CN102155358A - 聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站包括聚光器与光伏电池阵列装置、跟踪驱动装置、具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器和风力发电装置四部分，其中聚光器与光伏电池阵列装置包括由菲涅尔透镜聚光器阵列和光伏电池阵列组成的框架，跟踪驱动装置包括带动聚光器与光伏电池阵列装置做追日移转的智能控制系统及机械控制与传动装置组成，具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器由电压、电流采样电路和内设乘法器和比较器的微处理器组成，风力发电装置由风力发电机和风力机控制器组成。本发明自动化程度高、重量轻、光电转换效率高，采用最大功率点跟踪功能的光伏控制器可大大降低光伏发电投资成本并极大地提高发电效率。

Description

聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站
技术领域
本发明属于光伏风力发电技术领域，涉及一种全自动、高效率、低成本的光伏风力发电装置，特别是一种聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站。
背景技术
近年来，对太阳能光伏发电的研究和应用取得了很大进展，太阳能光伏发电已经成为全球瞩目的一个具有深远意义的新兴产业。但是由于太阳能具有间歇性、强度和方向的不确定特点，给太阳能的收集带来一定难度，另外由于其投资回收期长，光电转换效率低，大面积推广也还存在有一定困难。如何提高太阳能光伏发电的效率、降低成本，正成为该产业发展中的一项重要的研究课题。
目前，太阳能光伏发电设备一般都采用太阳能电池板保持固定高度角和方位角的设置，方位角大多朝正南，高度角则根据项目要求选用一个最佳角度，工作中单位面积的光伏电池板只能接受同等面积的阳光照射发电。这样做虽然看似降低了成本，但同时也降低了发电效率，以致单位面积的光伏电池光电转换成本很高，因而也就造成了光伏发电成本过高而失去了与其它能源竞争的经济优势。
除上述的一般性结构方案外，目前有少数太阳能光伏发电设备采用单轴跟踪太阳的方案，即将电池板高度角固定一个最佳角度，利用电机驱动垂直轴水平旋转电池板阵列跟踪太阳，这种方案的发电效率有所提高，比固定方位角提高效率10％左右；另还有少数太阳能光伏发电设备采用双轴跟踪太阳的方案，即利用电机驱动电池板阵列进行方位角跟踪太阳，同时利用电机驱动电池板阵列进行高度角跟踪太阳，该方案亦可使发电效率获得较大提高；此外，为提高太阳能密度而采用的另一个办法就是采用聚光镜将太阳光聚集到一个小的范围内，进而提高太阳光的能量密度，以国内某公司生产的JTD太阳能聚光光伏电站为例，它是将聚光太阳能电池制成一个面积庞大的整体模块装置，由自动跟踪控制装置按所要求的方向控制其转动以跟踪太阳，这样虽然提高了太阳能电池的利用效率，但由于该模块的重量，体积庞大，使跟踪成本很高，这显然是一种低效而代价高昂的办法。
发明内容
本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供一种自动化程度高、重量轻、光电转换效率和发电效率高并可大大降低光伏发电投资成本的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站。
