CN201421017Y

CN201421017Y - 太阳能双轴自动跟踪led照明系统

Info

Publication number: CN201421017Y
Application number: CN2009200937714U
Authority: CN
Inventors: 魏巍; 付虹; 卢秀和; 王世荣; 王玉华
Original assignee: Changchun University of Technology
Current assignee: Changchun University of Technology
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2019-06-09

Abstract

本实用新型公开一种太阳能双轴自动跟踪LED照明系统，该系统包括太阳电池方阵、太阳能双轴自动跟踪系统和LED照明设备，太阳能双轴自动跟踪系统包括采集单元、变换电路、蓄电池、执行机构、方位角转动机构、仰角转动机构、模糊PID控制器等模块；太阳电池方阵接收的太阳能经过变换电路转换为电能，为蓄电池充电，蓄电池与LED照明设备连接为其提供电能；模糊PID控制器将设定的太阳能数据与采集单元采集的太阳能数据进行模糊运算，其运算结果传送给执行机构；执行机构根据该模糊运算结果对方位角转动机构和仰角转动机构实施控制，进而使太阳电池方阵平面与太阳光线始终成90度角。本实用新型可以最高效的利用太阳能，亮度高，节能。

Description

太阳能双轴自动跟踪LED照明系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能应用技术领域，尤其涉及一种太阳能双轴自动跟踪LED照明系统。

背景技术

随着社会的发展、科学技术的进步、能源危机的出现以及生态环境的恶化，人们对太阳能的利用日趋普遍。太阳能作为一种清洁无污染的能源，有着化石能源无法比拟的优越性，已经和风能成为各国竞相开发的绿色能源。但太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，如果能始终保持太阳板和光照的垂直，使其最大化地接收太阳能，则能充分利用丰富的太阳能资源。太阳自动跟踪装置的利用是提高太阳能利用率的一个重要途径，大大拓宽了太阳能的利用领域。

目前，在多数大型铁合金企业的厂区内和生产车间里都使用高压钠灯、高压汞灯和金属卤化物灯作为照明设备，经过现场的实际考察，发现生产现场粉尘较多，导致现场照明亮度低，且灯罩易沾尘、易老化、寿命短。随着LED技术突飞猛进的发展，LED以其固有的特点：省电、寿命长、耐震动，响应速度快、冷光源和低功耗可直流驱动等特点，被广泛应用于指示灯、信号灯、显示屏和景观照明等领域。

正是基于上述优点，使得LED逐渐取代传统光源应用于光伏照明系统，彻底地解决了传统的光伏照明系统存在的交流逆变不可靠、低温启动难和灯管寿命短等缺点。LED光伏照明系统结构，相比于传统的光伏照明系统少了一个复杂而性能又未必可靠的逆变器环节。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种太阳能双轴自动跟踪LED照明系统，其能够高效地利用太阳能，且节能又环保，亮度高。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

太阳能双轴自动跟踪LED照明系统，包括太阳电池方阵、支架、太阳能双轴自动跟踪系统和LED照明设备，所述太阳能双轴自动跟踪系统包括太阳能采集单元、变换电路、蓄电池、执行机构、方位角转动机构、仰角转动机构、模糊PID控制器、数据给定模块和数据显示模块；太阳电池方阵与变换电路连接，变换电路与蓄电池连接，太阳电池方阵接收的太阳能经过变换电路转换为电能，为蓄电池充电；蓄电池与LED照明设备连接，为其提供电能；太阳能采集单元与太阳电池方阵连接，采集太阳电池方阵所接收的实际太阳能数据；模糊PID控制器分别与太阳能采集单元和数据给定模块连接，将数据给定模块设定的太阳能数据与采集单元采集的实际太阳能数据进行模糊运算，其运算结果由数据显示模块显示的同时，也传送给执行机构；执行机构分别与方位角转动机构、仰角转动机构连接，并根据接收到的模糊运算结果对两个转动机构进行控制；方位角转动机构和仰角转动机构分别与太阳电池方阵的支架连接，控制支架的方向，使太阳电池方阵平面与太阳光线成90度角。

所述方位角转动机构和仰角转动机构分别由一台步进电机构成；所述采集单元主要由光电传感器构成。

本实用新型的有益效果是：提高了太阳能的利用率，减少了能源的消耗，安全环保，提高照明系统的亮度。

附图说明

图1是本实用新型太阳能双轴自动跟踪LED照明系统的结构示意图。

图2是本实用新型视日运动轨迹跟踪方法的比较图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细地描述：

如图1所示，本实用新型的太阳能双轴自动跟踪LED照明系统，包括太阳电池方阵、支架、太阳能双轴自动跟踪系统和LED照明设备，所述太阳能双轴自动跟踪系统包括太阳能采集单元、变换电路、蓄电池、执行机构、方位角转动机构、仰角转动机构、模糊PID控制器、数据给定模块和数据显示模块。

