光伏发电自动跟踪系统技术方案

本发明专利技术公开了光伏发电自动跟踪系统，由控制器、光强检测电路、步进电机和电机驱动组成；控制器根据光强检测电路检测到的信号进行处理后，经电机驱动电路输入至步进电机，进而驱动外部执行机构；微控制器完成光电跟踪和视日运动轨迹跟踪；首先进行初始化，然后通过监测光伏电池两端电压判断天气，若测得的电压超出阈值,则进行光电跟踪，否则自动转向视日运动轨迹跟踪。两种跟踪方式的结合，解决了现有光伏发电跟踪系统光电转换效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光伏发电领域，具体涉及光伏发电自动跟踪系统。
技术介绍
除了采用新的工艺和材料对光伏电池本身进行改进之外，采用适当的控制方式对光伏系统进行控制，使其能够更高效的利用太阳能是未来发展的一个重要趋势。光伏发电自动跟踪技术就是利用控制方法对光伏发电系统进行控制，使光伏电池板始终对准太阳，以提升发电系统的效率。未来的太阳跟踪装置应采用全自动跟踪。全自动太阳跟踪装置采用地平坐标系和双轴跟踪原理，机构设计朝着高灵活性、多维、大范围跟踪角度方向发展，用有限的光伏电池板接收更多的太阳辐射能量，降低光伏发电的成本。控制采用光、机、电一体化技术，通过对太阳光强弱的检测，实现对太阳的全自动跟踪，可广泛应用于农业、电信、气象等领域。跟踪装置由光敏探头检测太阳光强，通过跟踪控制器，采用模拟压差原理进行比较，发出命令，驱动机械部分转动。位置开关使跟踪装置的跟踪准确度高，范围宽，有自动返回功能。
技术实现思路
本专利技术提供光伏发电自动跟踪系统，解决现有光伏发电跟踪系统光电转换效率低的问题。本专利技术通过以下技术方案解决上述问题:光伏发电自动跟踪系统，由控制器、光强检测电路、步进电机和电机驱动组成；所述控制器用于根据光强检测电路检测到的信号进行处理后，经电机驱动电路输入至步进电机，进而驱动外部执行机构；光强检测电路用于将光敏传感器输出的电信号进行放大比较，然后将偏差信号送到控制器进行处理，从而控制执行部件对太阳的高度角和方位角进行跟踪；电机驱动根据控制器发出的脉冲信号驱动步进电机，驱动步进电机转动相应的角度；步进电机在电机驱动的驱动下，按设定的方向转动一个固定的角度。上述方案中，所述控制器的外围电路包括电源、串行通信、A/D转换模块和分频电路；所述电源采用性能稳定的三端稳压集成电路H7805来实现电压转换，采用ICL7660芯片及外围电路进行正负5V电压之间的变换；所述串行通信采用MAX232芯片实现电平转换；所述A/D转换模块采用ICL7135 ;所述分频电路采用芯片74HC393。上述方案中，所述微控制器完成光电跟踪和视日运动轨迹跟踪；首先进行初始化，然后通过监测光伏电池两端电压判断天气，若测得的电压超出阈值，则进行光电跟踪，否则自动转向视日运动轨迹跟踪。上述方案中，所述光电跟踪通过光强度检测电路获取的信息，微控制器发出控制脉冲使步进电机Ml正转，由于太阳水平方向的运动方向为自东向西，因此电机Ml无需反转就能完成方位角跟踪；电机Ml转动直到在水平方向对准太阳，即水平方向光强检测电路的输出端电压为高电平为止；由于太阳的高度角是先增大再减小，即太阳先升高再下降，因此电机M2在上午的时段顺时针旋转，而在下午的时段要沿逆时针旋转，通过控制器的P1.2和P1.3 口可进行电机的控制，P1.2为低电平，电机正转，PL1.3为低电平，电机反转；进入跟踪结果的验证阶段，光敏传感器DO及周围元件组成的验证电路将对跟踪的结果进行检验，如果跟踪结果符合要求，程序会进入待机状态，等待下一次跟踪；但如果跟踪结果超出了规定的范围，验证电路将会把控制器P1.0端口的电平拉低，就又会转入跟踪状态，重新进行方位角和高度角的跟踪，直到验证结果符合要求为止。上述方案中，所述视日运动轨迹跟踪模式采用地平坐标系，通过输入的时间、玮度和太阳赤玮角的查询，根据步进电机的步距角计算出需要的脉冲个数，然后控制器发送相应数量的脉冲信号到电机驱动器，驱动电机转动相应的角度。本专利技术的优点与效果是:本专利技术由控制器、光强检测电路、步进电机和电机驱动组成；控制器根据光强检测电路检测到的信号进行处理后，经电机驱动电路输入至步进电机，进而驱动外部执行机构；微控制器完成光电跟踪和视日运动轨迹跟踪；首先进行初始化，然后通过监测光伏电池两端电压判断天气，若测得的电压超出阈值，则进行光电跟踪，否则自动转向视日运动轨迹跟踪。