CN115437410A

CN115437410A - 一种太阳板控制系统及方法

Info

Publication number: CN115437410A
Application number: CN202210994531.1A
Authority: CN
Inventors: 杨清海; 尹泽芃
Original assignee: Guangzhou Institute of Technology of Xidian University
Current assignee: Guangzhou Institute of Technology of Xidian University
Priority date: 2022-08-18
Filing date: 2022-08-18
Publication date: 2022-12-06

Abstract

本发明公开了一种太阳板控制系统，控制器与通信模块、图像采集模块、机械控制模块和功率检测模块进行信息交互，通信模块用于负责与系统外界进行交互，图像采集模块用于采集外界图像信息，外界图像信息包括天气状态信息；机械控制模块根据天气状态信息控制机械装置结构移动，使太阳板最大程度上接收太阳能；功率检测模块用于对太阳能板功率进行检测，完成对太阳板控制系统状态进行识别，本发明通过机器视觉、数据本地缓存等方式实现太阳追踪功能，具有基于环境的反馈调整和在非晴天天气状态下实现太阳追踪功能，在部署时无需严格按照当地经纬度、时间等参数进行配置，极大地简化了太阳板的部署工作。

Description

一种太阳板控制系统及方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种太阳板控制系统及方法。

背景技术

随着经济快速发展，社会对于电力资源的消耗越来越多。传统的燃煤发电虽然能快速满足市场的电力消耗需求，但燃煤发电的污染情况较为严重，对环境以及人们的身体健康造成了严重影响。此外，燃煤发电带来了大量的二氧化碳气体排放。光伏发电这类新型可再生能源将会成为未来电力能源的重要组成部分。据实验测试，采用太阳追踪功能的太阳能发电系统发电量要比同等条件下未进行追踪的系统提高35％左右。因此在进行太阳能收集过程中，采用太阳追踪技术有一定的必要性。

目前常见的太阳追踪方式主要包括光电式追踪和视日运动轨迹追踪。其中光电式太阳追踪装置受天气、周围环境的影响较大，而且若长时间接收不到光线照射，太阳光线与之存在较大的偏斜角度时会导致其无法跟踪太阳，在使用的过程中存在较大的不确定性。

视日轨迹追踪的核心是通过软件程序计算出太阳移动轨迹，根据装置所在地的经纬度及时间等信息，计算出太阳此时旋转的角度，其优点是在各种天气条件下都可以按照已有程序进行工作，缺点为在进行太阳角度计算时易产生误差，并且在运行时产生误差后不能自动进行调整，需要定期人为调整跟踪装置，此外，该系统的跟踪效果受机械结构影响较大，该系统在野外长期运行或在外力影响造成机械误差后无法自动调整，会导致跟踪偏差逐渐变大，影响追踪效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳板控制系统及方法，本发明通过机器视觉、数据本地缓存等方式实现太阳追踪功能，具有基于环境的反馈调整功能，并可在非晴天天气状态下实现太阳追踪功能；

本发明在部署时无需严格按照当地经纬度、时间等参数进行配置，对于安装精度要求较低，极大地简化了太阳板的部署工作。

本发明所解决的技术问题为：传统太阳追踪系统中系统稳定性差、精度低、部署繁杂、误差累积等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种太阳板控制系统，包括总控制器、图像采集模块、机械控制模块、通信模块和功率检测模块；

