CN111338392A - 一种太阳跟踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳跟踪方法及系统，建立太阳追踪的高度角、方位角的矫正模型；采用天文日历模式，根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；将计算得到的高度角和方位角输入矫正模型，得到矫正后的高度角和方位角；采用双轴跟踪，根据得到的矫正后的高度角和方位角控制太阳能电池板与太阳光垂直。本发明在通过精确计算来确定太阳高度角和方位角的同时，还设置矫正模型，进一步提升高度角和方位角的精度，可实现太阳能电池板的精度较高的太阳自动跟踪，提高太阳能转换效率。

Description

一种太阳跟踪方法及系统

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，特别是涉及到一种太阳跟踪方法及系统。

背景技术

太阳能作为21世纪的一种新型的清洁可再生能源，有着广泛而明亮的开发前景。是人类社会发展、进步乃至生存的希望。在化石能源日益枯竭的时代，太阳能的开发利用关系着人类社会生存发展的大计，因此太阳追踪技术属于非常重要的领域。在太阳追踪领域，中国在1997开发了单轴太阳跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪。接收机的接收效率大大提高。1998，美国加利福尼亚成功地研究了ATM双轴跟踪器，并且太阳能电池板配备了一个集中的阳光透镜，可以使太阳能电池板更小的能量，并提高效率。2002年2月，美国亚利桑那大学推出了一种新型的太阳能跟踪装置。该装置采用铝框结构，结构紧凑，重量轻，使用控制电机完成跟踪，大大拓宽了跟踪器的应用领域。

总体来说，在太阳跟踪系统中跟踪太阳的方法有很多种，但常用的方法可归纳为三类：一种是跟踪太阳运动轨迹，一种是光电跟踪方法，还有一种和光影跟踪法。前者是一个开环程序控制系统，后两者是闭环随机系统。现有的这三类太阳追踪技术仍有不足，太阳能的转换效率普遍较低。

发明内容

本发明提出一种太阳跟踪方法及系统，实现相对实用的精度较高的太阳能自动跟踪系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种太阳跟踪方法，包括：

S1、建立太阳追踪的高度角、方位角的矫正模型；

S2、采用天文日历模式，根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

S3、将计算得到的高度角和方位角输入矫正模型，得到矫正后的高度角和方位角；

S4、采用双轴跟踪，根据得到的矫正后的高度角和方位角控制太阳能电池板与太阳光垂直。

进一步的，步骤S1中所述矫正模型的建立方法包括：

S10、采用光电跟踪法得到太阳的高度角和方位角，同时根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

S11、在一段时期内，重复步骤S10，得到数据集合；

S13、将光电跟踪法得到的高度角和方位角的数据集合，与计算得到的高度角和方位角的数据集合，输入神经网络，得到数据的矫正模型。

进一步的，步骤S4中所述双轴追踪包括：利用ULN2003驱动芯片，驱动两个步进电机带动太阳能电池板分别向两个光强方向旋转，同时将太阳的高度角和方位角与太阳能电池板上角度传感器的角度进行比较，直到位置与矫正后的结果一致。

本发明另一方面还提供了一种太阳跟踪系统，包括：

矫正模型单元，用于建立太阳追踪的高度角、方位角的矫正模型；

计算单元，用于采用天文日历模式，根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

实时矫正单元，用于将计算得到的高度角和方位角输入矫正模型，得到矫正后的高度角和方位角；

追踪单元，用于采用双轴跟踪，根据得到的矫正后的高度角和方位角控制太阳能电池板与太阳光垂直。

进一步的，所述矫正模型单元包括：

采集模块，用于采用光电跟踪法得到太阳的高度角和方位角，同时根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

集合模块，用于在一段时期内收集采集模块的数据得到数据集合；

神经网络模块，用于将集合模块得到的数据集合，输入神经网络，得到数据的矫正模型。

进一步的，所述追踪单元包括：

驱动模块，利用ULN2003驱动芯片，驱动两个步进电机带动太阳能电池板分别向两个光强方向旋转；

比较模块，同时将太阳的高度角和方位角与太阳能电池板上角度传感器的角度进行比较，直到位置与矫正后的结果一致。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明在通过精确计算来确定太阳高度角和方位角的同时，还设置矫正模型，进一步提升高度角和方位角的精度，可实现太阳能电池板的精度较高的太阳自动跟踪，提高太阳能转换效率。

附图说明

图1是本发明实施例的双轴追踪的原理图；

图2是本发明实施例的硬件结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

因为地球存在自转和公转，致使了相对于太阳运动地面物体是静止的。这种相对运动是周期性且完全可以预见。而黄道天球极轴和地球极轴有一个23°的夹角，这样太阳赤纬角在一年的时间里就会随之不断改变。

