CN101592969B - 太阳能发电的跟踪控制方法及其跟踪控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能发电的跟踪控制方法及其跟踪控制装置，方法包括以下步骤：依据太阳能电池的实时输出功率大小自动选择使用最大功率跟踪模式或定时跟踪模式；运行定时跟踪模式时，根据当前时间和检测到的太阳能电池板的当前位置信号，控制跟踪；运行最大功率跟踪模式时，根据太阳能电池输出功率的变化情况确定机械结构的跟踪方向；所述装置包括集中控制模块、用于检测太阳能电池板的实际转动位置的位置检测模块、检测太阳能电池实时输出功率的阵列检测模块。本发明操作简便、转动位置精确、能实现自动控制、结构简单、检测精度高、成本低。

Description

太阳能发电的跟踪控制方法及其跟踪控制装置

技术领域

本发明涉及一种太阳能发电的控制方法及其控制装置，尤其涉及一种太阳能发电的跟踪控制方法及其跟踪控制装置。

背景技术

太阳能是一种极为丰富的绿色能源，太阳能光伏发电能为人类提供可持续的清洁能源，但其发电成本高、发电效率低已经成为制约其大规模应用的重要因素。太阳能发电的跟踪装置可自动跟踪太阳，增加太阳能电池的日发电量，从而降低系统的平均成本。

太阳能发电的跟踪装置目前尚处于研究的初级阶段，其技术还远未成熟。现有的技术方案的基本原理是：根据具体地点的地理位置和时间信息计算出太阳的位置，将它和太阳能电池板的实际位置作比较，从而产生相应的输出信号驱动机械装置，使太阳光垂直照射到太阳能电池板的表面上。其技术方案主要体现在以下几个方面：首先要对太阳位置进行检测：虽然太阳的位置时刻都在发生变化，但其运行有严格的规律性。在地平坐标系中，太阳的位置可由高度角α和方位角ψ确定，并且有sinα＝sinδsinφ+cosδcosφcosω，cosψ＝(sinαsinφ-sinδ)/cosαcosφ(其中：δ为太阳赤纬角，φ为当地的纬度角，ω为时角)。太阳的赤纬角和时角可由具体的时刻确定，纬度角由具体的地点可确定，因此，根据具体的地理位置信息和时间信息可以确定太阳的实际位置；然后检测出太阳能电池板的具体位置，将其与太阳实际位置进行比较，确定旋转角度，控制驱动装置动作即可调节太阳能电池板转动的速度和角度。这种控制装置存在以下问题：1、使用不灵活：上述装置通过输入当地的经纬角和时间等信息才可以确定太阳的位置，这对于使用者来说十分不方便，也很不灵活。2、跟踪精度差：上述装置采用时钟模块来确定实际的时间，它本身就可能有累积误差，并且每一天的日照时间并不完全一样，所以计算出的太阳位置就不会准确，因此这种方法会带来较大的跟踪误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种操作简便、转动位置精确、能实现自动控制的太阳能发电跟踪控制方法。

本发明进一步要解决的技术问题是提供一种结构简单、检测精度高、成本低的太阳能发电的跟踪控制装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：太阳能发电的跟踪控制方法，包括以下步骤：

(1)、依据太阳能电池的实时输出功率大小自动选择使用最大功率跟踪模式或定时跟踪模式；

(2)、运行最大功率跟踪模式时，根据检测到的太阳能电池输出功率变化情况来确定太阳能电池板的跟踪方向，驱动太阳能电池板按该方向转动；

(3)运行定时跟踪模式时，根据当前时间和检测到的太阳能电池板的当前位置信号，控制驱动太阳能电池板转动及转动方向；

太阳能发电的跟踪控制方法还包括采集记录太阳能发电装置的工作状态和太阳能电池的输出功率，并和上位机实现数据交换和远程控制的步骤。

步骤(1)中，设定一个太阳能电池实时输出功率的对照值，检测太阳能电池实时输出功率大于对照值时，自动切换到最大功率跟踪模块；检测太阳能电池输出功率小于对照值时，自动切换到定时跟踪模式；检测太阳能电池输出功率接近为零时，控制电机驱动太阳能电池处于垂直状态后停止工作。

步骤(2)中，在一个时刻对太阳能电池的短路电流进行采样，将该采样值与前一个时刻的采用值比较，该采样值大于前一个时刻的采样值时，太阳能电池的输出功率增大，控制驱动太阳能电池板按前一个时刻的转动方向转动；否则，反方向转动。

一种太阳能发电的跟踪控制装置，包括集中控制模块、用于检测太阳能电池板的实际转动位置的位置检测模块、检测太阳能电池实时输出功率的阵列检测模块、控制电机动作的电机控制模块，集中控制模块接收到位置检测模块或阵列检测模块的检测信号后，输出控制信号给电机驱动模块控制电机动作，使太阳能电池板跟踪太阳转动。

