CN105353780B - 基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法。本发明寻找基准点的精度高，误差可控，无论是正对太阳的测量仪还是自动寻找基准点过程的误差都是远小于国家聚光光伏跟踪精度标准的，而且基准点的寻找便捷省事，在手动调整跟踪器到测量仪看不到影子后，启动自动寻找，控制器便开始工作，无需人工参与，而这时可以开始调整下一台设备。

Description

基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法。

背景技术

双轴太阳能跟踪器的跟踪方式有两种：一种是光电感应跟踪太阳，就是根据光电感应的强弱寻找太阳的位置；另外一种是轨迹跟踪，就是通过GPS位置和时间来计算太阳的位置，以及跟踪器自身的位置对比来进行跟踪。本申请主要针对轨迹跟踪的技术设计。

基于轨迹计算跟踪的跟踪器需要知道自身的位置或者角度以及当前当太的位置，利用二者之差进行跟踪，而太阳的位置一旦在坐标系建立后根据当前的时间和经纬度可以立刻算出，但是跟踪器的位置则需要对基准点进行寻找来确定。

正如导航一样，我们需要输入起点和终点才能完成本次导航，而只有终点，没有起点，或者只有起点没有终点都是劳而无功的。在这里，太阳的位置就是我们的终点，而基准点就是起点。一般而言太阳北半球早上升起的位置K > -120°，所以定义-120°为系统的基准点。假如太阳当前的方位角为-30度，跟踪在基准点的位置，那么跟踪器与太阳当前的位置之差就是90°，这样90°就是跟踪器的驱动行程，控制器只需要控制跟踪器从西向东驱动90°即可。

而基准点-120°的具体位置及如何寻找该基准点是确保太阳跟踪器对太阳实现同步跟踪的关键。根据天球坐标系的定义，正东方为-90度，那么从正东方往西30度就是-120度，如果采用手动的方式先将机器调整到-90度，然后再手动向西走30度，势必会有不少的误差，因为-90度和-30度都是人为测量出来的，跟人和工具有直接关系。

另外，在找到基准点后，还需要将双蜗杆转盘安装在基准点，而在安装过程中，常常会存在误差，该误差并非是寻找基准点时所产生的误差，而是在调整跟踪器中铝感应块时产生的误差，因此，为了保证跟踪器的跟踪精度，在寻找到基准点并安装蜗杆转盘后还需要对太阳跟踪器的基准点进行校正。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够准确且快速地寻找到双蜗杆转盘的太阳跟踪器基准点的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：在太阳跟踪器处于任意位置时，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，且使光线垂直测量仪垂直于太阳能帆板的水平面，调整太阳跟踪器直到太阳能帆板上看不到光线垂直测量仪的阴影为止，此时太阳跟踪器正对太阳，即太阳的角度与跟踪器的角度一致；

第二步：计算位置差，在经过第一步后，此时太阳跟踪器与太阳的位置同步，假设当前太阳的角度为（W，H），其中W为太阳方位角，H为太阳高度角，那么方位角位置差ΔW=W-（-120°），高度角位置差ΔH=H-90°；

第三步：利用第二步计算出来的位置差（ΔW，ΔH）驱动跟踪器，其中位置差即是驱动行程；

第四步：安装，太阳跟踪器将行程（ΔW，ΔH）走完后会自动停止，此时在太阳跟踪器上安装接近开关以及与接近开关对应配合的铝感应块，接近开关和太阳跟踪器的转盘同步旋转，当走到基准点的位置停下来后调整铝感应块从左到右滑动直到刚好使接近开关输出感应信号为止，最后再将铝感应块固定在滑动导轨上，以后太阳跟踪器每天的第一次启动都从接近开关限定的基准点开始出发，至此寻找基准点的操作完成。

本发明所述的基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法，其在所述第三步中，太阳跟踪器的转盘由动力电机和精控电机同时驱动，且动力电机和精控电机始终保持转动方向相反的驱动状态，其驱动方法具体为：