太阳的位置相对于地球上某一地点在某一时刻近似由球面三角关系来计算。因而，只需了解一个地方的经纬度坐标和时间，就可以计算出此时太阳相对于地球的视位置。

通过两个参数：方位角和高度角，来确定太阳的表观位置在某一时刻相对于地球上的一个点。如图1所示，通过太阳的高度角和方位角就可在地面对太阳进行定位，来实现对太阳的实时跟踪。跟踪方式通过两个方向的回转运动来实现，一个方向绕Z轴回转来跟踪太阳方位角；另一方向的回转运动对应太阳高度角的变化。

因此可设计一种太阳跟踪系统，直接监测太阳的方位。如图2所示，主要包括显示电路，时钟电路，单片机控制电路，按键输入电路，电机驱动电路，角度传感器；通过时钟芯片给出年月日时的时间，将经度、纬度、时间分别输入到单片机中，计算得到太阳的高度角和方位角，利用ULN2003驱动芯片，驱动两个步进电机，控制太阳能电池板分别向两个光强方向旋转。在旋转过程中，单片机将太阳的角度与角度传感器的角度进行比较，直到位置与计算结果一致，使太阳能板与太阳光具有90°角，从而达到追踪太阳的目的。

但是，上述系统依旧存在需要矫正的计算误差，因此，本发明在上述太阳跟踪系统的基础上，又提出了矫正模型。

本发明的方法包括：

S1、建立太阳追踪的高度角、方位角的矫正模型；

S2、采用天文日历模式，根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

S3、将计算得到的高度角和方位角输入矫正模型，得到矫正后的高度角和方位角；

S4、采用双轴跟踪，根据得到的矫正后的高度角和方位角控制太阳能电池板与太阳光垂直。

其中步骤S1中所述矫正模型的建立方法包括：

S10、采用光电跟踪法得到太阳的高度角和方位角，同时根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

S11、在一段时期内，重复步骤S10，得到数据集合；

S13、将光电跟踪法得到的高度角和方位角的数据集合，与计算得到的高度角和方位角的数据集合，输入神经网络，得到数据的矫正模型。

上述方法与前面所述的太阳跟踪系统相结合，就形成了本发明完整的技术方案，在通过精确计算来确定太阳高度角和方位角的同时，又通过矫正模型进一步提升高度角和方位角的精度，可实现太阳能电池板的精度较高的太阳自动跟踪，提高太阳能转换效率。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种太阳跟踪方法，其特征在于，包括：

S1、建立太阳追踪的高度角、方位角的矫正模型；

S2、采用天文日历模式，根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

S3、将计算得到的高度角和方位角输入矫正模型，得到矫正后的高度角和方位角；

S4、采用双轴跟踪，根据得到的矫正后的高度角和方位角控制太阳能电池板与太阳光垂直。

2.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪方法，其特征在于，步骤S1中所述矫正模型的建立方法包括：

S10、采用光电跟踪法得到太阳的高度角和方位角，同时根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

S11、在一段时期内，重复步骤S10，得到数据集合；

S13、将光电跟踪法得到的高度角和方位角的数据集合，与计算得到的高度角和方位角的数据集合，输入神经网络，得到数据的矫正模型。

3.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪方法，其特征在于，步骤S4中所述双轴追踪包括：利用ULN2003驱动芯片，驱动两个步进电机带动太阳能电池板分别向两个光强方向旋转，同时将太阳的高度角和方位角与太阳能电池板上角度传感器的角度进行比较，直到位置与矫正后的结果一致。

4.一种太阳跟踪系统，其特征在于，包括：

矫正模型单元，用于建立太阳追踪的高度角、方位角的矫正模型；

计算单元，用于采用天文日历模式，根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

实时矫正单元，用于将计算得到的高度角和方位角输入矫正模型，得到矫正后的高度角和方位角；

追踪单元，用于采用双轴跟踪，根据得到的矫正后的高度角和方位角控制太阳能电池板与太阳光垂直。

5.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪系统，其特征在于，所述矫正模型单元包括：

采集模块，用于采用光电跟踪法得到太阳的高度角和方位角，同时根据经纬度坐标和时间计算当时太阳的高度角和方位角；

集合模块，用于在一段时期内收集采集模块的数据得到数据集合；

神经网络模块，用于将集合模块得到的数据集合，输入神经网络，得到数据的矫正模型。

6.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪系统，其特征在于，所述追踪单元包括：

驱动模块，利用ULN2003驱动芯片，驱动两个步进电机带动太阳能电池板分别向两个光强方向旋转；

比较模块，同时将太阳的高度角和方位角与太阳能电池板上角度传感器的角度进行比较，直到位置与矫正后的结果一致。

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