CN109445471A - 一种方位跟踪光伏装置及阵列 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种方位跟踪光伏装置及阵列，属于太阳能发电技术领域。所述方位跟踪光伏阵列包括至少一个方位跟踪光伏装置和逆变器，所述方位跟踪光伏装置包括旋转平台、光伏板、交流电机和控制柜，所述光伏板设置在所述旋转平台的上表面，所述旋转平台与所述交流电机连接，所述交流电机与所述控制柜连接，所述交流电机基于所述控制柜传来的脉冲驱动信号驱动所述旋转平台沿自身竖直中心轴转动，从而对太阳方位进行跟踪。所述方位跟踪光伏阵列在交流电机的驱动下使光伏板自动跟随太阳进行方位调整，提高了太阳能发电的效率。

Description

一种方位跟踪光伏装置及阵列

技术领域

本发明涉及太阳能发电技术领域，具体而言，涉及一种方位跟踪光伏装置及阵列。

背景技术

随着电子产品的迅速普及，人们对电力供应的需求量持续增长，而传统的火电、水电等发电方式工程建造成本高、建造周期长且通常会对自然环境带来极大的破坏或污染，在日益重视环境保护的社会氛围下，人们对清洁电能的需求也越来越高。但是现有技术中用于发电的太阳能发电板的光伏板在太阳处于不同角度时的接光效率不同，无法持续的对太阳光进行最大效率的接收和转换，存在太阳光接收效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方位跟踪光伏装置及阵列，以改善现有技术中光伏板无法持续的对太阳光进行最大效率的接收和转换从而造成的太阳光接收效率低的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明提供了一种方位跟踪光伏装置，所述方位跟踪光伏装置包括旋转平台、光伏板、交流电机和控制柜，所述光伏板设置在所述旋转平台的上表面，所述旋转平台与所述交流电机连接，所述交流电机与所述控制柜连接，所述交流电机基于所述控制柜传来的脉冲驱动信号驱动所述旋转平台沿自身竖直中心轴转动，从而对太阳方位进行跟踪。

在本发明可选的实施例中，所述旋转平台上还设置有与所述控制柜连接的光敏传感器，所述光敏传感器将根据光线强度生成的光敏信号传输至所述控制柜，以使所述控制柜基于所述光敏信号开始或停止生成所述脉冲控制信号。

在本发明可选的实施例中，所述控制柜在所述光敏信号表示太阳下山时延迟预设间隔时间停止生成所述脉冲控制信号。

在本发明可选的实施例中，所述脉冲驱动信号通过驱动所述交流电机控制所述旋转平台每隔2到8分钟转动一次，每次转动的旋转角度为0.7至3度。

在本发明可选的实施例中，所述旋转平台还包括起始限位装置和终止限位装置，所述起始限位装置与所述终止限位装置相差大于等于220度。

在本发明可选的实施例中，所述光伏板的与水平面构成预设角度。

在本发明可选的实施例中，所述旋转平台包括能够在所述交流电机驱动下旋转的托架，所述托架上设置有支柱，所述支柱对上表面铺设有所述光伏板的横杆组件进行支撑。

本发明提供了一种方位跟踪光伏阵列，所述方位跟踪光伏阵列包括至少一个方位跟踪光伏装置以及至少一个与所述方位跟踪光伏装置连接的逆变器。

在本发明可选的实施例中，所述方位跟踪光伏阵列还包括汇流箱，多块光伏板串联形成一组回路，多组回路并联至一个所述汇流箱，所述汇流箱与所述逆变器连接。

在本发明可选的实施例中，所述方位跟踪光伏阵列的线材设置在PVC管内。

本发明实施例的有益效果是：

本发明实施例提供了一种方位跟踪光伏装置及阵列，所述方位跟踪光伏装置将光伏板设置在旋转平台上，以使光伏板能够跟随旋转平台旋转，从而能够基于太阳在天空中的位置旋转光伏板使其保持正对太阳光的直射方向，提高了光伏板对太阳光的接收效率；同时所述方位跟踪光伏装置采用控制柜控制交流电机驱动旋转平台旋转，控制柜可以在工作人员的手动操作下或已编程序控制下控制交流电机驱动旋转平台旋转，使旋转平台的旋转具备极高的可控性和可调整性，进一步提高了光伏板对太阳光的接收效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰，在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明实施例提供的一种方位跟踪光伏阵列的模块示意图；

