CN108255200B - 一种太阳能板控制系统及其控制方法 - Google Patents

一种太阳能板控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能板控制系统及其控制方法，包括用于控制各个太阳能板转动的水平角电机和仰角电机，还包括一基座，其上的前、后、左、右及上端面均安装有感光片，各感光片的输出端与控制器的输入端口导线连接，控制器的输出端口与各水平角电机和仰角电机的控制端口导线连接，在各水平角电机的输出轴上安装有第一角度传感器，在各仰角电机的输出轴上安装有第二角度传感器，第一角度传感器和第二角度传感器的输出端与控制器的输入端口导线连接，与现有技术相比，本发明具有结构简单，控制方便，实用性强等优点，特别适合于同一地区多个太阳能板的控制应用，极大的节省了太阳能板的控制成本。

Description

一种太阳能板控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能板控制系统及其控制方法，属于太阳能利用技术领域。
背景技术
在太阳能电池设备收集过程中，目前已实现了太阳能自动追踪太阳的功能。其主要是在太阳能板架的四侧端面各安装一个感光传感器，由各感光传感器接收到的光照强度来进行计算，由此得出太阳的坐标方位，再通过控制器控制太阳能板架的水平角电机和仰角电机转动，驱使太阳能板架上下摆动及左右移动，实现太阳能板架追踪太阳功能，达到提高太阳能电池板产电能力的目的。目前，在每一个太阳能板架上均安装有4个感光传感器，当太阳能电池板较多时，存在生产制造成本较高的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种太阳能板控制系统及其控制方法，通过在同一基座五个面上安装的感光传感器，检测计算太阳光照的方位坐标，作为太阳能板架转动的控制参数，实现一对多的控制目的，以克服现有技术的不足。
本发明的技术方案：一种太阳能板控制系统，包括用于控制各个太阳能板转动的水平角电机和仰角电机，还包括一基座，其上的前、后、左、右及上端面均安装有感光片，各感光片的输出端与控制器的输入端口导线连接，控制器的输出端口与各水平角电机和仰角电机的控制端口导线连接，在各水平角电机的输出轴上安装有第一角度传感器，在各仰角电机的输出轴上安装有第二角度传感器，第一角度传感器和第二角度传感器的输出端与控制器的输入端口导线连接。
所述基座的底端面具有敞口腔体，在除底端面外其余五个面均设置有用于安装感光片的安装孔，安装孔与敞口腔体连通。
所述敞口腔体内设置有由顶端面向底端面延伸的筒形柱，其中，筒形柱内的中空腔体与顶端面上的安装孔连通，在中空腔体内壁面设有螺纹。
所述太阳能板控制系统的控制方法，包括以下步骤：
第一步：设定系统供电时间；
第二步：系统启动后，将各水平电机和仰角电机调整至初始位置，即极角θ＝0°&仰角
Figure GDA0002289776300000021
此时太阳能板面受光面正对东方，其中，θ为太阳光线与位于南北方向感光片法线的夹角，
Figure GDA0002289776300000022
为太阳光线与上端面感光片的夹角；
第三步：将正对东、南、西、北及上端各方向的感光片分别标记为1～5，接收到的光强信号分别标记为E1、E2、E3、E4、E5，并为1～4号感光片光强从大至小排序赋值于aij，i代表大小排序，j代表感光片编号；
第四步：判断(a2j-a3j)/a2j是否小于0.1，
若“是”继续第五步；
若“否”继续第六步；
第五步：判断(a1j-a2j)/a1j是否小于0.1，
若“是”继续继续第九步；
若“否”继续第七步；
第六步：判断aij的前两个j值是否相差1，
若“是”继续第八步；
若“否”继续判断a1j和a2j的j值是否相差3，若“是”继续第八步，若“否”继续第九步；
第七步：取a4j校正漫反射干扰，令Ej＝Ej-a4j，j＝1～4，
取a1j判断j值，
当j＝1时，取极角为0°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure GDA0002289776300000023
当j＝2时，取极角为90°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure GDA0002289776300000024
