用于使太阳能发电机跟踪太阳的方法,用于太阳能装置的控制器及太阳能装置

摘要

本发明描述一种用于使具有多个太阳能模块(104)的太阳能发电机(102)跟踪太阳的方法，其中检测所述太阳能发电机(102)的部分太阳能模块(104)的至少一个电输出量并且控制跟踪器(106)以便检测到的电输出量包括预定值，其中所述太阳能发电机(102)安装在所述跟踪器(106)上。此外，描述一种用于太阳能装置(100)的控制器(120)和一种具有控制器(120)的太阳能装置(100)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于使太阳能发电机跟踪太阳的方法，一种用于太阳能装置的控制器以及一种太阳能装置。特别地，本发明涉及一种用于基于太阳能发电机的至少部分太阳能模块的电输出量，使具有多个太阳能模块的太阳能发电机跟踪太阳的方法。

背景技术

用于使太阳能发电机跟踪太阳的当前位置的装置，即所谓的跟踪器，是现有技术中已知的，其中DE 20204679U1中描述了一个例子。此外，参考DE 102006058845B3，也示出了这样的跟踪器。这种装置的驱动引导太阳能发电机在方位和/或高度方向朝向太阳，以便太阳辐射总是最大可能撞击在太阳能发电机上。为此，这些已知的装置包括根据撞击在其上的光产生强度信号的传感器，其中强度信号提供至集成在控制单元中的电路，控制单元中的电路传递控制信号至跟踪器的驱动以实现太阳能发电机的各个定向朝向天空中的最亮点。

对于传感器而言，可替换地或者额外地，控制器可基于太阳天文历表的计算控制跟踪器以便实现太阳能发电机分别跟踪太阳。例如，在ES 2273576B1中描述了这样的系统。

由此，这些已知的跟踪器系统试图通过跟随太阳跨过天空来获取最大太阳光输出以优化太阳能发电机的输出功率。典型地，通过跟踪太阳能发电机，可获得输出的增加，例如在中欧增加+28％至在北欧增加+54％。

但是，上面描述的已知的用于使太阳能发电机跟踪太阳的方法具有不同的缺点。包括用于检测太阳光的传感器的实施例是具有缺陷的，因为仅在晴天的情况下可能有足够精确的位置确定和跟踪器系统的分别控制。当多云时，这些传感器的作用减小。此外，这种传感器要求精确安装在太阳能发电机上或相对于太阳能发电机精确安装并分别校准。此外，这种定位传感器是昂贵的并且易被污染，从而即使在晴天的情况下，也无法给出足够精确的位置确定和跟踪器系统的分别控制。

基于太阳天文历表的计算控制太阳能发电机的定向也有缺点。基于太阳天文历表，结合跟踪器的位置和时间，可较精确地确定太阳在天空的位置，但是，精度取决于用于确定太阳能发电机的位置的传感器的精度和太阳能发电机的安装精度以及调节精度。此外，这种系统(例如，参见ES 2273576B1)使用例如基于传感器或短路电流的需要初始校准的开环控制。白天的太阳能发电机的定向的实际控制仅仅基于太阳的计算位置实现，也就是不需要返回的定位信号。

发明内容

从现有技术出发，本发明的目的在于提出一种改进的用于使太阳能发电机跟踪太阳的方法，不需在电路工程中耗费精力而避免上述的现有装置的缺点，从而保证太阳能发电机的太阳能模块基本上最佳地朝向太阳。