为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站包括聚光器与光伏电池阵列装置、跟踪驱动装置以及具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器和风力发电装置四部分，其特征在于：①、所说的聚光器与光伏电池阵列装置具有一个分两层斜置安装在机座支柱上的聚光器和光伏电池框架，框架的上层为菲涅尔透镜聚光器阵列，下层为小块光伏电池板；②、所说的跟踪驱动装置包括带动聚光器与光伏电池阵列装置做追日移转的智能控制系统及机械控制与传动装置组成，其中的机械控制与传动装置包括聚光器和光伏阵列方位角控制与传动装置以及聚光器和光伏阵列高度角控制与传动装置两部分；③、所说的具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器由电压采样电路、电流采样电路和内设乘法器和比较器的微处理器组成，电压采样电路和电流采样电路的输入端与跟踪驱动装置中智能控制系统的输出端联接，电压采样电路和电流采样电路的输出端通至微处理器内乘法器的输入端，微处理器的输出端同时外接至蓄电池组、直流负载和DC/AC逆变器的输入端。④、风力发电装置由风力发电机和风力机控制器组成，风力发电机的输出端接至风力机控制器输入端，风力控制器输出端接入蓄电池组输入端。
本发明的进一步实现方案在于：跟踪驱动装置中智能控制系统由方位角光信号传感器、高度角光信号传感器、风速传感器、自动跟踪智能控制器、方位角步进电机控制电路、高度角步进电机控制电路、菲涅尔透镜聚光器阵列、光伏电池阵列组成，其中方位角光信号传感器、高度角光信号传感器和风速传感器信号输出端同时接至自动跟踪智能控制器的输入端，自动跟踪智能控制器的电机控制输出端同时接至方位角步进电机控制电路和高度角步进电机控制电路的输入端，方位角步进电机控制电路和高度角步进电机控制电路的输出端同时接至菲涅尔透镜聚光器阵列和光伏电池阵列的输入端，菲涅尔透镜聚光器阵列的输出端经光伏电池阵列后与具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器的输入端联接。
本发明的实现还在于：机械控制与传动装置中的聚光器和光伏阵列方位角控制与传动装置由聚光器和光伏电池框架转轴、聚光器和光伏电池框架轴承座、带有减速装置的方位角步进电机、蜗轮蜗杆减速机，推力球轴承组成，带有减速装置的方位角步进电机底座安装在机座支柱上，方位角步进电机输出轴与蜗轮蜗杆输入轴连接，蜗轮蜗杆减速机输出轴与聚光器和光伏电池框架轴承座相连接，聚光器和光伏电池框架转轴安装在聚光器和光伏电池框架轴承座上，聚光器和光伏电池框架轴承座安装在推力球轴承的上部，推力球轴承下部安装在蜗轮蜗杆减速机的机壳上部。
本发明的实现还在于：机械控制与传动装置中的聚光器和光伏阵列高度角控制和传动装置由高度角升降杆轴承座、高度角升降杆、高度角升降杆螺母、高度角升降杆螺杆、橡胶防尘防水伸缩套、高度角升降杆支架、带有减速装置的高度角步进电机组成，其中带有减速装置的高度角步进电机装在高度角升降支架上，步进电机输出轴连接高度角升降杆螺杆，升降杆螺杆上连接高度角升降杆螺母，高度角升降杆螺母固定在高度角升降杆上，高度角升降杆与升降杆轴承座连接。
本发明实际工作结构上，聚光器和光伏电池被安装在一个厚度不超过20cm的金属框架内，分上下两层，上层为菲涅尔透镜聚光器，下层为小块光伏电池板，大面积菲涅尔透镜按一定规格划分成若干小块透镜，即菲涅尔透镜阵列设计成A(行)×B(列)，小块光伏电池板也对应安装A(行)×B(列)，这样将小块透镜上的阳光聚焦在对应的小块光伏电池板上，小块菲涅尔透镜在面积与小块电池板面积的比例可在10～500∶1，小块电池板与菲涅尔透镜的垂直距离是透镜的焦距，焦距不大于20cm，由于划分成小块的菲涅尔透镜的面积较小，焦距也同样较小，因而聚光器和光伏电池阵列所组装的金属框架厚度也比较薄，可以达到减轻整个发电装置的重量的效果。大面积聚光器与光伏电池之间由若干支柱支撑，以固定透镜与电池板之间焦距不易变动，小块光伏电池板安装在小型散热器上，小型散热器带有若干块散热板，板外连接圆形散热圈，以增大散热面积。小型散热器安装在金属框架底部条形支架上。由于框架底部不密封，可使散热器及电池板具有良好的通风降温效果。
