CN111414017A - 自动逐日光伏发电板控制系统 - Google Patents

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CN111414017A CN202010276974.8A CN202010276974A CN111414017A CN 111414017 A CN111414017 A CN 111414017A CN 202010276974 A CN202010276974 A CN 202010276974A CN 111414017 A CN111414017 A CN 111414017A
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夏彬彬
余伟霞
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction
    • G05D3/12—Control of position or direction using feedback
    • G05D3/20—Control of position or direction using feedback using a digital comparing device

Abstract

本发明涉及一种自动逐日光伏发电板控制系统，包括由九轴传感器、太阳能电池板、控制器、第一步进电机和第二步进电机构成的太阳能电池板调整系统；该系统的方法采用对已知位置信息做出预判调整，并结合九轴传感器得到太阳能电池板的实时位置信息与太阳位置信息进行精确调整的控制方法。本发明使太阳能电池板自动随时垂直于太阳光照射，在减少太阳能电池板调整时间的情况下，保证了系统的简单性、实时性以及准确性，提高了光伏发电系统的发电效率。

Description

自动逐日光伏发电板控制系统
技术领域
本发明涉及电子控制设备技术领域，具体涉及一种自动逐日光伏发电板控制系统及方法。
背景技术
世界能源短缺已经成为人类面临的最大问题，各种各样的新能源逐渐进入人们的视野，而太阳能作为清洁能源发挥着极为重要的作用，它是各种可生能源中最重要的基本能源，因此作为将太阳辐射能转换成电能的太阳能发电技术，即光伏产业得到了飞速发展，大量的光伏板逐日控制装置被开发。
目前，大型光伏发电系统的设计，特别是在国内，很多太阳能电池板阵列基本上是采用固定式结构，存在余弦效应影响，无法保证太阳光垂直照射，光伏电池不能充分利用太阳能资源，发电效率低下，无法保证获得全年的最大光电转换效率。其中最具有代表性的是双轴式光伏板控制系统，主要分三大类，第一类是集中化的大型光伏发电系统，该系统的特点是现代化程度高、管理现代化，电路控制系统采用昂贵的控制器，机械结构的设计上多采用以伺服电机驱动的双自由度控制方式，其造价昂贵普及难以实现；第二类是分布式光伏发电系统，该系统特点是在原有基础上增加了联网通信、联网控制、并网发电等功能，使系统便于管理，该系统存在的问题是实现不容易，造价偏高；第三类是以供家庭使用为代表的独立式光伏发电系统，该系统的特点是控制方式容易实现且维护简单，精度低、不能很好的识别太阳的方位和高度，电能转换效率差。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动逐日光伏发电板控制系统及方法，解决上述现有技术中的不足。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种自动逐日光伏发电板控制系统包括九轴传感器、控制器、GPS模块、驱动模块和步进电机，所述九轴传感器安装于太阳能电池板之上，通过ICC总线与控制器连接，九轴传感器测得太阳能电池板与地面的夹角和方位角，所述太阳能电池板与控制器连接，控制器通过步进电机驱动模块分别与第一步进电机和第二步进电机连接，所述控制器根据已知信息向第一步进电机和第二步进电机发送调整命令，先控制第一步进电机调整电池板的高度角，后控制第二步进电机调整电池板的方位角，控制器内部运算为90度减去太阳高度角H后再减去太阳能电池板与地面的实时夹角W得出应调整角度S1，并将调整后的位置信息写入控制器覆盖原有位置信息，同时，控制器还与GPS接收器模块连接。