第一步：假设太阳跟踪器向西驱动行程为x度，利用减速比k转换为驱动脉冲为Ds=x*360/k个脉冲信号；

第二步：精控电机先反转启动，行程为Ds，动力电机在精控电机启动ss个脉冲后正转启动，不设置行程，其中，ss必须小于电机驱动的蜗杆与涡轮的齿轮缝隙所对应的脉冲数；

第三步：当精控电机驱动Ds完成后立即停止，此时动力电机与精控电机的驱动距离差最大为ss，最小为0；为0表示精控电机和动力电机驱动的蜗杆齿轮紧紧贴着蜗轮的齿轮，为无间隙状态，为ss则表明为有间隙状态；

第四步：消除ss，第三步的结果为0～ss之间，当精控电机停下来后动力电机继续驱动，如果间隙为0，那么电机转动困难，输出脉冲的频率会大幅度下降；如果间隙为ss，那么动力电机会继续转动ss个脉冲后间隙达到0，电机同样会转动困难甚至停转，输出脉冲频率会陡然下降最后归零；控制器通过检测动力电机输出脉冲的频率变化得知当前的间隙是否已经被消除完毕；若太阳跟踪器向东驱动，则动力电机和精控电机的动作相反。

本发明所述的基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法，其在太阳跟踪器驱动方法的第四步中，当电机输出脉冲频率降低为正常值的1/5～1/3之间时，就可以立即停止电机驱动了，此时已是无间隙状态。

本发明所述的基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法，其在所述太阳跟踪器基准点寻找方法的第四步中，对于铝感应块安装时产生的误差进行校正，其校正方法为：

第一步：手动控制太阳跟踪器对准太阳，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，在光线垂直测量仪的阴影看不到时启动校正；

第二步：在启动校正后系统计算出当前太阳位置，并确定此时为太阳跟踪器的位置，假设当前位置为（W′，H′），将位置直接换算为脉冲步数（Sw，Sh）；

第三步：驱动太阳跟踪器回到基准点，并记录下驱动过程中的脉冲总数（Sw₀，Sh₀）；

第四步：将上述第二步和第三步的脉冲数相减得到的差值即是铝感应块安装产生的误差（δsw，δsh），将该组数据存入系统EEPROM，然后每次上电启动的时候调入RAM，跟踪时直接用驱动脉冲减去或加上该脉冲即可。

本发明寻找基准点的精度高，误差可控，无论是正对太阳的测量仪还是自动寻找基准点过程的误差都是远小于国家聚光光伏跟踪精度标准的，而且基准点的寻找便捷省事，在手动调整跟踪器到测量仪看不到影子后，启动自动寻找，控制器便开始工作，无需人工参与，而这时可以开始调整下一台设备。

附图说明

图1是本发明中基准点找到后安装接近开关的示意图。

图2是本发明中铝感应块调整前的示意图。

图3是本发明中铝感应块调整后的示意图。

图4是本发明中对于基准点校正的流程图。

图中标记：1为接近开关，2为铝感应块，3为滑动导轨。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法，包括以下步骤：

第一步：在太阳跟踪器处于任意位置时，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，且使光线垂直测量仪垂直于太阳能帆板的水平面，调整太阳跟踪器直到太阳能帆板上看不到光线垂直测量仪的阴影为止，此时太阳跟踪器正对太阳，即太阳的角度与跟踪器的角度一致。在调整过程中，测量仪的阴影、测量仪以及光线构成了三角形，若测量仪的立柱高度为30CM，假设当前光线垂直测量仪的阴影长度为肉眼容易观察的2mm，那么光线与立柱的夹角θ=arctan(0.2/30)=0.38°，这个已经是非常高的精度了，远远高于太阳能国家跟踪标准的±0.5度。

第二步：计算位置差，在经过第一步后，此时太阳跟踪器与太阳的位置同步，假设当前太阳的角度为（W，H），其中W为太阳方位角，H为太阳高度角，那么方位角位置差ΔW=W-（-120°），高度角位置差ΔH=H-90°。

第三步：利用第二步计算出来的位置差（ΔW，ΔH）驱动跟踪器，其中位置差即是驱动行程，有别于人工的方法，利用跟踪器自己驱动规定的行程精度是毋庸置疑的。本系统采用自带霍尔传感器的直流电机，电机转动一周产生两个信号，电机的后级是型星减速器，普通的减速比为1:234，这样电机需要转动234周，减速器的转轴才会转动一周；在减速器的后一级是涡轮，一般为62，这样减速器的转轴转动62周，涡轮才会转动1周。涡轮带动帆板转动，也就是涡轮转动的角度就是帆板转动的角度，这样算下来360/（2*234*62）= 0.0124就是每个信号对应的太阳能帆板转动的角度，从而实现了将精度不可控的人工寻找转换为高精度可靠的机器自动寻找。

