[发明专利]一种太阳能路灯用太阳能电池板的太阳跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池板的控制，特别涉及太阳能路灯用的太阳能电池板的追日方法。

背景技术

太阳能路灯以太阳能作为主要能源，辅助风力发电作为补充，同时连接公共电网，将自身多余的电量送到电网，当自身发电量不足时从电网取电。这种路灯可用于城镇、广场、学校、公园、街道、草坪的照明。

对于太阳能电池板，阳光照射到电池板表面的入射角是光伏系统能效的一个决定因素。对于固定式太阳能电池板而言，一天中大部分时间，阳光都是倾斜地照在太阳能电池板上。只有当阳光垂直照射在电池板上时才会获得最大的能源产出。因此，理想的解决方案是将光伏电池板安装在能够精确跟随太阳运行轨迹而移动的追踪系统中。采用这种方式，太阳能电池板的发电量比固定式系统的发电量高出35%以上。

当太阳直射到太阳能电池板时，转换效率最高。有两个因素影响照射角度，一个是太阳的高度角，一个是太阳能电池板的方位角。对于地球上的某个地点，太阳高度角是指太阳光的入射方向和地平面之间的夹角，专业上讲太阳高度角是指某地太阳光线与通过该地与地心相连的地表切线的夹角。太阳高度角简称高度角。

在生物界，向日葵已经实现了太阳的跟踪。向日葵从发芽到花盘盛开之前这一段时间是向日的，其叶子和花盘在白天追随太阳从东转向西，不过并非即时的跟随，植物学家测量过，其花盘的指向落后太阳大约12度，即48分钟。太阳下山后，向日葵的花盘又慢慢往回摆，在大约凌晨3点时，又朝向东方等待太阳升起。

太阳相对地球的运行规律：

春分日和秋分日，太阳从正东方升起，正午到达子午线，方向正南，然后从正西日投，日夜时段平分。

夏至日，太阳从东北方升起，正午到达子午线，方向正南，然后从西北日投，此日在一年中昼间时段最长，夜间时段最短，正午是太阳高度角最大。

冬至日，太阳从东南方升起，正午到达子午线，方向正南，然后从西南日投，此日在一年中昼间时段最短，夜间时段最长，正午是太阳高度角最小。

北京在夏至日太阳初升时的方位角大致为东偏北31°，在冬至日太阳初升时的方位角大致为东偏南31°。

目前，太阳跟踪系统主要采取以下几种方式：

1、压差式太阳跟踪器：采光板南北放置，其倾角可按不同季节通过手动调节。在采光板周边设有一组空气管作为时角的跟踪传感器。当太阳偏移时，两根空气管受太阳的照射不同，管内产生压差。当压差达到一定的数值时，压差执行器就发出跟踪信号，用压力为0.1Mpa的自来水作为跟踪动力来带动采光板跟踪太阳。当采光板对准太阳时，管内压力平衡，压差执行器停止跟踪。其主要的优点是结构比较简单、制作费用低、跟踪器的跟踪灵敏度高。这种跟踪器在实际中应用范围很广，但是存在机构刚度低、工作空间受限制的缺点，而且一般只用于单轴跟踪。另外，不能完成自动对太阳往返于南北回归线之间的运动跟踪，只能每隔一段时间重新对准阳光。因此，跟踪精度特别低，尚需要人为干涉，无法达到自动跟踪太阳。

2、控放式太阳跟踪器：控放式自动跟踪装臵对太阳方位角进行单向跟踪，操作时，在集热装置西侧安放一偏重，作为太阳采光板向西转动的动力，采光板的转动的动能来源于偏重的势能，其优点是成本低廉，可以不用外接电源，使收集到的能源充分转化利用。但是该机构只能做成单轴跟踪器，不能适应野外恶劣的工作环境，特别是大风会对装置造成影响。

3、机械式跟踪器 ：这是一种被动式的跟踪装置，可以有单轴和双轴两种形式。这种跟踪装臵通过电机以恒定的速度带动太阳能采光板运动来实现对太阳的运行轨迹的跟踪。1997年美国研制出了单轴太阳跟踪器，能完成东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的热接收率提高了15％。其优点是结构简单、便于制造，并且该装置的控制系统也十分简单，但是该装臵跟踪精度不高，需要人为进行干涉，不能完全达到自动跟踪太阳的要求。

4、光电传感器跟踪装置：光电管的安装靠近遮光板。通过调整遮光板的位置，使遮光板对准太阳、硅光电池处于阴影区；当太阳西移时，遮光板的阴影偏移，光电管受到阳光直射输出一定值的微电流，作为偏差信号，经放大电路放大，由伺服机构调整角度，使追踪装置对准太阳完成跟踪。其优点是光电跟踪灵敏度高，结构设计较为简单，不需要人为干涉，可以完全自动跟踪太阳。但是该种机构易受天气的影响，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，则太阳光线往往不能照射到太阳能电池板上，导致跟踪装置无法对准太阳，甚至会引起执行机构的误动。