帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區併網光伏發電系統的製作方法
2023-07-13 14:22:31
本實用新型涉及光伏發電系統的太陽方位跟蹤，特別涉及一種帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區併網光伏發電系統。
背景技術：
隨著我國經濟的持續高速發展，能源供應形勢日趨緊張，無論是增加國內能源供應還是利用國外資源，都面臨巨大壓力，能源需求的快速增長對資源的可供量、環境承擔能力，以及國家能源安全都提出了嚴峻的挑戰。2007年8月，《中國可再生能源中長期發展規劃》( 以下簡稱《規劃》) 頒布實施，《規劃》致力於再生能源的利用，全力開發化石能源的替代品。其中，太陽能具有儲量豐富、無需運輸、無汙染三大優點而廣受關注，《規劃》明確沙漠併網發電為光伏發電的重點；但太陽能也有兩個缺點：一是能量密度低；二是強度和方向的不確定性，以及光照固有的間歇性。總之，光伏發電產業化基礎較好，亟待解決的是成本過高難題。
併網光伏系統的發電量取決於太陽輻照度、太陽能電池板和逆變器的效率。商品化電池板的轉化效率最高為 15.7％ -19.2％，現有技術條件下提高轉化率已非常困難；逆變器變換效率高達 90％以上，提升空間有限，採用太陽方位跟蹤技術獲取儘可能多的太陽能是增加光伏系統發電量的有效途徑。
目前，光伏發電系統中使用的太陽方位自動跟蹤主要有以下三種方法：光電跟蹤，天文跟蹤，光電結合天文跟蹤。光電跟蹤大多採用四象限光敏傳感器檢測太陽方位，控制跟蹤裝置追蹤太陽，屬閉環控制 ；光電跟蹤精度高，但多雲情況下會出現盲走，而且對光敏傳感器的一致性、日常維護、信號處理的長期穩定性等均提出近乎苛刻的要求。天文跟蹤根據地球和太陽的相對運動規律，計算太陽運動軌跡進行跟蹤，屬開環控制 ；天文跟蹤無需傳感器，但存在累積誤差 ；考慮光伏發電裝置支承結構的可靠性，採用地平坐標 ( 太陽高度角和方位角 )是天文跟蹤方法中公認的主流方案。光電結合天文跟蹤則將光電和天文跟蹤結合在一起，兩種方式互為補充。太陽方位自動跟蹤技術的代表性研究成果如下 ：
1.發明專利「大型防風自動跟蹤太陽採光裝置」( 專利號 ZL02112553.8)，提出太陽高度角和方位角的天文跟蹤方法。
2. 發明專利「太陽自動跟蹤電路」( 申請號 200610116616.0)，提出採用光敏傳感器的光電跟蹤方法。
3. 發明專利「一種用於光伏發電的太陽方位自動跟蹤方法及裝置」( 申請號200910152899.8)，提出光電跟蹤和太陽運動軌跡跟蹤相結合的全天候二維太陽方位自動跟蹤方法。
4. 發明專利「基於無線網絡的自動跟蹤式光伏發電站監控系 統」(申請號200910153384.x)，提出採用獨立的光信號變送器獲取太陽光強度、太陽光角度數據，經ZigBee網絡分發變送器跟蹤數據，ZigBee同時收集光伏發電裝置的工作參數，並經 GPRS網絡遠傳至監控中心。
公告號為CN201774274U的中國專利，一種帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區併網光伏發電系統，包括遠程控制中心、TD-SCDMA 3G 公網和局部範圍的 ZigBee 無線網絡三部分 ；ZigBee 無線網絡由 1 至N 個光伏發電子系統的 ZigBee 節點與光伏發電主系統的 ZigBee 協調器組成，光伏發電主系統的 ZigBee 協調器包括控制器主控裝置 S3C2440、電能計量裝置ADE7169、步進電機驅動裝置TA8435、TD-SCDMA 無線裝置TDM330、ZigBee 協調器通信裝置 CC2430 和無線 USB 裝置 CYWUSB6935，光伏發電子系統的 ZigBee 節點包括主控裝置 S3C2440、ZigBee 節點通信裝置 CC2430 和電能計量裝置 