第四步：安装，太阳跟踪器将行程（ΔW，ΔH）走完后会自动停止，如图1所示，此时在太阳跟踪器上安装接近开关1以及与接近开关1对应配合的铝感应块2，接近开关和太阳跟踪器的转盘同步旋转，当走到基准点的位置停下来后调整铝感应块从左到右滑动直到刚好使接近开关输出感应信号为止，最后再将铝感应块2固定在滑动导轨3上，以后太阳跟踪器每天的第一次启动都从接近开关限定的基准点开始出发，至此寻找基准点的操作完成。由于设备具有存储功能，在每次跟踪过后会自动存储自身当前的位置，所以下一次的驱动会根据上一次存储的结果来执行，这样系统就不会因为停电或者人为断电而导致无法跟踪。

在所述第三步中，太阳跟踪器的转盘由动力电机和精控电机同时驱动，且动力电机和精控电机始终保持转动方向相反的驱动状态，其驱动方法具体为：

第一步：假设太阳跟踪器向西驱动行程为x度，利用减速比k转换为驱动脉冲为Ds=x*360/k个脉冲信号。

第二步：精控电机先反转启动，行程为Ds，动力电机在精控电机启动ss个脉冲后正转启动，不设置行程，其中，ss必须小于电机驱动的蜗杆与涡轮的齿轮缝隙所对应的脉冲数。

第三步：当精控电机驱动Ds完成后立即停止，此时动力电机与精控电机的驱动距离差最大为ss，最小为0；为0表示精控电机和动力电机驱动的蜗杆齿轮紧紧贴着蜗轮的齿轮，为无间隙状态，为ss则表明为有间隙状态，这个间隙会随着使用寿命的增加而增加。

第四步：消除ss，第三步的结果为0～ss之间，当精控电机停下来后动力电机继续驱动，如果间隙为0，那么电机转动困难，输出脉冲的频率会大幅度下降；如果间隙为ss，那么动力电机会继续转动ss个脉冲后间隙达到0，电机同样会转动困难甚至停转，输出脉冲频率会陡然下降最后归零；控制器通过检测动力电机输出脉冲的频率变化得知当前的间隙是否已经被消除完毕。通过大量实践，在太阳跟踪器驱动方法的第四步中，当电机输出脉冲频率降低为正常值的1/5～1/3之间时，就可以立即停止电机驱动了，此时已是无间隙状态，继续驱动只会烧毁电机。若太阳跟踪器向东驱动，则动力电机和精控电机的动作相反，即原动力电机在向东驱动时变为精控电机，负责定位，原精控电机换位动力电机负责消除间隙。

该驱动方法能够提供更大的驱动力，而且还能够靠两个电机的配合实现精确定位的同时消除间隙。

其中，在太阳跟踪器基准点找到后对双蜗杆转盘在基准点安装时，如图2和3所示，如果手动调整感应块的速度过快，或者用力过猛，或者导轨不是很滑等诸多因素都会造成感应块不会出现在正确的位置上。如果用手移动感应块的距离不够，这时接近开关不会有输出信号，可以继续再调；但是如果调试距离多了，这时接近开关也会输出信号，而这时调试人员认为调试到位了，但实际上是移动距离过多了。如图3所示，这时铝感应块移动到B线对应的位置，此时接近开关也有信号输出，但是正确的位置是A线所对应的位置，如果就这样让跟踪器继续运行，那么假设A，B间的弧度为δab,那么跟踪器每次的跟踪都会比正常位置超前(向西) δab。对于高倍聚光光伏发电，这会造成聚光光斑落不到电池板上，无法发电，或者发电量大幅度下降。

因此，需要对铝感应块安装时产生的误差进行校正，如图4所示，其校正方法为：

第一步：手动控制太阳跟踪器对准太阳，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，在光线垂直测量仪的阴影看不到时启动校正。