当j＝3时，取极角为180°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure GDA0002289776300000025
当j＝4时，取极角为-90°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure GDA0002289776300000031
调整水平角至极角θ值，并调整仰角至
Figure GDA0002289776300000032
值，继续第九步；
第八步：取a4j校正漫反射干扰，令Ej＝Ej-a4j，j＝1～4，
取a1j、a2j判断j值，
当j值分别为1、2时，取相应光强带入式中计算得
Figure GDA0002289776300000033
取极角为θ，得仰角
当j值分别为2、3时，取相应光强带入式中计算得
Figure GDA0002289776300000035
取极角为-θ+180，得仰角
Figure GDA0002289776300000036
当j值分别为3、4时，取相应光强带入式中计算得
Figure GDA0002289776300000037
取极角为θ-180，得仰角
Figure GDA0002289776300000038
当j值分别为4、1时，取相应光强带入式中计算得
Figure GDA0002289776300000039
取极角为-θ，得仰角
Figure GDA00022897763000000310
调整水平角至极角θ值，并调整仰角至值，继续第九步；
第九步：判断时间是否超过系统设定断电时间；
若“是”继续第十步；
若“否”按给定时间间隔继续第三步；
第十步：系统断电。
本发明的有益效果是：本发明通过安装在同一基座5个面上的感光片即可检测计算得出太阳的坐标位置，作为太阳能板架转动的控制参数，实现一对多的控制目的，与现有技术相比，本发明极大的节省了太阳能板的控制成本。本发明具有结构简单，控制方便，实用性强等优点，特别适合于同一地区多个太阳能板的控制应用。
附图说明
图1是本发明的控制结构图；
图2是基座的结构示意图；
图3是基座的主视图；
图4是基座的左视图；
图5是基座的仰视图；
图6是各感光片的安装方位标记图；
图中：1、基座，2、安装孔，3、敞口腔体，4、筒形柱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参考图1至图5，本实施例一种太阳能板控制系统，包括用于控制各个太阳能板转动的水平角电机和仰角电机，以及一基座1，其基座1的前、后、左、右及上端面均安装有感光片，各感光片的输出端与控制器的输入端口导线连接，控制器的输出端口与各水平角电机和仰角电机的控制端口导线连接，在各水平角电机的输出轴上安装有第一角度传感器，在各仰角电机的输出轴上安装有第二角度传感器，第一角度传感器和第二角度传感器的输出端与控制器的输入端口导线连接。
其中，基座1呈方形座，在其底端面具有敞口腔体3，在除底端面外其余五个面均设置有用于安装感光片的安装孔2，安装孔2与敞口腔体3连通，这样在基座1的各面上安装感光片，可实现太阳光照强度的全方位检测。所述敞口腔体3内设置有由顶端面向底端面延伸的筒形柱4，其中，筒形柱4内的中空腔体与顶端面上的安装孔2连通，在中空腔体内壁面设有螺纹，以便于拆卸安装。所述安装孔2布置在方形座各端面的中心处，所述方形座为正方体，这样更便于检测后的计算。
如图5，以1、2、3、4号感光片的法线方向分别正对东、南、西、北放置，用极坐标的表达方式描述阳光方位，并将东方作为参考方向设置为极轴，在该坐标系中，我们明确太阳方位只需求解极角(即光线与参考方向的夹角)，表达一周只需360度角即可，令极角为(-180°,180°]来表达光线一天中的方位，以光线与2、4号感光片的夹角求解极角，由上述计算可知光线与2、4号感光片的夹角是反正切函数，存在多解问题，为求得单一解，现规定解为锐角θ，2、4号感光片方位正相反，不能同时受照射，故而锐角θ为光线与2或4号感光片的夹角可保证夹角θ的唯一性。
Figure GDA0002289776300000051
为太阳光线与上端面感光片的夹角
为方便说明计算方式，现将区域划分为如图5所示四个区域；
当光线从一区射入时，1号4号感光片参与计算，设光线与4号感光片夹角为θ，显然此时极角为-θ
当光线从二区射入时，1号2号感光片参与计算，设光线与2号感光片夹角为θ，显然此时极角为θ