该太阳能发电的跟踪控制装置还包括用于显示及实现太阳能电池板转动的手动或自动控制的键盘操作及显示模块、用于采集并记录太阳能发电装置的工作状态和太阳能电池的输出功率的通讯模块，键盘操作及显示模块、通讯模块分别与集中控制模块连接，数据通讯模块还实现与上位机的数据交换和远程控制数据的功能。

所述阵列检测模块为太阳照射角度传感器。

所述太阳照射角度传感器为设置在太阳能电池板上的一块太阳能电池。

所述位置检测模块为位置检测传感器。

所述的位置检测传感器包括设置在太阳能发电装置的机械转动机构上的光电传感器、编码器。

本发明的跟踪方法是根据天气状况不同，带来的太阳能电池的实时输出功率大小不同自动选择最大功率跟踪模式、定时跟踪模式两种跟踪模式，使太阳能电池板最大程度接受太阳光照射，保证太阳能电池板的每一次偏转都能使发电装置获得更大的能量输出，提高了光电转换效率。

运行定时跟踪模式时，根据当前时间和检测到的太阳能电池板的当前位置信号，控制驱动太阳能电池板转动及转动方向；运行最大功率跟踪模式时，根据检测到的太阳能电池输出功率的变化情况来确定太阳能电池的跟踪方向，并驱动太阳能电池板转动；并且有数据采集和远程监控功能，可以实现本地和远程数据传输和控制。该方法容易操作、价格便宜，易实现。

本发明的跟踪装置可分别设有位置检测模块、阵列检测模块，根据不同的天气状况，可转换两种工作模式：一种是在多云天气太阳光不是很强烈时，采用位置检测模块的定时跟踪模式，即按照当地的实际日照时间决定太阳能电池板的机械机构动作的间隔时间和偏转角度，使太阳能电池板随着太阳偏转而偏转；二是在阳光较为强烈时，采用阵列检测模块的最大功率点跟踪模式，即太阳能电池板的偏转以系统输出最大功率为主要依据，保证太阳能电池板的每一次偏转都能使发电装置获得更大的能量输出，当检测太阳能电池输出功率接近为零时，控制电机驱动太阳能电池处于垂直状态后停止工作。该装置结构简单、检测精度高、成本低。

本发明采用一块在太阳能电池板是设置的小型太阳能电池作为检测太阳照射角度的传感器，通过检测太阳能电池的短路电流和开路电压，可以准确地判断太阳日照的变化和机械结构的偏转方向。采用太阳能电池检测日照强度的相对大小，可以避免在不同地点需要设置不同的参数，从而有操作简便、结构简单，检测精度高等优点；该装置不需要使用者输入任何参数，可以自动获得相关信息并实施位置调节；装置实时检测太阳能电池的输出功率作为调节依据，与日照强度的绝对大小和时间没有直接关联，因此不会带来误差累积，控制精度高。

本发明的位置检测模块是用来检测太阳能电池板的实际转动位置，是在发电装置的机械机构上设置光电传感器，光电传感器构成旋转编码器检测太阳能电池板的位置，它和给定位置信号形成闭环控制，当机械机构旋转时，触发光电传感器输出脉冲，光电传感器的输出经过编码器，形成编码输入到集中控制模块，兼顾编码器输出和驱动信号的方向，集中控制模块可以准确判断太阳能电池板的具体位置。从而使跟踪装置更准确地控制机械机构的旋转角度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的结构框图；

图2位置检测模块的结构示意图；

图3是本发明实施例电机驱动模块的结构示意图；

图4是本发明实施例采用阵列检测模块检测方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种太阳能发电的跟踪控制装置，包括集中控制模块，集中控制模块分别连接有位置检测模块、阵列检测模块、电机驱动模块、键盘操作及显示模块、数据通讯模块。集中控制模块是整个装置的控制核心，它主要负责采集系统信息，通过分析和运算确定太阳能电池板转动的角度，控制电机的转动方向和行程；所述位置检测模块用于检测太阳能电池板的实际转动位置，阵列检测模块用于检测太阳能电池实时输出功率信号，集中控制模块接收到位置检测模块或者阵列检测模块的信号后，集中控制模块将控制信号传输给电机驱动模块控制电机动作，使太阳能电池板跟踪太阳转动；键盘操作及显示模块用于实现机械结构旋转的手动和自动控制，并显示装置的实时工作状态；数据通讯模块用于采集并记录装置的工作状态和太阳能电池的输出功率，并和上位机实现数据交换和远程控制。

所述阵列检测模块包括检测电路、太阳照射角度传感器，所述太阳照射角度传感器为设置在太阳能电池板上的一块太阳能电池。

如图2所示，所述位置检测模块主要包括位置检测传感器，所述的位置检测传感器包括光电传感器、编码器，所述的光电传感器设置在装置的机械传动结构上。当装置的机械机构旋转时，触发光电传感器输出脉冲，光电传感器的输出经过编码器形成编码，输入到集中控制模块，兼顾编码器输出和驱动信号的方向，集中控制模块可以准确判断太阳能电池板的具体位置。

