太阳能发电装置、太阳能发电系统及其控制方法
【专利说明】太阳能发电装置、太阳能发电系统及其控制方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能发电技术领域，特别涉及太阳能发电装置、太阳能发电系统及 其控制方法。 【【背景技术】】
[0002] 石油、煤炭等传统能源的大量消耗以及其储存量有限，并且对环境存在着严重污 染等缺点，使得风能、太阳能等清洁能源越来越受到人们的重视，特别是太阳能受地域限制 较少，并且能源丰富，越来越成为研究的热点和重点。太阳能发电技术不同于利用从太阳发 出的辐射热能地太阳热生成技术。利用无限清洁能源的太阳能发电技术具有若干优点，包 括：无需额外能量或驱动源，无论其是小系统或者大系统都具有简单的结构。
[0003] 传统太阳能发电装置的可再生能源利用效率低，太阳能发电的能量（amount Of energy)可能随着日照时间而变化，另外需要大量的光伏模块来产生相对大量的电力，并且 基于太阳能技术生成的电力与市电（commercial power)相比更昂贵。此外，首先获得的是 直流电力。光伏模块分类为：跟踪型，以电力驱动方式或者通过设备操纵来跟踪太阳，以允 许直射的阳光始终沿直射方向进入光伏模块的前表面，以使发电效率最大；半固定型，可按 照季节或者月份在位置上垂直地调节光伏模块；以及固定型，不管相对于太阳的高度而固 定光伏模块的位置。
[0004] 传统的太阳能聚光器利用抛物面将太阳能经过抛物镜面反射，然后使太阳光聚集 在抛物面的球心位置，该位置的太阳能不断增加，人们通常可以利用聚集在这点太阳能进 行加热操作，通过这样的设备可以想到这样一个思路：如果将该聚光器抛物镜面改装成太 阳能电池，制作成抛物面型的太阳能发电设备，可以对太阳光进行吸收发电，但是，经过分 析会发现，如果我们想要达到对太阳光二次或者多次吸收，这样的设计是不合理的，因为根 据太阳能聚光器的原理，如果太阳光经过该抛物面设备反射后依然会聚集在球心位置，此 处的能量会越来越高，不可能什么样的光电转换设备能够承受这样的温度，所以想要再次 吸收反射后的太阳能就必须将反射后的太阳能分散开来。 【
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供太阳能发电装置、太阳能发电 系统及其控制方法，该装置能够对太阳能进行多次吸收利用，该系统具有通过判断天气状 况采取两种模式的跟踪方式，大大提高了以往太阳能发电设备的性能以及功效。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0007] -种太阳能发电装置，包括太阳能吸收装置和位置调节装置；其中，
[0008] 所述的太阳能吸收装置包括表面均覆盖太阳能薄膜电池材料的太阳能吸收曲面 装置和太阳能吸收杆状装置；所述的太阳能吸收曲面装置通过固定支架设置在固定平台 上，固定平台通过支撑杆与底座连接；所述的太阳能吸收杆状装置设置在太阳能吸收曲面 装置的中心线上；太阳光经过太阳能吸收曲面装置后会会聚在太阳能吸收杆状装置上；
[0009] 所述的位置调节装置包括驱动太阳能吸收装置调节倾斜角度的齿轮机构和驱动 太阳能吸收装置转动的凸轮摇杆机构；所述的齿轮机构包括旋转电机、设置在旋转电机输 出轴上的第二螺旋伞齿轮和设置在支撑杆底部上的第一螺旋伞齿轮，第一螺旋伞齿轮和第 二螺旋伞齿轮相啮合；所述的凸轮摇杆机构包括升降电机、设置在升降电机的输出轴上的 凸轮、连接凸轮与固定平台的多个连杆和多个连杆连接用的万向铰链；支撑杆与固定平台 一端铰接，凸轮摇杆机构的一连杆与固定平台另一端连接。
[0010] 所述的太阳能吸收曲面装置为圆锥形结构，太阳能吸收杆状装置一端固定在太阳 能吸收曲面装置的中心，另一端伸出太阳能吸收曲面装置。
[0011] 所述的太阳能吸收曲面装置的圆锥形母线与太阳能吸收杆状装置之间的夹角 0<-, 4
[0012] 所述的太阳能薄膜电池材料为CIGS薄膜太阳能电池材料。