这个目的通过根据权利要求1的方法、根据权利要求24的控制器和根据权利要求25的太阳能装置实现。

本发明提出一种用于使具有多个太阳能模块的太阳能发电机跟踪太阳的方法，包括：

检测所述太阳能发电机的至少部分太阳能模块的至少一个电输出量；和

控制跟踪器以便检测到的电输出量包括预定值，其中所述太阳能发电机安装在所述跟踪器上。

此外，本发明提出一种用于太阳能装置的控制器，包括：

输入，用于接收所述太阳能装置的太阳能发电机的至少部分太阳能模块的一个电输出量的值；

输出，用于提供用于所述太阳能装置的跟踪器的控制信号；以及

根据本发明的方法操作的处理单元。

此外，本发明提出一种太阳能装置，包括：

具有多个太阳能模块的太阳能发电机；

跟踪器，在所述跟踪器上安装有所述太阳能发电机；

测量单元，用于检测所述太阳能发电机的至少部分太阳能模块的电输出量；以及

本发明的控制器。

与上述现有技术相反，本发明教导一种有利的和新颖的用于使太阳能模块跟踪太阳的方法，避免了上述缺点。根据本发明，在使太阳能发电机跟踪太阳的过程中，可省略太阳位置传感器，因此避免上面讨论的精度问题。也可省略用于跟踪太阳能发电机的太阳天文历表，从而也可避免与此相关的问题。

根据本发明的教导，基于太阳能发电机的部分太阳能模块的电输出信号或电输出量，例如电流、电压和/或功率，优选地基于通过太阳能发电机的所有太阳能模块整体获取的电输出量，来执行跟踪。优选地，控制太阳能发电机的跟踪器，以便电输出量的预定值达到最大值，例如最大功率。因此，控制跟踪器实现使跟踪器跟踪太阳的位置。

根据本发明的优选实施例，通过系统的初步定位将跟踪器初始布置在初始位置，其中跟踪器基于关于太阳位置的已知参数，例如太阳天文历表，来移动太阳能发电机。在跟踪器的跟踪运动期间，例如从初始定位出发，从第一位置到第二位置，在运动的第一部分的期间和运动的第二部分的期间，优选地在运动过程的第一半的期间和运动过程的第二半的期间，检测电输出量的值。比较在运动的两个部分的期间检测的值，并基于比较结果确定当两个值改变时，跟踪器还没到达存在电输出量的预定值的位置。在这种情况下，跟踪器进一步向分别的方向运动。可替换地，如果确定比较结果显示在运动的两个部分期间，两个值不改变，或者不明显改变，则假设已经到达提供预定输出值(例如最大功率)的跟踪器位置。优选地，在跟踪器运动的第一和第二部分期间检测电输出量的值。对于这种方法，相对于跟踪器的快速运动，可忽略太阳的相对较慢的运动，并且可仅仅基于跟踪器的运动确定相对跟踪器位置。一种替换方法是在跟踪器静止的第一和第二部分的期间检测电输出量的值。对于这种方法，仅仅太阳的运动是用于确定相对跟踪器位置的标准。也可以结合两种方法。

优选地，跟踪器的运动为增量的或持续的，并且根据本方法，在跟踪器跟踪太阳的运动期间，优选地，跟踪器没有任何的旋转方向的改变。在增量运动的情况下，根据比较的结果，缩短或延长步骤，或者以更低或更高频率提供步骤。用于跟踪跟踪器的控制信号可具有可变的脉冲长度和固定的频率或者固定的脉冲长度和可变的频率。在跟踪器的持续运动的情况下，实现加速或减速。这保证对于跟踪器的当前位置在可实现最大功率的位置的前面的情况，通过缩短时钟脉冲或输出更低频率的时钟脉冲或通过降速，获取最大功率输出的位置，因为相对于跟踪器太阳向前移动。同样地，在确定跟踪器的位置在最大功率输出的位置的后面的情况下，通过延长时钟脉冲或通过输出更高频率的时钟脉冲或通过加速运动，实现跟踪器到达具有最大功率输出的位置。

本发明的方法可用于任何类型的太阳能发电机，但是，优选地，本发明的方法与具有聚光太阳能模块的太阳能发电机结合使用，其中聚光太阳能模块具有有限的接收角度，并且输出电量的角度关系在跟踪器系统的所有旋转方向中是清楚可见的。

本发明的其它优选实施例在从属权利要求中定义。

附图说明

下面，将结合附图详细描述本发明的优选实施例，其中：

图1为一个实施例的具有跟踪太阳的CPV太阳能模块(CPV＝聚光光伏)的本发明的太阳能装置；

图2为具有跨过跟踪器方向和太阳直接辐射之间的角偏差的CPV跟踪器的太阳能发电机的输出功率或输出电流的典型曲线；

图3为具有相关的时间功率曲线(图3b)的聚焦跟踪器和太阳在方位方向的运动周期(图3a)的例子，以及具有相关的时间功率曲线(图3d)的非聚焦跟踪器和太阳在方位方向的运动周期(图3c)的例子；