如图3所示为电机驱动模块原理示意图，电机驱动模块是专门用来驱动电机的，由电机带动太阳能电池板的机械转动机构，使太阳能电池板按照预定的规律转动，本发明采用半波整流技术带动直流电机，只需控制G1和G2两个控制信号即可控制其旋转方向和角度。实现电机的正反转，从而驱动机械转动机构逆时针和顺时针转动，并能控制转动角度，该结构简单。

太阳能发电的跟踪控制方法，包括以下步骤：

(1)、设定一个太阳能电池实时输出功率的对照值，检测太阳能电池实时输出功率大于对照值时，自动切换到最大功率跟踪模块；检测太阳能电池输出功率小于对照值时，自动切换到定时跟踪模式；检测太阳能电池输出功率接近为零时，控制电机驱动太阳能电池处于垂直状态后停止工作。

(2)、运行最大功率跟踪模式时，如图4所示，在第k个时刻对阵列检测模块中太阳能电池的短路电流进行采样，设采样值为I(k)，将信号传输给集中控制模块，集中控制模块将I(k)和第k-1个时刻的采用值I(k-1)相比较，若I(k)＞I(k-1)，表示在k-1时刻的转动使得太阳能电池的短路电流增加，也即太阳照在电池板上的垂直分量增大，太阳能电池的输出功率也增大，集中控制模块将控制信号传输给电机驱动模块，控制电机按照k-1时刻的转动方向旋转；若I(k)＜I(k-1)，表示在k-1时刻的转动使得太阳能电池的短路电流减小，也即太阳照在电池板上的垂直分量减小，太阳能电池的输出功率也减小，因此，在第k时刻应驱动电机按第k-1时刻的转动方向的相反方向旋转。

(3)、运行定时跟踪模式时，根据设定的时间间隔，当设定时间到时，位置检测模块检测太阳能电池板的实际位置信号，将位置信号传输给集中控制模块，集中控制模块将控制信号传输给电机驱动模块，控制电机驱动太阳能电池板转动。

(4)、数据通讯模块采集并记录装置的工作状态和太阳能电池的输出功率，并和上位机实现数据交换和远程控制。

Claims (9)

1.太阳能发电的跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、依据太阳能电池的实时输出功率大小自动选择使用最大功率跟踪模式或定时跟踪模式；

(2)、运行最大功率跟踪模式时，根据检测到的太阳能电池输出功率变化情况来确定太阳能电池板的跟踪方向，驱动太阳能电池板按该方向转动；

(3)运行定时跟踪模式时，根据当前时间和检测到的太阳能电池板的当前位置信号，控制驱动太阳能电池板转动及转动方向；

步骤(1)中，设定一个太阳能电池实时输出功率的对照值，检测太阳能电池实时输出功率大于对照值时，自动切换到最大功率跟踪模块；检测太阳能电池输出功率小于对照值时，自动切换到定时跟踪模式；检测太阳能电池输出功率接近为零时，控制电机驱动太阳能电池板处于垂直状态后停止工作。

2.根据权利要求1所述的太阳能发电的跟踪控制方法，其特征在于，还包括采集记录太阳能发电装置的工作状态和太阳能电池的输出功率，并和上位机实现数据交换和远程控制的步骤。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能发电的跟踪控制方法，其特征在于，步骤(2)中，在一个时刻对太阳能电池的短路电流进行采样，将该采样值与前一个时刻的采用值比较，该采样值大于前一个时刻的采样值时，太阳能电池的输出功率增大，控制驱动太阳能电池板按前一个时刻的转动方向转动；否则，反方向转动。

4.一种实施权利要求1所述的太阳能发电的跟踪控制方法的跟踪控制装置，其特征在于，包括集中控制模块、用于检测太阳能电池板的实际转动位置的位置检测模块、检测太阳能电池实时输出功率的阵列检测模块、控制电机动作的电机控制模块，集中控制模块接收到位置检测模块或阵列检测模块的检测信号后，输出控制信号给电机驱动模块控制电机动作，使太阳能电池板跟踪太阳转动。

5.根据权利要求4所述的跟踪控制装置，其特征在于，还包括用于显示及实现太阳能电池板转动的手动或自动控制的键盘操作及显示模块、用于采集并记录太阳能发电装置的工作状态和太阳能电池的输出功率的通讯模块，键盘操作及显示模块、通讯模块分别与集中控制模块连接，数据通讯模块还实现与上位机的数据交换和远程控制数据的功能。

6.根据权利要求4或5所述的跟踪控制装置，其特征在于，所述阵列检测模块为太阳照射角度传感器。

7.根据权利要求6所述的跟踪控制装置，其特征在于，所述太阳照射角度传感器为设置在太阳能电池板上的一块太阳能电池。

8.根据权利要求4或5所述的跟踪控制装置，其特征在于，所述位置检测模块为位置检测传感器。

9.根据权利要求8所述的跟踪控制装置，其特征在于，所述的位置检测传感器包括设置在太阳能发电装置的机械转动机构上的光电传感器、编码器。

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