所述总控制器与通信模块、图像采集模块、机械控制模块和功率检测模块进行信息交互，其中，

通信模块负责与系统外界进行交互；

图像采集模块用于采集外界图像信息，外界图像信息包括天气状态信息；

机械控制模块根据天气状态信息控制机械装置结构移动，使太阳板最大程度上接收太阳能；

功率检测模块用于对太阳能板功率进行检测，完成对太阳板控制系统状态进行识别。

一种太阳板控制方法，包括如下步骤：

步骤一：通过图像采集模块采集外界图像信息，外界图像信息主要包括天气状态信息；

步骤二：总控制器根据天气状态信息判断当前的天气状态；

步骤三：若天气状态为晴天，则检测太阳信息；

若天气状态非晴天，则根据本地数据推测太阳信息；

步骤四：机械控制模块根据步骤三得到的太阳信息控制机械装置结构移动，使太阳板最大程度上接收太阳能；

步骤五：依次循环执行所述步骤一－步骤四，从而实现对太阳的实时追踪。

作为本发明进一步的方案：步骤一中，图像采集模块通过摄像采集装置对外界图像进行采集。

作为本发明进一步的方案：所述摄像采集装置安装在太阳板上，摄像采集装置采集图像的方向与太阳板平面呈垂直设置。

作为本发明进一步的方案：步骤二中，总控制器通过机器视觉方法对采集到的外界图像信息进行计算处理，并判断采集图片所展示的天气状态信息；

天气状态信息所展示的天气状态包括晴天、多云、阴天和雨天。

作为本发明进一步的方案：当检测到的天气状态为晴天，总控制器通过机器视觉方法对太阳的具体信息进行检测；

其中太阳信息包括太阳的位置信息，图像中太阳的大小信息、图像中太阳的亮度信息。

作为本发明进一步的方案：若检测到的天气状态并非晴天，则将历史同期同时段下的太阳信息作为该时段的太阳信息参考，具体为：

基于太阳运动轨迹的方位角、太阳运动轨迹的高度角随着时间的变化而发生变化，每天相同的时间段内，其位置的相对变化速度缓慢，在短期内认为同时段太阳轨迹的方位角、高度角基本没有改变；

在无法实现对太阳直接检测的情况下，通过参考历史同期、近期数据来推测当前时段下的太阳信息推测此时太阳的位置信息。

作为本发明进一步的方案：步骤四中，机械控制模块驱动太阳板的移动是基于图像检测结果；

总控制器根据检测到的太阳信息调度机械控制模块，机械控制模块根据调度信息控制机械装置进行移动，使太阳板最大程度上收集太阳能。

作为本发明进一步的方案：总控制器对控制机械控制模块驱动太阳板的调度信息进行储存，通过该调度信息为后续无法直接检测到太阳的天气状况下提供太阳的参考信息；

调度信息还包括在相同太阳信息条件下，太阳板接收太阳能的历史记录。

作为本发明进一步的方案：将当前太阳板接收太阳能的功率信息与同等太阳信息条件下的历史记录最大值进行对比，对太阳板的状态进行监控。

本发明的有益效果：本发明通过机器视觉、数据本地缓存等方式实现太阳追踪功能，具有基于环境的反馈调整和在非晴天天气状态下实现太阳追踪功能，同时，本发明在部署时无需严格按照当地经纬度、时间等参数进行配置，对于安装精度要求较低，极大地简化了太阳板的部署工作。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明程序框图的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种太阳板控制系统，包括总控制器、图像采集模块、机械控制模块、通信模块和功率检测模块；

总控制器具有计算和控制能力的控制单元，总控制器负责系统的整体控制调度工作，且总控制器具备与图像采集模块、机械控制模块、通信模块、功率检测模块等外设模块进行信息交互的功能，其中，

太阳板控制系统通过SoC的形式进行部署或通过多个模块组成系统的形式进行部署；

图像采集模块用于采集外界图像信息；

机械控制模块根据外界图像信息用于控制机械装置结构移动，使太阳板最大程度接收机太阳能；

通信模块用于与系统外其他通信模块进行信息交互；

功率检测模块用于对太阳能功率进行检测，对太阳板控制系统状态进行识别。

一种太阳板控制方法，包括如下步骤：

步骤二：根据天气状态信息判断当前的天气状态；

步骤三：若天气状态为晴天，则检测太阳信息；若天气状态非晴天，则根据本地数据推测太阳信息；

步骤四：根据步骤三得到的太阳信息进行相应处理操作；

步骤一中，图像采集模块通过摄像采集装置对外界图像进行采集，摄像采集装置安装在太阳板上，摄像采集装置采集图像的方向与太阳板平面呈垂直设置，即太阳处于所采集图像的中间位置时，太阳板能最大程度接收太阳能；

其中，摄像采集装置采集的图像主要为朝向天空方向的图像；

摄像采集装置为360全景摄像头或温度传感器或光照传感器。

步骤二中，总控制器通过机器视觉方法对采集到的外界图像信息进行计算处理，并判断采集图片所展示的天气状态，具体为：

机器视觉方法包括基于深度学习的计算机视觉技术以及传统的机器视觉技术，通过机器视觉方法对采集到的外界图像信息进行处理计算，得到该外界图像信息所展示的天气状态信息，其中包括：

所检测的天气状态为晴天、多云、阴天、雨天等天气状态信息。

优先地，根据所检测到的天气状态进行相应操作，具体为：

若检测到的天气状态为晴天，采用机器视觉方法对太阳的具体信息进行检测，其中太阳的具体信息包括太阳的位置信息，图像中太阳的大小信息、图像中太阳的亮度信息等。

若检测到的天气状态并非晴天，无法直接通过机器视觉方法在采集到的图像中准确地检测出太阳的详细信息，则可将历史同期同时段下的太阳信息作为该时段的太阳信息参考，具体为：

太阳运动轨迹的方位角、太阳运动轨迹的高度角随着时间的变化而发生变化，但在每天相同的时间段内，其位置的相对变化速度缓慢，在短期内可认为同时段太阳轨迹的方位角、高度角基本没有改变；

