CN102043411A - 太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平的控制方法，其在转动轴上安装同步转动的第一编码器，在风向标上安装同步转动的第二编码器，步骤为：利用风速传感器获取实时风速；判断风速是否大于设计值，若风速小于设计值，读取第一编码器的位置值，并将其位置值和太阳实时位置值进行比较，计算得到减速电机的转动方向和角度，使太阳能板朝向与太阳方位角一致；若风速大于设计值，分别读取第一、二编码器的当前位置值，并对所述位置值计算比较，并计算出顺风向放平的角度和减速电机的转动方向，控制太阳能板朝向与风阻最小方向一致。此方法可控制跟踪器在风速大于设定值时自动放平，小于风速设计值时能正常跟踪太阳方位角，确保跟踪器的安全。

Description

太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平的控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于太阳能光伏发电领域的跟踪控制装置，特别是指应用于一种斜单轴跟踪器的顺风向放平控制方法。

背景技术

在太阳光伏发电系统中，如何有效提高光伏发电系统的整体效率一直备受关注。组件、逆变器、变压器、控制器等设备的效率几乎恒定，提升的空间较小，但目前光伏发电系统的设计环节中，往往忽视了支架的重要性。

目前常用的光伏支架分为两种：固定式支架与跟踪式支架。固定式支架在实际项目中运用较为广泛，其优势在于价格低廉、结构稳定，但对于整个光伏发电系统而言，年可利用有效小时数较低。跟踪式支架基本可以分为单轴跟踪系统与双轴跟踪系统两种类型，其优势在于年可利用有效小时数高，但价格昂贵，结构相对复杂，技术要求较高。

根据美国Arizona 州Phenix WBAN No.：23183气象站（纬度：

，经度：

，海拔：339 米，气压：974 毫巴）1961-1990的测试辐照度数据表明：固定纬度角：比水平面提高14%；单轴水平跟踪：提高40%；单轴倾纬度角跟踪：提高51%；双轴高精度跟踪：提高56%。可见单轴倾纬度角跟踪与双轴高精度跟踪辐照度相差仅5%，但成本却较双轴高精度跟踪系统降低50%，同时一维的跟踪比双轴跟踪控制系统简单，可靠性强。由此看出，斜单轴跟踪支架的单位成本投资回报率远远高出双轴跟踪支架。因此，目前对于大中型光伏电站而言，可调式斜单轴跟踪系统是一个高性价比的选择。

但是斜单轴跟踪支架在实际项目中应用较少，是因为该系统有一缺陷——抗风性能差，该缺陷是由其本身支架结构造成，单机容量越大，该缺陷越明显，而且现在大型电站一般地处西北或荒漠地区，风速较大，易对斜单轴跟踪系统造成损坏。

本发明基于此缺陷，提出顺风向放平的方法，即当风速大于设计值时，系统由PLC控制51单片机读写模块，后者连接继电器控制减速电机转动，寻找到风阻最小的角度后停止，从而达到保护系统安全的目的，当大风警报解除后，再恢复系统的正常跟踪。本发明控制算法简单、系统稳定性高，能有效解决当前斜单轴跟踪系统的不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平的控制方法，其可控制斜单轴跟踪器在风速大于设定值时自动放平，小于风速设计值时能正常跟踪太阳方位角，有效保护跟踪器的安全。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：

一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平的控制方法，其在转动轴上安装可与之同步转动的第一编码器，在风向标上安装可与之同步转动的第二编码器，所述控制方法的步骤为：

（1）利用风速传感器获取实时风速；

（2）判断风速是否大于设计值，若风速小于设计值，进入步骤（3），若风速大于设计值，进入步骤（4）；

（3）读取第一编码器的位置值，并将第一编码器的位置值和太阳实时位置值进行比较，计算得到减速电机的转动方向和角度，控制减速电机驱动转动轴，使太阳能板朝向与太阳方位角一致；

（4）分别读取第一、二编码器的当前位置值，并对第一、二编码器的位置值计算比较，并计算出顺风向放平的角度和减速电机的转动方向，控制减速电机驱动转动轴，使太阳能板朝向与风阻最小方向一致。