当光线从三区射入时，3号2号感光片参与计算，设光线与2号感光片夹角为θ，显然此时极角为-θ+180°
当光线从四区射入时，3号4号感光片参与计算，设光线与4号感光片夹角为θ，显然此时极角为θ-180°
即2、4号感光片决定所解锐角及极角的正负，结合1、3号感光片才能求解极角确切值
由于环境中的漫反射，当阳光不照射到感光片上时，依然次在微弱光强，对我们来讲为干扰值，为计算精确，将受照感光面强度减去该干扰值再参与计算，当受干扰面不止一个时，采用最小的值去干扰更为准确。
根据上述分析，系统判别光线方位的方式为：
当检测到1号感光线光强明显强于2、3、4号时，取极角为0°；
当检测到1、2号感光线光强明显强于3、4号时，取极角为θ；
当检测到2号感光线光强明显强于1、3、4号时，取极角为90°；
当检测到2、3号感光线光强明显强于1、4号时，取极角为-θ+180°；
当检测到3号感光线光强明显强于1、2、4号时，取极角为180°；
当检测到3、4号感光线光强明显强于1、2号时，取极角为θ-180°；
当检测到4号感光线光强明显强于1、2、3号时，取极角为-90°；
当检测到4、1号感光线光强明显强于2、3号时，取极角为-θ；
因为感光片5与地面平行，水平放置，故而光线与感光片5的夹角就是仰角，即为式中计算所得。
为节省电量，电源通过定时器为控制组件供电，每天7:00供电，18:00断电，并每隔15分钟调节一次位置
系统工作流程如下图所示：
第一步：7:00系统供电；
第二步：初始化(通过限位开关将太阳能设备调整至初始位置，即极角＝0°&仰角＝0°，即太阳能板面受光面正对东方)；
第三部：采集1～5号感光片光强信号分别为E1、E2、E3、E4、E5,并为1～4号感光片光强从大至小排序赋值于aij,i代表大小排序，j代表感光片编号；
第四步：判断(a2j-a3j)/a2j是否小于0.1，
若“是”继续第五步；
若“否”继续第六步；
第五步：判断(a1j-a2j)/a1j是否小于0.1，
若“是”继续第九步；
若“否”继续第七步；
第六步：判断aij的前两个j值是否相差1，
若“是”继续第八步；
若“否”继续判断a1j和a2j的j值是否相差3，
若“是”继续第八步，
若“否”继续第九步；
第七步：取a4j校正漫反射干扰，令Ej＝Ej-a4j，j＝1～4，
取a1j判断j值，
当j＝1时，取极角为0°,取相应光强带入式中计算得仰角
Figure GDA0002289776300000061
当j＝2时，取极角为90°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure GDA0002289776300000071
当j＝3时，取极角为180°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure GDA0002289776300000072
当j＝4时，取极角为-90°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure GDA0002289776300000073
调整水平角至极角θ值，并调整仰角至
Figure GDA0002289776300000074
值，继续第九步；
第八步：取a4j校正漫反射干扰，令Ej＝Ej-a4j，j＝1～4，
取a1j、a2j判断j值，
当j值分别为1、2时，取相应光强带入式中计算得
Figure GDA0002289776300000075
取极角为θ，得仰角
Figure GDA0002289776300000076
当j值分别为2、3时，取相应光强带入式中计算得取极角为-θ+180，得仰角
Figure GDA0002289776300000078
当j值分别为3、4时，取相应光强带入式中计算得
Figure GDA0002289776300000079
取极角为θ-180，得仰角
Figure GDA00022897763000000710
当j值分别为4、1时，取相应光强带入式中计算得
Figure GDA00022897763000000711
取极角为-θ，得仰角
Figure GDA00022897763000000712
调整水平角至极角θ值，并调整仰角至
Figure GDA00022897763000000713
值，继续第九步；
第九步：判断时间是否超过18:00，
若“是”继续第十步；
