CN103631277B - 太阳能板最佳安装角度测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种太阳能板最佳安装角度测量系统，测量系统包括单片机，控制电路模块，全方位旋转云台，太阳能板，蓝牙无线发送模块，计算机以及最大平均功率算法软件,太阳能板安装在全方位旋转云台上，其特征在于：所述单片机通过控制电路控制全方位旋转云台旋转和太阳能板的输出功率采集；采用水平旋转和垂直旋转相结合的方式控制云台旋转，采集到的数据通过蓝牙无线发送模块发送给计算机,计算机通过设计的最大平均功率算法软件进行数据处理分析得出太阳能板的最佳安装方位角和倾斜角。本发明采用实地测量的方法，直接得出太阳能板安装的两个最佳角度：方位角和倾斜角，所得结果更加准确，对于长期运行的光伏阵列和气象研究具有极大价值。
Description
技术领域
本发明专利涉及太阳能利用领域，具体涉及一种太阳能板最佳安装角度测量系统。
背景技术
太阳能是地球上最主要的可再生能源之一，是未来社会发展最重要的能源来源.它作为一种清洁、无污染的新能源，近年来受到广泛的关注和使用。
目前，在太阳能热利用和光伏发电的地面应用中，通常将太阳能板朝向赤道固定放置，并且与水平面形成一定的倾斜角的安装方式，通常认为其最佳倾斜角为当地纬度或是纬度加修正系数。但这一方法受地理环境和气候影响较大，不能适用于所有地区。现有技术中也有采用太阳能跟踪装置，来实时有效的监测和跟踪太阳光角度，使太阳光始终垂直照射到太阳能聚光板上，最大限度地利用太阳能，使吸热体达到较佳的太阳能吸收率和转化率，这种方法能有效的利用太阳能。但是这种跟踪系统本身就需耗能，装置复杂增加成本，跟踪控制系统的精度较低，跟踪控制误差较大，而且容易受天气等因素的影响，使系统的适应性较差，同时系统不能自动纠正误差。所以当前采用最多的还是固定式太阳能板安装方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实地测量、数据采集及测算的太阳能板最佳安装角度测量系统。
本发明的技术方案：
一种太阳能板最佳安装角度测量系统，测量系统包括单片机，控制电路模块，全方位旋转云台，太阳能板，蓝牙无线发送模块，计算机以及最大平均功率算法软件,太阳能板安装在全方位旋转云台上，所述单片机通过控制电路控制全方位旋转云台旋转和太阳能板的输出功率采集；采用水平旋转和垂直旋转相结合的方式控制全方位旋转云台旋转，采集到的数据通过蓝牙无线发送模块发送给计算机,计算机结合设定的最大平均功率算法软件进行数据处理分析得出太阳能板的最佳安装方位角和倾斜角。
所述最大平均功率算法软件是把测得的每个方位坐标对应的天/季度/年数据分别取平均值，然后绘图找出其中最大的平均功率，此时最大的平均功率对应的坐标即为最佳的天/季度/年太阳能板安装角度；其中方位坐标定义和太阳能板旋转步法为：全方位旋转云台水平旋转方向为东→南→西，垂直旋转改变倾斜角大小，方位角设定正东方向为0°，正南为90°，正西为180°，倾斜角设定水平为0°，垂直为90°，把方位角作为横坐标，倾斜角作为纵坐标，这样就可以用一个二维坐标确定太阳能板的具体旋转位置；太阳能板起始位置为（0°,0°），终点位置为（180°，90°），方位角每次向西旋转1°，倾斜角依次增加1°，直到倾斜角转到90°位置，然后方位角再向西旋转1°，倾斜角依次减小1°，直到0°位置，依此法步进旋转每到一个坐标点进行一次数据采集直到终点位置，然后再回到起始位置循环采集；这样就可以得到每个坐标对应的太阳能板的各个时刻的功率输出数据。
所述全方位旋转云台内部集成了两台步进电机，一台用于控制水平方向左右旋转，另一台用于控制垂直方向上下旋转，太阳能板安装在旋转全方位旋转云台的上支架上，全方位旋转云台水平旋转范围为0°-180°，垂直旋转范围为0°-90°。
本发明的优点在于：首先实现太阳能板的自动旋转以及数据采集，并且可以实现数据的无线发送，这解决了计算机与全方位旋转云台的距离限制，方便了测量系统的安装；采用实地测量的方法，直接得出太阳能板安装的两个最佳角度：方位角和倾斜角，避免了传统的理论计算受地理环境和气候的影响，测量过程自动控制，所得结果更加准确，对于长期运行的光伏阵列更具参考价值，所测数据对于气象研究亦具有极大价值。
附图说明
图1是本发明系统的结构原理图。
图2是本发明系统太阳能板旋转步法示意图。
图中：单片机1，控制电路模块2，全方位旋转云台3，太阳能板4，蓝牙无线发送模块5，计算机6，最大平均功率算法软件7。图2中带箭头的实线表示太阳能板每个周期的旋转步进方向，此方向上需要进行数据采集，虚线表示太阳能板直接回到起始位置，此过程不需要进行数据采集。
具体实施方式
本实施例1
所述太阳能板最佳安装角度测量系统如图1所示，包括单片机1，控制电路模块2，全方位旋转云台3，太阳能板4，蓝牙无线发送模块5，计算机6，最大平均功率算法软件7。
单片机1是自动控制系统的核心主要实现三个功能：一是控制全方位旋转云台的旋转，二是对太阳能板采集的数据进行存储，三是控制蓝牙无线发送模块5将数据发送给计算机6。
