CN101859152A - 太阳能电池板追日系统及其控制方法 - Google Patents

太阳能电池板追日系统及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101859152A
CN101859152A CN201010205515A CN201010205515A CN101859152A CN 101859152 A CN101859152 A CN 101859152A CN 201010205515 A CN201010205515 A CN 201010205515A CN 201010205515 A CN201010205515 A CN 201010205515A CN 101859152 A CN101859152 A CN 101859152A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solar
cell panel
control method
tracking system
sun tracking
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201010205515A
Other languages
English (en)
Inventor
刘生
宁爱华
杨宪泽
牟锐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Minzu University
Original Assignee
Southwest Minzu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Minzu University filed Critical Southwest Minzu University
Priority to CN201010205515A priority Critical patent/CN101859152A/zh
Publication of CN101859152A publication Critical patent/CN101859152A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了自动跟踪太阳光照方向的一种太阳能电池板追日系统及其控制方法。主要由太阳能电池板、主控电路板、传动机构及U型支架构成，在太阳能电池板上设置有光照强度采集立方体；电路板上设有单片机模块电路、光耦隔离电路、电机驱动电路，传动机构及U型支架上设有水平电机、仰角电机以及太阳能电池板追日系统控制方法，包括初始化流程，采集立方体各个面的电压流程，根据获得的数据进行运算获得调整角度的参数流程，调整二维步进电机直至朝向角度达到最佳位置流程。该系统太阳角度定位精确，完全不受地域的限制，自适应性强。试验证明效果十分显著；为普及推广太阳能清洁能源提供了一个新的应用平台。

Description

太阳能电池板追日系统及其控制方法
技术领域
本发明属计算机与自动化控制技术领域，特别是涉及到自动跟踪太阳光照方向的一种太阳能电池板追日系统及其控制方法。
背景技术
无论是现在还是将来，太阳能都拥有广阔的市场前景。潜力无限的太阳能是一种清洁、高效而且可持续的可再生能源。与高成本的化石燃料污染和全球温室效应相比，太阳能不仅使用范围广，而且更经济，作为采集太阳能的太阳能光电板应用越来越广泛。但是，目前市面上绝大多数太阳能光电板在安装好以后，角度是固定的，不能随着太阳的位置变化而改变角度。因此，也无法使太阳能光电板随时都发挥其最大效率，尤其在上午与下午太阳斜射时，效果最差。随着追日系统的太阳能板的出现，由于其对日角度可以随着太阳的位置而调整，时刻保证对阳光的最大吸收，因此其发电功率比一般的太阳能系统提高了35％以上，而成本只比一般系统高出5％～10％。目前存在的追日系统多数采用GPS传感器技术来获取当地的地理位置信息，然后算出来太阳的角度。此类产品不仅费用花费较高，而且安装时必须将电池板设置为某一固定角度。而本研究则是根据实时采集的光照强度信息、驱动定位马达改变太阳能板最佳受光角度、位置，可让太阳能电池组在有日照的条件下，维持最佳受光状态即太阳光照方向与太阳能电池板呈现90度。所以安装时没必要考虑安装的方向，因为运行起来后，无论太阳最初朝哪个方向，都可以自动调整为朝阳状态。通过对中国专利数据库的文献检索，发现中国专利号为200610054610.5名为“一种强聚光太阳能电池板模糊全自动跟踪控制方法”的对比文献的专利申请主题与本发明较为接近，但是其技术特征与本发明是不相同的；对比文献的采用的方法是“模糊控制”，我们采用的是精确控制，对比文献利用的是检测强聚光太阳电池板产生的电流值，我们利用的是检测独特设计的光照强度采集立方体5个面的电压值。完全不存在对比文献对本发明新颖性的破坏性问题。
发明内容
本发明的目的有二，其一，是提供一种保持太阳能电池板维持最佳受光状态即太阳光方向与太阳能电池板呈现90度的太阳能电池板追日系统；其二，是提供一种太阳能电池板追日系统的控制方法。
实现本发明之目的的技术解决措施如下：
