CN103616898A

CN103616898A - 一种太阳能双轴自动跟踪系统

Info

Publication number: CN103616898A
Application number: CN201310609946.3A
Authority: CN
Inventors: 汤翁义
Original assignee: SUZHOU GAOCHUANGTE NEW ENERGY ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SUZHOU GAOCHUANGTE NEW ENERGY ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-03-05

Abstract

本发明公开了一种太阳能双轴自动跟踪系统，包括：太阳能电池组件、用于支撑太阳能电池组件的主支撑结构、用于控制方位角和仰角运动的两个步进电机、仰角传感器、精密电位器和用于控制整个太阳能双轴自动跟踪系统的单片机；所述太阳能电池组件与所述主支撑结构连接且所述主支撑结构位于太阳能电池组件垂直下方，所述仰角传感器和精密电位器位于所述太阳能电池组件周围，所述太阳能电池组件与所述仰角传感器、精密电位器和一个步进电机相互连接，所述主支撑结构和另一个步进电机相互连接，所述单片机与所述精密电位器、所述仰角传感器和两个步进电机之间电性连接。通过上述方式，本发明利用合理的结构设计和高效的系统设计，提供一种能够在节省材料的同时满足高强度抗风性能的太阳能双轴自动跟踪系统。

Description

一种太阳能双轴自动跟踪系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能装置跟踪系统，特别是涉及一种太阳能双轴自动跟踪系统。

背景技术

太阳能作为绿色能源，具有潜力大、可持续利用等特点，成为各国竞相发展的重点。但光伏发电成本过高制约其高速发展。解决途径之一是提高单位发电系统的发电量，使平板光伏组件受光面时刻正对太阳。在相同的辐照条件下，自动调节角度模式能够比固定安装光伏组件吸收更多的太阳辐射能量，从而达到降低光伏发电成本。因此，为了能够适应市场，我们提供一种能够控制太阳能双轴自动跟踪系统。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种太阳能双轴自动跟踪系统，高性能低成本且具有高抗风性能以及能够适应各种恶劣环境。不仅使太阳能电池组件阵列能够像向日葵一样始终跟踪太阳，最大限度地接受太阳能，比普通固定式的光伏并网系统的发电量提高35％以上，每度电发电成本降低20-30％；而且其特殊的结构设计以及原材料选择，加强了发电装置的寿命，提高了发电装置的抗风性能，并使发电装置能够适应全球不同地区的各种恶劣的气候。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种太阳能双轴自动跟踪系统，包括：太阳能电池组件、用于支撑太阳能电池组件的主支撑结构、用于控制方位角和仰角运动的两个步进电机、仰角传感器、精密电位器和用于控制整个太阳能双轴自动跟踪系统的单片机；所述太阳能电池组件与所述主支撑结构连接且所述主支撑结构位于太阳能电池组件垂直下方，所述仰角传感器和精密电位器位于所述太阳能电池组件周围，所述太阳能电池组件与所述仰角传感器、精密电位器和一个步进电机相互连接，所述主支撑结构和另一个步进电机相互连接，所述单片机与所述精密电位器、所述仰角传感器和两个步进电机之间电性连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述步进电机分别设置为仰角步进电机和方位角步进电机，所述仰角步进电机与所述太阳能电池组件之间电性连接，所述方位角步进电机与所述主支撑结构之间电性连接

在本发明一个较佳实施例中，所述太阳能双轴自动跟踪系统中进一步包含有控制电路，所述控制电路位于单片机内部。

在本发明一个较佳实施例中，所述控制电路中包含有计时模块、计算位置模块、传感器检测模块和接收单片机发出脉冲信号的电机驱动模块；所述计时模块与计算位置模块电性连接后结合传感器检测模块后与所述单片机电性连接，所述步进电机驱动电路和电机驱动模块电性连接至单片机，从而所述信号依次流向计时模块、计算位置模块、传感器检测模块、单片机、步进电机驱动电路和电机驱动模块。

在本发明一个较佳实施例中，所述单片机中进一步包含有仰角判断模块、仰角步进电机控制模块、方位角判断模块和方位角步进电机控制模块，所述仰角判断模块和仰角步进电机控制模块电性连接，所述方位角判断模块和方位角步进电机控制模块电性连接，所述仰角判断模块与方位角判断模块按前后顺序依次进行。

