太陽能發電的跟蹤控制方法及其跟蹤控制裝置的製作方法

2023-06-06 13:29:36

專利名稱：太陽能發電的跟蹤控制方法及其跟蹤控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能發電的控制方法及其控制裝置，尤其涉及一種太 陽能發電的跟蹤控制方法及其跟蹤控制裝置。
背景技術：
太陽能是一種極為豐富的綠色能源，太陽能光伏發電能為人類提供可持 續的清潔能源，但其發電成本高、發電效率低已經成為制約其大規模應用的 重要因素。太陽能發電的跟蹤裝置可自動跟蹤太陽，增加太陽電池的日發電 量，從而降低系統的平均成本。太陽能發電的跟蹤裝置目前尚處於研究的初級階段，其技術還遠未成熟。 現有的技術方案的基本原理是根據具體地點的地理位置和時間信息計算出 太陽的位置，將它和太陽能電池板的實際位置作比較，從而產生相應的輸出 信號驅動機械裝置，使太陽光垂直照射到太陽能電池板的表面上。其技術方 案主要體現在以下幾個方面首先要對太陽位置進行檢測雖然太陽的位置 時刻都在發生變化，但其運行有嚴格的規律性。在地平坐標系中，太陽的位 置可由高度角or禾口方位角^確定，並且有sinor = sin3sin^ + cos5cos^cos ， cosy = (sinasin^-sin。/cosacos0 (其中^為太陽赤諱角，^為當地的諱度角， w為時角)。太陽的赤緯角和時角可由具體的時刻確定，緯度角由具體的地點 可確定，因此，根據具體的地理位置信息和時間信息可以確定太陽的實際位電池板的具體位置，將其與太陽實際位置進行比較， 確定旋轉角度，控制驅動裝置動作即可調節太陽能電池板轉動的速度和角度。 這種控制裝置存在以下問題1、使用不靈活上述裝置通過輸入當地的經緯 角和時間等信息才可以確定太陽的位置，這對於使用者來說十分不方便，也 很不靈活。2、跟蹤精度差上述裝置採用時鐘模塊來確定實際的時間，它本 身就可能有累積誤差，並且每一天的日照時間並不完全一樣，所以計算出的 太陽位置就不會準確，因此這種方法會帶來較大的跟蹤誤差。發明內容本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的上述缺陷，提供一種操作 簡便、轉動位置精確、能實現自動控制的太陽能發電跟蹤控制方法。本發明進一步要解決的技術問題是提供一種結構簡單、檢測精度高、成 本低的太陽能發電的跟蹤控制裝置。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是太陽能發電的跟蹤控制方 法，包括以下步驟(1 )、依據太陽電池的實時輸出功率大小自動選擇使用最大功率跟蹤模 式或定時跟蹤模式；(2) 、運行最大功率跟蹤模式時，根據檢測到的太陽能電池輸出功率變 化情況來確定太陽電池板的跟蹤方向，驅動太陽能電池板按該方向轉動；(3) 運行定時跟蹤模式時，根據當前時間和檢測到的太陽能電池板的當 前位置信號，控制驅動太陽能電池板轉動及轉動方向；太陽能發電的跟蹤控制方法還包括採集記錄太陽能發電裝置的工作狀態 和太陽能電池的輸出功率，並和上位機實現數據交換和遠程控制的步驟。步驟(1)中，設定一個太陽電池實時輸出功率的對照值，檢測太陽電池實時輸出功率大於對照值時，自動切換到最大功率跟蹤模塊；檢測太陽電池 輸出功率小於對照值時，自動切換到定時跟蹤模式；檢測太陽電池輸出功率 接近為零時，控制電機驅動太陽電池處於垂直狀態後停止工作。步驟(2)中，在一個時刻對太陽電池的短路電流進行採樣，將該採樣值 與前一個時刻的採用值比較，該採樣值大於前一個時刻的採樣值時，太陽電 池的輸出功率增大，控制驅動太陽能電池板按前一個時刻的轉動方向轉動； 否則，反方向轉動。