本发明的整体工作原理是这样的：日出后，当光照强度达到能使太阳能电池阵列发电发出的一定功率时，跟踪机构开始启动；先由方位角信号传感器和高度角信号传感器将各传感器上光敏电阻对应的光强度转换成电压信号送入自动跟踪智能控制器进行A/D转换，对两个电压值进行比较，若两电压差值超出规定的范围，自动跟踪智能控制器向方位角步进电机控制电路和高度角步进电机控制电路发出控制信号，方位角步进电机带动聚光器阵列和光伏电池阵列自东向西做水平转动跟踪太阳，高度角步进电机带动聚光器阵列和光伏电池阵列自下而上或自上而下做高度升降跟踪太阳，使阳光始终垂直照射在聚光器和光伏电池上；光伏所发电力经具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器输出到蓄电池、直流负载及逆变器，交流负载通过逆变器获取电力。为避免跟踪系统连续扰动，自动跟踪智能控制器中的单片机采用定时检测的方法，每间隔5～10分钟进行一次光强检测。若太阳不能垂直照射在聚光器阵列和光伏电池阵列，自动跟踪智能控制器发出指令，方位角步进电机和高度角步进电机跟踪阳光直至太阳落山后，方位角光信号传感器和高度角光信号传感器均无电压输出时，自动跟踪智能控制器即令菲涅尔透镜聚光器阵列和光伏电池阵列自动返回东方，迎接第二天太阳的升起。该装置设有大风保护系统，当天气出现特级大风时，风速传感器依据设定的报警级别向自动跟踪智能控制器发出信号，自动跟踪智能控制器指令高度角步进电机转动，将菲涅尔透镜阵列和光伏电池阵列水平放置，减少迎风压力，保护发电装置不受大风损坏。
本发明装置内设置的最大功率点跟踪功能的光伏控制器可大幅度提高发电效率。如前所述，由于太阳能的波动性和随机性，致使供电系统输出的电能波动很大，所有光伏发电系统都希望太阳能光伏阵列在同样日照、温度条件下，输出尽可能多的电量，这样在理论上和实践上提出了太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪(即Maximum PowerPoint Tracking简称MPPT)问题。最大功率点跟踪的实现实质上是一个寻优过程，即通过控制光伏阵列的端电压，使光伏阵列能在各种不同的日照和温度环境下智能化的始终输出最大功率，太阳能电池阵列的电压和电流在很大程度上受日照和温度的影响，系统工作点也因此飘忽不定，结果必然导致系统功率的降低，因此采用具有最大功率点跟踪功能(MPPT)的光伏控制器在日照和温度变化下，可获得最大功率输出。
与现有技术相比，本发明在工艺、材料、结构设计方面均采用最优方案，自动化程度高、重量轻、光电转换效率高，采用最大功率点跟踪功能的光伏控制器可大大降低光伏发电投资成本并极大地提高发电效率。若聚光装置采用20倍聚光，则光伏电池板使用量将降低90％，每度电成本将降低50％，采用最大功率点跟踪功能的光伏控制器可提高发电效率35％，并可以做到每度电的发电成本低于目前的市电价格，因而本发明在能源的使用成本和社会效益方面具有相当优势和竞争力，有益于推动光伏发电产业广泛应用于各行各业，为大规模使用光伏发电铺平道路，进而为人类低碳无碳社会做出贡献。
附图说明
图1是本发明所述聚光光伏自动追日发电装置的结构示意图。
图2是图1的A向视图。
图3是图1的B-B向视图，亦即聚光装置与小块光伏电池的安装结构示意图。
图4是小块光伏电池散热器的正向结构示意图。
图5是小块光伏电池散热器的侧向结构示意图。
图6是光伏阵列方位角传感器电路原理图。
图7是光伏阵列高度角传感器电路原理图。
图8是聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站的工作原理示意图。