在本发明一个较佳实施例中，所述太阳能双轴自动跟踪系统中进一步设置有循环系统，所述循环系统与单片机之间相互连接，所述循环系统中包含有开始模块、时间间隔模块、判断模块、电机旋转模块和初始化模块；所述开始模块、时间间隔模块、判断模块、电机旋转模块和初始化模块之间相互连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述太阳能电池组件与所述主支撑结构均采用钢结构。

在本发明一个较佳实施例中，所述主支撑结构为一体结构。

本发明的有益效果是：本发明在太阳能双轴自动跟踪系统中设置单片机、仰角传感器、密电位器和步进电机，并且将各个装置进行系统化的连接。能够利用合理的结构设计和高效的系统设计，提供一种能够在节省材料的同时满足高强度抗风性能的太阳能双轴自动跟踪系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本发明一种太阳能双轴自动跟踪系统一较佳实施例的系统结构示意图；

图2是本发明一种太阳能双轴自动跟踪系统一较佳实施例的控制电路结构示意图；

图3是本发明一种太阳能双轴自动跟踪系统一较佳实施例的单片机内部电路示意图；

图4是本发明一种太阳能双轴自动跟踪系统一较佳实施例的循环系统示意图。

附图中各部件的标记如下：1、太阳能电池组件；2、主支撑结构；3、步进电机；301、仰角步进电机；302、方位角步进电机；4、仰角传感器；5、精密电位器；6、单片机。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供如下技术方案。

在一个实施例中，一种太阳能双轴自动跟踪系统，包括：太阳能电池组件1、用于支撑太阳能电池组件1的主支撑结构2、用于控制方位角和仰角运动的两个步进电机3、仰角传感器4、精密电位器5和用于控制整个太阳能双轴自动跟踪系统的单片机6；所述太阳能电池组件1与所述主支撑结构2连接且所述主支撑结构2位于太阳能电池组件1垂直下方，所述仰角传感器4和精密电位器5位于所述太阳能电池组件1的周围，所述太阳能电池组件1与所述仰角传感器4、精密电位器5和一个步进电机3相互连接，所述主支撑结构2和另一个步进电机3相互连接，所述单片机6与所述精密电位器5、所述仰角传感器4和两个步进电机3之间电性连接。

所述仰角传感器4用于检测光伏组件的仰角，所述精密电位器5用于检测光伏组件的方位角。所述单片机6用于驱动方位角步进电机302和仰角步进电机301，使得太阳能电池组件1始终正对太阳。

本太阳能双轴自动跟踪系统由主机械支撑结构、方位角传动结构、仰角传动结构组成，所述太阳能双轴自动跟踪系统采用主动式跟踪，通过控制器驱动两台步进电机3以实现太阳能电池组件1在水平和竖直方向同时正对太阳，实现太阳能电池组件1表面时刻与太阳光线垂直，最大限度地接收太阳能量。

区别于现有技术，在一个实施例中，所述步进电机3分别设置为仰角步进电机301和方位角步进电机302，所述仰角步进电机301与所述太阳能电池组件1之间电性连接，所述方位角步进电机302与所述主支撑结构2之间电性连接。

所述太阳能双轴自动跟踪系统中进一步包含有控制电路，所述控制电路位于单片机6的内部。

优选地，所述控制电路包含有计时模块、计算位置模块、传感器检测模块、步进电机驱动电路和接收单片机6发出脉冲信号的电机驱动模块；所述计时模块与计算位置模块电性连接后结合传感器检测模块后与所述单片机6电性连接，所述步进电机驱动电路和电机驱动模块电性连接至单片机6，从而所述信号依次流向计时模块、计算位置模块、传感器检测模块、单片机6、步进电机驱动电路和电机驱动模块。

优选地，所述单片机内部电路中进一步包含有仰角判断模块、仰角步进电机301控制模块、方位角判断模块和方位角步进电机302控制模块，所述仰角判断模块和仰角步进电机301控制模块电性连接，所述方位角判断模块和方位角步进电机302控制模块电性连接，所述仰角判断模块与方位角判断模块按前后顺序依次进行。

优选地，所述太阳能双轴自动跟踪系统中进一步设置有循环系统，所述循环系统与单片机6之间相互连接，所述循环系统中包含有开始模块、时间间隔模块、判断模块、电机旋转模块和初始化模块；所述开始模块、时间间隔模块、判断模块、电机旋转模块和初始化模块之间相互连接。