第二步：在启动校正后系统计算出当前太阳位置，并确定此时为太阳跟踪器的位置，假设当前位置为（W′，H′），将位置直接换算为脉冲步数（Sw，Sh）。

第三步：驱动太阳跟踪器回到基准点，并记录下驱动过程中的脉冲总数（Sw₀，Sh₀）。

第四步：将上述第二步和第三步的脉冲数相减得到的差值即是铝感应块安装产生的误差（δsw，δsh），将该组数据存入系统EEPROM，然后每次上电启动的时候调入RAM，跟踪时直接用驱动脉冲减去或加上该脉冲即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：在太阳跟踪器处于任意位置时，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，且使光线垂直测量仪垂直于太阳能帆板的水平面，调整太阳跟踪器直到太阳能帆板上看不到光线垂直测量仪的阴影为止，此时太阳跟踪器正对太阳，即太阳的角度与跟踪器的角度一致；

第二步：计算位置差，在经过第一步后，此时太阳跟踪器与太阳的位置同步，假设当前太阳的角度为（W，H），其中W为太阳方位角，H为太阳高度角，那么方位角位置差ΔW=W-（-120°），高度角位置差ΔH=H-90°；

第三步：利用第二步计算出来的位置差（ΔW，ΔH）驱动跟踪器，其中位置差即是驱动行程；

第四步：安装，太阳跟踪器将行程（ΔW，ΔH）走完后会自动停止，此时在太阳跟踪器上安装接近开关以及与接近开关对应配合的铝感应块，接近开关和太阳跟踪器的转盘同步旋转，当走到基准点的位置停下来后调整铝感应块从左到右滑动直到刚好使接近开关输出感应信号为止，最后再将铝感应块固定在滑动导轨上，以后太阳跟踪器每天的第一次启动都从接近开关限定的基准点开始出发，至此寻找基准点的操作完成；

在所述第三步中，太阳跟踪器的转盘由动力电机和精控电机同时驱动，且动力电机和精控电机始终保持转动方向相反的驱动状态，其驱动方法具体为：

第一步：假设太阳跟踪器向西驱动行程为x度，利用减速比k转换为驱动脉冲为Ds=x*360/k个脉冲信号；

第二步：精控电机先反转启动，行程为Ds，动力电机在精控电机启动ss个脉冲后正转启动，不设置行程，其中，ss必须小于电机驱动的蜗杆与涡轮的齿轮缝隙所对应的脉冲数；

第三步：当精控电机驱动Ds完成后立即停止，此时动力电机与精控电机的驱动距离差最大为ss，最小为0；为0表示精控电机和动力电机驱动的蜗杆齿轮紧紧贴着蜗轮的齿轮，为无间隙状态，为ss则表明为有间隙状态；

第四步：消除ss，第三步的结果为0～ss之间，当精控电机停下来后动力电机继续驱动，如果间隙为0，那么电机转动困难，输出脉冲的频率会大幅度下降；如果间隙为ss，那么动力电机会继续转动ss个脉冲后间隙达到0，电机同样会转动困难甚至停转，输出脉冲频率会陡然下降最后归零；控制器通过检测动力电机输出脉冲的频率变化得知当前的间隙是否已经被消除完毕；若太阳跟踪器向东驱动，则动力电机和精控电机的动作相反；在太阳跟踪器驱动方法的第四步中，当电机输出脉冲频率降低为正常值的1/5～1/3之间时，就可以立即停止电机驱动了，此时已是无间隙状态。

2.根据权利要求1所述的基于双蜗杆转盘的太阳跟踪器的基准点寻找方法，其特征在于：在所述太阳跟踪器基准点寻找方法的第四步中，对于铝感应块安装时产生的误差进行校正，其校正方法为：

第一步：手动控制太阳跟踪器对准太阳，将光线垂直测量仪放置于太阳跟踪器的太阳能帆板上，在光线垂直测量仪的阴影看不到时启动校正；

第二步：在启动校正后系统计算出当前太阳位置，并确定此时为太阳跟踪器的位置，假设当前位置为（W′，H′），将位置直接换算为脉冲步数（Sw，Sh）；

第三步：驱动太阳跟踪器回到基准点，并记录下驱动过程中的脉冲总数（Sw₀，Sh₀）；

第四步：将上述第二步和第三步的脉冲数相减得到的差值即是铝感应块安装产生的误差（δsw，δsh），将该组数据存入系统EEPROM，然后每次上电启动的时候调入RAM，跟踪时直接用驱动脉冲减去或加上该脉冲即可。