本系统由太阳电池方阵接收太阳光，经过变换电路将太阳能转换为电能，为蓄电池组充电。当充到蓄电池组的上限电压时，由变换电路执行自动停止充电，将太阳电池方阵切离充电回路；当蓄电池组电压回降至下限电压时，再将太阳电池方阵接入充电回路恢复充电。蓄电池组均通过直流控制器向直流-交流逆变器供电，经由逆变器将直流电变换成单相或三相交流电，再通过交流配电器向输电线路供电。当蓄电池组的电压下降至过放电电压时，为不造成蓄电池组的过放电，提前报警并通过直流控制器将电源自动切断输出，直流-交流逆变器停止工作。在工作过程中，太阳电池方阵的方向由执行机构控制，由两台步进电机构成方位角转动机构和高度角转动机构，采集单元的光电传感器内置放大器，与太阳电池方阵平面垂直安装，采用模糊PID算法进行控制。随太阳光线方向的细微改变，光电传感器失衡，引起系统输出信号产生偏差，当这一输出信号达到一定幅度时，方向开关电路启动，执行机构开始进行纠正，使光电传感器重新达到平衡-即太阳电池方阵平面与光线成90度角而停止转动，完成一次调整周期。如此不断调整，实时沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构成一个闭路负反馈系统，实现了自动跟踪。该系统不需设定基准位置，跟踪器永不迷失方向。蓄电池中转换的直流电可以直接对大功率LED灯等负载供电。

如图2所示，本实用新型的太阳能双轴自动跟踪LED照明系统应用视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合的方法，采用双轴自动跟踪控制装置，可以完成太阳能全方位(包括纬度季节变化的跟踪)跟踪运动，可使太阳能的有效利用率提高30-40％。系统实际跟踪轨迹值由视日运动轨迹理论计算值、预修正量和光电跟踪产生的对预修正量进行调整的调整量确定，本次跟踪结束后，系统将本次光电跟踪的调整量累加到预修正量中，进行系统误差的消除。

太阳能双轴跟踪供电系统实现最大功率点跟踪的原理，利用时钟计算视日运动的理论轨迹，应用光电传感器计算轨迹的修正值，输出程序控制信号，驱动电路接受这两个信号，驱动两台步进电机调整太阳电池方阵的方位，为了直线控制精度，在系统的输出端放置位置传感器，通过闭环反馈控制来实现最大功率点的准确控制。

本系统可以实现太阳能双轴跟踪，方位角可达0°～220°范围，俯仰角可达0°～100°范围，从而最高效的利用太阳能，把太阳能转化为电能，并且采用大功率LED灯作为照明设备，实现环保、节能、安全、重量轻、寿命长的优点，可应用在大型铁合金企业生产车间、城市路灯照明系统、商场照明系统等系统中。本实用新型的照明系统比传统的供电方式节能60％～70％，且亮度高。

在某铁合金厂，生产车间24小时连续生产，24小时需要连续照明，经试用本实用新型的太阳能双轴自动跟踪LED照明系统，不仅减少了能源的消耗，而且还做到了安全环保，提高了整个照明系统的亮度，收到了良好的效果。

Claims

1、太阳能双轴自动跟踪LED照明系统，包括太阳电池方阵、支架、太阳能双轴自动跟踪系统和LED照明设备，其特征在于，所述太阳能双轴自动跟踪系统包括太阳能采集单元、变换电路、蓄电池、执行机构、方位角转动机构、仰角转动机构、模糊PID控制器、数据给定模块和数据显示模块；太阳电池方阵与变换电路连接，变换电路与蓄电池连接，太阳电池方阵接收的太阳能经过变换电路转换为电能，为蓄电池充电；蓄电池与LED照明设备连接，为其提供电能；太阳能采集单元与太阳电池方阵连接，采集太阳电池方阵所接收的实际太阳能数据；模糊PID控制器分别与太阳能采集单元和数据给定模块连接，将数据给定模块设定的太阳能数据与采集单元采集的实际太阳能数据进行模糊运算，其运算结果由数据显示模块显示的同时，也传送给执行机构；执行机构分别与方位角转动机构、仰角转动机构连接，并根据接收到的模糊运算结果对两个转动机构进行控制；方位角转动机构和仰角转动机构分别与太阳电池方阵的支架连接，控制支架的方向，使太阳电池方阵平面与太阳光线成90度角。

2、如权利要求1所述的太阳能双轴自动跟踪LED照明系统，其特征在于，所述方位角转动机构和仰角转动机构分别由一台步进电机构成。

3、如权利要求1所述的太阳能双轴自动跟踪LED照明系统，其特征在于，所述采集单元主要由光电传感器构成。