CN104881048A - 一种光伏双轴跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏双轴跟踪系统，涉及光伏发电装置领域，应用于光伏发电设备，所述光伏双轴跟踪系统包括：光线传感器、角度传感器、控制装置和驱动装置，所述光线传感器和角度传感器均与所述控制装置连接，所述控制装置与所述驱动装置连接。本发明的目的在于提供一种光伏双轴跟踪系统，以解决现有的系统结构过于复杂，精度不高和系统不稳定的缺点。

Description

一种光伏双轴跟踪系统

技术领域

本发明涉及光伏发电装置领域，具体而言，涉及一种光伏双轴跟踪系统。

背景技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。由一定数量的太阳能电池经连接封装后形成太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

为了使光伏发电装置得到最大功率输出，必须结合建设地点的地理、气候及太阳能资源条件，将太阳能电池组件以一定的朝向进行安装，以保证太阳能电池获取最多的光照资源。理论上讲，如果太阳能电池能够时刻正对太阳，则其发电效率就会达到最佳状态。

太阳能电池组件是安装在光伏发电装置的支架上的，那么，太阳能电池所需要的安装朝向也就是由光伏发电装置的支架来保证的。大部分的光伏发电装置的支架结构型式为固定安装型式，即以这种型式的支架安装后，光伏电池组件的安装朝向也就确定下来了，在使用过程中也是固定不变的，当然，其安装朝向是根据光伏发电装置安装地的经纬度经计算后确定的，可以保证光伏发电装置具有相对较高的效率。这样的支架结构简单，安装维护方便，但显然其发电效率是不会很高的。

为了提高光伏发电装置的发电效率，人们开发出了具有太阳跟踪自动控制系统的光伏发电装置，但是目前的太阳跟踪系统多为单独的光感控制或单独的时间控制，精度不高，系统不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光伏双轴跟踪系统，以解决上述的问题。

第一方面，本发明提供的一种光伏双轴跟踪系统，应用于光伏发电设备，所述光伏双轴跟踪系统包括：光线传感器、角度传感器、控制装置和驱动装置，所述光线传感器和角度传感器均与所述控制装置连接，所述控制装置与所述驱动装置连接；

所述光线传感器用于采集光照强度信号；

所述角度传感器用于采集所述光伏发电设备的所处的方位角和高度角；

所述控制装置用于获取所述光照强度信号、所述方位角和所述高度角，预测太阳的运动轨迹，发出控制指令至所述驱动装置；

所述驱动装置用于接收所述控制指令，根据所述运动轨迹触发所述光伏发电设备运转。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第一种可能实施方式，其中，所述驱动装置包括电机，所述电机与所述光伏发电设备的转动轴连接，所述电机用于接收所述驱动装置的指令，控制所述光伏发电设备的转动轴转动。

结合第一方面的第一种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第二种可能实施方式，其中，所述电机为水平仰角组合式回旋驱动装置，所述水平仰角组合式回旋驱动装置能够实现水平方向和垂直方向的移动。

结合第一方面的第二种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第三种可能实施方式，其中，所述驱动装置包括大功率晶闸管，所述大功率晶闸管与所述电机连接。

结合第一方面的第三种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第四种可能实施方式，其中，还包括通信模块，所述通信模块与所述控制装置连接。

结合第一方面的第四种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第五种可能实施方式，其中，还包括显示器，所述显示器与所述控制装置连接。

结合第一方面的第五种可能实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第六种可能实施方式，其中，还包括风速传感器，所述风速传感器与所述控制装置连接。

本发明实施例通过光线传感器获取太阳光的光照信号强度，根据预先设计的算法获取太阳的运动轨迹，通过角度传感器获取本系统的方位角和高度角，根据太阳的运动轨迹估算出本系统的光伏板的转动轨迹，从而通过控制装置控制所述驱动装置，使光伏板跟踪太阳运动轨迹而转动。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种光伏双轴跟踪系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。由一定数量的太阳能电池经连接封装后形成太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

为了使光伏发电装置得到最大功率输出，必须结合建设地点的地理、气候及太阳能资源条件，将太阳能电池组件以一定的朝向进行安装，以保证太阳能电池获取最多的光照资源。理论上讲，如果太阳能电池能够时刻正对太阳，则其发电效率就会达到最佳状态。

太阳能电池组件是安装在光伏发电装置的支架上的，那么，太阳能电池所需要的安装朝向也就是由光伏发电装置的支架来保证的。大部分的光伏发电装置的支架结构型式为固定安装型式，即以这种型式的支架安装后，光伏电池组件的安装朝向也就确定下来了，在使用过程中也是固定不变的，当然，其安装朝向是根据光伏发电装置安装地的经纬度经计算后确定的，可以保证光伏发电装置具有相对较高的效率。这样的支架结构简单，安装维护方便，但显然其发电效率是不会很高的。

为解决上述缺陷，如图1所示，本发明实施例提供了一种光伏双轴跟踪系统， 应用于光伏发电设备，所述光伏双轴跟踪系统包括：光线传感器101、角度传感器102、控制装置103和驱动装置104，所述光线传感器101和角度传感器102均与所述控制装置103连接，所述控制装置103与所述驱动装置104连接；