图4为根据本发明的实施例的用于使太阳能发电机跟踪太阳的方法的流程图；

图5为具有相关的使用对称测量点的功率或电流曲线(图5b)的控制脉冲期间的电机速度或跟踪器位置(图5a)的示意图；以及

图6为用于具有方位和高度的两轴跟踪器的MPPTe和MPPTm的时间曲线的示例(MPPT＝最大功率点跟踪器，MPPTe＝电MPPT，MPPTm＝机械MPPT)。

具体实施方式

基于图1，下面将描述太阳能装置的实施例，其中太阳能发电机以本发明的方式跟踪太阳。图1中所示的太阳能装置100包括具有多个太阳能模块104的太阳能发电机102，优选为聚光太阳能模块。太阳能发电机102以现有的方式安装在跟踪装置(跟踪器)106上。跟踪器106仅在图1中示意性地说明并可通过任何传统的方法实现。如上所述，为了简单的原因，跟踪器106仅在图1中示意性地说明，但是跟踪器106包括所有的必要元件，以允许用于跟踪太阳的太阳能发电机102的运动，例如在高度和/或方位的方向的运动。

此外，太阳能装置100包括通过导电连接110连接至太阳能发电机102的转换器108，如图1中示意性地所示。通过导电连接，例如通过适当的电缆等，由太阳能发电机产生的功率输出至转换器108，转换器108执行从直流到交流的转换以将产生的能量通过进一步的导电连接114提供给电源112。

图1示意性地示出两个测量点116和118。在这些测量点，检测用于跟踪太阳能发电机102的本发明的控制所需的电测量量，电压，电流和/或功率。在测量点116提供直流测量装置，检测直流电压U_DC，直流电流I_DC和/或直流功率P_DC。可替换地或者额外地，在测量点118提供测量装置，检测交流电压U_AC，交流电流I_AC和/或交流功率P_AC(DC＝直流；AC＝交流)。

此外，本发明的太阳能装置100包括控制或调节器120，在输入122接收电测量量，也就是在测量点116和/或118检测的电压、电流和/或功率。控制器120包括处理单元124，例如单片机或计算机，其能够基于在输入122接收的信号产生用于控制跟踪器106的输出信号并能够将在输出126的输出信号提供至控制器以通过连接128传输至跟踪器106。由此，该控制器构成调节器或功率调节器，实现太阳能装置在最大功率范围内操作，其中调节器被实施用于跟踪跟踪器以便获取最大功率或使得通过太阳能装置输出的功率在预定功率范围(窗口)内。

基于图1描述的本发明的系统通过使用机械跟踪器，允许用于太阳能发电机的功率最大化的无传感器调节，其中太阳能发电机优选为聚光光伏装置，也就是包括聚光太阳能模块。根据本发明，仅仅太阳能装置100(光伏跟踪器系统)的电量用于跟踪太阳，该电量即图1中示出的电压，电流和/或功率。

根据优选实施例，上述电输出量，也就是电压、电流和/或功率可能仅被部分的太阳能发电机102使用，也就是仅被个别的太阳能模块104或者一个太阳能模块104使用。可替换地，可使用整个太阳能发电机102的输出量用于跟踪。优选地，基于通过整个系统102输出的电输出量优化跟踪，因为这允许通过太阳能发电机102输出的总功率的最大化。

在测量点116和/或118检测上述电量，其中可使用总是存在的转换器108。可替换地，可使用单独的测量设备检测在太阳能发电机处、转换器处或太阳能装置100内的任何其它适当位置处的电输出量。事实上，例如在图1中所示的转换器的输入或输出处，可在功率流中的任意位置处测量电量。

