一种太阳光跟踪系统的制作方法

1.本实用新型属于太阳能应用技术领域，具体涉及一种太阳光跟踪系统。


背景技术：

2.对太阳光进行实时跟踪，在太阳能光伏及太阳能集热领域具有十分重要的应用。在太阳能应用领域，对太阳光进行实时跟踪控制，可以显著提高入射到太阳光接收器的光通量，进而提高整个太阳能系统使用效率。在太阳能集热及光伏发电领域对太阳光的跟踪主要包括三种方式。双轴跟踪系统，单轴跟踪系统，以及固定角安装方式。双轴跟踪系统是通过独立支架支撑多个太阳光接收器构成的小阵列，在独立支架上安装水平轴与竖直轴旋转跟踪系统，可以实现对太阳光的实时有效跟踪，跟踪效率最高，但是成本最高。单轴跟踪系统是在水平轴或者竖直轴两个维度之一上对太阳光进行跟踪，可以有效实现对太阳光的跟踪，并降低跟踪成本。固定安装角跟踪，就是根据太阳光接收器阵列所在的经度及维度，计算合适的阵列倾斜角，从而实现固定角安装的方式，虽然成本较低，但是难以实现太阳光的实时有效跟踪，效率较低。无论是双轴跟踪系统还是单轴跟踪系统，都需要加装伺服电机，通过电机控制实现组件在一个或者两个维度上的跟踪，其对电机的灵敏度及耐用性都提出了极大的要求，且成本较高，机械故障率较高，不利于集中控制。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种太阳光跟踪系统，提高光伏发电系统的光电转化效率。
4.本实用新型采用以下技术方案：
5.与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：
6.本实用新型一种太阳光跟踪系统，角度调节装置设置在太阳光接收器的一端，太阳光接收器上设置有光传感器，光传感器通过控制器与角度调节装置连接，控制器接收光传感器发送的夹角偏差信号并控制角度调节装置，实现太阳光接收器在太阳高度角方向的有效跟踪；代替传统采用伺服电机的驱动跟踪方式，有效降低了跟踪成本，甚至可以实现采用单一液面控制整个太阳光接收器阵列对太阳光的跟踪。该技术可实现大面积连片度高的光伏电站建设，有效降低光伏电站建设及维护成本。
7.进一步的，通过液面调节池液面，控制太阳光接收器接收太阳光的角度，使太阳光始终垂直入射光伏组件，增大阵列接收到的光通量，从而提高光伏发电效率。
8.进一步的，液面调节池与储水池)之间设置有两套水泵系统内，其中水泵控制器与主控制器连接，通过控制两个水泵流量及流向，可以实现调节液面调节池水位，进而控制光伏阵列倾斜角度，实现对太阳光的有效跟踪。并实现水流在两个水池内的循环往复，避免水资源浪费。
9.进一步的，通过数据统计或实时光传感器确定太阳高度角，光传感器将太阳光与光伏板法线夹角的偏差信号传送给控制器控制给水泵流量及流向，从而实现通过液面高低
来跟踪控制太阳光接收器与太阳光线始终垂直。
10.进一步的，液面高低变化过程中可移动支架与装有球式轴承的滑道连接，以便自动调节太阳光接收器倾斜角。
11.进一步的，将该控制方式进行扩充可实现通过一个液面控制多个太阳光接收器装置的跟踪、有效降低光伏电站建设及维护成本。
12.进一步的，太阳光接收器的一端的固定支架与固定底座连接有利于保障在大风等天气状况下光伏电站的稳定运行。
13.进一步的，太阳光接收器的另一端与可移动支架之间活动连接可根据控制器发出的指令实时调整液面，进而带动调整太阳光接收器的倾斜角，提高光伏发电效率。
14.综上所述，本实用新型有效降低跟踪成本，实现采用液面控制实现整个光伏阵列的跟踪方式；实现大面积连片度高的光伏电站建设，有效降低建设及维护成本。
15.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
16.图1为本实用新型结构示意图；
17.图2为太阳光追踪阵列控制过程示意图。
18.其中：1.支架；2.太阳光接收器；3.光传感器；4.固定底座；5.连接轴；6.滑道；7.液面调节池；8.主控制器；9.浮力桩；10.储水池；11.水泵控制系统；12.悬臂梁；13.可移动支架。
具体实施方式
19.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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实用新型中的具体含义。
22.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示
所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
23.还应当理解，在本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
24.还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
25.在附图中示出了根据本实用新型公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