一種太陽能發電的跟蹤控制裝置，包括集中控制模塊、用於檢測太陽能 電池板的實際轉動位置的位置檢測模塊、檢測太陽能電池實時輸出功率的陣 列檢測模塊、控制電機動作的電機控制模塊，集中控制模塊接收到位置檢測 模塊或陣列檢測模塊的檢測信號後，輸出控制信號給電機驅動模塊控制電機 動作，使太陽能電池板跟蹤太陽轉動。該太陽能發電的跟蹤控制裝置還包括用於顯示及實現太陽能電池板轉動 的手動或自動控制的鍵盤操作及顯示模塊、用於採集並記錄太陽能發電裝置 的工作狀態和太陽能電池的輸出功率的通訊模塊，鍵盤操作及顯示模塊、通 訊模塊分別與集中控制模塊連接，數據通訊模塊還實現與上位機的數據交換 和遠程控制數據的功能。所述陣列檢測模塊為太陽照射角度傳感器。所述太陽照射角度傳感器為設置在太陽能電池板上的一塊太陽能電池。 所述位置檢測模塊為位置檢測傳感器。所述的位置檢測傳感器包括設置在太陽能發電裝置的機械轉動機構上的 光電傳感器、編碼器。本發明的跟蹤方法是根據天氣狀況不同，帶來的太陽電池的實時輸出功 率大小不同自動選擇最大功率跟蹤模式、定時跟蹤模式兩種跟蹤模式，使太 陽能電池板最大程度接受太陽光照射，保證太陽能電池板的每一次偏轉都能 使發電裝置獲得更大的能量輸出，提高了光電轉換效率。運行定時跟蹤模式時，根據當前時間和檢測到的太陽能電池板的當前位 置信號，控制驅動太陽能電池板轉動及轉動方向；運行最大功率跟蹤模式時， 根據檢測到的太陽能電池輸出功率的變化情況來確定太陽電池的跟蹤方向， 並驅動太陽能電池板轉動；並且有數據採集和遠程監控功能，可以實現本地 和遠程數據傳輸和控制。該方法容易操作、價格便宜，易實現。本發明的跟蹤裝置可分別設有位置檢測模塊、陣列檢測模塊，根據不同 的天氣狀況，可轉換兩種工作模式 一種是在多雲天氣太陽光不是很強烈時， 採用位置檢測模塊的定時跟蹤模式，即按照當地的實際日照時間決定太陽能 電池板的機械機構動作的間隔時間和偏轉角度，使太陽能電池板隨著太陽偏 轉而偏轉；二是在陽光較為強烈時，採用陣列檢測模塊的最大功率點跟蹤模 式，即太陽能電池板的偏轉以系統輸出最大功率為主要依據，保證太陽能電 池板的每一次偏轉都能使發電裝置獲得更大的能量輸出，當檢測太陽電池輸 出功率接近為零時，控制電機驅動太陽電池處於垂直狀態後停止工作。該裝 置結構簡單、檢測精度高、成本低。本發明採用一塊在太陽能電池板是設置的小型太陽電池作為檢測太陽照 射角度的傳感器，通過檢測太陽電池的短路電流和開路電壓，可以準確地判 斷太陽日照的變化和機械結構的偏轉方向。採用太陽電池檢測日照強度的相 對大小，可以避免在不同地點需要設置不同的參數，從而有操作簡便、結構 簡單，檢測精度高等優點；該裝置不需要使用者輸入任何參數，可以自動獲得相關信息並實施位置調節；裝置實時檢測太陽電池的輸出功率作為調節依 據，與日照強度的絕對大小和時間沒有直接關聯，因此不會帶來誤差累積， 控制精度高。本發明的位置檢測模塊是用來檢測太陽能電池板的實際轉動位置，是在 發電裝置的機械機構上設置光電傳感器，光電傳感器構成旋轉編碼器檢測太 陽能電池板的位置，它和給定位置信號形成閉環控制，當機械機構旋轉時， 觸發光電傳感器輸出脈衝，光電傳感器的輸出經過編碼器，形成編碼輸入到 集中控制模塊，兼顧編碼器輸出和驅動信號的方向，集中控制模塊可以準確 判斷太陽能電池板的具體位置。從而使跟蹤裝置更準確地控制機械機構的旋 轉角度。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明實施例的結構框圖；圖2位置檢測模塊的結構示意圖；圖3是本發明實施例電機驅動模塊的結構示意圖；圖4是本發明實施例採用陣列檢測模塊檢測方法的流程圖。