本发明的优点是，无需额外的太阳位置传感器用于跟踪。优选地，仅仅通过电量获取位置信息。

根据本发明，优选地，基于太阳能发电机102相对于太阳能直接辐射的位置，对于PV跟踪器系统106的每个旋转轴，搜寻太阳能发电机102的最大电功率P。优选地，使用电流I和/或功率P作为位置标准。本发明的方法可用于任何具有太阳能模块的太阳能发电机。优选地，本发明的方法用在具有聚光式单元104的太阳能发电机102中。由于聚光式单元具有有限的接收角度，电量I和P(电流和功率)极大程度地受太阳能发电机102相对于太阳的位置的影响。通常地，电流和功率对于的角度的依赖影响跟踪器系统的所有旋转方向。因此，功率最大化的控制或调节将优选地通过使用跟踪器106的多个电机或旋转轴来搜寻所谓的“机械功率最大值”。此处，应注意的是，术语“机械功率最大值”指的是通过使用跟踪器106，基于太阳能发电机102关于太阳的机械方向而定义的太阳能发电机的最大功率。

与术语“电功率最大值”的使用方式相似，术语“机械功率最大值”用于定义机械功率最大值，其中“电功率最大值”通过使用所谓的MMPT(最大功率点跟踪器)获得。这是与太阳能发电机102的运动无关的电跟踪。事实上，电功率最大化通过MPPT执行，其目的是设置来自于太阳能发电机102的电压和电流以便它们的乘积为最大值。用于电功率最大化的MPPT对于本领域技术人员是已知的。将在下面详细描述根据本发明的机械功率最大化和根据MPP跟踪的电功率最大化之间的区别。

图2示出跨过跟踪器单元和太阳直接辐射之间的角偏差的CPV跟踪器106的典型功率曲线。如图所示，尤其是聚光式单元，示出它们的电功率的最大值在太阳能直接辐射和跟踪器方向之间的0°偏差处，从而这作为本发明的调节的目标。其它不使用聚光式单元的太阳能模块可示出其它功率曲线，例如，更宽的功率曲线，但是通常地，太阳能发电机102或各个太阳能模块的最大功率在最小角偏差处。

根据本发明，在跟踪器的运动部分之间的静止期间和/或跟踪器的运动过程期间，执行跟踪以确定跟踪器是否在允许聚焦角度窗口内。在允许聚焦角度窗口内，通过太阳能发电机产生的输出功率在最大范围内。如果使用脉冲驱动执行位置调节，则将控制目标定义为每个跟踪器脉冲或每个跟踪器运动相对于功率最大值对称，以便白天的跟踪器的每个旋转方向总是在最大功率点附近振荡，如图3中所示，图3示出具有相关的时间功率曲线(图3b)的聚焦跟踪器和太阳在方位方向的运动周期(图3a)的例子，以及具有相关的时间功率曲线(图3d)的非聚焦跟踪器和太阳在方位方向的运动周期(图3c)的例子。

如图3(a)和图3(b)可见，太阳能发电机在时间间隔1和2的期间在各自的角度窗口内，并且通过太阳能发电机102产生的输出功率(参见图3(b))在最大值附近的允许范围内。在时间间隔2的末端，功率减小至允许范围外的某一值，从而在时间间隔3的期间内使跟踪器运动直到到达部分4和5中所示的跟踪器或太阳能发电机102的位置，在该位置处，在太阳运行的特定时间间隔内实现输出功率位于最大功率附近的预定范围内。

换句话说，在时间间隔1和2内，通过采用本发明的控制器作为基础，基于太阳能发电机102的输出功率确定输出功率位于P_3-start和P_max之间的允许范围(通过由电流辐射确定的最大功率的预定百分比确定)内，从而无需跟踪。在从时间间隔2到时间间隔3的过渡处，确定功率已经离开允许范围，从而需要跟踪器的运动直至功率再次到达P_3-stop和P_max之间的允许范围。随后，在时间间隔4和5中，跟踪器保持在所示的新发现位置。当跟踪器相对于焦点对称地振动时，应用P_3-start＝P_3-stop，如图3(a)和3(b)所示。

但是，当跟踪器离焦时，P_3-start不等于P_3-stop(P_3-start＞P_3-stop)，如图3(c)和3(d)中所示。图3(c)和3(d)呈现跟踪器在太阳前面的状况。但是，当P_3-start＜P_3-stop时，这表示跟踪器落后于太阳。在这些状况中，本发明的方法实现对跟踪器的控制，从而导致跟踪器的运行，从而实现P_3-start＝P_3-stop。

