一种光伏跟踪自动控制系统技术方案

一种光伏跟踪自动控制系统，其GPS模块（2）与CPU模块（6）通过通讯方式连接，GPS模块（2）将所在地的经纬度和时间信息传递给CPU模块（6）；安装在跟踪支架（5）顶面边缘位置的传感器模块（1）将采集到的太阳光强信号经信号滤波模块（3）滤波处理后传给CPU模块（6）；485通讯模块（4）通过通讯方式与CPU模块（6）连接；跟踪输出转换模块（8）将CPU模块（6）输出的逻辑信号转换为驱动跟踪支架（5）上俯仰角旋转电机和水平旋转电机的旋转信号。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种光伏跟踪自动控制系统，其GPS模块（2）与CPU模块（6）通过通讯方式连接，GPS模块（2）将所在地的经纬度和时间信息传递给CPU模块（6）；安装在跟踪支架（5）顶面边缘位置的传感器模块（1）将采集到的太阳光强信号经信号滤波模块（3）滤波处理后传给CPU模块（6）；485通讯模块（4）通过通讯方式与CPU模块（6）连接；跟踪输出转换模块（8）将CPU模块（6）输出的逻辑信号转换为驱动跟踪支架（5）上俯仰角旋转电机和水平旋转电机的旋转信号。【专利说明】一种光伏跟踪自动控制系统
本技术涉及一种点光源跟踪控制系统。
技术介绍
目前光伏发电成本高、效率低是长期制约其高速发展的主要问题，其解决途径之一便是实现光伏组件对太阳的全天候跟踪，使光伏组件始终保持在对太阳辐射能量的最大吸收位置，从而提高发电系统的发电量，达到降低光伏发电成本、提高光伏发电效率的目的。经测算，双轴太阳能跟踪系统比固定式系统的功率输出可增加40%以上。现在的跟踪系统存在诸多弊端，不利于其系统的推广及应用。目前的跟踪系统主要分为两类，传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪。视日运动轨迹跟踪方式通过当地的经纬度计算得到每天太阳的位置，从而实现全天候跟踪，但其精度不高，而且跟踪过程中无法验证太阳能电池板是否正对太阳。一旦安装，就不便移动或装拆，每次移动完就必须重新设定数据和调整各个参数，原理、电路、技术、设备都很复杂，非专业人士不能够随便操作。传感器检测方式通过四象限光敏传感器检测光强信号来追踪太阳位置，优点是结构简单，成本较低，缺点是检测部分的结构影响检测结果的准确度和检测角度的范围小，当太阳能电池板法线方向与太阳方向偏角过大时无法实现跟踪，且传感器跟踪过程中易受其他散射、反射、折射光线的干扰。传感器跟踪方式一般采用四象限光电探测器，其工作原理为:一般将四象限光电探测器置于光学系统焦平面上或稍离开焦平面，如图1c所示，目标光信号经光学系统后在四象限光电探测器上成像，当目标成像不在光轴上时，4个象限上探测器输出的光电信号幅度不相同，比较4个光电信号的幅度大小可以知道目标成像在哪个象限上，也就知道了目标的方位。四象限光电探测器是通过测量来自光源的光斑中心的位置变化，并借助某种算法来同时确定光斑的两个方向的偏移量，将偏移量转换成电机驱动信号驱动电机转动，当光斑中心与四象限光电探测器中心一致时，4个象限阴极产生的阻抗电流都相等，经运算放大器输出为零，两个方向的直线度误差也为零，电机停止转动。这种检测方式的优点是结构简单，成本较低，缺点是镜筒高度影响检测结果的准确度和检测角度的范围大小，当太阳能电池板法线方向与太阳方向偏角过大时，光斑就会出现在四象限之外的镜筒壁上，从而使传感器无法检测到太阳的位置，故而无法实现跟踪。而且受天气影响大，阴雨天则无法对准太阳，甚至引起执行机构的误动作，从而导致所提供的跟踪信号不稳定，选用精度高的传感器，又会增加跟踪成本。专利201010204455.7为一种基于微型计算机的通用型太阳实时自动跟踪控制系统，此专利为纯传感器跟踪方式，所采用的传感器为光敏电池，具体结构如图2所示。主要原理为光敏电池14与17、12与15分别组成一对，当成对光敏电池之间存在差异时，说明太阳位置有变动，根据差值分别驱动跟踪支架的水平旋转电机和垂直跟踪电机进行跟踪。这种跟踪方式存在两个方面的问题:一、纯传感器跟踪方式且传感器外露，无任何遮挡，易受周围物体反射、折射太阳光及其他光源的影响，尤其是太阳能电池板反射的太阳光，当这些光强信息照射到电池板上时，容易引起跟踪的误动作。致使跟踪系统频繁旋转且无固定目标。二、这种跟踪方式跟踪角度较小，最大跟踪角为90度，致使当太阳与电池板法线方向角度大于此范围时无法实现跟踪，存在大范围的死角。例如:早晨太阳升起时，电池板由于昨天的跟踪结果此时正面对西方，电池板背对太阳无法实现跟踪；当出现阴天时间较长(比如早晨8点开始阴天，中午2点以后晴天)时，由于无太阳的原因，跟踪方向保持不变，当太阳出现时，由于跟踪角度已经超出传感器的跟踪范围，电池板无法实现跟踪。