自动逐日光伏发电板控制系统，其控制方法的特征为：提前录入一年时间的位置数据作为系统调节的对比信息，随时间的变化系统可做出预判，太阳能电池板自动转向，随后根据实况通过九轴传感器进行具体调节。
所述九轴传感器内部包括三轴加速度、三轴地磁、三轴角度，可通过九轴传感器测得太阳能电池板与地面的夹角和方位角，控制的方法是首先读取九轴传感器数据信息，判断太阳高度角和电池板与地面夹角W，W是锐角，相加是否为90度，如果判断为是，则再次判断九轴传感器测到的当前电池板朝向是否和太阳方向角是否相同，若仍为是，则延时1分钟后重新读取九轴传感器数据信息，若为否，则驱动第二步进电机调整太阳能电池板至与太阳方向角相同；如果第一次判断为否，则计算太阳能电池板应该调整的高度角度数S1，驱动第一步进电机进行调节。
本发明的有益效果：自动逐日光伏发电板系统根据提前录入已知位置信息可进行预判太阳能电池板的转向并使控制器驱动步进电机对电池板进行调整，随后通过九轴传感器进行精确调整，大大缩短了调整太阳能电池板角度的时间，并且整个系统在减少零件的情况下，不但保证了太阳能方位角和高度角测量的准确度，减少测量误差，而且还保证了测量的实时性，大幅度提高了发电效率。
附图说明
图1是本发明内含控制器和步进电机的外观结构图；
图2是本发明中九轴传感器的工作流程示意图；
图3是本发明的工作流程示意图；
图4是本发明的工作结构示意图。
具体实施方式
如图1至4所示，本发明包括九轴传感器1采用mpu9250，九轴传感器 1安装于太阳能电池板之上，通过ICC总线与控制器连接，九轴传感器1测得太阳能电池板与地面的夹角和方位角，所述太阳能电池板与控制器连接，控制器通过步进电机驱动模块分别与第一步进电机和第二步进电机连接，所述控制器根据已知信息向第一步进电机和第二步进电机发送调整命令，先控制第一步进电机调整电池板的高度角，后控制第二步进电机调整电池板的方位角，控制器内部运算为90度减去太阳高度角H后再减去太阳能电池板与地面的实时夹角W得出应调整角度S1，并将调整后的位置信息写入控制器覆盖原有位置信息，同时，控制器还与GPS接收器2模块连接。
如图2所示，九轴传感器1控制的方法是首先读取九轴传感器1数据信息，判断太阳高度角和电池板与地面夹角W，W是锐角，相加是否为90度，如果判断为是，则再次判断九轴传感器1测到的当前电池板朝向是否和太阳方向角是否相同，若仍为是，则延时1分钟后重新读取九轴传感器1数据信息，若为否，则驱动第二步进电机调整太阳能电池板至与太阳方向角相同；如果第一次判断为否，则计算太阳能电池板应该调整的高度角度数S1，驱动第一步进电机进行调节。
如图3所示，本实施例中的工作的流程是，第一步先读取GPS接收器2信息，进而得到时间信息，时间信息再经过系统判断是否为白天，如果不是白天，则驱动电机支架复位，再返回重新读取GPS接收器2信息的状态，如果是白天，则进一步得到位置信息，由位置信息计算出太阳方位角，然后再计算出太阳高度角，在本发明的具体实施中，所述控制器型号为STM32，九轴传感器1为mpu9250。在本发明的具体实施中，所述控制器固定安装在电池板内。
自动逐日光伏发电板控制系统的方法，该方法内容包括：
1)首先根据已知对应的时间信息和地势的经度、纬度、海拔通过控制器提前向第一步进电机和第二步进电机发送调整命令，先控制第一步进电机调整电池板的高度角，后控制第二步进电机调整电池板的方位角。
2)其次获取太阳的高度角与方位角传送至控制器：太阳高度角的计算公式：
Figure BDA0002445138170000043
太阳方位角的计算公式：
Figure BDA0002445138170000042
Figure BDA0002445138170000044
其中，H为太阳高度角，A为太阳方位角，
Figure BDA0002445138170000045
为系统所处地理位置的纬度，δ为太阳赤纬，t为时角。
3)通过九轴传感器1测得太阳能电池板与地面的实时夹角和方位角信息并传送至控制器。
4)控制器内部运算90度减去太阳高度角H后再减去太阳能电池板与地面的实时夹角W得出应调整角度S1，并将所测得太阳方位角A数据赋值给太阳能电池板应调整的方位角C。