一种太阳能电池板追日系统及其控制方法，主要由太阳能电池板1、主控电路板2、传动机构及U型支架3构成，其特征是在太阳能电池板1上设置有光照强度采集立方体1.2；电路板2上设有单片机模块电路2.1、光耦隔离电路2.2、电机驱动电路2.3，传动机构及U型支架3上设有水平电机3.1、仰角电机3.2以及太阳能电池板追日系统控制方法，包括初始化流程，采集立方体各个面的电压流程，根据获得的数据进行运算获得调整角度的参数流程，调整二维步进电机直至朝向角度达到最佳位置流程。
所述太阳能电池板追日系统及其控制方法，其特征是所述的光照强度采集立方体(1.2)由5个面的太阳能电池板单元(1.22)构成，每个面均有正负极。
所述光照强度采集立方体1.2的5个负极连接至单片机模块电路2.1AD的接地部分6-GND，5个正极分别连接至单片机的AD接口1-5。
所述单片机模块电路2.1通过信号输出口J4与光耦隔离电路2.2信号输入口J1连接。
所述的光耦隔离电路2.2通过数据线与电机驱动电路2.3连接。
根据上述的太阳能电池板追日系统及其控制方法，其特征是所述的控制方法包括如下流程：
(1)初始化系统；
(2)采集立方体各个面的电压；
(3)根据获得的数据进行运算获得调整角度的参数；
(4)调整二维步进电机直至朝向角度达到最佳位置。
所述的控制方法流程封装在FLASHROM中，在CPU指令下负责程序配置及状态的调整。
光照强度采集立方体是本太阳能追日系统的精髓及新颖之处，一般想要调整太阳能电池板的方向，均采取经验值，例如当地太阳高度及方向数据。本发明而是采取实时获取太阳相对位置的方法来定位。所以必须要采取独特的方法来测试太阳位置。在由太阳光照的情况下，同一地点的各个方向光照强度是不同的，需要一个物体来测试各个方向光强，首先考虑到这个物体应该是球体，能够获得各个方向的光照强度，随着研究的不断实施，发现如果制作一个球体的话，代价是很大的，工艺上也不成熟。而是应该采取折中的方法，使用一个类球体的模型来获取各个方向的光强，这个装置应具有像球体能采集各个方向光强的功能，经过不断的实践总结，最后决定采用立方体的模型来获取各个方向光强。可以通过对立方体各个面的光强进行对比从而获得太阳的光照方向。同时太阳能电池板立方体较易制作。制作成本也较低。
太阳能电池板追日系统控制方法，主要指设计主控程序。其主要功能是控制各个部件可以协调工作，本系统主控程序的主要功能就是首先通过太阳能电池板立方体获得各个方向的光照强度信息，然后对所获得的光照信息进行处理，获得调整步进电机转动的参数；从而带动整个太阳能电池板的水平与仰角运转。与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
(1)在太阳能电池板追日系统中，除了GPS追日定位外，开辟了另外一条太阳能电池板自动追日的新途径。
(2)光照强度采集立方体的设计，结构简单、新颖独特、易于加工；为普及推广太阳能清洁能源提供了一个新的应用平台。
(3)在主控程序流程的支持下，该系统太阳角度定位精确，完全不收地域的限制，自适应性强。试验证明效果十分显著。
附图说明
图1是本发明所述的太阳能电池板追日系统硬件电路系统框图示意图。
图2本发明所述的太阳能电池板追日系统硬件结构示意图。
图3是本发明所述单片机模块及光照强度采集立方体电路原理示意图。
图4是本发明所述光耦隔离电路及电机驱动电路原理示意图。
图5是本发明所述的太阳能电池板追日系统控制方法流程示意图。
图6是本发明所述的追日系统控制方法实施例其角度调整流程示意图。
图7是本发明所述的光照强度采集立方体的一个实施例。
图中的数字表示：1太阳能电池板、2主控电路板、3传动机构及U型支架、1.2光照强度采集立方体、1.22太阳能电池板单元、2电路板、2.1单片机模块电路、2.2光耦隔离电路、2.3电机驱动电路，3.1水平电机、3.2仰角电机。
具体实施方式
结合附图给出实施例并对本发明做进一步的说明。参见图1、图2、图3、图4、图7可以看出现有技术中太阳能电池板主要由太阳能电池板1、传动机构及U型支架3构成，本发明在U型支架3上设有电路板2、水平电机3.1、仰角电机3.2；电路板2上设有单片机模块电路2.1、光耦隔离电路2.2、电机驱动电路2.3。尤其需要说明的是在太阳能电池板1上设置有光照强度采集立方体1.2，在单片机模块电路2.1的FLASHROM中设有太阳能电池板追日系统的控制方法流程。光照强度采集立方体1.2设计独特，材料即为5个体积很小的太阳能电池板单元1.22构成的立方体，从而能从各个角度获得光照。每个面均有正负极；5个负极共同连接至单片机模块电路2.1AD的接地部分6 GND，5个正极分别连接至单片机的AD接口1-5。致使太阳能电池板立方体的各个面都有一个独立的输出连接至单片机，从而获得不同方向的光照的强度数据。经单片机运算之后，将根据当前的光照强度信息调整其他所有太阳能电池板的角度，从而保持太阳能电池板维持最佳的状态。单片机模块电路2.1本实施例采用STC公司的STC12C2052AD芯片，该芯片可在线系统编程，无需编程器，可远程升级。重要的是单片机内部有8通道高精度8位ADC，满足了采集太阳能电池板传递回来的数据。所述单片机模块电路2.1通过其信号输出口J4与光耦隔离电路2.2信号输入口J1连接。参见图4可知，所述的光耦隔离电路2.2部分由两片TLP521-4芯片构成，TLP521-4芯片将单片机模块电路2.1和步进电机驱动电路2.3隔离开，主要是在单片机工作电压不变的情况下可以自由调整驱动模块的电压来适应不同步进电机的工作需要。所述的光耦隔离电路2.2通过数据线与电机驱动电路2.3连接。