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服现有跟踪系统的上述缺点，提出了一种用于太阳能跟踪系统的新的控制系统。本技术不但可以提高检测精度，而且可以将光源位置的检测范围扩大至最大极限，无论太阳及电池板在任何位置，电池板都能够准确对正太阳的位置并实现跟踪。本技术光伏跟踪自动控制系统主要包括:GPS模块、传感器模块、信号滤波模块、485通讯模块、CPU模块、液晶屏、跟踪输出转换模块和跟踪支架。GPS模块与CPU模块通过通讯方式连接，GPS模块将所在地的经纬度和时间信息传递给CPU模块；安装在跟踪支架顶面边缘位置的传感器模块与信号滤波模块直接连接，将采集到的太阳光强信号传递给信号滤波模块，信号滤波模块对光强信号滤波处理后，传递给与其直接连接的CPU模块；485通讯模块通过通讯方式与CPU模块连接，实现远端电脑和CPU模块的双向通讯；跟踪输出转换模块直接与CPU模块连接，将CPU模块输出的逻辑信号转换为跟踪支架上电机的旋转驱动信号，驱动电机旋转，改变电池板的方向；跟踪支架是支撑太阳能电池板的主要部件，其上安装有俯仰角旋转电机和水平旋转电机，可在水平方向和俯仰方向实现旋转。GPS模块将通过天线接收到的经纬度、日期和时间信息以串行通信的方式传给CPU模块，CPU模块经过计算后，将日期和时间显示在液晶屏上。传感器模块由五个相同的光敏电阻和固定光敏电阻的正四面体组成，所述的正四面体除底面外的五个表面中央开有凹槽，五个光敏电阻分别固定在正四面体五个表面的凹槽内。光敏电阻用于获取太阳光强信号，正四面体用于遮挡其他方向散射、反射的干扰光照和减弱非取向方向的太阳光照值，以提高精度。传感器模块将检测到的太阳光强信号经过信号滤波模块处理后输入到CPU模块，CPU模块将接收到的信号经过AD转换后通过向量法计算得到当前太阳位置，并将当前太阳位置信号与储存的当天太阳标准位置比较，经过对比运算后，CPU模块输出控制信号，经过跟踪输出转换模块转换后直接驱动跟踪支架的电机旋转，使跟踪支架上的太阳能电池板正面正对太阳。液晶屏通过CPU模块控制保持实时显示当前太阳位置和太阳能电池板的朝向。CPU模块可存储历史事件，当天太阳的标准位置，三个月内太阳能电池板的运行轨迹记录。485通讯模块是保持CPU模块和远端上位机通讯的关键器件，可完成将远程控制信息传输给CPU模块和将该系统的信息上传的功能，使电站工作人员随时了解太阳能电池板的方向，尤其是大风等恶劣天气情况下，电站工作人员可以通过远程控制将跟踪支架放平，避免带来不必要的损失。传感器模块通过固定座安装在跟踪支架顶面边缘位置，无论太阳方向和电池板法线方向的夹角如何，都能保证光敏传感器至少有一面能够检测到太阳位置。传感器正四面体的底面为固定面，固定在表面粗糙的木板上，防止传感器模块的固定座反射的太阳光干扰传感器。所述的木板与固定在跟踪支架上的太阳能电池板平行。太阳能电池板的俯仰角极限夹角为180度，此种情况一般是早晨或晚上太阳处于地平线位置，太阳能电池板竖直放置背对太阳。此时传感器模块至少有靠近电池板边缘的一面能够直接检测到光照，从而通过C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏跟踪自动控制系统，其特征在于：所述的控制系统包括：GPS模块（2）、传感器模块（1）、信号滤波模块（3）、485通讯模块（4）、CPU模块（6）、液晶屏（7）、跟踪输出转换模块（8）和跟踪支架（5）；GPS模块（2）与CPU模块（6）通过通讯方式连接，GPS模块（2）将所在地的经纬度和时间信息传递给CPU模块（6）；安装在跟踪支架（5）顶面边缘位置的传感器模块（1）与信号滤波模块（3）连接，将采集到的太阳的光强信号传递给信号滤波模块（3），信号滤波模块（3）对光强信号滤波处理后传递给与其连接的CPU模块（6）；485通讯模块（4）通过通讯方式与CPU模块（6）连接，实现远端电脑和CPU模块（6）的双向通讯；跟踪输出转换模块（8）与CPU模块（6）连接，将CPU模块（6）输出的逻辑信号转换为跟踪支架（5）上电机的旋转驱动信号，驱动跟踪支架（5）旋转；跟踪支架（5）支撑太阳能电池板，其上安装有俯仰角旋转电机和水平旋转电机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫晓磊，李永利，
申请(专利权)人：保定科诺伟业控制设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：