CN102323828B - 一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法及专用设备 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：初始化过程和分析计算过程。本发明结构简单，探测精度高，首先采集太阳光斑的像，然后传输至计算机进行计算、分析，并显示跟踪精度的结果。可将数据存储到数据库中，软件包可通过升级进行优化，最终的探测跟踪误差的能力可达到0.001°。该结构避免了太阳光本身的发散角(0.27°)对光电器件类测试仪所带来的精度误差，避免了模拟光电器件无法完成微距高精度探测的弊端，提高了跟踪精度测试的准确性、并可以运用于跟踪器的跟踪校正，提高跟踪器的跟踪精度，从而改善整个系统的发电效率。

Description

一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法及专用设备
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，尤其是一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法及专用设备。
背景技术
在太阳能发电系统中，跟踪器跟踪太阳的旋转而运动，同时带动太阳能电池板一同转动，以获得最大的太阳入射能量，可见跟踪器是光伏系统中的重要器件，其可提高光伏系统的功率。跟踪器的结构是：跟踪传动部件，跟踪电控部分，跟踪结构体，跟踪结构体上安装了电机和齿轮等跟踪传动部件，在跟踪电控部分的指令下，跟踪器完成跟踪太阳运动轨迹的功能。由上述结构可知，受制于电控部分的误差和传动部件的齿轮匹配问题，跟踪器的跟踪面与太阳之间存在一定的角度。如何探测跟踪器对太阳的跟踪误差，对跟踪器的质量评估尤为重要。同时，如果跟踪器的跟踪控制信号可达到较高的控制精度，也对跟踪光伏系统是极为有意义的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供步骤简单、计算精确的一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法。
该计算方法采取的技术方案是：
一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：初始化过程和分析计算过程；
所述初始化过程包括以下步骤：
(1)将光学镜头模块安装在跟踪器上，使光学镜头模块中的最上方的镜片所在平面与太阳能电池表面所在平面平行；
(2)将光学镜头模块的输出端依次连接图像采集模块、图像传输模块和计算机；
(3)光学镜头模块进行第一次采样，计算机获得第一次的太阳光斑的像，计算机计算出太阳光斑的直径r和中心点坐标(x，y)，并将二者作为初始化数据；
所述分析计算过程包括以下步骤：
(1)光学镜头进行下一次采样，计算机获得当前的太阳光斑的像，并计算出本次太阳光斑的直径rn和中心点坐标(xn，yn)；
(2)计算本次太阳光斑中心点坐标与初始化数据的中心点坐标的位移偏差：
dn＝[(xn-x)2+(yn-y)2]0.5；
(3)太阳的实际偏差距离等效为：(dn÷rn)×R；
(4)跟踪器的跟踪误差角α＝arctan[(dn÷rn)×(R÷h)]；
(5)重复步骤(1)～(4)，完成第n次的跟踪器误差角测量，
所述n均为自然数，h为太阳与地球的距离，R为太阳的实际直径。
而且，所述图像采集模块采用CCD或CMOS，其成像的图片像素为4～1200万，所述光学镜头模块将太阳光汇聚到CCD或CMOS表面形成的光斑面积占CCD或CMOS表面积的2％。
而且，所述图像传输模块使用USB或者1394的传输方式。
而且，所述初始化过程和分析计算过程中的太阳光斑的直径和中心点坐标计算方法是通过NiLABVIEW软件和NiVISION软件实现的。
本发明的另一个目的在于提供一种实现上述计算方法的专用设备，其结构是：包括光学镜头模块、图像采集模块、图像传输模块和计算机，光学镜头模块的输出端连接图像采集模块的输入端，图像采集模块的输出端连接图像传输模块的输入端，图像传输模块的输出端连接计算机，所述计算机预存储初始化过程软件包和分析计算过程软件包。
而且，所述图像采集模块采用CCD或CMOS，其成像的图片像素为4～1200万，所述光学镜头模块将太阳光汇聚到CCD或CMOS表面形成的光斑面积占CCD或CMOS表面积的2％。
而且，所述图像传输模块使用USB或者1394的传输方式。
本发明的优点和积极效果是：
本发明结构简单，探测精度高，首先采集太阳光斑的像，然后传输至计算机进行计算、分析，并显示跟踪精度的结果。可将数据存储到数据库中，软件包可通过升级进行优化，最终的探测跟踪误差的能力可达到0.001°。该结构避免了太阳光本身的发散角(0.27°)对光电器件类测试仪所带来的精度误差，避免了模拟光电器件无法完成微距高精度探测的弊端，提高了跟踪精度测试的准确性、并可以运用于跟踪器的跟踪校正，提高跟踪器的跟踪精度，从而改善整个系统的发电效率。
附图说明
图1是本发明的硬件结构示意图；
图2是跟踪器跟踪误差角α的示意图；
图3是当前采样与初始化数据的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法，包括以下步骤：初始化过程和分析计算过程；
所述初始化过程包括以下步骤：
(1)将光学镜头模块安装在跟踪器上，使光学镜头模块中的最上方的镜片所在平面与太阳能电池表面所在平面平行；
(2)将光学镜头模块的输出端依次连接图像采集模块、图像传输模块和计算机；
(3)光学镜头模块进行第一次采样，计算机获得第一次的太阳光斑的像，计算机计算出太阳光斑的直径r和中心点坐标(x，y)，并将二者作为初始化数据；
如图2所示，左边两个是太阳，上边的是有误差产生的太阳的位置，下面是太阳的实际位置，右边的是地球，由于地球与太阳之间的距离h远远大于两个太阳的像之间的距离d，所以误差角α＝arctan(d/h)，太阳的实际直径为R，则太阳光学的最大发散角度为β＝arctan(R/h)。由此可知，误差角α采用以下的步骤进行分析计算。
所述分析计算过程包括以下步骤：
(1)光学镜头进行下一次采样，计算机获得当前的太阳光斑的像，并计算出本次太阳光斑的直径rn和中心点坐标(xn，yn)；
(2)计算本次太阳光斑中心点坐标与初始化数据的中心点坐标的位移偏差：
dn＝[(xn-x)2+(yn-y)2]0.5；
(3)太阳的实际偏差距离等效为：(dn÷rn)×R；
(4)跟踪器的跟踪误差角α＝arctan[(dn÷rn)×(R÷h)]；
(5)重复步骤(1)～(4)，完成第n次的跟踪器误差角测量，
所述n均为自然数，h为太阳与地球的距离，R为太阳的实际直径，整体误差角α的分布为正态分布。
所述图像采集模块采用CCD或CMOS，其成像的图片像素为4～1200万，所述光学镜头模块将太阳光汇聚到CCD或CMOS表面形成的光斑面积占CCD或CMOS表面积的2％。目前计算机接收的图片像素为240×320，太阳光斑的像为黑色，背景色为白色。
图像传输模块使用USB或者1394的传输方式。初始化过程和分析计算过程中的太阳光斑的直径和中心点坐标计算方法是通过NILABVIEW软件的VISION扩展包实现的。
为了实现上述计算方法，采用如下的硬件设备，其结构是：包括光学镜头模块、图像采集模块、图像传输模块和计算机，光学镜头模块的输出端连接图像采集模块的输入端，图像采集模块的输出端连接图像传输模块的输入端，图像传输模块的输出端连接计算机，所述计算机预存储初始化过程软件包和分析计算过程软件包。
本发明结构简单，探测精度高，首先采集太阳光斑的像，然后传输至计算机进行计算、分析，并显示跟踪精度的结果。可将数据存储到数据库中，软件包可通过升级进行优化，最终的探测跟踪误差的能力可达到0.001°。该结构避免了太阳光本身的发散角(0.27°)对光电器件类测试仪所带来的精度误差，避免了模拟光电器件无法完成微距高精度探测的弊端，提高了跟踪精度测试的准确性、并可以运用于跟踪器的跟踪校正，提高跟踪器的跟踪精度，从而改善整个系统的发电效率。