上述太阳实时位置值为其高度角或方位角。

采用上述方案后，本发明通过设置第一、二编码器获取位置值，并结合当前风速，调整转动轴的转动方向和角度，使转动轴在风速大于设定值时自动寻找风阻最小的方向放平，有效保护跟踪器的安全，结构简单，既可正常跟踪太阳方位角，又可在极端风速下保护斜单轴跟踪器置。

附图说明

 图1是本发明的工作流程示意图；

图2是本发明所应用的放平装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

首先参考图2所示，是本发明一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平的控制方法所应用的放平装置，其中，支架4固定于地面，用以支撑太阳能板10；减速风机1与支架4间隔一定距离，也固定于地面；转动轴2固定于支架4上，且其一端与减速电机1连接，在减速电机1的驱动下以自身为轴进行转动；风向标6的主杆61与转动轴2的另一端固定连接，并使风向标6与转动轴2保持垂直，因此风向标6与地面的夹角即为90度减去转动轴2的倾角。

在转动轴2上安装第一编码器3，并使其可随转动轴2同步转动，具体是将第一编码器3的内轴与转动轴2固定连接，而其外轴与支架4连接；在风向标6上安装第二编码器7，使其可与风向标6同步转动，具体是将第二编码器7的内轴与风向标6的转轴连接，而其内轴与支架4相连接；另外还设置有风速传感器8，用以获取实时风速。

再请参考图1，本发明所提供的一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平的控制方法的步骤为：

（1）利用风速传感器获取实时风速，并将风速信号送入读写模块；

（2）读写模块判断风速是否大于设计值（如16m/s），若风速小于设计值，进入步骤（3），若风速大于设计值，进入步骤（5）；

（3）读写模块读取第一编码器的位置值，并发送至控制器；

（4）控制器将第一编码器的位置值和太阳实时位置值进行比较，计算得到减速电机的转动方向和角度，在本实施例中，太阳实时位置值采用其方位角来表示（当然也可采用太阳高度角来表示），相应地读写模块也需读取第一编码器的方位角，所述的太阳实时方位角 

是由PLC可编程控制器采用下述公式得到的：

其中为太阳高度角，为当地纬度，

为太阳赤纬角，为时角；

例如：第一编码器的位置值是30°，太阳实时方位角是35°，前者减去后者，角度差为-5°，则第一编码器的位置值需增加5°，减速电机需朝向太阳的方向转动5°，使第一编码器的位置值变为35°；将包含所述转动方向和角度的正常运行指令送入读写模块，由其控制减速电机驱动转动轴，使太阳能板朝向与太阳实时方位角一致； 

（5）读写模块分别读取第一、二编码器的当前位置值，并发送至控制器；

（6）控制器对第一、二编码器的位置值计算比较，并计算出顺风向放平的角度和减速电机的转动方向，具体来说，是将第一、二编码器的位置值进行相减，差值的绝对值即为需放平的角度，而转动方向则是由第一编码器朝向第二编码器的方向；将包含所述角度和转动方向的顺风向放平指令送入读写模块，由其控制减速电机驱动转动轴，使太阳能板朝向与风阻最小方向一致。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平的控制方法，其特征在于：其在转动轴上安装可与之同步转动的第一编码器，在风向标上安装可与之同步转动的第二编码器，所述控制方法的步骤为：

（1）利用风速传感器获取实时风速；

（2）判断风速是否大于设计值，若风速小于设计值，进入步骤（3），若风速大于设计值，进入步骤（4）；

（3）读取第一编码器的位置值，并将第一编码器的位置值和太阳实时位置值进行比较，计算得到减速电机的转动方向和角度，控制减速电机驱动转动轴，使太阳能板朝向与太阳方位角一致；

（4）分别读取第一、二编码器的当前位置值，并对第一、二编码器的位置值计算比较，并计算出顺风向放平的角度和减速电机的转动方向，控制减速电机驱动转动轴，使太阳能板朝向与风阻最小方向一致。

2.如权利要求1所述的太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平的控制方法，其特征在于：所述太阳实时位置值为其高度角或方位角。

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