两种跟踪方式的结合，解决了现有光伏发电跟踪系统光电转换效率低的问题。【具体实施方式】以下结合实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术并不局限于这些实施例。本专利技术主要由控制器、光敏管、光强检测电路、步进电机、电机驱动等组成。本专利技术的硬件电路主要包括:系统配置，即按照系统功能要求配置外围设备；系统扩展，即当控制器内部的功能单元，如ROM，RAM，F0等容量不能满足系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。在系统的配置和扩展设计中，应遵循以下三个原则:1、片外扩展时尽可能选择典型电路，使硬件系统标准化。系统的配置除了满足基本功能之外，应留有一定余地，便于二次开发；2、系统中相关器件要尽可能做到性能匹配。硬件结构应结合应用软件方案一起考虑；3、要充分考虑可靠性及抗干扰能力，避免器件之间相互影响；控制器外接电路较多时，必须考虑其驱动能力。在本专利技术中，通过控制器的外围电路采集模拟量和开关量并输入到控制器的控制口，经过处理后输出到执行部件进行相应的动作，完成整个系统的控制。控制器为STC89C52RC，工作电压范围为5.5V-3.4V，而蓄电池的输出电压要远高于5V，因此需要设计一个能够满足控制器工作要求的电源电路为控制器提供稳定的电源。电源电路除了有传统的稳压、滤波、隔离防干扰功能外，还应具有抗电源瞬态欠压、防止瞬间脉冲干扰和掉电等功能，才能保证控制器在恶劣的环境中不出现故障。因此，采用性能稳定的三端稳压集成电路H7805来实现电压转换。三端稳压集成电路H7805有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。用H7805来组成稳压电源所需的外围元件很少，只需要4个电容，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便。在实际应用中，在三端稳压集成电路上安装足够大的散热器，当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。电路的输入为蓄电池的输出电压，输出为5V，作为控制器电源。要实现自动跟踪控制系统的功能，还需要-5V电源，采用的ICL7660芯片及外围电路进行正负5V电压之间的变换。串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上，以每次一个二进制位移动的，它只需一对传输线进行传送信息，因此其成本低，适用于远距离通信。串行通信有异步通信和同步通信两种基本通信方式，同步通信适用于传送速度高的情况，其硬件复杂，而异步通信应用于传送速度在50到19200波特之间，是比较常用的传送方式。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232C标准是目前最常用的一种串行通讯标准，该标准适用于数据通讯设备和数据终端设备间的串行二进制通信，最高数据传送速率可达19.2kbps,最长传送电缆可达15米，RS-232C标准定义了 25根引线，对于一般的双向通信，只需使用串行输入RXD，串行输出TXD和地线GND，RS 一 232C标准的电平采用负逻辑，规定+3V?+15V之间的任意电平为逻辑“0”电平，-3V?-15V之间的任意电平为逻辑“1”电平，与TTL和CMOS电平是不同的，在接口电路和计算机接口芯片中大都为TTL或CMOS电平，所以在通信时，必须进行电平转换，以便与RS-232C标准的电平匹配，MAX232芯片可以完成电平转换。...

【技术保护点】
光伏发电自动跟踪系统，其特征在于：由控制器、光强检测电路、步进电机和电机驱动组成；所述控制器用于根据光强检测电路检测到的信号进行处理后，经电机驱动电路输入至步进电机，进而驱动外部执行机构；光强检测电路用于将光敏传感器输出的电信号进行放大比较,然后将偏差信号送到控制器进行处理,从而控制执行部件对太阳的高度角和方位角进行跟踪；电机驱动根据控制器发出的脉冲信号驱动步进电机,驱动步进电机转动相应的角度；步进电机在电机驱动的驱动下，按设定的方向转动一个固定的角度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡国旺，
申请(专利权)人：胡国旺，
类型：发明
国别省市：广西;45