CN102244481A - 太阳指向双轴全自动跟踪控制发电设备 - Google Patents

太阳指向双轴全自动跟踪控制发电设备 Download PDF

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倪开禄
袁丁
屠小敏
丁金龙
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SHANGHAI CHAORI SOLAR ENGINEERING Co Ltd
Shanghai Chaori Solar Energy Science & Technology Co Ltd
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Shanghai Chaori Solar Energy Science & Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电设备，包括太阳能电池阵列，该太阳能电池阵列的输出端与逆变控制单元的输入端连接，逆变控制单元的输出端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与负载连接，其特征在于该太阳能电池阵列通过俯仰回转装置安装在横轴上，横轴与竖轴连接，竖轴通过水平回转装置与机架连接，该俯仰回转装置和水平回转装置均与控制单元连接。本发明的优点在于充分利用纯天然太阳能资源，全面采用绿色环保技术，设备结构简单，体积小且轻，运行维护简单，清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长、供电可靠，且太阳能电池阵列可根据GPS和光强来作适应性转动，从而提高发电效率。

Description

太阳指向双轴全自动跟踪控制发电设备
技术领域
本发明涉及太阳能发电领域，具体涉及一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电设备。
背景技术
我国能源资源以煤炭为主，人均能源资源不足世界平均水平的一半。要实现2020年国内生产总值比2000年翻两番的目标，全面建设小康社会，全国能源消费量将至少比2000年翻一番，能源供需矛盾将进一步加剧。我国太阳能资源丰富，取之不尽，用之不竭，无论从能源安全的长远战略角度出发，还是从调整和优化能源结构需求考虑，大力发展光伏发电都是保障我国能源安全的重要战略措施之一。解决边远地区供电还是要靠光电。
我国太阳能资源丰富，分布普遍。同其它技术，如小水电、风力发电、紫油发电等相比，尽管光伏发电的成本在目前还比较高，但光伏发电资源普遍，设备结构简单，体积小且轻，运行维护简单，清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长，经济性有比较优势，对解决边远地区供电具有不可替代的作用，因此在“光明工程”先导项目、西藏阿里项目和“送电到乡”工程中，光伏发电都被作为主要技术设备。
根据国家提倡应用新能源的有关标准、规范和政策，如《中华人民共和国可再生能源法》等，需要大力开发太阳能发电设备。现在的太阳能发电控制设备采用太阳能电池组成固定的太阳能电池组阵列，但是随着太阳照射方向的不同，该太阳能电池阵列的发电能力不同，不能使得该太阳能电池发电效率最大化。
发明内容
本发明提供一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电设备，能够提高太阳能电池阵列的发电效率。
为了实现这一目的，本发明的方案如下：一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电设备，包括太阳能电池阵列，该太阳能电池阵列的输出端与逆变控制单元的输入端连接，逆变控制单元的输出端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与负载连接，其特征在于该太阳能电池阵列通过俯仰回转装置安装在横轴上，横轴与竖轴连接，竖轴通过水平回转装置与机架连接，该俯仰回转装置和水平回转装置均与控制单元连接。控制单元包括设备主控板，该设备主控板的输入端与GPS模块和传感器模块连接，该主控板还与嵌入式GUI监控界面连接，主控板的输出端分别与方位电机驱动模块和俯仰电机驱动模块的输入端连接，方位电机驱动模块的输出端与方位电机连接，方位电机还通过编码器与方位电机驱动模块连接，方位电机与水平回转装置连接，俯仰电机驱动模块的输出端与俯仰电机连接，俯仰电机还通过编码器与俯仰电机驱动模块的反馈端连接，俯仰电机与俯仰回转装置连接。
主控制板根据GPS模块和传感器模块检测到的光强做最优化滤波得到俯仰角和方位角，将该俯仰角和方位角发送给俯仰电机驱动模块和方位电机驱动模块，从而通过俯仰电机和方位电机控制俯仰回转装置和水平回转装置转到设定角度，同时传感器模块中的安装在水平回转装置和俯仰回转装置上的磁强方位计和倾角仪将检测到的实际方位和实际倾角返回给控制主控制板。俯仰和方位角由GPS和光强做最优化滤波得出，在GPS或光强出现故障时，不至于做出错误判断。而实际方位和俯仰角则由增量编码器和磁强方位计和倾角仪做最优化滤波得出，给设备运行提供可靠的保证。本发明的优点在于充分利用纯天然太阳能资源，全面采用绿色环保技术，设备结构简单，体积小且轻，运行维护简单，清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长、供电可靠，且太阳能电池阵列可根据GPS和光强来作适应性转动，从而提高发电效率。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构框图
图2为本发明另一实施例的结构框图
图3为控制单元的框图
图4为设定俯仰角和方位角的流程图
具体实施方式
一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电设备，包括太阳能电池阵列1，该太阳能电池阵列1的输出端与逆变控制单元2的输入端连接，逆变控制单元2的输出端与逆变器3的输入端连接，逆变器3的输出端与负载4连接，其特征在于该太阳能电池阵列1通过俯仰回转装置6安装在横轴5上，横轴5与竖轴7连接，竖轴7通过水平回转装置8与机架9连接，该俯仰回转装置6和水平回转装置8均与控制单元10连接。
太阳能组件采用单晶硅转换效率在18％左右或者采用多晶硅转换效率在15％左右太阳能组件，构成独立的太阳能电池阵列1。太阳能电池阵列是太阳能发电设备中的核心部分，太阳能电池阵列在太阳光照射下输出电能，太阳能电池组件阵列的输出电压可以按照设备设计的要求，通过串并联方式提供后端负载所需电压。控制单元控制俯仰回转装置6和水平回转装置8转动使得太阳能电池阵列1转动到指定位置，太阳能电池阵列1输出的电压经逆变控制单元2流入逆变器3的直流输入端，由逆变器3经配电盘向交流负载4供电。
图1为本发明一实施例的结构框图。该实施例适用于并网型电站，负载为电网12，逆变器3的输出端与交流整合单元11的输入端连接，交流整合单元11的输出端接入电网12。并网型电站无需配置蓄电池组，太阳能电池阵列通过低压整流柜及相关设备直接向电网输送电能。
图2为本发明另一实施例的结构框图。该实施例适用于离网型电站，逆变控制单元2与蓄电池13连接。蓄电池(组)一般为铅酸电池，小微型设备中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。在该实施例中，太阳能电池阵列除了通过逆变控制单元2提供电能给负载还通过逆变控制单元2提供电能给蓄电池12。根据本发明的实施例，逆变控制单元2采用光伏控制器，太阳能电池阵列通过光伏控制器对蓄电池(组)充电，同时给DC/AC逆变器供电。在连续阴雨天太阳电池阵列功率输出不能满足不同负载供电时，由蓄电池通过逆变器向负载供电。为了减少在DC/AC转换过程中能耗的损失，太阳电池阵列在很多场合(大型电站)，通过串并联方式提供有效的工作电压。
图3为控制单元的框图。控制单元包括设备主控板14，该设备主控板14的输入端与GPS模块15和传感器模块16连接，该主控板还与嵌入式GUI监控界面17连接，主控板14的输出端分别与方位电机驱动模块18和俯仰电机驱动模块19的输入端连接，方位电机驱动模块18的输出端与方位无刷电机20连接，方位无刷电机20还通过编码器22与方位电机驱动模块18连接，方位无刷电机与水平回转装置8连接，俯仰电机驱动模块19的输出端与俯仰无刷电机21连接，俯仰无刷电机21还通过编码器23与俯仰电机驱动模块19的反馈端连接，俯仰无刷电机21与俯仰回转装置6连接。其中传感器模块包括安装在太阳能电池阵列上的光强监测仪。
主控制板根据GPS模块和传感器模块检测到的光强做最优化滤波得到俯仰角和方位角，将该俯仰角和方位角发送给俯仰电机驱动模块和方位电机驱动模块，从而通过俯仰电机和方位电机控制俯仰回转装置和水平回转装置转到设定角度，同时传感器模块中的安装在水平回转装置和俯仰回转装置上的磁强方位计和倾角仪将检测到的实际方位和实际倾角返回给控制主控制板。俯仰和方位角由GPS和光强做最优化滤波得出，在GPS或光强出现故障时，不至于做出错误判断。而实际方位和俯仰角则由增量编码器和磁强方位计和倾角仪做最优化滤波得出，给设备运行提供可靠的保证。
俯仰角和方位角由GPS和光强做最优化滤波得出，在GPS或光强出现故障时，不至于做出错误判断。而实际方位和俯仰角则由增量编码器和磁强方位计和倾角仪做最优化滤波得出，给设备运行提供可靠的保证。磁强方位计和倾角仪在出厂时已经校准好，实际安装时无刷电机上带有编码器，只要在俯仰和方位电机上的水平和正南方位加上清零信号即可完成电机伺服的安装。电机伺服安装好以后，加上GPS和传感器模块，设备主控板即计算出目标俯仰角和方位角，并控制电机驱动使电池板指向目标方位。设定俯仰角和方位角的流程图如图4所示。最终得到的PID控制量送至俯仰电机和方位电机控制电机转动角度。
太阳能电池的所有参数可以通过设备监控界面进行修改和观测，而电池指向追踪的效果也在追踪的过程中被实时评估，用户可以将此类参数打印出来，以供保存。

