CN104950911A - 太阳电池方阵自动跟踪方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种太阳电池方阵自动跟踪方法及装置，包括光伏电源自动跟踪控制器、主轴、方位角检测器、直流电磁铁、棘轮棘爪、靠模导轨、转辊，方位角检测器安装在主轴上，棘轮也安装在主轴上，可随主轴转动；棘爪安装在一个摇臂上，并经电磁铁推杆与直流电磁铁连接；靠模导轨套在主轴上部，一端铰接在靠模导轨安装板上，另一端铰接一个丝杆；主轴顶端铰接在太阳电池方阵板下面，转辊安装在太阳电池方阵板下面，紧贴靠模导轨。装置结构简单，整体重量轻，造价低；方法新颖独特，可准确跟踪太阳运行，大大提高了跟踪的可靠性，不会再出现由天气影响或云层遮挡等因素引起的跟踪失控现象；使用靠模导轨机构可以大大减小跟踪装置动力的功耗，降低跟踪装置的材料成本。

Description

太阳电池方阵自动跟踪方法及装置
技术领域
 本发明涉及一种太阳电池方阵自动跟踪方法及装置。
背景技术
随着煤炭、石油等化石能源的日益枯竭和对环境的严重污染，促使可再生的太阳能源近年来得到飞速发展，尤其是太阳电池构成的光伏电站已在全球普及应用。但是由于太阳电池自身的光电转换效率低，而且太阳电池方阵板固定朝南安装，太阳的光照辐射量未能充分利用，导致光伏电站的建造成本很高，严重制约了光伏电站的推广。如何提高光伏电源的发电效率、降低电站的建造成本，一直是新能源界关注的重要课题。经过多年的探讨和实践证明，模拟向日葵原理的太阳自动跟踪装置，是一种有效的解决途径，于是各种方案的太阳电池自动跟踪装置陆续推出并付诸实施应用。
经检索申请号为200910038907.6，公开号CN101571321A的“太阳能光伏发电自动跟踪系统”采用的技术方案是：使用光电传感器检测太阳的方位角和高度角，确定太阳的当前位置，然后使用两个伺服电动机或步进电动机，经两套蜗轮蜗杆传动机构，拖动太阳电池方阵板沿东西方位角和南北高度角方向进行双轴运动，使太阳电池方阵板时刻跟踪太阳的实时位置，达到最大吸收太阳的光照辐射量，提高光电转换效率的目的。问题是，一是采用光电传感器确定太阳的当前位置，容易受天气影响或云层遮挡等因素导致跟踪失控；二是使用两个电动机和两套蜗轮蜗杆传动机构，结构复杂，工作可靠性差、价格昂贵，性能价格比低等。
发明内容
 本发明的目的是针对目前传统的太阳电池方阵自动跟踪方法及装置存在的问题，设计一种高效、节能、可靠、廉价的太阳电池方阵自动跟踪方法及装置，以解决现有技术存在的问题。
 实现本发明目的所采取的技术方案是：本发明的装置包括光伏电源自动跟踪控制器、主轴、方位角检测器、直流电磁铁、棘轮棘爪、靠模导轨、转辊，方位角检测器安装在主轴上，棘轮也安装在主轴上，并与主轴固定，可随主轴转动；棘爪安装在一个摇臂上，并经电磁铁推杆与直流电磁铁连接；光伏电源自动跟踪控制器安装在主轴外面的主轴罩内；靠模导轨为环形，套在主轴上部，一端铰接在靠模导轨安装板上，另一端铰接一个调节丝杆；主轴穿过靠模导轨安装板顶端铰接在太阳电池方阵板下面，转辊安装在太阳电池方阵板下面，紧贴靠模导轨。
  本发明的跟踪方法是：采用“闭环时控跟踪”方案，参照天文导航的原理，根据地球沿赤道面自转和绕太阳黄道面公转的规律，太阳某个时刻相对地球某个坐标点的实时位置是相对固定的，即太阳电池方阵板相对于太阳某个时刻的方位角和高度角也是是相对固定的;使用高性能的STM8 （或STM32）单片计算机,将太阳电池方阵板各个时刻的方位角和高度角的数学模型以数据库的形式固化在单片机内部的程序中，通过安装在主轴上的方位角检测器，实时检测太阳电池方阵板当前的方位角数据，然后由STM单片机将当前时刻数据库中的理论方位角和检测到的实际方位角进行比较，并根据其误差定时发出指令，由直流电磁铁驱动棘轮棘爪机构带动主轴转动一定角度，同时通过调节丝杆和靠模导轨调节太阳电池方阵板南北角度，使太阳电池方阵板双轴转动，准确跟踪太阳运行。
 光伏电源自动跟踪控制器可由自动控制的专业技术人员制作，在此不做保护也不做详述。
 本发明的积极效果是：装置结构简单，整体重量轻，且造价低；方法新颖独特，可准确跟踪太阳运行，从而大大提高了跟踪的控制可靠性，不会再出现由天气影响或云层遮挡等因素引起的跟踪失控现象；可以大大减小跟踪装置动力的功耗，同时跟踪装置的材料成本也大为降低；使用一个廉价的靠模导轨机构代替一个电动机和一套蜗轮蜗杆传动机构，既可简化结构、降低造价，也提高了系统装置的工作可靠性。
附图说明
附图1为本发明在太阳电池方阵板上的使用状态图；附图2为靠模导轨安装示意图；附图3为靠模导轨示意图;附图4为棘轮棘爪示意图。
具体实施方式
如附图1所示，它包括光伏电源自动跟踪控制器4、主轴3、方位角检测器5、直流电磁铁6、棘轮棘爪机构7、靠模导轨2，方位角检测器5安装在主轴3上；如附图4所示，棘轮18安装在主轴3上，并与主轴3固定，可随主轴3转动；棘爪19安装在一个摇臂20上，由拉伸弹簧22保持与棘轮18贴紧，并经电磁铁推杆21与直流电磁铁6连接；光伏电源自动跟踪控制器4安装在主轴3外面的主轴罩8内；如附图2、3所示，靠模导轨2为环形，套在主轴3上部，一端铰接在靠模导轨安装板17上，另一端铰接一个调节丝杆12，调节丝杆12穿过靠模导轨安装板17，在靠模导轨安装板17上面和下面的调节丝杆12上，各安装一个调节螺母13、16和球面垫圈14、15；当需要减小高度角时，可先反时针旋转上面的调节螺母13，然后再顺时针旋转下面的调节螺母16；同理，当需要增大高度角时，可先反时针旋转下面的调节螺母16，然后再顺时针旋转面的上调节螺母13；靠模导轨安装板17水平固定在主轴罩8上端；主轴3穿过靠模导轨安装板17顶端铰接在太阳电池方阵板1下面，有一个转辊10经一个转辊支架11安装在太阳电池方阵板1下面，紧贴靠模导轨2，主轴3带动太阳电池方阵板1转动时，转辊10紧贴靠模导轨2滚动。
本发明的跟踪方法及原理是：光伏电源自动跟踪控制器4采用“闭环时控跟踪”方式，参照天文导航的原理，根据地球沿赤道面自转和绕太阳黄道面公转的规律，太阳某个时刻相对地球某个坐标点的实时位置是相对固定的，即太阳电池方阵板1相对于太阳某个时刻的方位角和高度角也是相对固定的。本发明使用高性能的STM8 （或STM32）单片计算机将太阳电池方阵板1各个时刻的方位角和高度角的数学模型以数据库的形式固化在单片机内部的程序中，同时，通过安装在主轴3上的方位角检测器5，实时检测太阳电池方阵板1当前的方位角数据，然后由STM单片机将当前时刻数据库中的理论方位角和检测到的实际方位角进行比较，并根据其误差定时发出指令，由直流电磁铁6带动电磁铁推杆21驱动棘爪19动作，推动棘轮18带动主轴3转动一定角度，主轴3转动的同时，带动太阳电池方阵板1转动，太阳电池方阵板1转动时，其下面的转辊10紧贴靠模导轨2转动。由于太阳电池方阵板1准确跟踪太阳运行，从而大大提高了跟踪的控制可靠性，不会再出现由天气影响或云层遮挡等因素引起的跟踪失控现象。
当方位角检测器5检测到太阳落山以后，单片机发出指令，由直流电磁铁6带动电磁铁推杆21驱动棘爪19快速连续动作，推动棘轮18带动主轴3转动半周，使太阳电池方阵板1到达初始位置，即太阳初升的位置，准备下一循环的工作。
在地平坐标系双轴跟踪过程中，对东西方向的方位角跟踪精度要求比较高，故而采用电磁铁6驱动棘轮棘爪机构7进行跟踪，而南北方向的高度角变化比较小，通过调整调节丝杆12来调节太阳电池方阵板1的南北高度角，旋转调节螺母13、16可使调节丝杆12带动靠模导轨2及太阳电池方阵板1上升或下降一定角度。每季度手动调节一次高度角，每年调整的角度大致为10度左右，保证在降低成本的同时仍能满足南北方向的高度角的跟踪要求。

