CN104362947A - 一种高精度太阳光跟踪系统及其控制方法 - Google Patents

一种高精度太阳光跟踪系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精度太阳光跟踪系统，包括底座和固定在底座上的支柱，支柱上端固定设置的支撑平台，支撑平台上设置有相互啮合的方位角大齿轮和方位角小齿轮，且方位角大齿轮固定套装在方位角转轴上；方位角转轴上端连接有方位角旋转架，方位角旋转架上部水平设置有高度角转轴，高度角转轴穿过方位角旋转架，高度角转轴的两端分别安装有光伏组件，高度角转轴上设置有相互啮合的高度角大齿轮和高度角小齿轮，高度角大齿轮固定套装在高度角转轴上，方位角旋转架上设置有高度角电机，高度角电机与高度角小齿轮连接；方位角旋转架的侧面安装有高度角光栅尺，本发明公开了该高精度太阳光跟踪系统的其控制方法，其能够实现可靠的高精度跟踪。

Description

一种高精度太阳光跟踪系统及其控制方法
技术领域
本发明属于太阳光跟踪技术领域，涉及一种应用于光伏发电中对太阳光的跟踪系统，具体涉及一种高精度太阳光跟踪系统，本发明还涉及该高精度太阳光跟踪系统的控制方法。
背景技术
随着人们对太阳光跟踪精度要求的提高，对于太阳的二维跟踪机构越来越受到人们重视；现有二维跟踪机构中，跟踪太阳高度角和方位角的机构非常普遍，其跟踪精度较高，跟踪能力强；但是现有跟踪机构均没有对精度进行实时控制，也就是整个太阳光跟踪系统的控制不是闭环的，这样会导致跟踪过程中不可避免的精度损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度太阳光跟踪系统，其能够实现可靠的高精度跟踪。
本发明所采用的技术方案是，一种高精度太阳光跟踪系统，包括底座和固定在底座上的支柱，支柱上端固定设置有支撑平台，支撑平台上设置有相互啮合的方位角大齿轮和方位角小齿轮，方位角小齿轮与方位角电机连接，且方位角大齿轮固定套装在方位角转轴上；
方位角转轴上端连接有方位角旋转架，方位角旋转架上部水平设置有高度角转轴，高度角转轴穿过方位角旋转架，高度角转轴的两端分别安装有光伏组件，高度角转轴上设置有相互啮合的高度角大齿轮和高度角小齿轮，高度角大齿轮固定套装在高度角转轴上，方位角旋转架上设置有高度角电机，高度角电机与高度角小齿轮连接；
支撑平台上设置有方位角光栅尺，在方位角旋转架的底部设置有方位角读数头，方位角光栅尺为圆环形，方位角读数头的位置与方位角光栅尺相对应；方位角旋转架的侧面安装有高度角光栅尺，高度角光栅尺为圆环状，其中心与高度角转轴的中心线重合；高度角读数头设置在光伏组件上与高度角光栅尺相对应的位置。
本发明的特点还在于，
支撑平台为倒椎体结构。
光伏组件为太阳能光伏板或者太阳能高倍聚光阵列镜或其他可以实现光电转换的组件。
还包括运动控制卡，电机驱动器，编码器和工业控制计算机；工业控制计算机分别与运动控制卡、电机驱动器、光电跟踪器、高度角读数头和方位角读数头连接，运动控制卡和电机驱动器连接，电机驱动器与方位角电机和高度角电机分别连接，电机驱动器还与编码器连接，编码器与方位角电机和高度角电机连接。
本发明的另一目的是提供该高精度太阳光跟踪系统的控制方法。
本发明的另一技术方案是，一种高精度太阳光跟踪系统的控制方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，读取光伏组件的位置信息：由工业控制计算机向光电跟踪器、方位角读数头和高度角读数头发出读取指令，光电跟踪器读取光伏组件的目标位置，由方位角读数头和高度角读数头读取光伏组件的当前位置；并将这两组数据输送至工业控制计算机；
步骤2，位置判断，工控机将步骤1中得到的数据进行比对，从而将光伏组件的当前位置和目标位置进行比较，判断两者之间的关系，当两者读数一致，则表明光伏组件位置合适，不需要调节，此时返回步骤1；当两者读数不一致时，表明光伏组件的位置需要调节，此时进行步骤3；
步骤3，对光伏组件的位置进行调节，由工业控制计算机向运动控制卡发出调整指令，运动控制卡发出调整指令给电机驱动器，同时，编码器将电机当前速度反馈给电机驱动器，电机驱动器处理该反馈信号后调整驱动电流，与运动控制卡发出的指令结合，对方位角电机和高度角电机进行控制，从而调节光伏组件的方位和高度，使电机更准确的按照指令以合适的速度和方向转动，完成调整后，转步骤1，从而连续的对高精度太阳光跟踪系统进行控制。
本发明的有益效果是，本发明高精度太阳光跟踪系统及其控制方法中，整个系统由于分别安装了高度角光栅尺组件和方位角光栅尺组件使得实际的转动角度可以得到实时测量反馈，工控机在整个过程中为主控制器，能够进行判断和控制；本发明在整个大的闭环控制系统下又实现了两个小的闭环控制系统，其控制精度高，控制过程非常可靠；具体的，光栅尺组件和运动控制卡之间组成一个小的闭环控制；编码器和电机驱动器之间也组成一个小的闭环控制。
附图说明
图1是本发明高精度太阳光跟踪系统的结构示意图；
图2是本发明高精度太阳光跟踪系统的控制部分结构示意图；
