太陽(yáng)能采集系統(tǒng)及日光跟隨器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能采集系統(tǒng)及日光跟隨器。所述日光跟隨器的可視角至少為180度，所述日光跟隨器用于在其可視角范圍內(nèi)跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡變化調(diào)整所述太陽(yáng)能電板面向太陽(yáng)的方向，使太陽(yáng)光按照直射的角度入射到所述太陽(yáng)能電板上。根據(jù)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整太陽(yáng)能電板的位置，使陽(yáng)光盡量按照直射的角度，照射到太陽(yáng)能電板上。因此，在安裝時(shí)，不必考慮安裝地的經(jīng)/緯度信息，簡(jiǎn)化了技術(shù)應(yīng)用過(guò)程，降低了成本。
【專利說(shuō)明】太陽(yáng)能采集系統(tǒng)及日光跟隨器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽(yáng)能應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)，涉及一種太陽(yáng)能采集系統(tǒng)及日光跟隨器。
【背景技術(shù)】
[0002]能源問(wèn)題關(guān)系著人類的發(fā)展與未來(lái)，是世界范圍內(nèi)的重大問(wèn)題。長(zhǎng)期以來(lái)，無(wú)論是工業(yè)領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，不可再生的化石能源如煤炭和石油一直是能源的主要原材料，尤其是目前的電能來(lái)源方面，主要是利用煤炭來(lái)進(jìn)行發(fā)電產(chǎn)生電能。然而，由于過(guò)度的開(kāi)采和使用，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，化石能源將在50年內(nèi)的近未來(lái)面臨著完全的枯竭。
[0003]為此，可代替上述化石能源的可再生能源，日益被重視起來(lái)。例如風(fēng)能發(fā)電、潮汐發(fā)電，尤其是太陽(yáng)能發(fā)電成為了人類可持續(xù)發(fā)展藍(lán)圖中一項(xiàng)不可獲取的關(guān)鍵技術(shù)。
[0004]相比較化石能源，可再生能源具有可以持續(xù)利用、有利環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于其主要依賴于自然環(huán)境，比如風(fēng)能完全依賴于風(fēng)速和風(fēng)向，太能依賴于陽(yáng)光的強(qiáng)度和入射角度等。再加上掣肘于目前開(kāi)發(fā)可再生能源的技術(shù)手段，開(kāi)發(fā)可再生的能源往往存在效率低下、開(kāi)發(fā)成本高等不足之處。因此，如何利用現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，回饋能源事業(yè)，使得可再生能源的利用效率大幅提高，是具有重大意義的一項(xiàng)工程。
[0005]以下以開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能為例，比如目前常用太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電。在利用太陽(yáng)能發(fā)電的過(guò)程中，太陽(yáng)能電板是核心部件，其用于收集太陽(yáng)光線并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電能。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，太陽(yáng)能電板具有通常具有固定式和活動(dòng)式兩種類型，其主要區(qū)別在于是否使用日光跟隨器使其在使用過(guò)程中改變位置。固定式太陽(yáng)能面板根據(jù)其所在的經(jīng)緯度位置，在安裝時(shí)就確定其面向天空的朝向，在使用過(guò)程中，其位置不發(fā)生任何改變；而活動(dòng)式太陽(yáng)能電板使用日光跟隨器，在使用過(guò)程中不斷改變其朝向，使太陽(yáng)光直射。由于可不斷改變朝向，調(diào)整自身位置，效率較高，活動(dòng)式抬眼能電板日益受青睞。
[0007]活動(dòng)式太陽(yáng)能電板中的日光跟隨器可以分為兩大類，定日鏡Heliostat與太陽(yáng)能跟蹤器Solar Tracker。前者的負(fù)載通常為平面鏡面，光路徑指向太陽(yáng)能面板或太陽(yáng)能發(fā)熱器；后者的負(fù)載為太陽(yáng)能電板，光路徑指向電板的法線方向。
[0008]太陽(yáng)能跟蹤器Solar Tracker又可分為兩大類，單軸型(Single-Axis)和雙軸型(Dual-Axis)的。單軸型Solar Tracker只具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的自由度,而雙軸型SolarTracker具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的自由度。前者的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和安裝成本相對(duì)較低，較為普遍；后者的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和成本較高，應(yīng)用較少。一般認(rèn)為，高緯度地區(qū)的太陽(yáng)能面板不易使用太陽(yáng)能跟蹤器Solar Tracker,而低諱度地區(qū)的太陽(yáng)能面板可以使用太陽(yáng)能跟蹤器Solar Tracker。