图2为本发明实施例提供的一种方位跟踪光伏阵列的排布方式示意图；

图3为本发明实施例提供的一种方位跟踪光伏装置的模块示意图；

图4为本发明实施例提供的一种旋转平台的结构示意图。

图标：10-方位跟踪光伏阵列；11-方位跟踪光伏装置；112-旋转平台；114-光伏板；116-交流电机；118-控制柜；12-逆变器；13-汇流箱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

经本申请人研究发现，现有的太阳能发电光伏板在太阳处于不同角度时的接光效率不同，无法持续的对太阳光进行最大效率的接收和转换，存在太阳光接收效率低的问题。为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种方位跟踪光伏阵列10。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种方位跟踪光伏阵列的模块示意图。

方位跟踪光伏阵列10包括至少一个方位跟踪光伏装置11，以及与方位跟踪光伏装置11连接的至少一个逆变器12，其中，一个逆变器12可以与一个或多个方位跟踪光伏装置11连接。

为了使方位跟踪光伏装置11与逆变器12进行有效匹配，提高光伏发电效率，方位跟踪光伏阵列10还包括汇流箱13，多个方位跟踪光伏装置11串联形成一组回路，多组回路并联至一个汇流箱13，方位跟踪光伏装置11产生的电能通过汇流箱13进入逆变器12，通过逆变器12进行电源输出。

其中，逆变器12的作用是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V,50Hz正弦波)，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。可选地，在本实施例中逆变器12的类型可以为多组串逆变，在多组串逆变的逆变器12中光伏组串的不同额定值(如：不同的额定功率、每组串不同的组件数、组件的不同的生产厂家等等)、不同的尺寸或不同技术的光伏板、不同方向的组串(如：东、南和西)、不同的倾角或遮影，都可以被连在一个共同的逆变器12上，同时每一组串都工作在它们各自的最大功率峰值上。同时，直流电缆的长度减少、将组串间的遮影影响和由于组串间的差异而引起的损失减到最小。应当理解的是，逆变器12在其他实施例中还可以是组串逆变、集中逆变等逆变原理的逆变器。

汇流箱13是指用户可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入光伏汇流箱，在光伏汇流箱内汇流后，通过控制器、直流配电柜、光伏逆变器、交流配电柜，配套使用从而构成完整的光伏发电阵列，实现与市电并网。可选地，本实施例中采用的汇流箱13可以带有防反功能和太阳能监控功能，同时具备防水、防雷功能、数据采集以及无线数据传输功能等。

可选地，本实施例中可采用20个方位跟踪光伏装置11串联形成一个回路，每13组回路并联到一台汇流箱13形成一组输出，6组输出并联到逆变器12形成低压发电系统。应当理解是，每个回路的方位跟踪光伏装置11数量、每组输出的回路数量和每个逆变器12连接的输出组数都可以根据具体实施情况进行调整，不限定于本实施例举例的上述数量。

可选地，为了利用最小的地面面积获得最大的阳光接收效率，方位跟踪光伏装置11的排布可以呈圆形，其具体排列方式可以如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种方位跟踪光伏阵列的排布方式示意图。