[0013] -种太阳能发电系统，包括自动跟踪系统和太阳能发电装置，所述的自动跟踪系 统包括光电传感器、光电信号分析系统、控制系统和电机控制模块；
[0014] 所述的光电传感器设置在太阳能吸收杆状装置上，用于接收外界环境的光信号转 换成电信号；
[0015] 所述的光电信号分析系统与光电传感器连接，所述的控制系统包括综合判断单元 和升降计算及旋转计算单元，综合判断单元连接光电信号分析系统；
[0016] 所述的电机控制模块包括控制升降电机转动的升降电机驱动模块和控制旋转电 机转动的旋转电机驱动模块，升降电机驱动模块和旋转电机驱动模块均与升降计算及旋转 计算单元连接。
[0017] 进一步，还包括功耗分析比较系统，功耗分析比较系统与升降电机驱动模块和旋 转电机驱动模块均连接。
[0018] -种太阳能发电系统得控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0019] 光电信号分析系统将光电传感器接收到的太阳光信号进行分析，判断如果不是白 天将系统中断进入等待状态；如果是白天再分析是否是晴天，若为晴天，启动光电检测跟踪 模式，光电信号分析系统将光电检测跟踪模式的光电辨识信号发送到控制系统的综合判断 单元，得出方向信号，进而传输到升降计算以及旋转计算单元，最后将旋转信号和升降信号 传输给电机控制模块，升降电机驱动模块和旋转电机驱动模块同时分别对升降电机和旋转 电机进行调整，实现太阳光的实时跟踪；
[0020] 若为阴天，启动视日跟踪模式，然后将此光电辨识信号依然发送到控制系统的综 合判断单元，由综合判断单元中的GPS装置定位太阳能装置的地理经炜度，然后利用时钟 芯片和单片机控制单元计算实时方位角和高度角，以及太阳能跟踪控制器的水平角和仰角 即方向信号，通过转动装置驱动升降电机和旋转电机，实现太阳光的实时跟踪。
[0021] 作为本发明的进一步改进，还包括功耗分析比较步骤：
[0022] 功耗分析比较系统将太阳能发电装置的发电功率与整个太阳能发电系统运行功 率进行比较，若太阳能发电系统电能损耗大于此时发电功率，功耗分析比较系统给转动装 置发送电机停止信号，升降电机驱动模块和旋转电机驱动模块分别控制升降电机和旋转电 机停机。
[0023] 作为本发明的进一步改进，光电传感器间隔固定的时间对太阳光进行检测。
[0024] 作为本发明的进一步改进，当太阳能发电系统中某一跟踪检测装置出现故障时， 由太阳能发电系统的控制系统从存储单元调出历史驱动数据，拟合分析常用的转动模式， 电机控制模块采用转动模式驱动位置调节装置运作。
[0025] 本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0026] 本发明的太阳能发电装置，太阳能吸收曲面和杆状光电转换器可以对太阳能进行 二次或者多次吸收利用。由于该设备是为了二次吸收太阳光，因此不仅需要高性能的电池 材料而且还要保证降低再次反射的几率。由于此次设计的曲面形状的特殊性，要求所选用 的太阳能电池材料具有一定的柔软度。
[0027] 进一步，曲面是由一个个同心圆累积而成，反射后的太阳能经过该曲面后会聚集 成一个线状，这个线状正好是由各个同心圆的圆心连接而成。杆状光电转换器采用高性能 的电池材料而且还要保证降低再次反射的几率。
[0028] 进一步，可以实现光的多次反射，可以提高利用率，达到光照面积较好又节 约成本的效果。
[0029] 本发明中太阳能发电系统包括自动跟踪系统，自动跟踪系统由光电传感器、光电 信号分析系统、控制系统和电机控制模块组成，两种模式视天气情况随时进行切换，对太 阳的对地位置进行实时的检测和计算，通过控制系统对所述太阳能设备的朝向角度进行调 整，从而达到提高设备的太阳能吸收效率的目的。
[0030] 本发明中太阳能发电系统的控制方法，不仅利用设计的太阳能吸收曲面装置和太 阳能吸收杆状装置对太阳能进行多次吸收利用，还具有通过判