电机驱动电路2.3本实施例采用一片ULN2804A芯片，ULN2804A芯片由8个NPN达林顿晶体管构成，在电路中能起到大电流输出和高压输出作用。此电路部分电压可以根据电机工作电压的需要进行调整。是与单片机的工作电压隔离开来的。所述的水平电机3.1、仰角电机3.2采用两个型号为MP28GA的步进电机，工作电压为4.6V。
整个工作过程是单片机采集太阳能电池板上光照强度采集立方体的电压，通过AD转换为数字信号。经单片机分析之后，确定应如何调整当前角度，将控制信息传递至电机驱动模块，控制电机进行二维的角度调整，从而驱动传动机构的减速齿轮，使整个太阳能电池板追日系统追日运转。而要圆满完成上述进程，太阳能电池板追日系统的控制方法流程是必不可少的。从图5、图6所知，所述的控制方法流程包括如下步骤：第一步5.1、初始化系统，第二步5.2、采集立方体各个面的电压，第三步5.3、根据获得的数据进行运算获得调整角度的参数，第四步5.4、调整二维步进电机直至朝向角度达到最佳位置。其中，第一步初始化系统指包括串口的初始化、电机引脚初始化、ADC模块的初始化。此处串口的主要作用是测试调试，是将系统的状态及获得的数据发送至电脑，以便判断程序或硬件是否稳定运行。
第二步指采集电池板立方体各个面的电压；将获得上下左右四面的电压，第三步指随后计算左右两面的差值和上下两面的差值，即为两面的光强之差。将两者相比较即可知道是前后面的光强之差较大，还是左右两面的光强差较大，作为调整角度的参考。第四步指本系统设计首先处理差值较大的哪一维，即如果水平方向即采集的左右AD数据之差，相对上下方向的差值较大的话，或首先调整水平方向至一个合适的位置，随后再进行仰角的调整。图6给出了追日系统控制方法实施例角度调整流程步骤示意图。即上电初始化以后，首先获取5个面的光强对应的电压6.1，计算上下两面电压差及左右两面电压差6.2，判断上下两面电压是否均大于最小光强的电压，若光强太弱就没必要调整，且上下面电压差大于左右两面压差6.3；如果是，调整一次仰角即往光强的那面旋转一定角度6.4。如果否，回到上一步；继续判断左右两面电压是否均大于最小光强的电压，若光强太弱就没必要调整，且左右面压差大于上下两面压差6.5。如果是，调整一次水平角即往光强的那面旋转一定角度6.6；如果否，回到6.1步。整个过程是通电之后初始化、随后采集立方体各面光强、进行对比、根据对比结果调整一次，随后再采集、对比、调整。一直循环，直到调整到最佳位置后停止调整。
所述的控制方法流程封装在FLASHROM中，在CPU指令下负责程序配置及状态的调整。

Claims (7)

1.一种太阳能电池板追日系统及其控制方法，主要由太阳能电池板(1)、主控电路板(2)、传动机构及U型支架(3)构成，其特征是：在太阳能电池板(1)上设置有光照强度采集立方体(1.2)；电路板(2)上设有单片机模块电路(2.1)、光耦隔离电路(2.2)、电机驱动电路(2.3)，传动机构及U型支架(3)上设有水平电机(3.1)、仰角电机(3.2)以及太阳能电池板追日系统控制方法，包括初始化流程，采集立方体各个面的电压流程，根据获得的数据进行运算获得调整角度的参数流程，调整二维步进电机直至朝向角度达到最佳位置流程。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池板追日系统及其控制方法，其特征是：所述的光照强度采集立方体(1.2)由5个面的太阳能电池板单元(1.22)构成，每个面均有正负极。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池板追日系统及其控制方法，其特征是：所述光照强度采集立方体(1.2)的5个负极共同连接至单片机模块电路(2.1)AD的接地部分(6GND)，5个正极分别连接至单片机的AD接口(1-5)。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池板追日系统及其控制方法，其特征是：所述单片机模块电路(2.1)通过信号输出口J4与光耦隔离电路(2.2)信号输入口J1连接。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池板追日系统及其控制方法，其特征是：所述光耦隔离电路(2.2)通过数据线与电机驱动电路(2.3)连接。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池板追日系统及其控制方法，其特征是：所述的控制方法包括如下流程：
(1)初始化系统；
(2)采集立方体各个面的电压；
(3)根据获得的数据进行运算获得调整角度的参数；
(4)调整二维步进电机直至朝向角度达到最佳位置。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池板追日系统及其控制方法，其特征是：所述的控制方法流程封装在FLASHROM中，在CPU指令下负责程序配置及状态的调整。
