CN203102022U

CN203102022U - 一种新型的太阳能自动跟踪系统

Info

Publication number: CN203102022U
Application number: CN 201320077223
Authority: CN
Inventors: 匡迎春; 姚帮松
Original assignee: Hunan Agricultural University
Current assignee: Hunan Agricultural University
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2023-02-19

Abstract

本实用新型公开了一种新型的太阳能自动跟踪系统，包括用于跟踪太阳光方向且与太阳能电池板平面平行设置的太阳光检测装置、控制装置以及机械传动装置，太阳光检测装置电连接至控制装置，控制装置通信连接至机械传动装置的控制端，机械传动装置驱动太阳光检测装置及太阳能电池板转动以正对太阳光。本实用新型的技术效果在于，利用杆影检测太阳光的位置的方式相对目前常用的角度传感器检测方式，大大降低了生产成本，同时检测精度也能达到相应的要求。本方式相对于固定式太阳能电池板产出电能提高了33.04%，而与实时跟踪方式的34％相差不大。间歇式跟踪方式每天仅需启动机械传动装置≤6次，是实时跟踪方式耗能的≤50％，大大的降低了机械耗能。

Description

一种新型的太阳能自动跟踪系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能光伏发电技术、自动控制技术，主要用于为其它用电设备供能。

背景技术

能源是人类社会存在与发展的物质基础。过去200多年，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。然而，大规模使用化石燃料所带来的严重后果严重阻碍了人们物质生活和精神生活的提高。资源日益枯竭，环境不断恶化，还诱发了不少国与国之间、地区之间的政治经济纠纷，甚至冲突和战争。因此，人类必须寻求一种新的、安全、清洁、可靠的可持续能源系统。

我国经济正处在快速持续发展，但又面临着有限的化石燃料资源和更高的环境保护要求的严峻挑战。我国长期的能源发展战略，也是我国建立可持续能源系统最主要的政策措施是：加强环境保护，开展煤清洁化利用；采取综合措施，保障能源安全；坚持节能优先，提高能源效率；优化能源结构，以煤为主多元发展；依靠科技进步，开发利用新能源和可再生能源等。

面临这样一个能源发展的形势，我国鼓励开发风能、太阳能、生物能等可再生能源。其中，太阳能因具有储量的无限性、普遍性、清洁性、经济性得到了大力发展，尤以太阳能发电发展最快。目前，塔式发电、碟式发电、光伏发电等是太阳能发电的主要方式，但利用率不高。如何最大限度的提高太阳能利用率，仍是国内外学者研究的热点。解决这一问题应从两个方面入手，一是提高太阳能装置的能量转换率，二是提高太阳能的接收效率，前者属于能量转换领域，还有待研究，而后者利用现有的技术则可解决。

在国内，很多太阳能电池板阵列基本上都是固定的，存在余弦效应的影响，无法保证太阳光的垂直照射，光伏电池不能充分利用太阳能资源，使其发电效率低。太阳能跟踪系统为解决这一问题提供了可能，理论分析表明：太阳的跟踪与非跟踪，能量的接收率相差37．7％。精确的跟踪太阳可使接收器的热效率大大提高，进而提高了太阳能发电系统的太阳能利用率，降低了太阳能发电成本，拓宽了太阳能的利用领域。

目前，国内外采用的追光方法有光电跟踪、视日运动轨迹跟踪。光电跟踪是利用光敏传感器检测太阳光位置，实时调整太阳光伏发电板的角度，其结构简单，但由于实时追踪频繁启动电机，导致机械耗电量大；视日运动轨迹跟踪是控制系统根据太阳轨迹的变化规律驱动电机以实现跟踪，其缺点是太阳轨迹算法复杂，累计误差高，对机械结构精度要求高，因而实现成本高。总之，现有的跟踪方法还存在不足之处。

实用新型内容

为了解决现有太阳光跟踪方法耗能大、成本高的技术问题，本实用新型提供一种利用杆影检测太阳光位置、间歇式地调整地太阳能电池板的新型太阳能自动跟踪系统，该系统成本较低、且降低了机械传动能耗。

为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是，一种新型的太阳能自动跟踪系统，包括用于跟踪太阳光方向且与太阳能电池板平面平行设置的太阳光检测装置、控制装置以及机械传动装置，所述的太阳光检测装置电连接至控制装置，所述的控制装置通信连接至机械传动装置的控制端，所述的机械传动装置驱动太阳光检测装置及太阳能电池板移动以正对太阳光；所述的太阳光检测装置包括安装有多个光敏电阻的底板和用于遮挡阳光的遮挡杆，所述的遮挡杆设置于底板中点位置且竖直于底板安装；所述的控制装置包括光电信号处理单元、单片机、外部时钟模块和伺服驱动模块，所述的单片机分别通信连接光电信号处理单元、外部时钟模块和伺服驱动模块，光电信号处理单元电连接至太阳光检测装置，伺服驱动模块连接至机械传动装置的控制端。

