[发明专利]一种基于球光伏的机械臂式自动跟踪太阳装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于球光伏的机械臂式自动跟踪太阳装置及方法，属于太阳能发电技术领域。本发明公开的自动跟踪太阳装置包括：底座(1)、控制模块(2)、底柱(3)、第一减速电机(4)、第一端盖(5)、变向节(6)、第二减速电机(7)、第二端盖(8)、太阳能光伏板(9)、球光伏电池(10)。固定在底柱(3)上的第一减速电机(4)通过变向节(6)连接到装在光伏板上的第二电机(7)。本发明通过机械臂式机构，使光伏板具有M向旋转和N向偏摆，实现了与地球同运动状态跟踪，相比于转底盘式俯仰跟踪机构，其运动轨迹小，低耗电。采用太阳光伏板(9)感光控制，即便在长时间和短时间出现云彩导致的光伏板受光不均匀的情况下，也能分别避免跟踪失误和不停的耗电寻找光源，有助于提高光伏发电效率。

技术领域

本发明涉及一种基于球光伏的机械臂式自动跟踪太阳装置及方法，属于太阳能发电技术领域。

背景技术

减少碳排放以实现碳达峰和碳中和，对应对化石能源的日趋枯竭、生态环境的污染以及全球变暖有着重要的意义，可以有效的促进人类社会和经济的可持续发展，而大力发展非化石和可再生能源发电是实现碳中和的关键所在。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色可再生能源，已经在世界范围内得到了广泛的关注。太阳能光伏发电作为太阳能利用的重要方式，发展前景非常广阔，已成为未来全球解决能源危机的重要途径之一，从而吸收了众多国内外学者投身提高光伏发电的效率研究当中。

提高太阳能利用率主要从两方面考虑：其一是提高太阳能光伏发电的转化效能；其二是太阳能采集的最大化。后者研究太阳能采集过程的最大化，由于太阳光照强度存在随时间不断变化的问题，为了提高太阳光的利用效率，常利用太阳光跟踪装置收集太阳光。

目前，常用的两种跟踪方式是视日跟踪和光电跟踪。视日跟踪是根据光伏电站所在的位置，通过天文学计算方法得到该位置不同时间太阳光的方位角和高度角，进而参与整个系统的控制，如授权号为ZL200510043491.9的“按时间控制全自动跟踪太阳的方法及装置”发明专利，根据地球围绕太阳运转的基本规律，计算出当地当日的太阳时与赤纬角，并由此计算出自日出到日落每间隔一定时间段太阳的仰角与方位及其所需跟踪运行时间，同时，还计算出当日和次日跟踪运行的关系，从而使当日日落后，自动返回至次日日出的方位，虽然视日跟踪看似简单，但是，由于机械传动机构在实际使用过程中误差的堆积，会导致跟踪角度与理论出现偏差，从而影响实际跟踪效果；光电跟踪是利用传感器采集的信息实时计算太阳光的位置，常用的是阵列光敏二极管方式，譬如专利号为CN106843286B的发明专利，单片机通过接收光敏二极管集成传感器及其电路模块输出的单位空间向量的值以获知太阳光垂直入射方向，并向太阳方位角调整机构和太阳高度角调整机构发送执行信号，但有一个缺点就是受天气的影响较大，如果在稍长一段时间内出现乌云遮住太阳的情况，由于没有光照，光敏管上没有电信号产生，导致跟踪装置无法对准太阳，甚至会引起执行机构的误操作，光感应系统结构复杂易损坏，并且在有云彩时，因不停寻找光源造成用电量大，而云彩移开时，需时间调准跟踪，不仅影响设备的发电量，而且增加了工作过程中的耗电量。

而在实现自动跟踪的过程中，降低跟踪系统的耗电量也能提高太阳能利用率。在双轴跟踪系统中，转底盘式俯仰跟踪机构(发明专利CN112542989A)采用俯仰跟踪和方位角跟踪，在固定在地球表面之后，在一天白昼的跟踪过程中，并没有让光伏板与地球同运动模式运动，自身旋转轴的与地心轴机会相互垂直，这增加自动跟踪的运动轨迹，从而增加耗电量。

综上所述，目前还未有很好方式权衡的两种跟踪方式的利弊问题以及自动跟踪的运动模式还需要进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于球光伏的机械臂式自动跟踪太阳装置及方法，旨在权衡自动跟踪太阳光的光伏发电系统的两种跟踪方式的利弊问题以及进一步的改进自动跟踪的运动模式。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：