在无法实现对太阳直接检测的情况下，通过参考历史同期、近期数据来推测当前时段下的太阳信息，如：可通过参考近一周同时段内记录的太阳位置信息推测此时太阳的位置信息。

步骤四中，机械控制模块根据太阳信息控制太阳板的移动，使太阳板最大程度上收集太阳能；

同时，选择性的对太阳信息进行处理，具体为：

若图像检测结果为晴天并能检测到太阳的具体信息，总控制器根据检测到的太阳信息调度机械控制模块，机械控制模块根据调度信息控制机械装置进行移动，使得太阳板最大程度上收集太阳能，其中包括：

对于太阳的位置、大小、亮度等检测信息，选择性地将相关数据在本地进行记录、更新，为之后无法直接检测到太阳的天气状况下提供太阳的参考信息；

可将检测信息与历史同期、近期记录值进行对比分析，判断检测信息的正确性、可靠性，对于异常检测信息进行相应处理，保留更新正常检测信息；

根据检测到的太阳大小、亮度等信息，将功率检测模块检测的功率信息与同等太阳大小、亮度等条件下的历史记录最大值进行对比，判断当前太阳板是否被沙尘或异物遮挡并计算其遮挡程度，将相关信息通过通信模块向外传输，为是否需要进行人工干预处理提供参考信息。

其中，功率检测模块包括但不限于太阳光照强度的直接检测设备、太阳能板发电功率检测设备；

若系统以集群式部署，即在太阳能发电场等成规模部署的场景下部署多个太阳板控制系统，各系统可定时进行信息的交互矫正；

即某一时刻下，共享本设备对采集图像的检测信息，若个别系统的检测信息与其他系统的检测结果有较大差异，则该系统可能出现问题，将相关信息通过通信模块向外传输，为是否需要进行修复处理提供信息参考。

若检测图像结果并非晴天，总控制器可根据历史同期、近期太阳的存储信息(同时段内太阳位置的记录信息)对机械控制模块进行调度，使得太阳板方向大致朝向太阳所属方位。

在一个具体实施例中，基于总控制器的硬件资源情况与机器视觉方法计算所需的资源情况，可周期性执行步骤一－步骤四操作来实现对太阳信息的实时检测；

由于太阳移动速度相对缓慢，可有选择性的使系统周期性进入休眠状态从而减小系统能耗，对于检测结果为非晴天或夜晚状态下，则可有选择性的增加系统的休眠时间从而减少系统整体功耗。

需要说明的是：传统的机器视觉技术，包括但不限于，通过如灰度化、二值化等手段对图像进行处理，并对处理过的图形数据进行特征选取或数值统计，从而判断太阳的位置、大小等信息；

深度学习机器视觉技术，包括但不限于，通过采集、标注图像数据作为原始数据集，通过设计目标检测算法、关键点回归算法、分类网络等深度学习算法实现对图像中天气、太阳位置、亮度等信息的检测功能。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种太阳板控制系统，其特征在于，包括总控制器、图像采集模块、机械控制模块、通信模块和功率检测模块；

通信模块用于负责与系统外界进行交互；

2.一种太阳板控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤二：总控制器根据天气状态信息判断当前的天气状态；

步骤三：若天气状态为晴天，则检测太阳信息；

若天气状态非晴天，则根据本地数据推测太阳信息；

3.根据权利要求2所述的一种太阳板控制方法，其特征在于，步骤一中，图像采集模块通过摄像采集装置对外界图像进行采集。

4.根据权利要求3所述的一种太阳板控制方法，其特征在于，所述摄像采集装置安装在太阳板上。

5.根据权利要求2所述的一种太阳板控制方法，其特征在于，步骤二中，总控制器通过机器视觉方法对采集到的外界图像信息进行计算处理，并判断采集图片所展示的天气状态信息；

6.根据权利要求5所述的一种太阳板控制方法，其特征在于，当检测到的天气状态为晴天，总控制器通过机器视觉方法对太阳的具体信息进行检测；

7.根据权利要求5所述的一种太阳板控制方法，其特征在于，若检测到的天气状态并非晴天，则将历史同期同时段下的太阳信息作为该时段的太阳信息参考，具体为：

8.根据权利要求2所述的一种太阳板控制方法，其特征在于，步骤四中，机械控制模块驱动太阳板的移动是基于图像检测结果；

9.根据权利要求8所述的一种太阳板控制方法，其特征在于，总控制器对控制机械控制模块驱动太阳板的调度信息进行储存，通过该调度信息为后续无法直接检测到太阳的天气状况下提供太阳的参考信息；

10.根据权利要求9所述的一种太阳板控制方法，其特征在于，将当前太阳板接收太阳能的功率信息与同等太阳信息条件下的历史记录最大值进行对比，对太阳板的状态进行监控。