ADE7169，各光伏發電系統子系統藉助局部範圍的 ZigBee 無線網絡交換信息；遠程控制中心通過 Internet、運營商的GGSN 網關與 TD-SCDMA 相連，GGSN網關對Internet、TD-SCDMA 數據包進行協議轉換 ；TD-SCDMA 經光伏發電主系統的 ZigBee/TD-SCDMA 網關接入 ZigBee 網絡，光伏發電主系統ZigBee協調器兼作 ZigBee/TD-SCDMA網關 ；光伏發電主系統的內部裝置連接關係為：光伏陣列依次與併網變換器、電網相連，光伏陣列依次與步進電機、步進電機驅動裝置相連，併網變換器與電能計量裝置相連，主控裝置分別與步進電機驅動裝置、併網變換器、電能計量裝置、電網、ZigBee 協調器通信裝置、無線 USB 裝置、TD-SCDMA 通信裝置相連，並經 TD-SCDMA 通信裝置接入 TD-SCDMA 公網 ；光伏發電子系統的內部裝置連接關係為：光伏陣列依次與併網變換器、電網相連，光伏陣列依次與步進電機、步進電機驅動裝置相連，併網變換器與電能計量裝置相連，主控裝置分別與步進電機驅動裝置、併網變換器、電能計量裝置、電網、ZigBee 節點通信裝置相連。具有上述四個專利的共同優點，並進行了改進，但其在使用過程中依舊存在一些問題，例如在太陽能光伏板長時間使用的過程中，步進電機可能會出現損壞等問題，導致主控裝置對步進電機發出控制信號時，而步進電機卻沒有受控於控制信號或者沒有接收到控制信號而導致其沒有進行動作，但工作人員會認為此時步進電機已經動作了，對步進電機或者控制電路的損壞並不知情。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區併網光伏發電系統，能夠在步進電機不處於正常工作時進行提醒。
本實用新型的上述目的是通過以下技術方案得以實現的：
一種帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區併網光伏發電系統，包括與光伏陣列連接用於採集其電能輸出的電能計量裝置、主控裝置、用於控制光伏陣列角度的步進電機和與主控裝置無線通信連接的遠程控制中心，所述的主控裝置根據電能計量裝置採集到的光伏陣列的發電信息控制步進電機進行轉動，遠程控制中心通過主控裝置控制步進電機進行轉動，所述的主控裝置與步進電機之間設置有步進電機驅動裝置，所述的併網光伏發電系統設置有第一採樣裝置和第二採樣裝置，所述的第一採樣裝置與所述的電機驅動裝置並列設置，第一採樣裝置與電機驅動裝置同時接收到主控裝置的驅動信號，第二採樣裝置與步進電機所在迴路串聯設置，第二採樣裝置與步進電機可同時上電。
通過採用上述技術方案, 電能計量裝置能夠採集光伏陣列的發電量，主控裝置可將發電量傳遞至遠程控制中心，位於遠程控制中心的工作人員可通過主控裝置控制步進電機對光伏陣列的角度進行調節，使其能夠處於此時最大發電功率的角度，使其發電率最大，當第一採樣裝置接收到主控裝置的驅動信號時，第二採樣裝置應該同時上電，如果沒有同時進行，則證明此時步進電機或者步進電機控制電路已經損壞，光伏陣列已不能夠進行角度的轉變，工作人員應該進行維修。
本實用新型可進一步設置為，所述的第一採樣裝置設置有與其相應的第一指示裝置，位於所述的控制中心，當第一採樣裝置接收到主控裝置發出的驅動信號後，第一指示裝置進行指示。
通過採用上述技術方案，當第一採樣裝置接收到驅動信號後第一指示裝置能夠進行顯示。
本實用新型可進一步設置為，所述的第二採樣裝置設置有與其相應的第二指示裝置，位於所述的控制中心，當第二採樣裝置上電後，第二指示裝置進行指示。
通過採用上述技術方案，當第二採樣裝置上電後第二指示裝置能夠進行指示。
本實用新型可進一步設置為，所述的步進電機驅動裝置包括型號為TA8435的晶片，用於受控於主控裝置控制所述步進電機進行工作。
通過採用上述技術方案，型號為TA8435的晶片能夠對步進電機起到良好的控制效果。