CN201010205515A 2010-06-22 2010-06-22 太阳能电池板追日系统及其控制方法 Pending CN101859152A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010205515A CN101859152A (zh) 2010-06-22 2010-06-22 太阳能电池板追日系统及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010205515A CN101859152A (zh) 2010-06-22 2010-06-22 太阳能电池板追日系统及其控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101859152A true CN101859152A (zh) 2010-10-13

Family

ID=42945109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010205515A Pending CN101859152A (zh) 2010-06-22 2010-06-22 太阳能电池板追日系统及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101859152A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102541082A (zh) * 2010-12-14 2012-07-04 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 光伏式太阳能空调器、太阳能电池板角度控制装置及方法
CN102968129A (zh) * 2012-11-22 2013-03-13 福建恒昌电子科技有限公司 太阳能采光板的太阳角度跟踪方法及其系统
CN103226363A (zh) * 2013-04-22 2013-07-31 山西农业大学 无传感器单轴逐日系统
CN103274060A (zh) * 2013-04-27 2013-09-04 中国空间技术研究院 一种基于日光反射的航天器补能系统
CN103455049A (zh) * 2013-08-29 2013-12-18 保定科诺伟业控制设备有限公司 一种光伏跟踪自动控制系统
CN103901900A (zh) * 2014-03-01 2014-07-02 南昌大学 一种太阳能全方位自动跟踪器
CN104317225A (zh) * 2014-10-23 2015-01-28 天津市畅悦电子科技有限公司 一种微控制器
CN108508922A (zh) * 2018-06-13 2018-09-07 汪霜叶 一种智能全自动追日系统及其追日方法
CN113110608A (zh) * 2020-01-11 2021-07-13 广东华普太阳能工业制造有限公司 一种太阳能控制系统
CN113741556A (zh) * 2021-07-21 2021-12-03 上海汉想新能源科技有限公司 一种光伏跟踪支架的控制结构及其控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2760463Y (zh) * 2004-12-30 2006-02-22 郭忠文 太阳光跟踪传感器
KR100780565B1 (ko) * 2004-11-26 2007-11-30 김응헌 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치
CN101335879A (zh) * 2008-07-10 2008-12-31 华南理工大学 多点触发定点追踪的监控方法及监控系统
CN201285783Y (zh) * 2008-08-21 2009-08-05 陈雪梅 一种自调节太阳能充电板
JP2009176842A (ja) * 2008-01-22 2009-08-06 Daido Steel Co Ltd 太陽追尾装置および太陽追尾装置の制御方法
CN101630862A (zh) * 2009-08-05 2010-01-20 华南理工大学 复合能源电动车的电源系统
CN101741281A (zh) * 2009-11-10 2010-06-16 上海第二工业大学 向日葵式太阳能发电系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100780565B1 (ko) * 2004-11-26 2007-11-30 김응헌 태양에너지를 이용하기 위한 위치추적장치
CN2760463Y (zh) * 2004-12-30 2006-02-22 郭忠文 太阳光跟踪传感器
JP2009176842A (ja) * 2008-01-22 2009-08-06 Daido Steel Co Ltd 太陽追尾装置および太陽追尾装置の制御方法
CN101335879A (zh) * 2008-07-10 2008-12-31 华南理工大学 多点触发定点追踪的监控方法及监控系统
CN201285783Y (zh) * 2008-08-21 2009-08-05 陈雪梅 一种自调节太阳能充电板
CN101630862A (zh) * 2009-08-05 2010-01-20 华南理工大学 复合能源电动车的电源系统