5)控制器通过步进电机驱动模块先控制第一步进电机精确调整太阳能电池板高度角，调整角度为S1，后控制第二步进电机精确调整太阳能电池板的方位角，调整角度为C。
6)最后，控制器将已调整好的该时间点位置信息写入STM32并覆盖，作为下次同样时间的调整已知信息。
上述的自动逐日光伏发电板控制系统，其控制方法的特征为：该系统提前录入一年时间的位置数据作为系统调节的对比信息，随时间的变化系统可做出预判，太阳能电池板自动转向，随后根据实况进行具体调节。
以上仅就本发明应用较佳的实例做出了说明，但不能理解为是对权利要求的限制，本发明的结构可以有其他变化，不局限于上述结构。总之，凡在本发明的独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种自动逐日光伏发电板控制系统，其特征在于：包括九轴传感器、控制器、GPS模块、驱动模块和步进电机，九轴传感器安装于太阳能电池板之上，通过ICC总线与控制器连接，九轴传感器测得太阳能电池板与地面的夹角和方位角，太阳能电池板与控制器连接，控制器通过步进电机驱动模块分别与第一步进电机和第二步进电机连接，控制器根据已知信息做出预判向第一步进电机和第二步进电机发送调整命令，先控制第一步进电机调整电池板的高度角，后控制第二步进电机调整电池板的方位角，控制器内部运算为90度减去太阳高度角H后再减去太阳能电池板与地面的实时夹角W得出应调整角度S1，并将调整后的位置信息写入控制器覆盖原有位置信息，同时，控制器还与GPS接收器模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动逐日光伏发电板控制系统，其特征在于：九轴传感器控制的方法是首先读取九轴传感器数据信息，判断太阳高度角和电池板与地面夹角W，W是锐角，相加是否为90度，如果判断为是，则再次判断九轴传感器测到的当前电池板朝向是否和太阳方向角是否相同，若仍为是，则延时1分钟后重新读取九轴传感器数据信息，若为否，则驱动第二步进电机调整太阳能电池板至与太阳方向角相同；如果第一次判断为否，则计算太阳能电池板应该调整的高度角度数S1，驱动第一步进电机进行调节。
3.根据权利要求1所述的一种自动逐日光伏发电板控制系统，其特征在于：九轴传感器内部包括三轴加速度、三轴地磁、三轴角度，可通过九轴传感器测得太阳能电池板与地面的夹角和方位角。
4.根据权利要求1所述的一种自动逐日光伏发电板控制系统，其控制方法为：
1)首先根据已知对应的时间信息和地势的经度、纬度、海拔通过控制器提前向第一步进电机和第二步进电机发送调整命令，先控制第一步进电机调整电池板的高度角，后控制第二步进电机调整电池板的方位角。
2)其次获取太阳的高度角与方位角传送至控制器：太阳高度角的计算公式：
Figure FDA0002445138160000021
太阳方位角的计算公式：
Figure FDA0002445138160000022
Figure FDA0002445138160000023
其中，H为太阳高度角，A为太阳方位角，
Figure FDA0002445138160000024
为系统所处地理位置的纬度，δ为太阳赤纬，t为时角。
3)其次通过九轴传感器测得太阳能电池板与地面的实时夹角和方位角信息并传送至控制器。
4)控制器内部运算90度减去太阳高度角H后再减去太阳能电池板与地面的实时夹角W得出应调整角度S1，并将所测得太阳方位角A数据赋值给太阳能电池板应调整的方位角C。
5)控制器通过步进电机驱动模块先控制第一步进电机精确调整太阳能电池板高度角，调整角度为S1，后控制第二步进电机精确调整太阳能电池板的方位角，调整角度为C。
6)最后，控制器将已调整好的该时间点位置信息写入STM32并覆盖，作为下次同样时间的调整已知信息。
5.根据权利要求4所述的一种自动逐日光伏发电板控制系统，其控制方法的特征为：提前录入一年时间的位置数据作为系统调节的对比信息，随时间的变化系统可做出预判，太阳能电池板自动转向，随后根据实况通过九轴传感器进行具体调节，控制方法中所有数据均上传至云端数据共享平台。
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