Claims (2)

1.一种太阳电池方阵自动跟踪装置，其特征在于：它包括光伏电源自动跟踪控制器、主轴、方位角检测器、直流电磁铁、棘轮棘爪、靠模导轨、转辊，方位角检测器安装在主轴上，棘轮也安装在主轴上，并与主轴固定，可随主轴转动；棘爪安装在一个摇臂上，并经电磁铁推杆与直流电磁铁连接；光伏电源自动跟踪控制器安装在主轴外面的主轴罩内；靠模导轨为环形，套在主轴上部，一端铰接在靠模导轨安装板上，另一端铰接一个调节丝杆；主轴穿过靠模导轨安装板顶端铰接在太阳电池方阵板下面，转辊安装在太阳电池方阵板下面，紧贴靠模导轨。
2.   一种太阳电池方阵自动跟踪方法，其特征在于：采用闭环时控跟踪方案，参照天文导航的原理，根据地球沿赤道面自转和绕太阳黄道面公转的规律，太阳某个时刻相对地球某个坐标点的实时位置是相对固定的，即太阳电池方阵板相对于太阳某个时刻的方位角和高度角也是是相对固定的;使用高性能的STM8单片计算机,将太阳电池方阵板各个时刻的方位角和高度角的数学模型以数据库的形式固化在单片机内部的程序中，通过安装在主轴上的方位角检测器，实时检测太阳电池方阵板当前的方位角数据，然后由STM单片机将当前时刻数据库中的理论方位角和检测到的实际方位角进行比较，并根据其误差定时发出指令，由直流电磁铁驱动棘轮棘爪机构带动主轴转动一定角度，同时通过调节丝杆和靠模导轨调节太阳电池方阵板南北角度，使太阳电池方阵板双轴转动，准确跟踪太阳运行。
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