优选地，所述太阳能双轴自动跟踪系统根据计时模块计算出当前的时间，包括当日在一年中的日期序数及当前的时刻。然后根据日出日落时间计算模块确定当日的日出和日落时间，以便判断当时时间是否在日出后日落前。在程序计算过程中，利用太阳高度角和方位角计算模块计算当前太阳的位置，同时通过仰角传感器4和精密电位器5反馈当前光伏组件的位置，并与当前的太阳位置作差。所述单片机6分别计算出当前跟踪装置高度和方位需要调整的角度及其旋转方向，并随后给出脉冲信号驱动步进电机3。

在调整过程中，首先调整仰角，判断仰角差值的正负，驱动垂直方向的步进电机301旋转。在仰角步进电机301停止旋转后调整方位角，判断方位角正负，驱动方位角步进电机302按照偏差旋转相应的角度。

一次跟踪后，在一定的时间间隔后，系统再次提取时间计算、判断、旋转步进电机3。当日落时间到时，控制步进电机3旋转至次日太阳升起的位置并恢复初始状态。

所述太阳能电池组件1与所述主支撑结构2均采用钢结构，该装置在水平方向可承受的最大风速为180Km/h，在60度方向可承受的最大风速为80Km/h，因而可使用于一些环境恶劣的户外使用场合。

所述主支撑结构2为一体结构，便于生产和安装，同时也降低了支架的整体重量，成本较低。

本发明所提供的高性能低成本且具有高抗风性能以及能够适应各种恶劣环境的太阳能双轴自动跟踪系统，不仅使太阳能电池组件阵列像向日葵一样始终跟踪太阳，最大限度地接受太阳能。而且比普通固定式的光伏并网系统的发电量提高35％以上，每度电发电成本降低20-30％。其特殊的结构设计以及原材料选择，加强了发电装置的寿命，提高了发电装置的抗风性能，并使发电装置能够适应全球不同地区的各种恶劣的气候。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：包括：太阳能电池组件（1）、用于支撑太阳能电池组件的主支撑结构（2）、用于控制方位角和仰角运动的两个步进电机（3）、仰角传感器（4）、精密电位器（5）和用于控制整个太阳能双轴自动跟踪系统的单片机（6）；所述太阳能电池组件与所述主支撑结构连接且所述主支撑结构位于太阳能电池组件垂直下方，所述仰角传感器和精密电位器位于所述太阳能电池组件周围，所述太阳能电池组件与所述仰角传感器、精密电位器和一个步进电机相互连接，所述主支撑结构另一个步进电机相互连接，所述单片机与所述精密电位器、所述仰角传感器和两个步进电机之间电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述步进电机分别设置为仰角步进电机（301）和方位角步进电机（302），所述仰角步进电机与所述太阳能电池组件之间电性连接，所述方位角步进电机与所述主支撑结构之间电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述太阳能双轴自动跟踪系统中进一步包含有控制电路，所述控制电路位于单片机内部。

4.根据权利要求3所述的一种太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述控制电路包含有计时模块、计算位置模块、传感器检测模块和接收单片机发出脉冲信号的电机驱动模块；所述计时模块与计算位置模块电性连接后结合传感器检测模块后与所述单片机电性连接，所述单片机与所述电机驱动模块电性连接，从而所述信号依次流向计时模块、计算位置模块、传感器检测模块、单片机和电机驱动模块。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述单片机中进一步包含有仰角判断模块、仰角步进电机控制模块、方位角判断模块和方位角步进电机控制模块，所述仰角判断模块和仰角步进电机控制模块电性连接，所述方位角判断模块和方位角步进电机控制模块电性连接，所述仰角判断模块与方位角判断模块按前后顺序依次进行。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述太阳能双轴自动跟踪系统中进一步设置有循环系统，所述循环系统与单片机之间相互连接，所述循环系统中包含有开始模块、时间间隔模块、判断模块、电机旋转模块和初始化模块；所述开始模块、时间间隔模块、判断模块、电机旋转模块和初始化模块之间相互连接。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述太阳能电池组件与所述主支撑结构均采用钢结构。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能双轴自动跟踪系统，其特征在于：所述主支撑结构为一体结构。