请参考图3，图3为本发明实施例提供的一种方位跟踪光伏装置的模块示意图。

方位跟踪光伏装置11包括旋转平台112、光伏板114、交流电机116和控制柜118。

旋转平台112可以沿自身的竖直中心轴旋转，旋转平台112包括能够在交流电机116的驱动下旋转的托架，所述托架上设置有支柱，所述支柱对上表面铺设有所述光伏板114的横杆组件进行支撑。其中，所述托架可以包括多根由连接轴连接的沿水平方向伸展的横梁，每根横梁和/或连接轴上设置有支柱，所述支柱的间距根据光伏板114的面积确定。所述支柱对上表面铺设有光伏板114的横杆组件进行支撑，其中，每个光伏板114对应的横杆组件的横杆数量由其面积决定。可选地，所述支柱与所述横杆组件之间还可以设置有例如弹簧、橡胶圈等的减震装置，以保证旋转平台112上光伏板114的稳定性。请参考图4，图4示出了上述旋转平台的结构。

光伏板114即太阳能板，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。由于多晶硅太阳能板比单晶硅太阳能板要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此作为一种实施方式，本实施例采用的光伏板114可以为多晶硅太阳能板，多晶硅太阳能板的制作工艺与单晶硅太阳能板差不多，但是多晶硅太阳能板的光电转换效率则要降低不少，其光电转换率约12％左右。

应当理解的是，考虑到太阳能聚光N级光漏斗光伏板的结构由于光漏斗生产工艺存在质量问题，漏斗内进水、进气且漏斗为塑料材质没有添加阻燃材料所以容易发生自燃现象，一个聚光漏斗发生自燃一台发电机组上的所有漏斗就全部烧毁，本实施例中的光伏板114应当采用平板型的光伏板114，其功率为255W，开路电压为38.1V。应当理解的是，光伏板114的功率、开路电压等具体参数还可以根据具体情况进行选择。

作为一种实施方式，为了获得更大的阳光照射面积，本实施例中光伏板114与水平面构成预设角度，该角度可以根据具体地理情况调整为20度、30度、45度、60度等其他任意角度。

本实施例中的交流电机116是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械，交流电机116与直流电机相比，由于没有换向器(见直流电机的换向)，因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。可选地，本实施例中交流电机116可以是同步电机，也可以选用异步电机，根据具体实施环境来进行选取。

交流电机116基于控制柜118的脉冲驱动信号驱动旋转平台112沿自身竖直中心轴转动，从而对太阳方位进行跟踪。所述脉冲驱动信号可以是操作人员通过人工操作生成或是按照预设时间生成，也可以是根据设置在旋转平台112上的光敏传感器采集的光敏信号进行自动编程控制生成。

在所述脉冲驱动信号按照预设时间生成时，早上光伏板114的起始位置朝东，在某设置的时间开始跟踪(每天的跟踪起始时间都不一样)，跟踪一直进行至太阳下山才停止；在跟踪停止后，再经过延迟预设间隔时间(因为这时候部分闪射的太阳光，系统仍然可以进行发电)旋转平合会自动返回至起始位置，其中，所述预设间隔时间可以为一小时。

所述脉冲驱动信号是以脉冲式的，所述旋转平台112每隔2到8分钟转动一次，每次转动的旋转角度为0.7至3度，在本实施例中每几分钟交流电机116才转动一次，每次转动约20～30秒，而且每两次转动的间隔时间(或信号频率)可能给会根据时间进行调整，一般中午的发送信号频率比早上或傍晚的多，也就是早上和下午旋转平台112转得慢，中午转动比较频繁，旋转角度比较大，此外，夏天的信号比冬天的信号的频率多。夜里控制柜118所提供的返回信号是连续性的，电机不停地转动至到起始位置后才停止。

此外，旋转平台112还可以设置有起始限位装置和终止限位装置，该起始限位装置用于使旋转平台112在夜晚回转时转动至起始限位装置时停止，该终止限位装置是在起始限位装置相差最小220度此限位为保护限位，用于控制方位最大跟踪范围为220度，以保护交流电机116不脱离销齿。所述起始限位装置在安装时位置一定要安装准确，否则方位角跟踪就会出现偏差，而终止限位装置的安装一般在保证方位角跟踪范围不得小于220度，并保护交流电机116不会脱销齿的任一位置均可。