图3示出通过跟踪器的增量运动的位置调节，但是位置调节也可基于连续的方法。在这种情况下，必须设置每个跟踪器电机的角速度，以便电功率总是位于电功率的最大或允许最大范围内，例如这可通过分别改变电机速度获得，导致与根据图3的脉冲变化类似的功率曲线。优选地，使用非常高的分辨率(resolution)执行测量值检测，以便脉冲变化中的脉冲振幅通常持续得非常短。为此，静止和跟踪循环之间的相对功率变化非常小，并且小于可通过电流辐射获得的最大功率的0.1％。

下面，基于图4，基于流程图更详细地描述根据优选实施例的本发明的方法。在第一初始初始化步骤S100中，在初步定位时，基于跟踪器的位置信息和太阳的位置信息执行跟踪器的初步定位。例如，这可依靠太阳位置的天文学计算执行。由于在包括聚光太阳能模块的太阳能发电机的情况下的角度接收窗口非常小，因此在这样的实施方式的太阳能发电机中的初步定位应该足够精确，从而可以得到太阳能发电机单元或全部太阳能发电机的电量，从而可进行本发明的功率最大化，这将在下面详细描述。初步定位的精度应至少允许到达太阳能模块的角度接收窗口，来自于角度接收窗口的电量是可以得到的(例如，对于没有二次光学元件的CPV为+/-2.5°，对于具有二次光学元件的CPV为+/-5°，对于低CPV为+/-10°)。

初步定位的意图是，保证在恶劣天气情况下的整体操作和跟踪太阳。通常地，初步定位越精确，功率优化跟踪的效率越高。用于提高初步精度的一个例子是考虑表面现象，例如太阳能发电机安装在其上的跟踪器的塔架或杆塔的倾斜。例如，杆塔倾斜1度影响初步定位精度有1度的幅度。补偿这种倾斜允许更有效的功率优化定位，因为相对于太阳的初步定位的偏差更小，因此到最大功率点的机械搜寻窗口变得更小。

在其它实施例中，高精度的初步定位太贵或者不符期望，为了能够实现本发明的功率最大化，跟踪器的粗略定位是足够的。独立于功率优化跟踪，也可天文学上地(计算天文历表)或通过使用太阳位置传感器执行初步定位。可替换地，也可使用简单的近似功能来插补太阳的轨道。

执行完上述的初步定位后，根据优选实施例，在跟踪器从第一位置至第二位置的运动期间检测通过太阳能发电机输出的功率，如步骤S102中所示。随后，将在运动的第一部分中检测的功率P1与在运动的第二部分中检测的功率P2进行比较，以便确定功率是否相同或者功率P1是否大于或者小于功率P2，如步骤S104中所示。

如果功率P1大于功率P2，具有最大功率的跟踪器106的位置位于更早的位置，也就是，跟踪器已经运动超过最大功率的位置，如步骤S106中所说明的。在这种状况下，在步骤S108中减慢跟踪器的运动。如果功率P1小于功率P2，这说明还没有到达最大功率的位置，如步骤S110中所示，从而在步骤S112中加速跟踪器的运动。如果发现两个功率相同，确定到达最大功率的位置，如步骤S114中所说明的。从步骤S108、S112和S114开始，方法返回至步骤S102。此处，需要注意的是，根据本发明可确定通过太阳能装置产生的功率是否小于或大于或等于最大功率。可替换地，也可确定(例如参见图3)通过太阳能装置产生的功率是否在预定功率范围或窗口内或者在预定功率范围或窗口外(高于或低于范围)。当下面的描述参考输出量的值的比较时，这也总是包括参考各自的窗口，反之亦然。

根据基于图4描述的实施例，在步骤S104至S114中，优选地，在每个电机脉冲期间，使用高分辨的测量值检测装置在固定的时间或位置间隔测量太阳能发电机的电功率或电流。使用物理跟踪器同步地执行功率或电流测量，并且功率或电流测量可与跟踪器电机的运行时间相关，或者与通过脉冲产生器检测到的被跟踪器覆盖的距离相关。

用于确定跟踪器的旋转轴相对于太阳的位置的一个例子是，将电机控制脉冲分成两个对称的时间位置或电机速度范围，如图5所示，在图5a中示出控制脉冲期间的电机速度或跟踪器位置。图5b示出具有对称测量点的相关功率曲线。