控制电路模块2是单片机外围的控制电路，是连接单片机1和蓝牙无线发送模块5、太阳能板4、全方位旋转云台3之间的桥梁，其主要部件包括电机的驱动电路，四个手动按键控制开关，用来手动控制太阳能板的上下左右旋转以确定起始位置。
计算机6的功能是用来接收蓝牙无线发送模块5发送的数据和进行数据处理，计算机6使用最大平均功率算法软件7，绘图得到最佳安装角。
将太阳能板安装在全方位旋转云台上，全方位旋转云台内部安装有两台步进电机，一台步进电机控制全方位旋转云台水平左右旋转调节方位角，另一台步进电机控制全方位旋转云台垂直上下旋转调节倾斜角。然后将太阳能板固定在全方位旋转云台上，把全方位旋转云台和太阳能板放在楼顶或太阳能光线好的地方，确保太阳能板不会被其他任何物体遮挡，影响太阳能板对太阳能光线的采集。
全方位旋转云台各个方向的旋转既可以通过单片机来控制，也可以通过手动控制按键来调整全方位旋转云台的旋转方向。首先用控制电路模块里的四个手动按键根据角度测量仪器把太阳能板的起始位置调整到水平方位角为正东，垂直倾斜角为0度的位置，此时把全方位旋转云台位置固定下来，打开单片机开始进行全方位旋转云台的步进旋转与数据采集。太阳能板在全方位旋转云台的运动轨迹为：从（0°，0°）开始，也就是水平方位角为正东，垂直倾斜角为0度的位置，然后每隔3秒钟太阳能板的垂直倾斜角增加1度，水平方位角不变，即变为（0°，1°）、（0°，2°）、（0°，3°）……一直到太阳能板的垂直倾斜角变为90度，水平方位角为0度，即（0°，90°）。然后太阳能板的水平方位角增加1度，垂直倾斜角不变为90度，即（1°，90°）。接下来每隔3秒钟太阳能板的垂直倾斜角减小1度，水平方位角不变,即变为（1°，90°）、（1°，89°）、（0°，88°）……一直到太阳能板的垂直倾斜角变为0度，水平方位角为1度，即（1°，0°）。,然后太阳板的水平方位角增加1度,垂直倾斜角不变为90度,即（2°，0°），接下来每隔3秒钟太阳能板的垂直倾斜角增加1度,水平方位角不变，即变为（2°，1°）、（2°，2°）、（2°，3°）……一直到太阳能板的垂直倾斜角变为90度，水平方位角为2度，即（2°，90°）。太阳能板依此步法运动一直到水平方位角变为180度，垂直倾斜角变为90度，即（180°，90°），然后太阳能板停止运动，太阳能板各个方位角测试完毕。
太阳能板旋转到每个固定的角度后会停止2秒钟采集数据，太阳能板采集的数据存储在单片机的数据存储器中。当太阳能板旋转到终点位置（180°，90°）时，此时一个周期的数据采集完毕，单片机1控制蓝牙无线发送模块5把数据发送给计算机6。计算机6通过蓝牙接收到数据后将所有数据通过最大平均功率算法软件7对数据进行分析、计算。最大平均功率算法软件7把太阳能板在各个固定的角度所测得的数据对应的天/季度/年数据取平均值，然后绘出天/季度/年平均功率的动态走势图找出其中最大的平均功率对应的水平方位角和垂直倾斜角的角度坐标即可得到最佳的天/季度/年太阳能板安装角度。
Claims (3)
1.一种太阳能板最佳安装角度测量系统，测量系统包括单片机（1），控制电路模块（2），全方位旋转云台（3），太阳能板（4），蓝牙无线发送模块（5），计算机（6）以及最大平均功率算法软件（7）,太阳能板（4）安装在全方位旋转云台（3）上，其特征在于：所述单片机（1）通过控制电路模块（2）控制全方位旋转云台（3）旋转和太阳能板（4）的输出功率采集；采用水平旋转和垂直旋转相结合的方式控制全方位旋转云台（3）旋转，采集到的数据通过蓝牙无线发送模块（5）发送给计算机（6）,计算机（6）通过设计的最大平均功率算法软件（7）进行数据处理分析得出太阳能板的最佳安装方位角和倾斜角。
2.根据权利要求1所述太阳能板最佳安装角度测量系统，其特征在于所述最大平均功率算法软件（7）是把测得的每个方位坐标对应的天/季度/年数据分别取平均值，然后绘图找出其中最大的平均功率，此时最大的平均功率对应的坐标即为最佳的天/季度/年太阳能板安装角度；其中方位坐标定义和太阳能板旋转步法为：全方位旋转云台（3）水平旋转方向为东→南→西，垂直旋转改变倾斜角大小，方位角设定正东方向为0°，正南为90°，正西为180°，倾斜角设定水平为0°，垂直为90°，把方位角作为横坐标，倾斜角作为纵坐标，这样就可以用一个二维坐标确定太阳能板的具体旋转位置；太阳能板（4）起始位置为（0°,0°），终点位置为（180°，90°），方位角每次向西旋转1°，倾斜角依次增加1°，直到倾斜角转到90°位置，然后方位角再向西旋转1°，倾斜角依次减小1°，直到0°位置，依此法步进旋转每到一个坐标点进行一次数据采集直到终点位置，然后再回到起始位置循环采集；这样就可以得到每个坐标对应的太阳能板的各个时刻的功率输出数据。
3.根据权利要求1所述太阳能板最佳安装角度测量系统，其特征在于，所述全方位旋转云台（3）内部集成了两台步进电机，一台用于控制水平方向左右旋转，另一台用于控制垂直方向上下旋转，太阳能板（4）安装在全方位旋转云台（3）的上支架上，全方位旋转云台水平旋转范围为0°-180°，垂直旋转范围为0°-90°。
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