Claims (3)

1.一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电设备，包括太阳能电池阵列，该太阳能电池阵列的输出端与逆变控制单元的输入端连接，逆变控制单元的输出端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与负载连接，其特征在于该太阳能电池阵列通过俯仰回转装置安装在横轴上，横轴与竖轴连接，竖轴通过水平回转装置与机架连接，该俯仰回转装置和水平回转装置均与控制单元连接，控制单元包括设备主控板，该设备主控板的输入端与GPS模块和传感器模块连接，该主控板还与嵌入式GUI监控界面连接，主控板的输出端分别与方位电机驱动模块和俯仰电机驱动模块的输入端连接，方位电机驱动模块的输出端与方位电机连接，方位电机还通过编码器与方位电机驱动模块连接，方位电机与水平回转装置连接，俯仰电机驱动模块的输出端与俯仰电机连接，俯仰电机还通过编码器与俯仰电机驱动模块的反馈端连接，俯仰电机与俯仰回转装置连接。
2.如权利要求1所述的发电设备，其特征在于：其中传感器模块包括安装在太阳能电池阵列上的光强监测仪。
3.如权利要求1所述的发电设备，其特征在于：负载为电网，逆变器的输出端与交流整合单元的输入端连接，交流整合单元的输出端接入电网，逆变控制单元与蓄电池连接。
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Applicant after: Assist prosperous integrated Science and Technology Co., Ltd.

Applicant after: Shanghai Chaori Solar Engineering Co., Ltd.

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Applicant before: Shanghai Chaori Solar Energy Science & Technology Co., Ltd.

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