CN101741281A (zh) * 2009-11-10 2010-06-16 上海第二工业大学 向日葵式太阳能发电系统

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102541082A (zh) * 2010-12-14 2012-07-04 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 光伏式太阳能空调器、太阳能电池板角度控制装置及方法
CN102968129A (zh) * 2012-11-22 2013-03-13 福建恒昌电子科技有限公司 太阳能采光板的太阳角度跟踪方法及其系统
CN103226363A (zh) * 2013-04-22 2013-07-31 山西农业大学 无传感器单轴逐日系统
CN103226363B (zh) * 2013-04-22 2016-06-01 山西农业大学 无传感器单轴逐日系统
CN103274060B (zh) * 2013-04-27 2015-04-22 中国空间技术研究院 一种基于日光反射的航天器补能系统
CN103274060A (zh) * 2013-04-27 2013-09-04 中国空间技术研究院 一种基于日光反射的航天器补能系统
CN103455049B (zh) * 2013-08-29 2016-12-28 北京科诺伟业光电科技有限公司 一种光伏跟踪自动控制系统
CN103455049A (zh) * 2013-08-29 2013-12-18 保定科诺伟业控制设备有限公司 一种光伏跟踪自动控制系统
CN103901900A (zh) * 2014-03-01 2014-07-02 南昌大学 一种太阳能全方位自动跟踪器
CN103901900B (zh) * 2014-03-01 2017-12-05 南昌大学 一种太阳能全方位自动跟踪器
CN104317225A (zh) * 2014-10-23 2015-01-28 天津市畅悦电子科技有限公司 一种微控制器
CN108508922A (zh) * 2018-06-13 2018-09-07 汪霜叶 一种智能全自动追日系统及其追日方法
CN113110608A (zh) * 2020-01-11 2021-07-13 广东华普太阳能工业制造有限公司 一种太阳能控制系统
CN113741556A (zh) * 2021-07-21 2021-12-03 上海汉想新能源科技有限公司 一种光伏跟踪支架的控制结构及其控制方法
CN113741556B (zh) * 2021-07-21 2023-09-15 上海汉想新能源科技有限公司 一种光伏跟踪支架的控制结构及其控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101859152A (zh) 太阳能电池板追日系统及其控制方法
Mpodi et al. Review of dual axis solar tracking and development of its functional model
CN101662241A (zh) 一种用于光伏发电的太阳方位自动跟踪方法及装置
CN102447422A (zh) 一种光伏阵列最大功率点跟踪随动系统及控制方法
CN202977444U (zh) 一种用于太阳能跟踪的支架
CN103901900B (zh) 一种太阳能全方位自动跟踪器
CN103165699B (zh) 塔式太阳能定日镜锥齿轮被动自动追日支架
CN201203037Y (zh) 一种太阳能光源自动跟踪装置
CN202171748U (zh) 智能型太阳能跟踪系统
CN202159272U (zh) 一种太阳能实时跟踪控制系统
CN102591359B (zh) 一种太阳跟踪控制器
CN103076814A (zh) 一种太阳能自动跟踪系统
CN105068563A (zh) 一种智能跟踪太阳的方法
CN105955319B (zh) 一种基于逆变器输出功率的太阳跟踪器控制系统
Singh et al. Arduino based Dual Axis Solar Tracker
CN103092215B (zh) 双轴跟踪太阳位置装置及其预测扰动控制方法
KR20130092020A (ko) 발전 효율을 향상시키는 태양광 발전 시스템의 제어 방법
CN103135602A (zh) 一种太阳方位跟踪控制系统
CN101539760B (zh) 一种太阳光聚光器的控制方法
CN110989696A (zh) 一种基于机器视觉的光伏面板追日系统及其控制方法
CN101777856A (zh) 利用光感差的光伏跟踪装置及基于网络的监控方法
CN105022415A (zh) 一种智能跟踪太阳的系统
CN101923353A (zh) 双光电传感器联合控制太阳跟踪方法及其装置
CN203894639U (zh) 一种自动日光追光定位装置及定位系统
CN203068404U (zh) 一种自动跟踪风光互补路灯装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20101013