图9是方位角、高度角跟踪装置的控制电路原理图。
图10是最大功率点跟踪光伏控制器一个实施例结构的电路图。
图11是最大功率点跟踪光伏控制器的控制策略示意图。
图12是最大功率点跟踪光伏控制器中的电压采样电路。
图13是最大功率点跟踪光伏控制器中的电流采样电路。
图中各标号名称分别为：1-方位角光信号传感器，2-高度角光信号传感器，3-聚光器和光伏电池框架，4-高度角升降杆轴承座，5-高度角升降杆，6-高度角升降杆螺母，7-高度角升降杆螺杆，8-橡胶防尘防水伸缩套，9-高度角升降杆支座，10-带有减速装置的高度角步进电机，11-聚光器和光伏电池框架转轴，12-聚光器和光伏电池框架轴承座，13-带有减速机装置的方位角步进电机，14-蜗轮蜗杆减速机，15-推力球轴承，16-机座，17-机座固定螺栓，18-聚光阵列和光伏电池阵列跟踪装置支柱，19-菲涅尔透镜聚光器阵列，20-菲涅尔透镜支柱，21-小块光伏电池板，22-光伏电池板散热器，23-光伏电池板散热器支架，24-小块光伏电池板电源线，25-光伏电池阵列，26-具有MPPT功能的光伏控制器，27-蓄电池组，28-方位角步进电机控制电路，29-高度角步进电机控制电路，30-直流负载，31-逆变器DC/AC，32-风速传感器，33-自动跟踪智能控制器，34-交流负载，35-风力发电机，36-风力机控制器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明内容做进一步说明，但本发明的具体实施形式并不仅限于下述的实施例。
参见附图，本发明所述的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站由四大部分组成，一是聚光器与光伏电池阵列装置，二是跟踪驱动装置，三是具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器，四是风力发电装置。
聚光器与光伏电池阵列装置的结构如图1～5所示，它具有一个分两层斜置安装在机座支柱18上的聚光器和光伏电池框架3，框架的上层为菲涅尔透镜聚光器阵列19，下层为小块光伏电池板21(光伏电池阵列25)。菲涅尔透镜聚光器阵列19和光伏电池阵列25之间用菲涅尔透镜支柱20连接，小块光伏电池板21安装在光伏电池板散热器22上，光伏电池板散热器22安装在光伏电池板散热器支架23上，小块光伏电池板有引出电源线24。底部机座16通过机座固定螺栓17将整个装置固定在地面基础上。方位角光信号传感器1和高度角光信号传感器2连接在聚光器和光伏电池框架3上方。
跟踪驱动装置包括如图1所示的带动聚光器与光伏电池阵列装置做追日移转的机械控制与传动装置以及如图8～13所示的带动聚光器与光伏电池阵列装置做追日移转的智能控制系统，其中的机械控制与传动装置又包括聚光器和光伏阵列方位角控制与传动装置以及聚光器和光伏阵列高度角控制与传动装置两部分。
聚光器和光伏阵列方位角控制与传动装置由聚光器和光伏电池框架转轴11、聚光器和光伏电池框架轴承座12、带有减速装置的方位角步进电机13、蜗轮蜗杆减速机14，推力球轴承15组成，带有减速装置的方位角步进电机13底座安装在机座支柱18上，方位角步进电机13输出轴与蜗轮蜗杆减速机14输入轴连接，蜗轮蜗杆减速机14输出轴与聚光器和光伏电池框架轴承座12相连接，聚光器和光伏电池框架转轴11安装在聚光器和光伏电池框架轴承座12上，聚光器和光伏电池框架轴承座12安装在推力球轴承15的上部，推力球轴承15下部安装在蜗轮蜗杆减速机14的机壳上部。
聚光器和光伏阵列高度角控制和传动装置由高度角升降秆轴承座4、高度角升降杆5、高度角升降杆螺母6、高度角升降杆螺杆7、橡胶防尘防水伸缩套8、高度角升降杆支架9、带有减速装置的高度角步进电机10组成，其中带有减速装置的高度角步进电机10装在高度角升降支架9上，步进电机输出轴连接高度角升降杆螺杆7，升降杆螺杆7上连接高度角升降杆螺母6，高度角升降杆螺母6固定在高度角升降杆5上，高度角升降杆5与升降杆轴承座4连接。