[0009]但是，無(wú)論是上述哪一類太陽(yáng)跟蹤器，其在安裝的時(shí)候，必須考慮安裝地的經(jīng)/緯度信息，調(diào)整太陽(yáng)能跟蹤器Solar Tracker,實(shí)現(xiàn)對(duì)日光直射方向的跟隨，盡可能延長(zhǎng)其負(fù)載的太陽(yáng)能面板進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的時(shí)間，使得技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程繁瑣，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種太陽(yáng)能采集系統(tǒng)及日光跟隨器，用以部分或全部克服、部分或全部解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題。
[0011]為了部分或全部克服、部分或全部解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能采集系統(tǒng)，其包括:太陽(yáng)能電板、日光跟隨器，所述日光跟隨器的可視角至少為180度，所述日光跟隨器用于在其可視角范圍內(nèi)跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡變化調(diào)整所述太陽(yáng)能電板面向太陽(yáng)的方向，使太陽(yáng)光按照直射的角度入射到所述太陽(yáng)能電板上。
[0012]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述日光跟隨器具有廣角鏡頭或者超廣角鏡頭，以通過(guò)桶形畸變，使其具有至少180度的可視角。
[0013]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述日光跟隨器為只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的單軸型，或者具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的雙軸型。
[0014]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述日光跟隨器具有一個(gè)地球的經(jīng)線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，和/或所述日光跟隨器具有一個(gè)地球的緯線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
[0015]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整所述太陽(yáng)能電板面向太陽(yáng)的方向，使太陽(yáng)光按照直射的角度入射到所述太陽(yáng)能電板上。
[0016]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述日光跟隨器按照垂直指向天空的方向設(shè)置，以使所述日光跟隨器跟蹤可視角范圍內(nèi)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0017]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述日光跟隨器與所述太陽(yáng)能電板為一對(duì)一或
者一對(duì)多的關(guān)系。
[0018]為了部分或全部克服、部分或全部解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種日光跟隨器，所述日光跟隨器的可視角至少為180度，所述日光跟隨器用于在其可視角范圍內(nèi)跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡變化調(diào)整太陽(yáng)能電板面向太陽(yáng)的方向，使太陽(yáng)光按照直射的角度入射到所述太陽(yáng)能電板上。
[0019]與現(xiàn)有的方案相比，本發(fā)明中，所述日光跟隨器的可視角至少為180度，所述日光跟隨器在其可視角范圍內(nèi)跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡變化調(diào)整所述太陽(yáng)能電板面向太陽(yáng)的方向，使太陽(yáng)光按照直射的角度入射到所述太陽(yáng)能電板上。根據(jù)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整太陽(yáng)能電板的位置，使陽(yáng)光盡量按照直射的角度，照射到太陽(yáng)能電板上。因此，在安裝時(shí)，不必考慮安裝地的經(jīng)/緯度信息，簡(jiǎn)化了技術(shù)應(yīng)用過(guò)程，降低了成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為太陽(yáng)直射與地球南北回歸線之間的關(guān)系示意圖之一；
[0021]圖2為太陽(yáng)直射與地球南北回歸線之間的關(guān)系示意圖之二 ；
[0022]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中普通鏡頭的影像投射示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明中魚(yú)眼鏡頭的影像投射示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明魚(yú)眼鏡頭與太陽(yáng)的可視關(guān)系示意圖；
[0025]圖6為本發(fā)明魚(yú)眼鏡頭與太陽(yáng)跟蹤關(guān)系的影像示意圖；
[0026]圖7為現(xiàn)有技術(shù)中配置單軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖8為現(xiàn)有技術(shù)中配置單軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的動(dòng)作示意圖；