图3是本发明高精度太阳光跟踪系统的控制方法的流程图。
图中，1.光伏组件，2.光电跟踪器，3.高度角电机，4.高度角大齿轮，5.高度角小齿轮，6.方位角大齿轮，7.方位角电机，8.方位角小齿轮，9.支撑平台，10.高度角转轴，11.方位角旋转架，12.方位角光栅尺，13.方位角读数头，14.高度角光栅尺，15.高度角读数头，16.支柱，17.底座，18.方位角转轴，19.运动控制卡，20.电机驱动器，21.编码器，22.工业控制计算机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明高精度太阳光跟踪系统，如图1所示，包括底座17和固定在底座17上的支柱16，支柱16上端固定设置有支撑平台9，支撑平台上设置有相互啮合的方位角大齿轮6和方位角小齿轮8，方位角小齿轮8与方位角电机7连接，且方位角大齿轮6固定套装在方位角转轴18上；
方位角转轴18上端连接有方位角旋转架11，方位角旋转架11上部水平设置有高度角转轴10，高度角转轴10穿过方位角旋转架11，高度角转轴10的两端分别安装有光伏组件1，高度角转轴10上设置有相互啮合的高度角大齿轮4和高度角小齿轮5，高度角大齿轮4固定套装在高度角转轴10上，方位角旋转架11上设置有高度角电机3，高度角电机3与高度角小齿轮5连接；
支撑平台9上设置有方位角光栅尺12，在方位角旋转架11的底部设置有方位角读数头13，方位角光栅尺12为圆环形，方位角读数头13的位置与方位角光栅尺12相对应；
方位角旋转架11的侧面安装有高度角光栅尺14，高度角光栅尺14为圆环状，其中心与高度角转轴的中心线重合；高度角读数头15设置在光伏组件1上与高度角光栅尺14相对应的位置。
支撑平台9为倒椎体结构。
光伏组件1为太阳能光伏板或者太阳能高倍聚光阵列镜或其他可以实现光电转换的组件。
一种高精度太阳光跟踪系统，如图2所示，还包括运动控制卡19，电机驱动器20，编码器21和工业控制计算机22；工业控制计算机22分别与运动控制卡19、电机驱动器20、光电跟踪器2、高度角读数头15和方位角读数头13连接，运动控制卡19和电机驱动器20连接，电机驱动器20与方位角电机7和高度角电机3分别连接，电机驱动器还与编码器21连接，编码器21与方位角电机7和高度角电机3连接。
本发明一种高精度太阳光跟踪系统的工作过程为：通过光电跟踪器2来确定太阳光线的角度，通过方位角读数头15和与之对应的方位角光栅尺12来确定光伏组件1的方位，由高度角读数头15和与之配合的高度角读数头来确定光伏组件1的高度，然后将太阳光的位置也就是光伏组件的目标位置和两个读数头读取的现有位置信息传输至工业控制计算机进行比对，如果两个位置信息不一致，就说明现在光伏组件所在的位置并非是最佳的接收太阳光的位置，这时，工业控制计算机就会通过运动控制卡19控制电机驱动器20，进而由电机驱动器对高度角电机和方位角电机进行调节，高度角电机和方位角电机又分别和高度角转轴和方位角转轴连接，此时，通过调节电机的运动，就可以调节高度角转轴和方位角转轴，从而调整光伏组件，使光伏组件使得光伏组件始终垂直于当前太阳光照方向。而且，与两个电机相连的编码器，其作用是将电机当前速度反馈给电机驱动器，电机驱动器处理该反馈信号后调整驱动电流，使电机更准确的按照指令以合适的速度和方向转动。
一种高精度太阳光跟踪系统的控制方法，如图3所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1，读取光伏组件1的位置信息：由工业控制计算机22向光电跟踪器2、方位角读数头13和高度角读数头15发出读取指令，光电跟踪器读取光伏组件的目标位置，由方位角读数头和高度角读数头读取光伏组件的当前位置；并将这两组数据输送至工业控制计算机22。
步骤2，位置判断，工控机将步骤1中得到的数据进行比对，从而将光伏组件的当前位置和目标位置进行比较，判断两者之间的关系，当两者读数一致，则表明光伏组件位置合适，不需要调节，此时返回步骤1；当两者读数不一致时，表明光伏组件的位置需要调节，此时进行步骤3；
步骤3，对光伏组件的位置进行调节，由工业控制计算机22向运动控制卡19发出调整指令，运动控制卡19发出调整指令给电机驱动器20，同时，编码器21将电机当前速度反馈给电机驱动器21，电机驱动器21处理该反馈信号后调整驱动电流，与运动控制卡发出的指令结合，对方位角电机7和高度角电机3进行控制，从而调节光伏组件的方位和高度，使电机更准确的按照指令以合适的速度和方向转动，完成调整后，转步骤1，从而连续的对高精度太阳光跟踪系统进行控制。
本发明高精度太阳光跟踪系统及其控制方法，整个系统由于分别安装了高度角光栅尺组件和方位角光栅尺组件使得实际的转动角度可以得到实时测量反馈，工业控制计算机在整个过程中能够进行判断和控制；本发明在整个大的闭环控制系统下又实现了两个小的闭环控制系统，其控制精度高，控制过程非常可靠；具体的，光栅尺组件和运动控制卡之间组成一个小的闭环控制；编码器和电机驱动器之间也组成一个小的闭环控制。