跟踪驱动装置中智能控制系统的工作原理结构如图8所示，它由方位角光信号传感器1、高度角光信号传感器2、风速传感器32、自动跟踪智能控制器33、方位角步进电机控制电路28、高度角步进电机控制电路29、菲涅尔透镜聚光器阵列19、光伏电池阵列25组成，其中方位角光信号传感器1、高度角光信号传感器2和风速传感器32信号输出端同时接至自动跟踪智能控制器33的输入端，自动跟踪智能控制器33的电机控制输出端同时接至方位角步进电机控制电路28和高度角步进电机控制电路29的输入端，方位角步进电机控制电路28和高度角步进电机控制电路29的输出端同时接至菲涅尔透镜聚光器阵列19和光伏电池阵列25的输入端，菲涅尔透镜聚光器阵列19的输出端经光伏电池阵列25后与具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器26的输入端联接。
方位角光信号传感器1的结构如图6所示，它由两只光敏电阻A、B、调节电阻RPA、RPB、热敏电阻RTA、RTB组成，光敏电阻A、B分别与调节电阻RPA、RPB连接，RPA和RPB另一端分别与热敏电阻RTA、RTB相连接，热敏电阻RPA、RPB另一端分别输接至自动跟踪智能控制器。传感器中的两只光敏电阻A、B左右对称分布在同一条平行于水平面的直线上，光敏电阻中间用高度可调的遮光板隔开，用于控制跟踪精确度。为使该电路在各种光强条件下测得的精度在规定范围内，在电路中安装调节电阻RPA、RPB，通过热敏电阻RTA和RTB用以补偿温度对电路的影响，若光线均匀照射在该平面上，则他们所得到的电压理论上应相等。实际中信号检测电路在工作时往往存在一定的误差，所以规定自动跟踪智能控制器33(单片机)得到的两个电压数值偏差在一定范围内时，方位角步进电机不转动。若两个电压值超出规定范围时，则自动跟踪智能控制器33(单片机)发出相应指令控制方位角电机转动，使电池阵列在水平方位跟踪阳光，为了避免跟踪系统连续扰动，自动跟踪智能控制器33(单片机)采用定时检测的方法，每间隔5～10分钟进行一次光强检测，定时检测减少了跟踪次数，也极大的降低了跟踪机构能耗。
图9为方位角(高度角)跟踪装置的控制原理图。方位角(高度角)控制及驱动电路主要由控制芯片电路、时钟芯片电路(DS1337U)、电机驱动器电路(LMD18245)等部分组成，控制芯片采用PIC16F916微处理器，该处理器具有工作速度快、功耗低、功能强大等优点，其自带的A/D转换器可将方位角(高度角)光信号检测装置输出的电压信号作为模拟输入信号转换为数字信号。工作中微处理器将代表光强的电压信号进行数字量化，并利用设计好的算法进行数据处理；芯片DS1337U可提供时间基准和定时中断信号，可实现定时检测功能，另外芯片DS1337U可以提供准确的时间，确保系统可以在完成一天的工作后自动归位；微处理器的输出引脚接驱动芯片LMD18245的数字控制输入端，实现对方位角(高度角)电机的控制和驱动，并可实现对驱动电路的关闭，以达到节电的目的，驱动电路选用先进的电机驱动芯片LMD18245，此芯片是专门为中小型直流电机设计的功率放大集成芯片，其内置的4位A/D转换器提供了一种对电机电流的数字化控制，从而简化了步进电机半步、全步及细分驱动的实现方式。由于采用了内置四位D/A转换器及固定切断时间斩波放大器，该芯片可以很容易完成电机电流的数字控制，实现步进电机的微步驱动。