具體實施方式
如圖1所示， 一種太陽能發電的跟蹤控制裝置，包括集中控制模塊，集 中控制模塊分別連接有位置檢測模塊、陣列檢測模塊、電機驅動模塊、鍵盤 操作及顯示模塊、數據通訊模塊。集中控制模塊是整個裝置的控制核心，它 主要負責採集系統信息，通過分析和運算確定太陽能電池板轉動的角度，控制電機的轉動方向和行程；所述位置檢測模塊用於檢測太陽能電池板的實際 轉動位置，陣列檢測模塊用於檢測太陽能電池實時輸出功率信號，集中控制 模塊接收到位置檢測模塊或者陣列檢測模塊的信號後，集中控制模塊將控制 信號傳輸給電機驅動模塊控制電機動作，使太陽能電池板跟蹤太陽轉動；鍵 盤操作及顯示模塊用於實現機械結構旋轉的手動和自動控制，並顯示裝置的 實時工作狀態；數據通訊模塊用於採集並記錄裝置的工作狀態和太陽能電池 的輸出功率，並和上位機實現數據交換和遠程控制。所述陣列檢測模塊包括檢測電路、太陽照射角度傳感器，所述太陽照射 角度傳感器為設置在太陽能電池板上的一塊太陽能電池。如圖2所示，所述位置檢測模塊主要包括位置檢測傳感器，所述的位置 檢測傳感器包括光電傳感器、編碼器，所述的光電傳感器設置在裝置的機械 傳動結構上。當裝置的機械機構旋轉時，觸發光電傳感器輸出脈衝，光電傳 感器的輸出經過編碼器形成編碼，輸入到集中控制模塊，兼顧編碼器輸出和 驅動信號的方向，集中控制模塊可以準確判斷太陽能電池板的具體位置。如圖3所示為電機驅動模塊原理示意圖，電機驅動模塊是專門用來驅動電 機的，由電機帶動太陽能電池板的機械轉動機構，使太陽能電池板按照預定 的規律轉動，本發明採用半波整流技術帶動直流電機，只需控制G1和G2兩 個控制信號即可控制其旋轉方向和角度。實現電機的正反轉，從而驅動機械 轉動機構逆時針和順時針轉動，並能控制轉動角度，該結構簡單。太陽能發電的跟蹤控制方法，包括以下步驟 (1)、設定一個太陽電池實時輸出功率的對照值，檢測太陽電池實時輸 出功率大於對照值時，自動切換到最大功率跟蹤模塊；檢測太陽電池輸出功率小於對照值時，自動切換到定時跟蹤模式；檢測太陽電池輸出功率接近為 零時，控制電機驅動太陽電池處於垂直狀態後停止工作。(2) 、運行最大功率跟蹤模式時，如圖4所示，在第k個時刻對陣列檢 測模塊中太陽電池的短路電流進行採樣，設採樣值為I(k)，將信號傳輸給集 中控制模塊，集中控制模塊將I(k)和第k-l個時刻的採用值I(k-l)相比較， 若I(k)〉 I(k-l)，表示在k-1時刻的轉動使得太陽電池的短路電流增加，也 即太陽照在電池板上的垂直分量增大，太陽電池的輸出功率也增大，集中控 制模塊將控制信號傳輸給電機驅動模塊，控制電機按照k-l時刻的轉動方向 旋轉；若l(k)〈 I(k-l)，表示在k-l時刻的轉動使得太陽電池的短路電流減 小，也即太陽照在電池板上的垂直分量減小，太陽電池的輸出功率也減小， 因此，在第k時刻應驅動電機按第k-l時刻的轉動方向的相反方向旋轉。(3) 、運行定時跟蹤模式時，根據設定的時間間隔，當設定時間到時， 位置檢測模塊檢測太陽能電池板的實際位置信號，將位置信號傳輸給集中控 制模塊，集中控制模塊將控制信號傳輸給電機驅動模塊，控制電機驅動太陽 能電池板轉動。(4) 、數據通訊模塊採集並記錄裝置的工作狀態和太陽能電池的輸出功 率，並和上位機實現數據交換和遠程控制。
權利要求