本實用新型可進一步設置為，所述的主控裝置包括型號為S3C2440的晶片，分別與電能計量裝置、步進電機驅動裝置和遠程控制中心連接。
通過採用上述技術方案，型號為S3C2440的晶片能夠對步進電機驅動裝置實現控制，並將電能計量裝置採集的光伏陣列發電信息傳遞至遠程控制中心。
本實用新型可進一步設置為，所述的主控裝置連接有TD-SCDMA通信裝置，TD-SCDMA通信裝置通過公網與遠程控制中心建立連接。
通過採用上述技術方案，主控裝置通過TD-SCDMA通信裝置與遠程控制中心建立連接，實現遠程控制中心對主控裝置的控制。
本實用新型可進一步設置為，所述的第一採樣裝置連接有第一信號發射裝置，所述的第一指示裝置連接有第一信號接收裝置，當所述的第一採樣裝置接收到驅動信號後第一信號發射裝置發送第一指示信號至第一信號接收裝置，第一接收裝置接收第一指示信號並將其傳遞至第一指示裝置，所述的第一指示裝置受控於所述的第一指示信號進行顯示。
通過採用上述技術方案，通過第一信號發射裝置和第一信號接收裝置進行配合，實現當第一採樣裝置接收驅動信號後第一指示裝置進行遠程顯示，方便工作人員觀看，對比。
本實用新型可進一步設置為，所述的第二採樣裝置連接有第二信號發射裝置，所述的第二指示裝置連接有第二信號接收裝置，當所述的第二採樣裝置上電後第二信號發射裝置發送第二指示信號至第二信號接收裝置，第二信號接收裝置接收第二指示信號並將其傳遞至第二指示裝置，所述的第二指示裝置受控於所述的驅動信號進行顯示。
通過採用上述技術方案，通過第二信號發射裝置和第二信號接收裝置進行配合，實現當第二採樣裝置上電後第二指示裝置進行遠程顯示，方便工作人員觀看，對比。
綜上所述，本實用新型具有以下有益效果：
電能計量裝置能夠採集光伏陣列的發電量，主控裝置可將發電量傳遞至遠程控制中心，位於遠程控制中心的工作人員可通過主控裝置控制步進電機對光伏陣列的角度進行調節，使其能夠處於此時最大發電功率的角度，使其發電率最大，當第一採樣裝置接收到主控裝置的驅動信號時，第二採樣裝置應該同時上電，如果沒有同時進行，則證明此時步進電機或者步進電機控制電路已經損壞，光伏陣列已不能夠進行角度的轉變，工作人員應該進行維修，通過第二信號發射裝置和第二信號接收裝置進行配合，實現當第二採樣裝置上電後進行遠程顯示，方便工作人員觀看，對比，通過第二信號發射裝置和第二信號接收裝置進行配合，實現當第二採樣裝置上電後進行遠程顯示，方便工作人員觀看，對比。
附圖說明
圖1是沙漠地區併網光伏發電系統結構示意圖。
圖中，110、光伏陣列；120、併網交換器；130、電網；140、電能計量裝置；150、主控裝置；160、步進電機；161、步進電機驅動裝置；170、TD-SCDMA通信裝置；171、TD-SCDMA公網；180、遠程控制中心；210、第一採樣裝置；220、第一信號發射裝置；230、第一信號接收裝置；240、第一指示裝置；250、第二採樣裝置；260、第二信號發射裝置；270、第二信號接收裝置；280、第二指示裝置。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
一種帶有太陽方位跟蹤裝置的沙漠地區併網光伏發電系統，如圖1所示其結構示意圖，包括與光伏陣列110連接用於採集其電能輸出的電能計量裝置140、主控裝置150、用於控制光伏陣列110角度的步進電機160和與主控裝置150無線通信連接的遠程控制中心180，主控裝置150根據電能計量裝置140採集到的光伏陣列110的發電信息控制步進電機160進行轉動，遠程控制中心180通過主控裝置150控制步進電機160進行轉動，主控裝置150與步進電機160之間設置有步進電機驅動裝置161。步進電機驅動裝置161包括型號為TA8435的晶片，用於受控於主控裝置150控制所述步進電機160進行工作。主控裝置150包括型號為S3C2440的晶片，分別與電能計量裝置140、步進電機驅動裝置161和遠程控制中心180連接，型號為S3C2440的晶片能夠對步進電機驅動裝置161實現控制，並將電能計量裝置140採集的光伏陣列110發電信息傳遞至遠程控制中心180。光伏陣列110通過併網交換器120連接電網130，將光伏陣列110發的電通過電網130傳輸至用電用戶。