在所述脉冲驱动信号按照所述光敏信号生成时，所述脉冲驱动信号应当在所述光敏传感器采集到的光敏信号表示出现光线时启动交流电机116开始转动，并在所述光敏传感器采集到的光敏信号表示光线消失时停止交流电机116。进一步地，还可以在光线消失的预设延迟时间后再停止交流电机116并使其回转，以做到对太阳光的最大效率的收集。

作为一种可选实施方式，本实施例中的方位跟踪光伏阵列10一般设置有大量地下走线，考虑到对地下走线的美观要求和保护，方位跟踪光伏阵列10中的所有地下走线均传射在PVC管中。

作为一种可选的实施方式，在其他实施例中，若更加注重阳光接收效率，在牺牲部分系统稳定性和有效挡光间距的情况下，方位跟踪光伏装置11还可以包括仰角驱动装置，以推动所述托架跟踪太阳进行竖直方向上的转动，进一步提高其太阳光的接收效率。

综上所述，本发明实施例提供了一种方位跟踪光伏装置及阵列，所述方位跟踪光伏装置将光伏板设置在旋转平台上，以使光伏板能够跟随旋转平台旋转，从而能够基于太阳在天空中的位置旋转光伏板使其保持正对太阳光的直射方向，提高了光伏板对太阳光的接收效率；同时所述方位跟踪光伏装置采用控制柜控制交流电机驱动旋转平台旋转，控制柜可以在工作人员的手动操作下或已编程序控制下控制交流电机驱动旋转平台旋转，使旋转平台的旋转具备极高的可控性和可调整性，进一步提高了光伏板对太阳光的接收效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种方位跟踪光伏装置，其特征在于，所述方位跟踪光伏装置包括旋转平台、光伏板、交流电机和控制柜，所述光伏板设置在所述旋转平台的上表面，所述旋转平台与所述交流电机连接，所述交流电机与所述控制柜连接，所述交流电机基于所述控制柜传来的脉冲驱动信号驱动所述旋转平台沿自身竖直中心轴转动，从而对太阳方位进行跟踪。

2.根据权利要求1所述的方位跟踪光伏装置，其特征在于，所述旋转平台上还设置有与所述控制柜连接的光敏传感器，所述光敏传感器将根据光线强度生成的光敏信号传输至所述控制柜，以使所述控制柜基于所述光敏信号开始或停止生成所述脉冲控制信号。

3.根据权利要求2所述的方位跟踪光伏装置，其特征在于，所述控制柜在所述光敏信号表示太阳下山时延迟预设间隔时间停止生成所述脉冲控制信号。

4.根据权利要求1所述的方位跟踪光伏装置，其特征在于，所述脉冲驱动信号通过驱动所述交流电机控制所述旋转平台每隔2到8分钟转动一次，每次转动的旋转角度为0.7至3度。

5.根据权利要求1所述的方位跟踪光伏装置，其特征在于，所述旋转平台还包括起始限位装置和终止限位装置，所述起始限位装置与所述终止限位装置相差大于等于220度。

6.根据权利要求1所述的方位跟踪光伏装置，其特征在于，所述光伏板的与水平面构成预设角度。

7.根据权利要求1所述的方位跟踪光伏装置，其特征在于，所述旋转平台包括能够在所述交流电机驱动下旋转的托架，所述托架上设置有支柱，所述支柱对上表面铺设有所述光伏板的横杆组件进行支撑。

8.一种方位跟踪光伏阵列，其特征在于，所述方位跟踪光伏阵列包括至少一个如权利要求1-7中任一项所述的方位跟踪光伏装置，以及至少一个与所述方位跟踪光伏装置连接的逆变器。

9.根据权利要求8所述的方位跟踪光伏阵列，其特征在于，所述方位跟踪光伏阵列还包括汇流箱，多块光伏板串联形成一组回路，多组回路并联至一个所述汇流箱，所述汇流箱与所述逆变器连接。

10.根据权利要求8所述的方位跟踪光伏阵列，其特征在于，所述方位跟踪光伏阵列的线材设置在PVC管内。