如图5中所示，通过各自的电机启动，跟踪器的位置从第一位置POS₁改变到位置POS₂，并且运动的过程被分割成两个优选为相等的片段T_1/2(参见图5b)。对于每个片段T_1/2，在不同的采样点检测功率值，即运动周期的第一部分或第一半的功率P_1，1-P_1，5和运动周期的第二半的功率P_2，1-P_2，5。定期的功率或电流测量值与自从上次测量后经过的时间周期的乘积得到能量平均。如果对于每个脉冲半波构成这些定期的能量平均值的总和或积分(参见图5)，就可获得可以互相比较的两个能量值。优选地，以固定频率并且与电机运动同步地测量功率或电流，从而可简单地忽略刚刚提到的时间，并且仅仅比较功率或电流的平均值。在这种情况下，可将总和除以测量点的数目(在图5中为5个测量点的数目)。可替换地，可在每个脉冲半波测量第一功率或电流测量值和第二功率或电流测量值，只要在脉冲中心的两侧对称地检测第一功率或电流测量值和第二功率或电流测量值。

对于基于图5中所示的例子，每个脉冲半波的平均电功率的结果如下：

第一脉冲半波：

第二脉冲半波：

每个脉冲半波的测量点的数目n取决于脉冲长度和测量频率，其中在图5中所示的例子中，n＝5。

基本上，在图5中所示的电机脉冲期间，可能发生三种不同的情况，即：

a.功率变大：

b.功率变小：

c.功率保持不变：

根据发生三种情况中的哪种，可确定最大功率点是否是远在前面(a)或者远在后面(b)或者已经到达最大功率(c)。如上所述，也可基于功率关于范围或窗口的位置(见上文)进行确定。

上述测量的一种替换是脉冲半波期间的能量检测。每个脉冲半波的能量的结果如下：

第一脉冲半波：

第二脉冲半波：

其中Δt＝各个脉冲半波的持续时间。

上述功率测量的另一种替换是脉冲期间的电功率的推导计算。如果这个推导的符号在驱动脉冲期间改变，这意味着已经达到最大功率。如果推导的符号一直保持为正，则功率增加(情况a)，或者如果它一直保持为负，则功率减小(情况b)。

图5是图3的部分3的放大说明。图5说明重要量(如电机速度、发生器脉冲和PV功率)在跟踪器运动期间如何表现。额外地，插入功率或电流测量点，其中在示出的实施例中，每个示出点是多个测量的平均。例如，点P_1，2是P_1，1和P_1，2(100ms期间，33.33kHZ测量频率)之间的3333个功率或电流测量的平均。

优选地，通过使用高分辨的功率测量装置执行功率检测。由于太阳能跟踪器的电功率在跨过太阳的角偏差时在功率最大的范围内非常平稳，功率仅在跨过特定的位置范围时改变一些瓦特。为了保证每个旋转轴的精确的功率检测，必须测量很小的功率或电流改变。由此，电流或电压测量电路需要具有较高的分辨率。从数量级的角度，必须在大约1/10.000到1/100.000的额定功率范围内检测功率的改变以便优化跟踪。

在数字调节的情况下，标准的电流变压器和相关的A/D转换器具有大约10比特的典型分辨率。典型的太阳能跟踪器的额定功率为大约10kW，从而产生大约10W/bit的功率分辨率，这是所需精度0.1W乘以因子100后得到的数值。但是，这个问题可通过随时间对所需测量量U、I的过采样来解决，由此可获取更高的分辨率。根据奈奎斯特香农理论，过采样比率(OS)通过以下公式与分辨率的比特增长相关：