高度角光信号传感器2的结构如图7所示，它由两只光敏电阻C、D、调节电阻RPC、RPD、热敏电阻RTC、RTD组成，光敏电阻C和D分别与调节电阻RPC、RPD连接，调节电阻RPC、RPD另一端分别与热敏电阻RTC、RTD相连接，热敏电阻RTC、RTD另一端分别输接至自动跟踪智能控制器。传感器中的两只光敏电阻C、D上下对称分布在同一条平行于垂直面的直线上，光敏电阻中间用高度可调的遮光板隔开，用于控制跟踪精度。高度角的控制电路工作原理与方位角的控制电路工作原理相同(见图9)，高度角光信号传感器和方位角光信号传感器工作原理也相同，两种传感器只是安装方向不同。方位角传感器为水平安装，高度角传感器是垂直安装。
跟踪驱动装置中智能控制系统的工作程序如下所述。
当太阳升起，光照强度达到能使太阳能电池阵列发出一定功率时，跟踪机构开始启动，系统首先进行自检自查有无故障，系统设备能正常运转时，方位角光信号检测传感器1和高度角光信号检测传感器2，将各传感器上光敏电阻对应的光强度转换成电压信号送入自动跟踪智能控制器33(微处理器PIC16F916)进行A/D转换，对两个电压值进行比较，若两电压差值超出规定的范围，自动跟踪智能控制器33向方位角步进电机控制电路28和高度角步进电机控制电路29发出控制信号，方位角步进电机带动聚光器阵列19和光伏电池阵列25自东向西做水平转动跟踪太阳，高度角步进电机带动聚光器阵列19和光伏电池阵列25自下而上或自上而下做高度升降跟踪太阳。为避免跟踪系统连续扰动，自动跟踪智能控制器33中的单片机采用定时检测的方法，每间隔5～10分钟进行一次光强检测。若太阳不能垂直照射在聚光器阵列19和光伏电池阵列25上，自动跟踪智能控制器33发出指令，方位角步进电机13和高度角步进电机10跟踪阳光直至太阳落山后，方位角光信号传感器1和高度角光信号传感器2均无电压输出时，自动跟踪智能控制器33即令菲涅尔透镜聚光器阵列19和光伏电池阵列25自动返回东方，迎接第二天太阳的升起。该装置设有大风保护系统，当天气出现特级大风时，风速传感器32依据设定的报警级别向自动跟踪智能控制器33发出信号，自动跟踪智能控制器指令高度角步进电机10转动，将菲涅尔透镜阵列19和光伏电池阵列25水平放置，减少迎风压力，保护发电装置不受大风损坏。
光伏电池阵列25所产生的电力接入具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器26，光伏控制器26输出最大功率接至蓄电池组27、直流负载30和逆变器DC/AC31、逆变器DC/AC31接入交流负载34。
风力发电装置由风力发电机35和风力机控制器36组成。风力发电机35输出端接至风力机控制器36输入端，风力控制器36输出端接至蓄电池组27输入端。
以下重点说明具有最大功率点跟踪即MPPT功能的光伏控制器26的电路设计原理。
参见图10～图13，最大功率点跟踪(MPPT)光伏控制器26由电压采样电路、电流采样电路和内设乘法器和比较器的微控制器组成，电压采样电路和电流采样电路的输出端通至微控制器内乘法器的输入端，乘法器输出的当前功率经与微控制器内存的前一时刻记忆功率在比较器中进行比较后输接控制PWM脉宽。MPPT光伏控制器是太阳能电池发电系统中的重要部件，在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池阵列输出功率也会变化，但是存在一个最大功率点以及与最大功率点相应的电压和电流，当工作环境变化时，特别是日光照度和环境温度变化时，太阳能电池阵列的输出特性曲线也随之变化，与之相应的最大功率点也随之改变，MPPT必须随时检测阵列输出状态的变化，根据智能的控制策略判断最大功率点的位置，调整阵列的工作电压跟踪最大功率点电压，由此实现MPPT的功能。因此MPPT光伏控制器不仅是一个高效率的DC/DC转换器，更是一个智能的控制系统，它能使太阳能电池阵列的输出功率增加约19％～35％。图11示出光伏控制器26控制策略，光伏控制器26需要及时准确地采样蓄电池当前的充电电压和充电电流，两者经过乘法器相乘得到当前的充电功率，与前一时刻记忆的充电功率进入比较器相比较，调节PWM占空比，从而控制光伏电池始终工作在最大功率点。