CN1983099A - 一种强聚光太阳能电池板模糊全自动跟踪控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种强聚光太阳能电池板模糊全自动跟踪控制方法，属于自动控制领域。它由模糊全自动跟踪控制电路和自动控制执行机构组成基本物理构件，模糊控制软件通过控制单片机内部集成的高精度A/D转换功能，检测当前强聚光太阳能电池板产生的电流值，并通过模糊的方法进行比较、处理，然后通过输出控制接口电路控制自动控制执行机构动作，使当前的电流电压值达到最大，最终达到强聚光太阳能电池板始终对太阳光保持直射的目的。

Description

一种强聚光太阳能电池板模糊全自动跟踪控制方法
所属技术领域
本发明提供一种用于强聚光太阳能电池板的模糊全自动跟踪控制方法，特别适合于单、多晶硅太阳能电池板组成的光伏发电系统，属于自动控制领域。
背景技术
目前，由于高纯度单、多晶硅的生产技术垄断在几个国外高技术企业手中，晶体硅的价格高居不下，而太阳能光伏发电系统需要大量的单、多晶硅，因而目前太阳能发电大面积推广应用受阻，国内很多市场都是因为太阳能电池板的价格太贵而无法接受；同时，国内外专家们已经研究发现，晶体硅光伏电池在正常的太阳光强下使用实际上是大材小用，因为光伏电池可以承受更高的光强，发出的电流成比例增加而又不至于影响光伏电池寿命，如果通过几十倍甚至几百倍的聚光来提高光伏电池区域的光强，输出相同功率电流的光伏电池面积就能够大幅度缩小，这样一来，太阳能电池板晶体硅的使用量就能大幅度减少，太阳能电池的价格可以大幅度下降，达到用户能够接收的水平。
通过聚光提高太阳能发电的效益，国内外已经有过一些工业化尝试。比如利用菲涅尔透镜实现3～7倍的聚光，一种八面体聚光漏斗等等；这些技术都是通过将直射在强聚光太阳能电池板周围的阳光聚集到电池板上达到聚光效果，但是由于地球自转的原因，太阳光的照射时时刻刻都在变化，要想太阳光时时刻刻直射在强聚光太阳能电池板上，就必须设计一种能够自动跟踪太阳的设备，跟着太阳的移动而转动晶体硅电池板。但是，我国幅员辽阔，南北向跨度非常大，东西向的跨度也非常大，每个地方太阳照射的角度都不一样，每个点需要调节成不同的角度才能做到阳光直射状态，而且不同时间需要进行不同的调节，要做到用一个产品适应全国范围需要，难度非常大，因此，目前市场上急需一种能够解决这个问题的技术。
由于强聚光太阳能电池板的面积大幅度缩小，其体积、重量都将有非常明显的下降，为微电脑控制自动调节其角度提供了有利条件，国内已经有很多这方面的设计，有根据时间而设计的，也有用人工控制微调半自动化的等，目的都是要提供既实用又简单还要便宜的自动跟踪控制，这里提供一种实用的、价格低廉的采用一种全新的模糊技术来实现的全自动跟踪太阳光的控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、造价低廉、全球通用而且易于生产的强聚光太阳能电池板模糊全自动跟踪控制方法。
本发明所提供的强聚光太阳能电池板模糊自动跟踪控制方法，由模糊全自动跟踪控制电路和自动控制执行机构组成基本的物理构件。
它的特点是：模糊全自动控制电路采用单片机及其外围芯片构成的单片机电路、输出控制接口电路组成；自动控制执行机构由两个双向直流小功率电机及变速箱和一个通过电机1带动能够180°旋转的轴承、一个竖向伸缩杆的传动机构以及安装基板、活动合叶、轴承纬度微调旋钮组合而成；模糊全自动控制跟踪控制方法是通过控制单片机内部集成的高精度A/D转换功能，检测当前强聚光太阳能电池板产生的电流值，通过模糊的方法进行比较、处理，并根据目前的状态通过单片机内部的脉冲宽度调制器(PWM)控制调节输出控制接口。