[0028]圖9為本發(fā)明實(shí)施例中配置單軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖10為本發(fā)明實(shí)施例中配置單軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的平面示意圖；
[0030]圖11為本發(fā)明實(shí)施例中配置單軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的動(dòng)作示意圖；
[0031]圖12為現(xiàn)有技術(shù)中配置雙軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖13為現(xiàn)有技術(shù)中配置雙軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的動(dòng)作示意圖之
[0033]圖14為現(xiàn)有技術(shù)中配置雙軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的動(dòng)作示意圖之-* ;
[0034]圖15為本發(fā)明實(shí)施例中配置雙軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖16為本發(fā)明實(shí)施例中配置雙軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的動(dòng)作示意圖之一;
[0036]圖17為本發(fā)明實(shí)施例中配置雙軸型日光跟隨器的太陽(yáng)能采集系統(tǒng)的動(dòng)作示意圖之二。
【具體實(shí)施方式】
[0037]以下將配合圖式及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，藉此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。
[0038]本發(fā)明下述實(shí)施例的主要思想:
[0039]本發(fā)明下述實(shí)施例提供了一種太陽(yáng)能采集系統(tǒng)，其包括:太陽(yáng)能電板、日光跟隨器，所述日光跟隨器的可視角至少為180度，所述日光跟隨器在其可視角范圍內(nèi)跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡變化調(diào)整所述太陽(yáng)能電板面向太陽(yáng)的方向，使太陽(yáng)光按照直射的角度入射到所述太陽(yáng)能電板上。
[0040]本發(fā)明主要思想帶來(lái)的技術(shù)效果:
[0041]太陽(yáng)直射在北半球表面直射的最高緯度為北緯23° 26’，太陽(yáng)直射在南半球表面直射的最高緯度為南緯23° 26’。太陽(yáng)直射在東半球表面直射的最高經(jīng)度為東經(jīng)160°，太陽(yáng)直射在西半球表面直射的最高經(jīng)度為東經(jīng)20°。由此可看出，太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡經(jīng)緯度變化范圍在160°至23° 26’之間，因此，采用本發(fā)明下述實(shí)施例中具有可視角至少為180度的日光跟隨器，完全可以跟蹤到太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡。根據(jù)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能電板的位置，使陽(yáng)光盡量按照直射的角度，照射到太陽(yáng)能電板上。
[0042]本發(fā)明下述實(shí)施例中，為了使日光跟隨器具有廣角鏡頭或者超廣角鏡頭，以通過(guò)桶形畸變，使其具有至少180度的可視角。具體地，比如給日光跟隨器配備一魚(yú)眼鏡頭，魚(yú)眼鏡頭的可視角最小可達(dá)180度，而最大可以達(dá)到220°或230° ,或者更大，因此其可以稱之為廣角鏡頭或者超廣角鏡頭。魚(yú)眼鏡頭具有相當(dāng)長(zhǎng)的景深，有利于表現(xiàn)視頻的長(zhǎng)景深效果。魚(yú)眼鏡頭的成像有兩種，一種像普通鏡頭一樣，成像充滿畫(huà)面；另一種成像為圓形。
[0043]因此，在本發(fā)明的啟發(fā)下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)可以靈活選擇不同可視角的魚(yú)眼鏡頭，以完成日光跟隨器的實(shí)體配置。
[0044]本發(fā)明的下述實(shí)施例中，為了盡可能準(zhǔn)確地跟蹤到太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，所述日光跟隨器須盡可能地按照垂直指向天空的方向設(shè)置，以使所述日光跟隨器跟蹤可視角范圍內(nèi)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0045]圖1為太陽(yáng)直射與地球南北回歸線之間的關(guān)系示意圖之一；圖2為太陽(yáng)直射與地球南北回歸線之間的關(guān)系示意圖之二。地球表面某一給定位置和太陽(yáng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以看作是地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩種運(yùn)動(dòng)的合成。此給定位置的太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡在一天內(nèi)的路徑主要有地球自轉(zhuǎn)形成，此給定位置的太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡在一年內(nèi)的相對(duì)變化主要由于地球公轉(zhuǎn)形成。因此，如圖1所示，太陽(yáng)直射在北半球表面直射的最高緯度為北緯23° 26’，如圖2所示，太陽(yáng)直射在南半球表面直射的最高緯度為南緯23° 26’。