在图10示出的硬件设计原理结构中，由于光伏电池的输出特性呈非线性，且变换幅度较大，所以使用单端反激式变换器(反激式开关电源)，该变换器由升降电压变换器加隔离变电压器推演而来，能够简单高效地提供直流输出，其中微控制器采用MC68HC08SR12微处理器，使用A/D模块采样电源的输出电流和输出电压，继而调节PWM占空比，最终实现光伏电池的最大功率输出。MPPT控制策略的效果好坏直接取决于电压和电流的采样是否精确。图12示出该光伏控制器的电压采样电路，它采用光耦PC817和三端稳电压管TL431相配合。TL431是一种可编程稳电压管，当变电压器的次级输出电压UOUT变化时，光耦的输出电压随之变化，A/D会采样到当前的充电电压。图13示出该光伏控制器的电流采样电路，由它对采样电阻Rsam两端的电压进行采样，并使用差分式运算放大器LM358放大输出到MCU的A/D采样端，从而得到主电路中的电流值。由于信号需要精确采样，并且与电源隔离，因此使用线性光耦HCNR200。另外单片机及周边电路的用电可直接通过蓄电池隔离变电压得到，系统无须外部电源供电，十分方便。由于太阳光强和环境温度的变化是一个缓慢的过程，故参数采样无须高实时性，每隔几秒钟采样一次即可满足要求。产生中断的时间间隔是可以调整的，初期较短，可以迅速逼近最大功率点，后期较长，防止系统在最大功率点附近振荡。为防止系统误判断，每次控制比较均进行三次，三次结果一致时，才实施相应的控制策略，否则重新采样比较，这样便最大限度地保证了系统的正常运行。
本发明实际应用结构中，最大功率点跟踪(MPPT)光伏控制器26可采用型号为JTLTK4820的器件，DC/AC逆变器31可采用型号为KEDA48V300的器件。

Claims (8)

1.一种聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站，包括聚光器与光伏电池阵列装置、跟踪驱动装置、具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器(26)和风力发电装置四部分，其特征在于：
聚光器与光伏电池阵列装置具有一个分两层斜置安装在机座支柱(18)上的聚光器和光伏电池框架(3)，框架的上层为菲涅尔透镜聚光器阵列(19)，下层为小块光伏电池板(21)；
跟踪驱动装置包括带动聚光器与光伏电池阵列装置做追日移转的智能控制系统及机械控制与传动装置组成，其中的机械控制与传动装置包括聚光器和光伏阵列方位角控制与传动装置以及聚光器和光伏阵列高度角控制与传动装置两部分；
具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器(26)由电压采样电路、电流采样电路和内设乘法器和比较器的微处理器组成，电压采样电路和电流采样电路的输入端与跟踪驱动装置中智能控制系统的输出端联接，电压采样电路和电流采样电路的输出端通至微处理器内乘法器的输入端，微处理器的输出端同时外接至蓄电池组(27)、直流负载(30)和DC/AC逆变器(31)的输入端；
风力发电装置由风力发电机(35)和风力机控制器(36)组成，风力发电机(35)的输出端接至风力机控制器(36)输入端，风力控制器(36)输出端接入蓄电池组(27)输入端。
