[發明專利]一種太陽能路燈用太陽能電池板的太陽跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201510031812.7
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104615148B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 孫現嶺
• 申請（專利權）人: 巨鹿縣申通燈具有限公司
• 主分類號: G05D3/10
• 分類號: G05D3/10
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產權事務所(特殊普通合伙)13123
• 代理人: 王苑祥

技術領域

本發明涉及太陽能電池板的控制，特別涉及太陽能路燈用的太陽能電池板的追日方法。

背景技術

太陽能路燈以太陽能作為主要能源，輔助風力發電作為補充，同時連接公共電網，將自身多余的電量送到電網，當自身發電量不足時從電網取電。這種路燈可用于城鎮、廣場、學校、公園、街道、草坪的照明。

對于太陽能電池板，陽光照射到電池板表面的入射角是光伏系統能效的一個決定因素。對于固定式太陽能電池板而言，一天中大部分時間，陽光都是傾斜地照在太陽能電池板上。只有當陽光垂直照射在電池板上時才會獲得最大的能源產出。因此，理想的解決方案是將光伏電池板安裝在能夠精確跟隨太陽運行軌跡而移動的追蹤系統中。采用這種方式，太陽能電池板的發電量比固定式系統的發電量高出35%以上。

當太陽直射到太陽能電池板時，轉換效率最高。有兩個因素影響照射角度，一個是太陽的高度角，一個是太陽能電池板的方位角。對于地球上的某個地點，太陽高度角是指太陽光的入射方向和地平面之間的夾角，專業上講太陽高度角是指某地太陽光線與通過該地與地心相連的地表切線的夾角。太陽高度角簡稱高度角。

在生物界，向日葵已經實現了太陽的跟蹤。向日葵從發芽到花盤盛開之前這一段時間是向日的，其葉子和花盤在白天追隨太陽從東轉向西，不過并非即時的跟隨，植物學家測量過，其花盤的指向落后太陽大約12度，即48分鐘。太陽下山后，向日葵的花盤又慢慢往回擺，在大約凌晨3點時，又朝向東方等待太陽升起。

太陽相對地球的運行規律：

春分日和秋分日，太陽從正東方升起，正午到達子午線，方向正南，然后從正西日投，日夜時段平分。

夏至日，太陽從東北方升起，正午到達子午線，方向正南，然后從西北日投，此日在一年中晝間時段最長，夜間時段最短，正午是太陽高度角最大。

冬至日，太陽從東南方升起，正午到達子午線，方向正南，然后從西南日投，此日在一年中晝間時段最短，夜間時段最長，正午是太陽高度角最小。

北京在夏至日太陽初升時的方位角大致為東偏北31°，在冬至日太陽初升時的方位角大致為東偏南31°。

目前，太陽跟蹤系統主要采取以下幾種方式：

1、壓差式太陽跟蹤器：采光板南北放置，其傾角可按不同季節通過手動調節。在采光板周邊設有一組空氣管作為時角的跟蹤傳感器。當太陽偏移時，兩根空氣管受太陽的照射不同，管內產生壓差。當壓差達到一定的數值時，壓差執行器就發出跟蹤信號，用壓力為0.1Mpa的自來水作為跟蹤動力來帶動采光板跟蹤太陽。當采光板對準太陽時，管內壓力平衡，壓差執行器停止跟蹤。其主要的優點是結構比較簡單、制作費用低、跟蹤器的跟蹤靈敏度高。這種跟蹤器在實際中應用范圍很廣，但是存在機構剛度低、工作空間受限制的缺點，而且一般只用于單軸跟蹤。另外，不能完成自動對太陽往返于南北回歸線之間的運動跟蹤，只能每隔一段時間重新對準陽光。因此，跟蹤精度特別低，尚需要人為干涉，無法達到自動跟蹤太陽。

2、控放式太陽跟蹤器：控放式自動跟蹤裝臵對太陽方位角進行單向跟蹤，操作時，在集熱裝置西側安放一偏重，作為太陽采光板向西轉動的動力，采光板的轉動的動能來源于偏重的勢能，其優點是成本低廉，可以不用外接電源，使收集到的能源充分轉化利用。但是該機構只能做成單軸跟蹤器，不能適應野外惡劣的工作環境，特別是大風會對裝置造成影響。

3、機械式跟蹤器 ：這是一種被動式的跟蹤裝置，可以有單軸和雙軸兩種形式。這種跟蹤裝臵通過電機以恒定的速度帶動太陽能采光板運動來實現對太陽的運行軌跡的跟蹤。1997年美國研制出了單軸太陽跟蹤器，能完成東西方向的自動跟蹤，而南北方向則通過手動調節，接收器的熱接收率提高了15％。其優點是結構簡單、便于制造，并且該裝置的控制系統也十分簡單，但是該裝臵跟蹤精度不高，需要人為進行干涉，不能完全達到自動跟蹤太陽的要求。

4、光電傳感器跟蹤裝置：光電管的安裝靠近遮光板。通過調整遮光板的位置，使遮光板對準太陽、硅光電池處于陰影區；當太陽西移時，遮光板的陰影偏移，光電管受到陽光直射輸出一定值的微電流，作為偏差信號，經放大電路放大，由伺服機構調整角度，使追蹤裝置對準太陽完成跟蹤。其優點是光電跟蹤靈敏度高，結構設計較為簡單，不需要人為干涉，可以完全自動跟蹤太陽。但是該種機構易受天氣的影響，如果在稍長時間段里出現烏云遮住太陽的情況，則太陽光線往往不能照射到太陽能電池板上，導致跟蹤裝置無法對準太陽，甚至會引起執行機構的誤動。