主控裝置150連接有TD-SCDMA通信裝置170，TD-SCDMA通信裝置170通過TD-SCDMA公網171與遠程控制中心180建立連接，主控裝置150通過TD-SCDMA通信裝置170與遠程控制中心180建立連接，實現遠程控制中心180對主控裝置150的控制。
併網光伏發電系統設置有第一採樣裝置210和第二採樣裝置250，第一採樣裝置210與步進電機驅動裝置161並列設置，第一採樣裝置210與步進電機驅動裝置161同時接收到主控裝置150的驅動信號，第二採樣裝置250與步進電機160所在迴路串聯設置，第二採樣裝置250與步進電機160可同時上電。
第一採樣裝置210設置有與其相應的第一指示裝置240，位於控制中心，當第一採樣裝置210接收到主控裝置150發出的驅動信號後，第一指示裝置240進行指示，第二採樣裝置250設置有與其相應的第二指示裝置280，位於控制中心，當第二採樣裝置250上電後，第二指示裝置280進行指示，當第二採樣裝置250上電後第二指示裝置280能夠進行指示。
第一採樣裝置210連接有第一信號發射裝置220，第一指示裝置240連接有第一信號接收裝置230，當第一採樣裝置210接收到驅動信號後第一信號發射裝置220發送第一指示信號至第一信號接收裝置230，第一信號接收裝置230接收第一指示信號並將其傳遞至第一指示裝置240，第一指示裝置240受控於第一指示信號進行顯示，通過第一信號發射裝置220和第一信號接收裝置230進行配合，實現當第一採樣裝置210接收驅動信號後第一指示裝置240進行遠程顯示，方便工作人員觀看，第二採樣裝置250連接有第二信號發射裝置260，第二指示裝置280連接有第二信號接收裝置270，當第二採樣裝置250上電後第二信號發射裝置260發送第二指示信號至第二信號接收裝置270，第二信號接收裝置270接收第二指示信號並將其傳遞至第二指示裝置280，第二指示裝置280受控於驅動信號進行顯示，通過第二信號發射裝置260和第二信號接收裝置270進行配合，實現當第二採樣裝置250上電後第二指示裝置280進行遠程顯示，對比。進而得知步進電機160是否處於正常工作的狀態，如果步進電機160不處於正常工作狀態，工作人員及時對其進行維修。
第一信號發射裝置220與第一信號接收裝置230可通過基站進行無線連，第二信號發射裝置260與第二信號接收裝置270可通過基站進行無線連接。
第二採樣裝置250可為電流檢測裝置，由於第二採樣裝置250與步進電機160串聯設置，當步進電機160正長工作時，第二採樣裝置250和步進電機160流過相同的電流，電流檢測裝置輸出第一指示信號。
第一採樣裝置210可為信號接收器，接收到主控裝置150的驅動信號後輸出第一指示信號至第一信號發射裝置220。
光伏陣列110的發電功率與陽光照射的面積有關，當太陽在轉動的過程中如果光伏陣列110不隨之轉動，就會導致光伏陣列110的有效受光照面積減小，導致其發電量減小；當太陽在轉動的過程中如果光伏陣列110隨之轉動，使光伏陣列110的有效受光照面積不會改變，使其發電量不會改變；所以主控裝置150根據電能計量裝置140輸入的電能進行統計，如果與上一段時間相比此時光伏陣列110發電量或者發電功率減小後，控制步進電機160進行轉動進而帶動光伏陣列110轉動，增大光伏陣列110能被太陽光照射的有效面積，增加發電量或者發電功率。
本具體實施例僅僅是對本實用新型的解釋，其並不是對本實用新型的限制，本領域技術人員在閱讀完本說明書後可以根據需要對本實施例做出沒有創造性貢獻的修改，但只要在本實用新型的權利要求範圍內都受到專利法的保護。