所述光线传感器用于采集光照强度信号；

所述角度传感器用于采集所述光伏发电设备的所处的方位角和高度角；

所述控制装置用于获取所述光照强度信号、所述方位角和所述高度角，预测太阳的运动轨迹，发出控制指令至所述驱动装置；

所述驱动装置用于接收所述控制指令，根据所述运动轨迹触发所述光伏发电设备运转。

太阳能跟踪控制系统的控制算法是根据天体的运行规律计算出太阳运行规律，根据太阳运行规律，使太阳能接收板对着太阳。太阳的运行轨迹，即太阳的视日运动轨迹。本发明实施例采用矢量方法，分别建立太阳的运行轨迹的时角坐标系和地平坐标系，通过跟踪控制系统的运动规律的坐标系，对这些坐标系的变换来建立太阳能跟踪控制系统的运动方程。

建立一个坐标系，坐标系的垂直轴的方向的天顶的方向，坐标轴的X方向为正南方，坐标轴的Y方向为正东方，定义单位矢量S表示照射到太阳跟踪系统所在地的光线，从而推导出太阳的矢量方向与太阳高度角、方位角的关系。根据太阳的天体运动规律，计算得出太阳跟踪控制系统的控制方程。

本发明实施例采用先进的数字信号处理方式，可靠的跟踪算法以及严密的机械结构设计，高质量光敏器件选型，使系统跟踪精度达到±0.05°。同时采用光感跟踪和时控功能，并增加软件智能滤波、阀值智能调整等功能，使系统能在各种天气和环境下可靠运行。

其中，所述驱动装置包括电机，所述电机与所述光伏发电设备的转动轴连接，所述电机用于接收所述驱动装置的指令，控制所述光伏发电设备的转动轴转动。

所述电机为水平仰角组合式回旋驱动装置，所述水平仰角组合式回旋驱动装置能够实现水平方向和垂直方向的移动。

采用双轴一体化设计，跟踪系统仅采用一套驱动装置(水平仰角组合式回转驱动装置)和一套控制器实现自动跟踪，运用时更加平稳，故障率更低。这种“水平仰角组合式回转驱动装置(减速器)”可同时在水平方向与垂直方向对太阳能 实施跟踪。

所述驱动装置包括大功率晶闸管，所述大功率晶闸管与所述电机连接，该系统摒弃了传统继电器的采用，而选择了大功率晶闸管驱动电机，同时所有元件均采用工业级产品，大大提高了设备使用寿命和运行稳定性。

还包括通信模块，所述通信模块与所述控制装置连接。提供多台设备联机控制功能，联机可以通过以下方式实现：

无线方式：Zigbee，Wifi模块可选

有线方式：以太网(提供RJ45接口)、RS485可选

GPS模块可选。如不选择，应提供设备安装位置的经纬度。系统自带时钟系统，但会有误差，需要每月或者每周校时，建议选用GPS模块。多台设备组网时，可共用一台GPS模块，也可以由网络主机对时。

还包括显示器，所述显示器与所述控制装置连接。

还包括风速传感器，所述风速传感器与所述控制装置连接。多台设备联机控制时，可共用一个风速传感器。风速传感器应选择5V供电脉冲式传感器。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域 的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内 。

Claims (7)

1.一种光伏双轴跟踪系统，其特征在于，应用于光伏发电设备，所述光伏双轴跟踪系统包括：光线传感器、角度传感器、控制装置和驱动装置，所述光线传感器和角度传感器均与所述控制装置连接，所述控制装置与所述驱动装置连接；

所述光线传感器用于采集光照强度信号；

所述角度传感器用于采集所述光伏发电设备的所处的方位角和高度角；

所述控制装置用于获取所述光照强度信号、所述方位角和所述高度角，预测太阳的运动轨迹，发出控制指令至所述驱动装置；

所述驱动装置用于接收所述控制指令，根据所述运动轨迹触发所述光伏发电设备运转。

2.根据权利要求1所述的光伏双轴跟踪系统，其特征在于，所述驱动装置包括电机，所述电机与所述光伏发电设备的转动轴连接，所述电机用于接收所述驱动装置的指令，控制所述光伏发电设备的转动轴转动。

3.根据权利要求2所述的光伏双轴跟踪系统，其特征在于，所述电机为水平仰角组合式回旋驱动装置，所述水平仰角组合式回旋驱动装置能够实现水平方向和垂直方向的移动。

4.根据权利要求3所述的光伏双轴跟踪系统，其特征在于，所述驱动装置包括大功率晶闸管，所述大功率晶闸管与所述电机连接。

5.根据权利要求4所述的光伏双轴跟踪系统，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块与所述控制装置连接。

6.根据权利要求5所述的光伏双轴跟踪系统，其特征在于，还包括显示器，所述显示器与所述控制装置连接。

7.根据权利要求6所述的光伏双轴跟踪系统，其特征在于，还包括风速传感器，所述风速传感器与所述控制装置连接。