本发明中的单片机电路由单片机、太阳能电压检测输入接口电路、太阳能电流检测输入接口电路、精确基准电源产生电路、充电电压检测输入接口电路以及两个到位开关输入接口电路组成，输出控制接口电路由两组开关控制输出接口电路组成，每组都能够控制一个电机正转和反转。其中，单片机是控制核心，必须选择具有8位多路A/D转换器、两个脉冲宽度调制器(PWM)等基本功能的单片机，比如台湾义隆公司的EM78P458或PIC16C72等等型号的，负责对外围器件的电压、电流等模拟量信号进行A/D转换检测和利用PWM进行输出控制，精确基准电源产生电路产生精密的电压进入单片机的Vref端，模糊控制软件也存放在单片机的FLASH内，单片机内部有看门狗电路。
自动控制执行机构的两个直流电机都有两组正负电极，分别由模糊全自动控制电路的两组开关控制输出接口电路控制，如果接通其中一组的正负电极电机为正转，反之，如果接通另一组的正负电极则反转；而电机的转速通过齿轮变速箱将其变成慢速转动，接180°旋转轴承的电机1转速控制在6分钟内完成整个从左到右(或从右到左)的180°旋转过程，接竖向移动伸缩杆传动机构的仰角电机转速控制为2圈/分钟。
将能够180°旋转的轴承朝正南北方向安装；当太阳从东边升起的时候，阳光照射到强聚光太阳能电池板上，电池板开始产生电流，模糊全自动控制系统开机，接通电机正转电源，当电机带动轴承到达最右边时，右边的开关接通，单片机检测到信号，马上断开电机电源，电机停止转动(防止机械到位已经卡死，电机继续通电而烧毁电机)，此时旋转的轴承带动强聚光太阳能电池板面向右边刚刚升起的太阳，此时强聚光太阳能电池板只是大概地对准了太阳，下面模糊全自动控制系统将进行进一步的微调。
太阳光照射在电池板上，单片机可以检测到电池板的电流，随着电机的转动，强聚光电池板上照射的太阳光也越来越多，那么太阳能电池板产生的电流也将越来越大，单片机随时将检测到的当前太阳能电池板产生的电流和电压值记录下来并与前次数据进行比较，如果检测的电流、电压值比上一次大，表示电池板正在朝太阳光直射的方向旋转，电机将进一步旋转，并重复上面的检测和比较过程；如果聚光的光线全部聚集在太阳能电池板上，那么电流、电压将会达到最大，当检测到的电流电压值突然变小时，表示电池板已经越过太阳光的直射，单片机将马上停止电机的转动，开始接通另一组电极，电机反转，使电流、电压值达到最大，并在电流电压值最大时停止电机1。
随着太阳的相对移动，太阳光线将渐渐偏离电池板的直射角度，因为强聚光太阳能电池板的强聚光特性，如果太阳光不是直射在聚光电池板上，则数十倍的强聚光肯定会偏离太阳能电池板，因而太阳能电池板产生的电流、电压值将会非常明显的急剧变小；因此，单片机随时监测电池板的电流、电压值，如果发现电流、电压值突然急剧变小，则又一次同方向(因为地球只能向同一方向自转，而不能反转)启动电机1转动，使电池板又一次对准太阳，重复上面的检测、比较过程，一直使聚光电池板跟随太阳的运动而转动，从而保持电池板产生的电流、电压值一直最大。直到轴承旋转到最左边的位置，接通了左边的到位开关，单片机关闭电机1的电源，而且随着太阳的下山，太阳能电池板产生的电流、电压越来越小，单片机将执行关闭对太阳能电池板对蓄电池的充电，或打开直流节能灯开始照明等等动作。
由于设计的变速箱的传动转速比非常大，轴承转动的速度非常慢，模糊全自动控制系统将有充足的时间来执行检测过程，并有非常精确的微调精度。