Claims (5)

1.一种高精度太阳光跟踪系统，其特征在于，包括底座(17)和固定在底座(17)上的支柱(16)，所述的支柱(16)上端固定设置有支撑平台(9)，所述的支撑平台(9)上设置有相互啮合的方位角大齿轮(6)和方位角小齿轮(8)，所述的方位角小齿轮(8)与方位角电机(7)连接，且所述的方位角大齿轮(6)固定套装在所述的方位角转轴(18)上；
所述的方位角转轴(18)上端连接有方位角旋转架(11)，所述的方位角旋转架(11)上部水平设置有高度角转轴(10)，所述的高度角转轴(10)穿过方位角旋转架(11)，高度角转轴(10)的两端分别安装有光伏组件(1)，所述的高度角转轴(10)上设置有相互啮合的高度角大齿轮(4)和高度角小齿轮(5)，所述的高度角大齿轮(4)固定套装在高度角转轴(10)上，所述的方位角旋转架(11)上设置有高度角电机(3)，所述的高度角电机(3)与高度角小齿轮(5)连接；
所述的支撑平台(9)上设置有方位角光栅尺(12)，在所述的方位角旋转架(11)的底部设置有方位角读数头(13)，所述的方位角光栅尺(12)为圆环形，所述的方位角读数头(13)的位置与方位角光栅尺(12)相对应相对应；所述的方位角旋转架(11)的侧面安装有高度角光栅尺(14)，所述的高度角光栅尺(14)为圆环状，其中心与高度角转轴的中心线重合；高度角读数头(15)设置在光伏组件(1)上与高度角光栅尺(14)相对应的位置。
2.根据权利要求1所述的一种高精度太阳光跟踪系统，其特征在于，所述支撑平台(9)为倒椎体结构。
3.根据权利要求1所述的一种高精度太阳光跟踪系统，其特征在于，所述光伏组件(1)为太阳能光伏板或者太阳能高倍聚光阵列镜或其他可以实现光电转换的组件。
4.根据权利要求1所述的一种高精度太阳光跟踪系统，其特征在于，还包括运动控制卡(19)，电机驱动器(20)，编码器(21)和工业控制计算机(22)；所述的工业控制计算机(22)分别与运动控制卡(19)、电机驱动器(20)、光电跟踪器(2)、高度角读数头(15)和方位角读数头(13)连接，所述的运动控制卡(19)和电机驱动器(20)连接，电机驱动器(20)与方位角电机(7)和高度角电机(3)分别连接，所述的电机驱动器还与编码器(21)连接，编码器(21)与方位角电机(7)和高度角电机(3)连接。
5.一种对权利要求1所述的高精度太阳光跟踪系统的控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，读取光伏组件(1)的位置信息：由工业控制计算机(22)向光电跟踪器(2)、方位角读数头(13)和高度角读数头(15)发出读取指令，光电跟踪器读取光伏组件的目标位置，由方位角读数头和高度角读数头读取光伏组件的当前位置；并将这两组数据输送至工业控制计算机(22)；
步骤2，位置判断，工控机将步骤1中得到的数据进行比对，从而将光伏组件的当前位置和目标位置进行比较，判断两者之间的关系，当两者读数一致，则表明光伏组件位置合适，不需要调节，此时返回步骤1；当两者读数不一致时，表明光伏组件的位置需要调节，此时进行步骤3；
步骤3，对光伏组件的位置进行调节，由工业控制计算机(22)向运动控制卡(19)发出调整指令，运动控制卡(19)发出调整指令给电机驱动器(20)，同时，编码器(21)将电机当前速度反馈给电机驱动器(21)，电机驱动器(21)处理该反馈信号后调整驱动电流，与运动控制卡发出的指令结合，对方位角电机(7)和高度角电机(3)进行控制，从而调节光伏组件的方位和高度，使电机更准确的按照指令以合适的速度和方向转动，完成调整后，转步骤1，从而连续的对高精度太阳光跟踪系统进行控制。
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