭头示出。

如图7所示，预测计算模块42建立预测图谱clip、clrp，每对预测图谱clip、clrp关联至由最佳方向计算模块43计算出的预测最佳方向θopt，按照与之前描述相同的计算方法建立。

因此，最佳方向演化模块44重新获得所有最佳方向(以往图谱cli、clr的那些、当前图谱cli、clr的那些以及预测图谱cli、clr的那些)，并建立最佳方向θopt的未来演化，从而使得能够预报和预期最佳方向变化。

最终，伺服控制模块47根据最佳方向θopt的以往和未来演化，还根据改变太阳能电池组件1的方向所必需的能耗cons、太阳能电池组件1的旋转位移速度、以及方向改变获得的补充太阳能发电量prod，对太阳能电池组件1的方向进行伺服控制。

参照图9和图10，伺服控制模块47基于最佳方向θopt的未来演变(从顶部开始的第一曲线)。

在给出的实例中，例如由于预测到从未来时间点t1到未来时间点t2太阳前方有云通过，在返回其初始值之前，将预测最佳方向θopt的值改变到目标值θc。

伺服控制模块47建立潜在场景，其中太阳能电池组件1的方向θ从当前方向θp改变直至到达目标最佳方向θc，以遵循最佳方向的演变预报。

在给出的实施例中，该场景包括将方向θ伺服控制在第一曲线上，且此伺服控制依赖于太阳能电池组件1的旋转位移速度，以获得在场景方向改变期间太阳能电池组件1方向θ的第二演变曲线。事实上，太阳能电池组件1显示了到达目标最佳方向θc所必需的位移时间。

由于预测计算，预期太阳能电池组件1的位移，在这种情况下，通过在较早的时间点t10(在t1之前)开始，直到在t11(在t1之后)达到目标值θc，然后通过以预期的方式在时间点t11(t2之前)开始返回，直到在时间点t13(在t2之后)返回到当前方向θp。

伺服控制模块47根据第二曲线确定改变太阳能电池组件1的方向所必需的能耗cons的演变，以获得此能耗cons的第三演变曲线；太阳能电池组件1在方向变化期间耗能，在时间点t10和t11之间，然后在时间点t12和t13之间耗能。

伺服控制模块47通过遵循方向θ的第二演变曲线而不是保持在当前方向θp的确定预期补充太阳能发电量prod(或发电量增益)的演变，以获得此发电量prod的第四演变曲线。因此，如果跟随场景而不是保持在当前方向θp的初始或当前情况，此补充发电量prod对应于预期发电量增益。

在给出的实例中，发电量prod在时间点t10和t1之间以及t2和t13之间为负，这对应于方向θ偏离最佳方向θopt的时段，且发电量prod在时间点t1和t2之间为正的，这对应于方向θ接近甚至等于最佳方向θopt的时段。

伺服控制模块47基于发电量prod和能耗cons的差别，确定预期能量收益rend的演变，造成第五曲线对应于第四曲线和第三曲线的差，换句话说，rend＝prod-cons。

在给定的实施例中，收益rend在时间点t10和t1之间以及t2和t13之间为负，收益rend在时间点t1和t2之间为正。

最后，如果能量收益对场景来说完全为正，则伺服控制模块47遵循该场景(即根据第二曲线对太阳能电池组件进行伺服控制)，否则太阳能电池组件1的方向保持在当前方向θp。

通过研究场景整个时段的收益建立总能量收益。

在图9的实例中，总收益为负，因为收益为负(t10和t1之间以及t2和t13之间)的表面srn的总和大于收益为正(t1和t2之间)的表面srp。例如，图11的实例对应于云从太阳前方的预测通过时间(对应间隔[t2-t1])相比改变方向的必须时间(对应间隔[t1-t10]或间隔[t13-t2])太短的情况。

在图10的实例中，总收益为正，因为收益为负(t10和t1之间以及t2和t13之间)的表面srn的总和小于收益为正(t1和t2之间)的表面srp。例如，图10的实例对应于云从太阳前方的预测通过时间(对应间隔[t2-t1])相比改变方向的必须时间(对应间隔[t1-t10]或间隔[t13-t2])较长的情况。

因此，在图9的实例中，伺服控制模块47不跟随场景并保持方向位于当前值θp，然而在图10的实例中，伺服控制模块47跟随场景并确保根据第二曲线对倾斜角进行伺服控制。

参照图1(a)和图1(b)，在图1(b)中实施根据本发明的方法，且太阳能电池组件1的方向为不同于直接方向θdir(朝向太阳so直接辐射的方向)的最佳方向θopt，然而图1(a)中实施为太阳能电池组件1的方向处于直接方向rdir。在云nu处于太阳so前方的情况下，直接入射太阳辐射rdir低于散射入射太阳辐射rdif，这样使得伺服控制在直接方向θdir比伺服控制在由本方法(考虑到散射辐射rdif以及反射辐射ralb)建立的最佳方向θopt获得的收益低，这样使得该方法能够增加太阳能电池组件1的能量生产。

参照图2(a)和2(b)，在图2(b)中实施根据本发明的方法，且太阳能电池组件1的方向为不同于直接方向θdir的最佳方向θopt，然而图2(a)中实施为太阳能电池组件1的方向处于直接方向rdir。在由于地面sol具有高反射率而出现高反射太阳辐射ralb的情况下，伺服控制在直接方向θdir变得比伺服控制在由考虑到高反射辐射ralb的本方法建立的最佳方向θopt获得的收益低，因为伺服控制在直接方向θdir上，将限制对反射辐射ralb的考虑。

当然，上文提到的实施例不是限制性的，并且可以将其他改进和细节添加到根据本发明的太阳追踪器中，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以实施其他类型的固定结构或平台。