若“否”15分钟后继续第三步；
第十步：系统断电。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种太阳能板控制系统，包括用于控制各个太阳能板转动的水平角电机和仰角电机，其特征在于：还包括一基座，其上的前、后、左、右及上端面均安装有感光片，各感光片的输出端与控制器的输入端口导线连接，控制器的输出端口与各水平角电机和仰角电机的控制端口导线连接，在各水平角电机的输出轴上安装有第一角度传感器，在各仰角电机的输出轴上安装有第二角度传感器，第一角度传感器和第二角度传感器的输出端与控制器的输入端口导线连接；
所述太阳能板控制系统的控制方法包括以下步骤：
第一步：设定系统供电时间；
第二步：系统启动后，将各水平电机和仰角电机调整至初始位置，即极角θ＝0°&仰角
Figure FDA0002289776290000011
此时太阳能板面受光面正对东方，其中，θ为太阳光线与位于南北方向感光片法线的夹角，
Figure FDA0002289776290000012
为太阳光线与上端面感光片的夹角；
第三步：将正对东、南、西、北及上端各方向的感光片分别标记为1～5，接收到的光强信号分别标记为E1、E2、E3、E4、E5，并为1～4号感光片光强从大至小排序赋值于aij，i代表大小排序，j代表感光片编号；
第四步：判断(a2j-a3j)/a2j是否小于0.1，
若“是”继续第五步；
若“否”继续第六步；
第五步：判断(a1j-a2j)/a1j是否小于0.1，
若“是”继续第九步；
若“否”继续第七步；
第六步：判断aij的前两个j值是否相差1，
若“是”继续第八步；
若“否”继续判断a1j和a2j的j值是否相差3，若“是”继续第八步，若“否”继续第九步；
第七步：取a4j校正漫反射干扰，令Ej＝Ej-a4j，j＝1～4，
取a1j判断j值，
当j＝1时，取极角为0°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure FDA0002289776290000013
当j＝2时，取极角为90°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure FDA0002289776290000021
当j＝3时，取极角为180°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure FDA0002289776290000022
当j＝4时，取极角为-90°，取相应光强带入式中计算得仰角
Figure FDA0002289776290000023
调整水平角至极角θ值，并调整仰角至
Figure FDA0002289776290000024
值，继续第九步；
第八步：取a4j校正漫反射干扰，令Ej＝Ej-a4j，j＝1～4，
取a1j、a2j判断j值，
当j值分别为1、2时，取相应光强带入式中计算得
Figure FDA0002289776290000025
取极角为θ，得仰角
Figure FDA0002289776290000026
当j值分别为2、3时，取相应光强带入式中计算得
Figure FDA0002289776290000027
取极角为-θ+180°，得仰角
Figure FDA0002289776290000028
当j值分别为3、4时，取相应光强带入式中计算得
Figure FDA0002289776290000029
取极角为θ-180°，得仰角
当j值分别为4、1时，取相应光强带入式中计算得取极角为-θ，得仰角
Figure FDA00022897762900000212
调整水平角至极角θ值，并调整仰角至值，继续第九步；
第九步：判断时间是否超过系统设定断电时间；
若“是”继续第十步；
若“否”按给定时间间隔继续第三步；
第十步：系统断电。
2.根据权利要求1所述的太阳能板控制系统，其特征在于：所述基座的底端面具有敞口腔体，在除底端面外其余五个面均设置有用于安装感光片的安装孔，安装孔与敞口腔体连通。
3.根据权利要求2所述的太阳能板控制系统，其特征在于：所述敞口腔体内设置有由顶端面向底端面延伸的筒形柱，其中，筒形柱内的中空腔体与顶端面上的安装孔连通，在中空腔体内壁面设有螺纹。
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