1、太陽能發電的跟蹤控制方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)、依據太陽電池的實時輸出功率大小自動選擇使用最大功率跟蹤模式或定時跟蹤模式；(2)、運行最大功率跟蹤模式時，根據檢測到的太陽能電池輸出功率變化情況來確定太陽電池板的跟蹤方向，驅動太陽能電池板按該方向轉動；(3)運行定時跟蹤模式時，根據當前時間和檢測到的太陽能電池板的當前位置信號，控制驅動太陽能電池板轉動及轉動方向。
2、 根據權利要求l所述的太陽能發電的跟蹤控制方法，其特徵在於，還 包括採集記錄太陽能發電裝置的工作狀態和太陽能電池的輸出功率，並和上 位機實現數據交換和遠程控制的步驟。
3、 根據權利要求1或2所述的太陽能發電的跟蹤控制方法，其特徵在於， 步驟(1)中，設定一個太陽電池實時輸出功率的對照值，檢測太陽電池實時 輸出功率大於對照值時，自動切換到最大功率跟蹤模塊；檢測太陽電池輸出 功率小於對照值時，自動切換到定時跟蹤模式；檢測太陽電池輸出功率接近 為零時，控制電機驅動太陽電池板處於垂直狀態後停止工作。
4、 根據權利要求1或2所述的太陽能發電的跟蹤控制方法，其特徵在於， 步驟(2)中，在一個時刻對太陽電池的短路電流進行採樣，將該採樣值與前 一個時刻的採用值比較，該採樣值大於前一個時刻的採樣值時，太陽電池的 輸出功率增大，控制驅動太陽能電池板按前一個時刻的轉動方向轉動；否則， 反方向轉動。
5、 一種太陽能發電的跟蹤控制裝置，其特徵在於，包括集中控制模塊、用於檢測太陽能電池板的實際轉動位置的位置檢測模塊、檢測太陽能電池實 時輸出功率的陣列檢測模塊、控制電機動作的電機控制模塊，集中控制模塊 接收到位置檢測模塊或陣列檢測模塊的檢測信號後，輸出控制信號給電機驅 動模塊控制電機動作，使太陽能電池板跟蹤太陽轉動。
6、根據權利要求4所述的太陽能發電的跟蹤控制裝置，其特徵在於， 還包括用於顯示及實現太陽能電池板轉動的手動或自動控制的鍵盤操作及顯 示模塊、用於採集並記錄太陽能發電裝置的工作狀態和太陽能電池的輸出功 率的通訊模塊，鍵盤操作及顯示模塊、通訊模塊分別與集中控制模塊連接， 數據通訊模塊還實現與上位機的數據交換和遠程控制數據的功能。
7、 根據權利要求5或6所述的太陽能發電的跟蹤控制裝置，其特徵在於， 所述陣列檢測模塊為太陽照射角度傳感器。
8、 根據權利要求7所述的太陽能發電的跟蹤控制裝置，其特徵在於，所述太陽照射角度傳感器為設置在太陽能電池板上的 一塊太陽能電池。
9、 根據權利要求5或6所述的太陽能發電的跟蹤控制裝置，其特徵在於, 所述位置檢測模塊為位置檢測傳感器。
10、 根據權利要求9所述的太陽能發電的跟蹤控制裝置，其特徵在於， 所述的位置檢測傳感器包括設置在太陽能發電裝置的機械轉動機構上的光電 傳感器、編碼器。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能發電的跟蹤控制方法及其跟蹤控制裝置，方法包括以下步驟依據太陽電池的實時輸出功率大小自動選擇使用最大功率跟蹤模式或定時跟蹤模式；運行定時跟蹤模式時，根據當前時間和檢測到的太陽能電池板的當前位置信號，控制跟蹤；運行最大功率跟蹤模式時，根據太陽能電池輸出功率的變化情況確定機械結構的跟蹤方向；所述裝置包括集中控制模塊、用於檢測太陽能電池板的實際轉動位置的位置檢測模塊、檢測太陽能電池實時輸出功率的陣列檢測模塊。本發明操作簡便、轉動位置精確、能實現自動控制、結構簡單、檢測精度高、成本低。
文檔編號H02N6/00GK101592969SQ200810067499
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優先權日2008年5月30日
發明者飛 王, 雷月龍 申請人:深圳市能聯電子有限公司;中山大學