所述的一种新型的太阳能自动跟踪系统，所述的底板上光敏电阻的数量为16个，其中12个光敏电阻以遮挡杆为圆心，环绕遮挡杆均匀设置；其余4个光敏电阻设置于以遮挡杆及相对遮挡杆对称分布的两个光敏电阻所形成直线上，且以遮挡杆为中心，每一侧对称设置两个。

所述的一种新型的太阳能自动跟踪系统，所述的伺服驱动模块为二轴跟踪式伺服驱动模块。

其中所提及的二轴跟踪原理，近年来国内很多学者开展了这方面的应用研究，其中有中国专利CN201039038，论文“陈建彬，沈惠平，丁磊，等.太阳能光伏发电二轴跟踪机构的研究现状及发展趋势[J].机械设计与制造，2010（8）:264-266.”等均有提及。

本实用新型的技术效果在于，利用杆影检测太阳光的位置的方式相对目前常用的角度传感器检测方式，大大降低了生产成本，生产制作过程相对简单同时检测精度也能达到相应的要求。相关试验结果表明，间歇式太阳跟踪方式相对于固定式太阳能电池板产出电能提高了33.04%，而与实时跟踪方式的34％相差不大。间歇式跟踪方式每天仅需启动机械传动装置≤6次，是实时跟踪方式耗能的≤50％，大大的降低了机械耗能。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型杆影式太阳光检测原理图；

图2为本实用新型控制装置的结构示意图；

图3为本实用新型控制装置的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型由太阳光检测装置、控制装置以及机械传动装置三部分部分组成。

参见图1，检测装置的作用是检测太阳光的实际位置，它由一块底板（位于太阳电池板同一平面）、遮挡杆、16个光敏电阻构成的检测电路组成。16个光敏电阻的排列如图1所示，遮挡杆的直径与光敏电阻之间的距离要合理搭配，以确保检测的连续性与准确性。其工作原理是，当太阳能电池板没有正对太阳光，则杆产生影子遮住光敏电阻；根据被遮光敏电阻的编号，可以确定太阳光的位置；当调整到太阳能电池板正对太阳光时，杆影正对盘中心，不再遮挡任何光敏电阻。

参见图2，控制装置是整个跟踪系统的核心部分，其功能是根据检测装置的结果，正确的做出控制决策，驱动机械装置，调整太阳能电池板位置，实现自动跟踪。它主要由单片机、太阳跟踪传感器和信号处理单元、伺服驱动模块、外部时钟模块组成，如图2、图3所示。外部时钟模块采用PCF8563，每天早6:00启动跟踪系统，并实施定时，晚19:00停止跟踪系统。光电传感器信号处理单元是将光敏电阻产生的电压信号通过芯片PCF8591进行A/D转换，然后通过多路开关CD4052送入单片机输入端。伺服模块采用电机驱动芯片L298N，可实现电机正反转。

机械传动装置是跟踪系统的执行机构，调整的原理采用双轴对准方式，调整太阳能电池板步骤是：先东西方向旋转太阳能电池板，使杆影转至中心线“A-B-C-D”上（如图1所示）；然后南北方向调整太阳能电池板，使杆影移至中心点与杆重合；从而达到太阳能电池板正对太阳光的目的。东西方向、南北方向的转动，采用了2个电机驱动，根据系统精度要求，驱动电机选定微型蜗轮蜗杆减速直流电机。

Claims

1.一种新型的太阳能自动跟踪系统，其特征在于，包括用于跟踪太阳光方向且与太阳能电池板平面平行设置的太阳光检测装置、控制装置以及机械传动装置，所述的太阳光检测装置电连接至控制装置，所述的控制装置通信连接至机械传动装置的控制端，所述的机械传动装置驱动太阳光检测装置及太阳能电池板移动以正对太阳光；所述的太阳光检测装置包括安装有多个光敏电阻的底板和用于遮挡阳光的遮挡杆，所述的遮挡杆设置于底板中点位置且竖直于底板安装；所述的控制装置包括光电信号处理单元、单片机、外部时钟模块和伺服驱动模块，所述的单片机分别通信连接光电信号处理单元、外部时钟模块和伺服驱动模块，光电信号处理单元电连接至太阳光检测装置，伺服驱动模块连接至机械传动装置的控制端。

2.根据权利要求1所述的一种新型的太阳能自动跟踪系统，其特征在于，所述的底板上光敏电阻的数量为16个，其中12个光敏电阻以遮挡杆为圆心，环绕遮挡杆均匀设置；其余4个光敏电阻设置于以遮挡杆及相对遮挡杆对称分布的两个光敏电阻所形成直线上，且以遮挡杆为中心，每一侧对称设置两个。

3.根据权利要求2所述的一种新型的太阳能自动跟踪系统，其特征在于，所述的伺服驱动模块为二轴跟踪式伺服驱动模块。