CN101825904B - 太阳能电池组件安装支架的跟踪控制方法 - Google Patents

太阳能电池组件安装支架的跟踪控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池组件安装支架的跟踪控制方法，是通过以下步骤实现的：通过可编程逻辑控制器PLC的计算预先确定太阳方位角；预先确定太阳方位角每转过5度时，光伏组件摆角也旋转5度的距离；组件摆角每转过5°，执行机构都会得到相应的距离；组件摆角的确定是通过机械工程师通过画图计算确定执行机构所需伸长的距离；通过PLC计算出日出与日落时间；使电池组件阵列的朝向与太阳的位置始终保持一致；当电池组件到达最大摆角时，此时以最大摆角形式采集阳光；当太阳到达日落时间和阳光强度小于参考值时，电池组件将会自动返回到原先起始位置；跟踪装置每天都会进行复位操作；本发明的有益效果是：大幅度降低了太阳能发电的成本。

Description

太阳能电池组件安装支架的跟踪控制方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池板安装方式，尤其涉及一种太阳能电池组件安装支架的跟踪控制方法。 
背景技术
目前市场现有的太阳能电池组件的安装系统较为常见的是固定无跟踪系统、聚焦式集热器跟踪装置和光电检测电路单片机控制系统。 
固定无跟踪系统其结构最多也只能调节水平倾角而后就不能转动。图1为一典型的固定无跟踪支架系统。它的使用背景和缺点如下： 
固定无跟踪支架系统 
图1所示的这种固定无跟踪系统，为了更好的获得采光量，需要将其朝着正南方向放置。在除了正午的一段时间外，阵列不能改变的水平倾角都使其在采光量上处于不利状态，甚至在早晨和傍晚时刻出现电池组件表面被自身阴影遮挡的情况。 
而聚焦式集热器跟踪装置结构复杂，成本很高。 
光电检测电路单片机控制系统由于光跟踪受外界干扰和天气环境影响而导致不稳定。 
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供了一种太阳能电池组件安装支架的跟踪控制方法，旨在解决上述的问题。 
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下步骤实现的： 
通过可编程逻辑控制器PLC的计算预先确定太阳方位角：太阳方位角 是根据经纬度计算得到；应用经度和时间计算出真太阳时： 
Figure GSB00000569220100021
Figure GSB00000569220100022
再计算太阳高度角 
Figure GSB00000569220100023
Figure GSB00000569220100024
最后应用当地纬度和太阳赤纬角δ计算出方位角 
Figure GSB00000569220100025
这种计算方式可以确定不同经纬度的太阳的方位角；其中：S表示时刻，F表示分钟，JD表示经度，JF表示经分，Et表示时差，δ表示赤纬角，φ表示纬度，τ表示太阳时角，h⊙表示太阳高度角； 
预先确定太阳方位角每转过5度时，光伏组件摆角也旋转5度的距离；组件摆角每转过5°，执行机构都会得到相应的距离；组件摆角的确定是通过机械工程师通过画图计算确定执行机构所需伸长的距离； 
通过PLC计算出日出与日落时间；日落时间＝12+τ/+(Y-λ)/15-E/60(小时)；日出时间＝日落时间+24-2τ/；其中：τ/视日落时间、Y是指地方时间的地理经度、λ观测者地理经纬度、E时差； 
设定日出时间和设定一个参考太阳光照强度值：当太阳到达日出时间和参考强度参考值时，控制器发出指令执行机构开始跟踪太阳方位角；随着当太阳方位角自东向西运动时，方位角每运动5度，电池组件摆角改变5度；使电池组件阵列的朝向与太阳的位置始终保持一致； 
当电池组件到达最大摆角时，此时以最大摆角形式采集阳光；当太阳到达日落时间和阳光强度小于参考值时，电池组件将会自动返回到原先起始位置； 
跟踪装置每天都会进行复位操作，消除运动中可能出现的累计误差和自转周期不均匀等因素引起的误差，确保跟踪的效率最大化。 
与现有技术相比，本发明的有益效果是：具有精度高、操作方便、运行稳定等特点，提高了太阳能发电设备的利用率，大幅度降低了太阳能发电的成本。 
附图说明
图1是现有技术中采用的固定式无跟踪支架系统结构示意图； 
图2是本发明中采用的跟踪支架系统结构示意图； 
图3是本发明中LAD编辑模式的梯形图。 
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述： 
通过可编程逻辑控制器PLC的计算预先确定太阳方位角：太阳方位角是根据经纬度计算得到；应用经度和时间计算出真太阳时： 
Figure GSB00000569220100031
Figure GSB00000569220100032
再计算太阳高度角 
Figure GSB00000569220100033
Figure GSB00000569220100034
最后应用当地纬度和太阳赤纬角δ计算出方位角 
Figure GSB00000569220100035
这种计算方式可以确定不同经纬度的太阳的方位角；其中：S表示时刻，F表示分钟，JD表示经度，JF表示经分，Et表示时差，δ表示赤纬角，φ表示纬度，τ表示太阳时角， 
Figure GSB00000569220100036
表示太阳高度角； 
预先确定太阳方位角每转过5度时，光伏组件摆角也旋转5度的距离；组件摆角每转过5°，执行机构都会得到相应的距离；组件摆角的确定是通过机械工程师通过画图计算确定执行机构所需伸长的距离； 
通过PLC计算出日出与日落时间；日落时间＝12+τ/+(Y-λ)/15-E/60(小时)；日出时间＝日落时间+24-2τ/；其中：τ/视日落时间、Y是指地方时间的地理经度、λ观测者地理经纬度、E时差； 
设定日出时间和设定一个参考太阳光照强度值：当太阳到达日出时间和参考强度参考值时，控制器发出指令执行机构开始跟踪太阳方位角；随着当太阳方位角自东向西运动时，方位角每运动5度，电池组件摆角改变5度；使电池组件阵列的朝向与太阳的位置始终保持一致； 
当电池组件到达最大摆角时，此时以最大摆角形式采集阳光；当太阳 到达日落时间和阳光强度小于参考值时，电池组件将会自动返回到原先起始位置； 
跟踪装置每天都会进行复位操作，消除运动中可能出现的累计误差和自转周期不均匀等因素引起的误差，确保跟踪的效率最大化。 
本发明该控制器是集光、机、电于一体的多功能智能控制器，系统经过长时间的实验模拟运行，具有操作方便、运行稳定等特点，提高了太阳能发电设备的利用率，大幅度降低了太阳能发电的成本。 
图2中：辐射传感器9、线性电动推杆10、电气控制箱11、电池组件12以及风速传感器13。 
本发明在PC机上使用应用软件界面，将太阳方位角、日出与日落时间的数学公式改编成PLC支持的LAD编辑模式的梯形图(如图3)。 
在程序中预先设定太阳方位角每转过5度时，摆角也旋转5度时伸出后的距离；摆角每转过5°，会得出相应的距离。 
设定日出与日落时间和一个参考太阳光照强度值，输入当地经纬度和时间；由于西经到东经的不同，在定义西经时需要在数字前加“-”键。由于北纬和南纬的差异，在定义南纬时必须在数字前加“-”键。 
输入当地时间完成后返回。 
所有信息设置完毕后通过RS232串口数据线将数据发送到PLC控制器中。当电源打开后，使其开始自动伸出，此时电池组件随着当太阳方位角自东向西跟踪太阳方位角。当太阳到达日落时间和阳光强度小于参考值时，电池组件将会自动返回到原先起始位置。 
整个程序控制由电气控制箱来完成，根据天气的不同系统也随之改变： 
在正常晴朗白天：辐射传感器测到的阳光强度大于参考值，电池组件从起先的摆角开始随着太阳从东向西翻转。要使电池组件翻转5度角，线性电动推杆伸出相应翻转5度后的距离。直到太阳朝向西方，电池组件到 达最大摆角时不能在翻转，此时电池组件处于固定状态。直到辐射传感器测得阳光强度低于参考值时，线性电动推杆自动收回，电池组件恢复到起始位置. 
在夜间，PLC控制器处于监控状态，电池组件以固定角度朝向东面，等待太阳升起。 
在下雨天，辐射传感器测得阳光强度没有超过参考值时，电池组件还是处于固定状态，不跟踪太阳；当雨停止时，辐射传感器监测到的阳光强度超过参考值时，电池组件开始跟踪太阳，线性电动推杆自动响应PLC控制器发出的指令，线性电动推杆伸到太阳方位角相应的距离。 
当遇到恶劣的天气时，风速传感器监测到的风速超过正常运行状态，线性电动推杆自动相应PLC控制器发出的指令开始伸出，使得电池组件转到水平位置，为安全应用太阳能电池组件安装支架提供保障。 

