[发明专利]一种高精度聚光太阳电池双轴太阳跟踪系统与方法

说明书

本发明提供了一种高精度聚光太阳电池双轴太阳跟踪系统，包括聚光光学组件、俯仰轴组件、方位轴组件和基座，其中，所述方位轴组件安装在所述基座上，所述俯仰轴组件安装在方位轴组件的输出端，所述聚光光学组件安装在所述俯仰轴组件的输出端。本发明还提供了一种高精度聚光太阳电池双轴太阳跟踪方法。本发明的有益效果是：提高了系统精度和稳定性，保证了系统全天候高精度跟踪，降低了成本。

技术领域

本发明涉及光伏发电，尤其涉及一种高精度聚光太阳电池双轴太阳跟踪系统与方法。

背景技术

光伏发电太阳能电池（PV）可以将太阳能直接转换为电能，其性能可靠易于商用，目前有发电低成本和规模化推广的趋势，所以发展较快。尽管目前PV发电量占全球发电量的0.1%，但国际能源署（IEA）预测在2030年PV发电量将达5%，并在2050年持续增长到 11%。但是PV电池受制于材料的性能，虽然已经发展了几代不同的技术，其工作效率仍然处于较低的水平。虽然通过增加PV电池的数量可以增大接收到太阳光的面积并提高总输出电量，但是该种方式会大大提高发电的经济成本。为了在不增加PV电池数量的情况下增大电池单位面积内接收到的太阳辐射，聚光光伏电池（CPV）技术受到了越来越多的重视。该技术包括三个部分：三结光伏电池、光学组件、追踪机构。光学组件基于反射原理（如抛物线形反射镜）或折射原理（如菲涅尔透镜），可以将太阳光聚焦1000倍投射在三结光伏电池上，因此大大提高了CPV电池的工作效率。

然而由于CPV技术将太阳光进行了高倍聚焦，导致其对于接收光线的聚焦点位置要求非常苛刻，如果太阳光线与光学组件的法线偏离时，会引起电池接收光强剧烈变小甚至接收不到光强，严重时会将电池烧坏。因此需要配合跟踪装置实现全天候高精度跟踪，以保证CPV系统正常工作。

现有的太阳跟踪系统在机械结构、光电传感器、天文算法、控制策略等方面有所不同。机械结构上多采用单轴或双轴结构，单轴结构通常采用东西方向跟踪，双轴结构通常采用方位—俯仰方向跟踪。光电传感器多采用光敏器件，其结构简单，成本较低。天文算法多采用方位角、俯仰角近似公式进行求解计算。控制策略多采用以光电传感器作为反馈的闭环控制。

公布号CN108490983A的专利提出一种机械式全季太阳跟踪器，提出了摆动驱动机构，解决现有的太阳光电跟踪装置易受太阳光线影响而引起误操作的问题，但该结构复杂，累积误差较大，只适用于光伏发电技术，不适用于聚光太阳电池技术。公布号CN109379028A的专利提出一种结构简单、低成本的小型太阳单轴跟踪支架，同样只适用于光伏发电技术，不适用于聚光太阳电池技术。公布号CN108444503A的专利提出一种大范围太阳位置跟踪传感器，采用几何光学原理，用CCD相机对阴影进行处理，精度较传统传感器有提高，但其日晷棒长度较短，限制了传感器精度的提高。公布号CN108469845A的专利提出一种基于北斗的可移动式太阳跟踪系统及方法，其太阳角度计算采用天文近似公式，精度较低。公布号CN110138326A的专利提出一种新型双轴光伏跟踪器，其跟踪策略采用光敏电阻闭环跟踪，其控制精度受限于传感器且不适用于全天候跟踪。

因此，如何提供一种低成本高精度的跟踪系统，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种高精度聚光太阳电池双轴太阳跟踪系统与方法。