[0046]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中普通鏡頭的影像投射示意圖；如圖3所示，記錄了光線經(jīng)過(guò)透鏡Iens入射靶面的側(cè)視圖，空間中一點(diǎn)P經(jīng)過(guò)lens301射向靶面302比如感光芯片CMOS，形成映射點(diǎn)P’，直線PP’與光軸(Optical Axis的夾角為theta)，P’點(diǎn)到靶面302中心的距離為r。對(duì)于一個(gè)普通攝影鏡頭，假設(shè)鏡頭的焦距f，則P點(diǎn)到P’點(diǎn)的影像投射函數(shù)為r=f*tan (theta), theta 應(yīng)小于 90 度。
[0047]圖4為本發(fā)明中魚(yú)眼鏡頭的影像投射示意圖；如圖4所示，從垂直靶面的視角描述了具體的影像投射，假設(shè)其焦距為f，p’點(diǎn)到靶面302中心的距離為r，則P點(diǎn)到P’的影像投射函數(shù)為r=f*theta，theta范圍可以等于或大于90度，垂直靶面的視角中，映射點(diǎn)P’在革巴面水平軸線的角度為sigma。
[0048]本發(fā)明下述實(shí)施例中，由于跟蹤的太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此，theta至少為180度。
[0049]圖5為本發(fā)明魚(yú)眼鏡頭與太陽(yáng)的可視關(guān)系示意圖；如圖5所示，假如在地球501表面某一給定位置處放置一魚(yú)眼鏡頭502，使其對(duì)象天空方向，該魚(yú)眼鏡頭502的可視角為180度，跟蹤太陽(yáng)504在一天中的運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0050]圖6為本發(fā)明魚(yú)眼鏡頭與太陽(yáng)跟蹤關(guān)系的影像示意圖；如圖6所示，由于地球自轉(zhuǎn)具有傾斜角，魚(yú)眼鏡頭中觀測(cè)到的太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡為一條弧線L。其中A點(diǎn)和C點(diǎn)分別為日出和日落，其對(duì)應(yīng)時(shí)刻的theta角最大，而B(niǎo)點(diǎn)為正午時(shí)分，其對(duì)應(yīng)的theta較最小。A、B、C三點(diǎn)對(duì)應(yīng)sigma角度可以通過(guò)焦平面的平面幾何獲得。假設(shè)在魚(yú)眼鏡頭靶面中太陽(yáng)位置點(diǎn)的直角坐標(biāo)為 P’(X, y),則 sigma=atan2 (y, X),而 atan2 (y，x)為:
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能采集系統(tǒng)，其特征在于，包括:太陽(yáng)能電板、日光跟隨器，所述日光跟隨器的可視角至少為180度，所述日光跟隨器用于在其可視角范圍內(nèi)跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡變化調(diào)整所述太陽(yáng)能電板面向太陽(yáng)的方向，使太陽(yáng)光按照直射的角度入射到所述太陽(yáng)能電板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述日光跟隨器具有廣角鏡頭或者超廣角鏡頭，以通過(guò)桶形畸變，使其具有至少180度的可視角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述日光跟隨器為只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的單軸型，或者具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的雙軸型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述日光跟隨器具有一個(gè)地球的經(jīng)線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，和/或所述日光跟隨器具有一個(gè)地球的緯線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整所述太陽(yáng)能電板面向太陽(yáng)的方向，使太陽(yáng)光按照直射的角度入射到所述太陽(yáng)能電板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述日光跟隨器按照垂直指向天空的方向設(shè)置，以使所述日光跟隨器跟蹤可視角范圍內(nèi)太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述日光跟隨器與所述太陽(yáng)能電板為一對(duì)一或者一對(duì)多的關(guān)系。
8.—種日光跟隨器，其特征在于，所述日光跟隨器的可視角至少為180度，所述日光跟隨器用于在其可視角范圍內(nèi)跟蹤太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡變化調(diào)整太陽(yáng)能電板面向太陽(yáng)的方向，使太陽(yáng)光按照直射的角度入射到所述太陽(yáng)能電板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的日光跟隨器，其特征在于，所述日光跟隨器按照垂直指向天空的方向設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的日光跟隨器，其特征在于，所述日光跟隨器具有一個(gè)地球的經(jīng)線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，和/或所述日光跟隨器具有一個(gè)地球的緯線平行的轉(zhuǎn)動(dòng)軸。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK103676977SQ201310746936
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】陳嘉胤, 方澤姣 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司