$>{\mathrm{OS}}_{\mathrm{RATIO}}=2^{2·(B_2-B_1)}$>

其中：

B₁＝标准测量装置的比特分辨率，和

B₂＝一系列分辨率为B1的单个测量装置产生的比特分辨率。

在OS_RATIO中包括为了达到分辨率B₂所需的测量点的数量。在本示例中，测量点的最大数目限制为3333，从而产生的比特分辨率可计算如下：

3333＝2^(2*(x-10))，导致x＝15,85(大约16比特)。

假设测量值检测频率是33.33kHz。假设在100ms的整个时间周期内检测测量值，则获得3.333个测量值。这意味着在33.33kHz的10比特的原始分辨率已经变换成在10Hz的大约16比特的新分辨率。尽管现在存在测量量的减小的更新率，但是根据上述例子的新分辨率为大约0.15W/bit，这几乎符合所需的分辨率。此外，需注意的是，100ms的更新率是足够的，因为在电机的接通周期的功率改变的时间常数典型地更高。在控制脉冲期间存在足够的测量点以应用上述的调节原理，根据上述的调节原理，考虑运动的两个部分。

上述的优选方法避免必须使用昂贵的和高价的元件，如具有增加的测量分辨率的电流和电压变压器。因此，根据本发明，在上面的例子中，通过使用转换器的标准测量单元，获得增大65倍的高测量精度。

上述的基于电功率的对于跟踪器相对于太阳的位置的检测提供与初步跟踪器定位相关的反馈，其中初步跟踪器定位可基于在本发明的方法中获取的信息进行修正。换句话说，从初步定位开始，可根据运动的第一部分中的功率P1相对于运动的第二部分中的功率P2的比率，缓慢或快速地移动跟踪器以到达最大功率的范围。如果忽略初步定位，将由于比较功率获得的信息直接应用到功率调节器(控制器120)，例如根据在步骤S106和S110中给定的情况，将缩短或放大每个下述的电机脉冲(脉冲周期)的长度。

在基于初步调节(初步定位)的反馈的情况下，根据预定的算法、分析根据步骤S106和S110在每个电机脉冲期间获得的结果并定义用于功率最大化的各个过程来执行跟踪器位置的校准。例如，对于初步调节，可在初步实际或目标位置上增加固定的校准步骤以校准它们的延时或超前。在这种情况下，校准步骤的大小应折衷考虑连续操作的搜寻方法的持续时间和期望位置精度。校准步骤越小，定位精度越高，但是直至发现最大功率点或功率范围的搜寻时间越长。

可替换地，也可为初步定位增加可变的校准步骤。在这种情况下，校准步骤的大小可与确定的至最大功率点的距离相匹配。如果功率的比较显示P1和P2之间具有较大的差值，这将导致较大的校准步骤。优选地，在这种情况下，校准的幅度定义为与差值(P2-P1)的数值成比例。在最大功率的范围内，这允许具有小的校准步骤的精细调节以便尽可能地接近最大值。

与幅度无关地，校准步骤的符号取决于差值(P2-P1)的符号。如果这个差值是正的，跟踪器将由于调节(控制120)向前移动。在这种情况下，为目标位置增加正的校准步骤或者为实际位置增加负的校准步骤。如果这个差值是负的，则正好相反。

为了算法更可靠，可引入进一步的控制步骤。一种变型是一次或多次检查在本发明的方法中接收的位置信息以保证跟踪器相对于太阳的位置已在校准步骤产生之前被准确地确定。例如，为了引起被检测位置的可信性检查，这些校准可基于关于太阳位置的另外参数，例如太阳天文历表。更准确地，可基于太阳天文历表检查跟踪器的位置是否确实允许最大太阳能辐射。

进一步的控制步骤可规律地经过太阳能发电机的整个角度接收范围，例如每个小时经过具有聚光太阳能模块的太阳能发电机的2.5°x2.5°，保证检测的功率最大值没有局部极大值。但是，这个过程的缺点是，发生短时功率逆转。此外，应考虑到系统可能会遭受二次辐射源而定义这样的过程。

根据本发明的优选实施例，可根据太阳能单元的角度接收窗口的大小和初步调节的可能位置误差限制功率最大化的搜寻窗口。由此，可避免特定的旋转轴的校准(很多校准步骤的总和)达到太高的值。如果初步调节的位置精度为+/-1.5°，则搜寻窗口可限制在特定的容差内，例如1°的容差内。

如果光伏系统的电功率或电流太低，将停止上述算法。如果系统功率低于特定的最小值，例如额定功率的5％，总是存在下述风险：本发明的方法基于的信息将不再可靠。更小的功率值可以有两个原因：