Claims (7)

1.一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：初始化过程和分析计算过程；
所述初始化过程包括以下步骤：
①将光学镜头模块安装在跟踪器上，使光学镜头模块中的最上方的镜片所在平面与太阳能电池表面所在平面平行；
②将光学镜头模块的输出端连接图像采集模块的输入端，图像采集模块的输出端连接图像传输模块的输入端，图像传输模块的输出端连接计算机；
③光学镜头模块进行第一次采样，计算机获得第一次的太阳光斑的像，计算机计算出太阳光斑的直径r和中心点坐标(x，y)，并将二者作为初始化数据；
所述分析计算过程包括以下步骤：
(1)光学镜头进行下一次采样，计算机获得当前的太阳光斑的像，并计算出本次太阳光斑的直径rn和中心点坐标(xn，yn)；
(2)计算本次太阳光斑中心点坐标与初始化数据的中心点坐标的位移偏差：
dn＝[(xn-x)2+(yn-y)2]0.5；
(3)太阳的实际偏差距离等效为：(dn÷rn)×R；
(4)跟踪器的跟踪误差角α＝arctan[(dn÷rn)×(R÷h)]；
(5)重复步骤(1)～(4)，完成第n次的跟踪器误差角测量，
所述n均为自然数，h为太阳与地球的距离，R为太阳的实际直径。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法，其特征在于：所述图像采集模块采用CCD或CMOS，其成像的图片像素为4～1200万，所述光学镜头模块将太阳光汇聚到CCD或CMOS表面形成的光斑面积占CCD或CMOS表面积的2％。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法，其特征在于：所述图像传输模块使用USB或者1394的传输方式。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法，其特征在于：所述初始化过程和分析计算过程中的太阳光斑的直径和中心点坐标计算方法是通过LABVIEW软件的VISION扩展包实现的。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法的专用设备，其特征在于：包括光学镜头模块、图像采集模块、图像传输模块和计算机，光学镜头模块的输出端连接图像采集模块的输入端，图像采集模块的输出端连接图像传输模块的输入端，图像传输模块的输出端连接计算机，所述计算机预存储初始化过程软件包和分析计算过程软件包。
6.根据权利要求5所述的一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法的专用设备，其特征在于：所述图像采集模块采用CCD或CMOS，其成像的图片像素为4～1200万，所述光学镜头模块将太阳光汇聚到CCD或CMOS表面形成的光斑面积占CCD或CMOS表面积的2％。
7.根据权利要求5所述的一种太阳能发电跟踪器追日误差的计算方法的专用设备，其特征在于：所述图像传输模块使用USB或者1394的传输方式。
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