随着时间一天一天过去，太阳也将在南北回归线之间移动，而且，我国幅员辽阔，全国各地对准太阳光直射的仰角角度也不相同，这个微小仰角角度也必须通过模糊全自动控制系统进行微调，否则，产品没有地区适应能力，也将大大受到限制。这个调节就是通过一个垂直安装在基板上的竖向伸缩杆的传动机构来实现的，竖向伸缩杆传动机构一头固定安装在正南北方向的180°旋转的轴承的一端，另一端通过电机及变速箱驱动伸出或收缩；当竖向伸缩杆传动机构伸出(或收缩)时，旋转轴承另一端不动，则相当于使旋转轴承改变了仰角方向，带动轴承上的聚光太阳能电池板改变仰角角度，一天时间内太阳的仰角角度变化不大，系统只需要在通电开机时调节一次即可，只要调节好伸缩的高度，一定可以调节到直射的方向。
附图说明：
图1模糊全自动控制系统方框原理图；
图2模糊全自动控制系统的软件流程图之一：模糊控制程序段；
图3模糊全自动控制系统的软件流程图之二：时间控制程序段；
以下结合附图说明本发明方法的步骤。
当接上蓄电池时，上电复位电路输出200毫秒的高电平，使单片机复位，程序开始初始化内部单元，然后读取太阳能电池产生的电压信号，如果有较高电压，则开始检测太阳能电池的电流值，如果电流非常大，则进入模糊控制程序段，否则进入时间控制程序段；
如果进入模糊控制程序段，启动电机1电源，使电流达到最大，启动仰角电机电源，调整仰角角度，记录下电流最大值。
如果当检测到太阳能电流非常大时，单片机检测的电流值突然变小，则启动电机旋转，直到电流值恢复到上次的状态时停止；
如果当检测到太阳能电流非常大时，单片机检测的电流值突然变小，则启动电机旋转，但电流值如果不能恢复直到上次的状态时，在规定的时间内电机必须停止，同时进入时间控制程序段；
如果当检测到太阳能电流一直都非常小时，则进入时间控制程序段，单片机则根据时间段来起、停电机旋转，而如果检测电流值突然变大，则启动电机继续旋转，使电流越来越大，直到电流最大，同时进入模糊控制程序段；
如果单片机检测到旁边的到位开关闭合，则停止旋转，如果检测到太阳能电池板的电流电压已经很小，表示已经天黑，则接通节能灯的电源，开始亮灯，同时将电机反转，利用蓄电池还是充满电的状态使太阳能电池板朝向太阳升起的位置，等待第二天重新开始上述步骤。

Claims (1)

  1. 独立权利要求：
    利用强聚光太阳能电池板产生的电流变化来进行模糊全自动跟踪控制方法，其特征在于采用下列步骤：
    将欲执行任务的控制程序存入单片机系统的程序存贮器中；
    启动该单片机系统工作，单片机按程序计数器顺序读取太阳能电池板产生的电流值操作，并根据电流值的大小及变化趋势控制电机的动作：
    当检测到太阳能电流非常大时，单片机则在开机时调整1次仰角电机，使电流达到最大；如果太阳能电流非常小，仰角电机不调整；
    当检测到太阳能电流非常大时，进入模糊控制程序段，单片机如果检测的电流值突然变小，则启动电机旋转，直到电流值恢复到上次的状态时停止；
    当检测到太阳能电流非常大时，单片机如果检测的电流值突然变小，则启动电机旋转，但电流值如果不能恢复直到上次的状态时，则在规定的时间内电机必须停止，同时进入时间控制程序段；
    当检测到太阳能电流非常小时，单片机则根据时间来起、停电机旋转，而如果检测电流值突然变大，则进一步启动电机旋转，使电机在电流最大时停止，同时进入模糊控制程序段；
    当检测到左边的开关信号时，单片机如果检测的电流已经非常小，则切断太阳能的开关，启动电机旋转到最右边，等待第二天重新开始上述步骤。
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