26.本实用新型提供了一种太阳光跟踪系统，在太阳能集热领域，通过对太阳光的实时跟踪，可以显著的提高太阳能的热效率。在光伏发电领域，主要从三个方面提高光伏发电系统的光电转化效率，即电池侧不断刷新效率，组件侧的物理跟踪和系统端的mppt跟踪，组件侧物理跟踪直接决定组件接收到的太阳光照强度，对系统效率的提高至关重要；为了保持太阳光始终能够垂直入射到光伏组件上，从两个维度保持对太阳光的跟踪，即太阳方向角和太阳高度角两个方面。
27.请参阅图1，本实用新型一种太阳光跟踪系统，包括固定支架1、光传感器3、角度调节装置和控制器8；太阳光接收器2的一侧通过固定支架1与固定底座4连接，固定支架1与太阳光接收器2之间通过连接轴5活动连接，光传感器3设置在太阳光接收器2的另一侧受光面，太阳光接收器2另一侧的下部与角度调节装置连接，光传感器3通过控制器8与角度调节装置连接，利用光传感器3接收太阳入射光与太阳光接收器2垂线之间的夹角，控制器8根据夹角产生的偏差信号控制角度调节装置，实现太阳光接收器2在太阳高度角方向的有效跟踪。
28.角度调节装置包括滑道6、液面调节池7和浮力桩9；太阳光接收器2的一侧设置在一字型的滑道6上，滑道6的底部通过可移动支架13与液面调节池7内设置的浮力桩9刚性连接，可移动支架穿过悬臂梁12，悬臂梁12的一端设置有圆环套，可移动支架穿过圆环套与浮力桩9连接；悬臂梁12的另一端与固定支架1刚性连接；液面调节池7连接有储水池10，液面调节池7和储水池10分别连接对应的水泵控制系统11，控制器8分别与液面调节池7和储水池10对应的水泵控制系统11连接，通过数据统计或实时光传感器3确定太阳高度角，利用控制器8调节液面调节池7内的液面高度来控制太阳光始终垂直入射太阳光接收器2，替代了价格昂贵的伺服电机驱动，并达到相同的跟踪效果，有效降低了跟踪成本。
29.滑道6为装有球式轴承的槽式轨道，材质为耐磨的合金制成，滑道中添加有润滑油，以便可移动支架13能够灵活的在滑道中移动。浮力桩9为方形空心轻质材料浮力桩，材料包括工程塑料，橡胶等具有一定结构强度的轻质空心装置组成，浮力桩通过水的浮力漂浮在液面上，并通过与其连接的支架实现对电池板的支撑与调节。
30.本实用新型一种太阳光跟踪系统的工作过程具体为：
31.利用光传感器接收太阳入射光与平面太阳光接收器垂线之间的夹角，从而产生偏差信号，通过调节给水泵流量及流向从而实现液面调节池内液面高低，进而使得浮力桩上下浮动，并带动与之连接的可移动支架13沿着固定的竖直轨道上下滑动，从而来控制太阳光接收器接收太阳光的角度。具体为通过数据统计或实时光传感器确定太阳高度角，利用水泵调节液面高度来控制太阳光始终垂直入射太阳光接收器，从而替代了价格昂贵的伺服电机驱动，并达到相同的跟踪效果，有效降低了跟踪成本。
32.光传感器3接收太阳入射光，根据太阳入射光与太阳光接收器2垂线之间的夹角产生偏差信号；
33.主控制器8接收偏差信号，调节液面调节池7与储水池10之间的水泵流量及流向，从而增加或减少液面调节池7内的液面高度，实现液面高低控制太阳光接收器2与太阳高度角的方向。
34.光线与太阳光接收器(2)法线夹角与浮力桩整体抬升或下降高度h的关系为：
[0035][0036]
其中：h为浮力桩整体抬升或下降的高度；a、b分别为调节装置结构尺寸常数。
[0037]
液面变化与浮力桩整体抬升或下降高度的对应关系，可以通过测量实际的液面变化与浮力桩整体位移的关系曲线，采用参数辨识的方式，确定其传递函数关系，并最终建立流量与夹角变化与水流向及流量的关系。
[0038]
具体偏差信号和给水泵流量之间的关系通过主控制器控制，主控制器的控制算法采用传统pid控制法或者模糊控制算法，或者是二者结合算法。
[0039]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本实用新型实施例的组件可以通过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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0040]
请参阅图2，本实用新型太阳光跟踪系统可以实现一排阵列(组件)甚至一个光伏电站采用一个液面的控制方式，有效替代采用多个伺服电机的控制方式，一方面降低系统成本，另一方面减少机械故障；是一种低成本的跟踪方式，相比于传统单轴跟踪系统，其只需要高低两个储水槽，以及实现水量转移的给水泵即可，降低系统成本，实现传统单轴跟踪系统所能达到的控制效果，系统成本低于传统伺服电机控制，同时故障率低。
[0041]
综上所述，本实用新型一种太阳光跟踪系统，实现了组件在太阳高度角方向的有效跟踪。该跟踪方式利用光传感器接收太阳入射光与组件垂线之间的夹角，从而产生偏差信号，通过调节给水泵流量从而实现液面高低来控制光伏组件在太阳高度角方向。具体为通过数据统计或实时光传感器确定太阳高度角，利用水泵调节液面高度来控制太阳光始终垂直入射光伏组件，从而替代了价格昂贵的伺服电机驱动，并达到相同的跟踪效果，有效降
低了跟踪成本。
[0042]
以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。