Claims (1)

1.一种太阳能电池组件安装支架的跟踪控制方法，是通过以下步骤实现的：
通过可编程逻辑控制器PLC的计算预先确定太阳方位角：太阳方位角是根据经纬度计算得到；应用经度和时间计算出真太阳时： 
Figure FSB00000569220000011
再计算太阳高度角 
Figure FSB00000569220000013
Figure FSB00000569220000014
最后应用当地纬度和太阳赤纬角δ计算出方位角 
Figure FSB00000569220000015
这种计算方式可以确定不同经纬度的太阳的方位角；其中：S表示时刻，F表示分钟，JD表示经度，JF表示经分，Et表示时差，δ表示赤纬角，φ表示纬度，τ表示太阳时角，h⊙表示太阳高度角；
预先确定太阳方位角每转过5度时，光伏组件摆角也旋转5度的距离；组件摆角每转过5°，执行机构都会得到相应的距离；组件摆角的确定是通过机械工程师通过画图计算确定执行机构所需伸长的距离；
通过PLC计算出日出与日落时间；日落时间＝12+τ/+(Y-λ)/15-E/60(小时)；日出时间＝日落时间+24-2τ/；其中：τ/是日落时间、Y是指地方时间的地理经度、λ观测者地理经纬度、E时差；
设定日出时间和设定一个参考太阳光照强度值：当太阳到达日出时间和参考强度参考值时，控制器发出指令执行机构开始跟踪太阳方位角；随着当太阳方位角自东向西运动时，方位角每运动5度，电池组件摆角改变5度；使电池组件阵列的朝向与太阳的位置始终保持一致；
当电池组件到达最大摆角时，此时以最大摆角形式采集阳光；当太阳到达日落时间和阳光强度小于参考值时，电池组件将会自动返回到原先起始位置；
跟踪装置每天都会进行复位操作。 
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