辐射非常小(额定辐射的1％)。在这种情况下，由于增加的信噪比(测量精度)，运行MPPTm算法是没有意义的。

初步调节太差导致几乎没有功率输出(太阳能发电机还没有到达角度接收窗口)。

如果出于机械原因(例如由于转换器的超温或电池的满电荷而导致的转换器中的过电流)而限制电功率，那么也优选地停止算法。在这种情况下，不能从功率比较中获取可靠的信息，因为功率已经被电地限制并且结果不再仅仅来自于机械跟踪器运动。

根据本发明的优选实施例，根据最大电功率的跟踪器的每个旋转轴的定位总是在与太阳运动相同的运动方向中实现。优选地，如果跟踪器位置超前于太阳的位置，将电机控制脉冲定义为更短或以更低频率输出，相反地，如果电机位置滞后于太阳的位置，将电机控制脉冲定义为更长或以更高频率输出。

优选地，避免向后的步骤，从而驱动方向总是与太阳的运动方向相匹配。对于两轴系统，方位角总是旋转向西，并且仰角总是在上午朝向天顶，在下午朝向水平方向。

只要使用连续驱动的电机执行位置调节，电机将相应地减速或加速，但是，方向的改变可忽略。避免向后驱动对于避免最大功率点周围的不希望的瞬态变化或连续振荡是有利的。此外，这防止整个系统尤其是电机发生不必要的往复运动，从而节省能量并延长寿命。

基本上，功率最大化的原理与双向运动不相容。在系统启动时跟踪器位置相对于太阳超前或转变的情况下，优选地，可提供这样的双向的方法来加速搜寻最大功率点的过渡时间。此处，跟踪器在第一次到达太阳能发电机的角度接收窗口后双向运动。

在上面的描述中，已经简要地讨论了电MPPT和机械MPPT的区别。通常，太阳能单元总是使用MPPT操作，具有如上讨论的在它们的最大功率处操作的效果。为了避免与本发明描述的机械MPPTm混淆，此处将MPPT称为MPPTe。

如果在本发明的系统中使用MPPTe和MPPTm(本发明的方法)两者，将改变太阳能发电机的电压或跟踪器的机械位置。由于两个调节过程的任一个都是为了最大化电功率，因此此种实施例的意图是这些方法彼此互不影响或干涉。由于调节量是不同的，并且在正常情况下彼此之间仅有非常小的影响，因此，优选地，两个调节器不同时地改变它们的控制变量。跟踪器旋转轴和太阳能发电机的电压的同时改变将影响不容易被分离的两个调节器。除了同时改变跟踪器位置和DC电压之外，不适当地选定的运行时间或测量范围可能妨碍调节器的分离，例如：

MPPTm方法可以是静止的，而MPPTe改变机械静止期间的电压。

MPPTe将机械运动之前的功率值(U＝U1)和机械运动之后的值(U＝U2)比较，并且根据P＝f(U)的性能采取错误的决策，因为P由于机械运动已经改变。

因此，优选地，在MPPTe和MPPTm之间提供时间分离，保证MPPTe和MPPTm不同时改变控制变量。具有电压或位置变量之间的各自的下降时间的两个调节器的补偿操作足够避免调节器的相互影响。

图6示出用于具有方位和高度的两轴跟踪器的MPPTe和MPPTm的时间曲线的例子。图6示出描述根据本发明的教导的用于最大化功率利用的方位和高度角的调整的时间曲线，其中各个MPPTe部分彼此之间连接以保证太阳能模块在它们的最大功率处操作。调节器循环的整个时间周期是10秒。根据本发明的教导，在时间域142中的第一部分140的期间内，通过用于跟踪太阳能装置的跟踪器电机的驱动脉冲的各个脉冲宽度调制在0-2秒的时间周期内执行跟踪器的各个方位调整。在0.3秒的下降时间后，实现MPPTe具有每个0.5秒的时间周期。再然后为下降时间。在第一部分140之后，跟随的是第二部分144，第二部分144后在开始部分146用于将跟踪器调节至太阳，现在根据本发明的教导，使用用于跟踪太阳能装置的跟踪器电机的驱动脉冲的各个脉冲宽度调制来调节高度角，如部分146中所示。在两个下降时间之间夹入MPPTe部分。如箭头148所示，这个过程是重复的。