2.根据权利要求1所述的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站，其特征在于：跟踪驱动装置中智能控制系统由方位角光信号传感器(1)、高度角光信号传感器(2)、风速传感器(32)、自动跟踪智能控制器(33)、方位角步进电机控制电路(28)、高度角步进电机控制电路(29)、菲涅尔透镜聚光器阵列(19)、光伏电池阵列(25)组成，其中方位角光信号传感器(1)、高度角光信号传感器(2)和风速传感器(32)信号输出端同时接至自动跟踪智能控制器(33)的输入端，自动跟踪智能控制器(33)的电机控制输出端同时接至方位角步进电机控制电路(28)和高度角步进电机控制电路(29)的输入端，方位角步进电机控制电路(28)和高度角步进电机控制电路(29)的输出端同时接至菲涅尔透镜聚光器阵列(19)和光伏电池阵列(25)的输入端，菲涅尔透镜聚光器阵列(19)的输出端经光伏电池阵列(25)后与具有最大功率点跟踪功能的光伏控制器(26)的输入端联接。
3.根据权利要求2所述的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站，其特征在于：方位角光信号传感器(1)由两只光敏电阻A、B、调节电阻RPA、RPB、热敏电阻RTA、RTB组成，光敏电阻A、B分别与调节电阻RPA、RPB连接，RPA和RPB另一端分别与热敏电阻RTA、RTB相连接，熟敏电阻RPA、RPB另一端分别输接至自动跟踪智能控制器。
4.根据权利要求3所述的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站，其特征在于：方位角光信号传感器(1)中的两只光敏电阻A、B左右对称分布在同一条平行于水平面的直线上，光敏电阻中间用高度可调的遮光板隔开。
5.根据权利要求2所述的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站，其特征在于：高度角光信号传感器(2)由两只光敏电阻C、D、调节电阻RPC、RPD、热敏电阻RTC、RTD组成，光敏电阻C和D分别与调节电阻RPC、RPD连接，调节电阻RPC、RPD另一端分别与热敏电阻RTC、RTD相连接，热敏电阻RTC、RTD另一端分别输接至自动跟踪智能控制器。
6.根据权利要求5所述的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站，其特征在于：高度角光信号传感器(2)中的两只光敏电阻C、D上下对称分布在同一条平行于垂直面的直线上，光敏电阻中间用高度可调的遮光板隔开。
7.根据权利要求1所述的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站，其特征在于：聚光器和光伏阵列方位角控制与传动装置由聚光器和光伏电池框架转轴(11)、聚光器和光伏电池框架轴承座(12)、带有减速装置的方位角步进电机(13)、蜗轮蜗杆减速机(14)，推力球轴承(15)组成，带有减速装置的方位角步进电机(13)底座安装在机座支柱(18)上，方位角步进电机(13)输出轴与蜗轮蜗杆减速机(14)输入轴连接，蜗轮蜗杆减速机(14)输出轴与聚光器和光伏电池框架轴承座(12)相连接，聚光器和光伏电池框架转轴(11)安装在聚光器和光伏电池框架轴承座(12)上，聚光器和光伏电池框架轴承座(12)安装在推力球轴承(15)的上部，推力球轴承(15)下部安装在蜗轮蜗杆减速机(14)的机壳上部。
8.根据权利要求1所述的聚光自动追日最大功率点跟踪风光互补发电站，其特征在于：聚光器和光伏阵列高度角控制和传动装置由高度角升降杆轴承座(4)、高度角升降杆(5)、高度角升降杆螺母(6)、高度角升降杆螺杆(7)、橡胶防尘防水伸缩套(8)、高度角升降杆支架(9)、带有减速装置的高度角步进电机(10)组成，其中带有减速装置的高度角步进电机(10)装在高度角升降支架(9)上，步进电机输出轴连接高度角升降杆螺杆(7)，升降杆螺杆(7)上连接高度角升降杆螺母(6)，高度角升降杆螺母(6)固定在高度角升降杆(5)上，高度角升降杆(5)与升降杆轴承座(4)连接。
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