CN203217381U - 一种太阳能电池板追光控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种太阳能电池板追光控制装置，利用高精度光照传感器，实时检测光照强度信号，将信号传输给PLC，如果太阳光不与电池板垂直，则控制电机运动调整电池板位置；运动电机采用水平角和俯仰角双步进电机驱动；在控制过程中，提出了变论域的模糊控制方案，并设计了控制器。此装置能确保实时的获得最大效率的太阳能，同时装置结构简单、实时性好、可靠性高。

Description

一种太阳能电池板追光控制装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池板高效利用太阳能领域，具体涉及一种太阳能电池板追光控制装置。 

背景技术

随着能源和环境问题的日益严重，太阳能等新能源的开发利用越来越受到社会的关注，太阳能是一种理想的清洁绿色能源，但转换和利用率不高，造成了太阳能利用的局限性。如何提高太阳能的转换和利用率、降低发电系统建造成本是研究太阳能发电系统的两大难题。 

发明内容

基于对太阳能利用转换效率提升的需要，本实用新型提出一种太阳能电池板追光控制装置，确保实时快速的让电池板始终追随太阳光，保持光照强度最大。其技术方案：包括PLC模块、水平角步进驱动器、俯仰角步进驱动器、水平角步进电机、俯仰角步进电机、水平角运动机构、俯仰角运动机构、光敏传感器组、太阳能电池板和底座，所述的光敏传感器组设置在太阳能电池板上。 

所述的光敏传感器组与PLC模块电性连接。 

所述的光敏传感器组由上边缘光敏传感器、下边缘光敏传感器、左边缘光敏传感器和右边缘光敏传感器组成。 

所述的水平角步进驱动器和俯仰角步进驱动器与PLC模块信号输出端电性连接。 

所述的水平角步进驱动器与水平角步进电机电性连接，俯仰角步进驱动器与俯仰角步进电机电性连接。 

所述的水平角步进电机与水平角运动机构铰接，俯仰角步进电机与俯仰角运动机构铰接。 

所述的水平角步进电机与俯仰角步进电机的转动轴垂直。 

所述的PLC模块内置在底座上。 

太阳能电池板追光控制装置利用安装在太阳能电池板上的光敏传感器检测光照的强度的变化，检测结果传输给PLC模块，如果检测到电池板接收到的光照射强度不是最大的，则PLC模块 输出控制信号给驱动器，驱动相应步进电机运动，直到光照强度最大为止。 

步进电机及驱动器有两套，分别控制电池板的水平角和俯仰角两轴。在一定时间内，当PLC模块发现某个轴方向上光照强度变化率较大时，就触发该方向的驱动器驱动步进电机转动，当该方向上的光照强度接近峰值，变化率逼近0时，步进电机便停止工作。 

在控制过程中，加入了模糊控制器，采用模糊控制不仅对被控制对象参数变化适应性强，同时使电机运行更加平顺，克服了超调大的问题，保证了控制精度要求及实时性。但由于太阳光强度变化的复杂性，常规模糊控制由于参数难以调整，而变论域模糊控制技术正好解决了常规模糊控制的不足，因此设计了变论域的模糊控制器，使系统能在复杂的天气环境下实时追踪太阳，使太阳能电池板的辐照最大化。 

本实用新型的技术效果主要有：本实用新型提出的装置，能最大化的吸收太阳光，提高了能量利用率；同时装置结构简单、反应快速、计算简单，以成熟的PLC模块为控制核心，提高了装置系统的可靠性。 

附图说明

图1所示为本实用新型的装置机电原理图。 

图2所示为本实用新型的装置外观图。 

图3所示为本实用新型控制算法原理图。 

图中：1、PLC模块  2、水平角步进驱动器  3、俯仰角步进驱动器  4、水平角步进电机  5、俯仰角步进电机  6、水平角运动机构  7、俯仰角运动机构  8、光敏传感器组  9、上边缘光敏传感器  10、下边缘光敏传感器  11、左边缘光敏传感器  12、右边缘光敏传感器  13、太阳能电池板  14、底座。 

具体实施方式

如图1所示，包括PLC模块1、水平角步进驱动器2、俯仰角步进驱动器3、水平角步进电机4、俯仰角步进电机5、水平角运动机构6、俯仰角运动机构7、光敏传感器组8、太阳能电池板13和底座14，所述的太阳能电池板13上设置了光敏传感器组8。所述的光敏传感器组8与PLC模块1电性连接。所述的光敏传感器组8由上边缘光敏传感器9、下边缘光敏传感器10、左边缘光敏传感器11和右边缘光敏传感器12组成。所述的水平角步进驱动器2和俯仰角步进驱动器3与PLC模块1信号输出端电性连接。所述的水平角步进驱动器2与水平角步进电机4电性连接，俯仰角步进驱动器3与俯仰角步进电机5电性连接。所述的水平角步进电机4与水平角运动机构6铰接，俯仰角步进电机5与俯仰角运动机构7铰接。所述的水平角步进电机4与俯仰角步进电机5的转动轴垂直。所述的PLC模块内置在底座上。 

参照图2，作为优选实施例，PLC模块1使用S7-200，它接收光敏传感器组8的信息，判断太阳能电池板13接收光照强度未达到最大值时，PLC模块1输出调整信号给步进驱动器驱动步进电机，并通过运动机构带动太阳能电池板13运动，直到光照强度最大为止。 

进一步作为优先实施例，光敏传感器每套为一对，共四只，分别对应设置在太阳能电池板的上下、左右四个位置，太阳能电池板固定在运动机构上，步进电机分别检测两个轴平面上光照强度，以提供PLC模块控制太阳能电池板的水平角度和俯仰角度的运算数据。 

在控制过程中，加入了模糊控制器，采用模糊控制不仅对被控制对象参数变化适应性强，同时使电机运行更加平顺，克服了超调大的问题，保证了控制精度要求及实时性。但由于太阳光强度变化的复杂性，常规模糊控制由于参数难以调整，而变论域模糊控制技术正好解决了常规模糊控制的不足，因此设计了变论域的模糊控制器，使系统能在复杂的天气环境下实时追踪太阳，使太阳能电池板的辐照最大化。 

如图3所示，图中r为被控对象的给定值，y为实测值，偏差e=r－y，偏差变化率Δe 为当前时刻和前一个采样时刻的偏差。E、ΔE 分别为偏差e、偏差变化率Δe 经过模糊量化后得到的量化输入，U为模糊控制算法得出的模糊控制输出量，U 模糊清晰化后得到实际输出u。 

在模糊控制器中，首先确定连续变量的变化范围，然后确定离散论域，得到离散论域上的输入变量E 和ΔE． 由于不同时间段，太阳的光照强度是变化的，同样的光斑偏移，输入变量的范围的是变化的，因此，提出了变论域的思想，即当光强发生变化时，误差和误差变化率的论域也相应变化，而模糊分级数保持不变，本质上说就相当于在有限的论域内增加了模糊规则，提高了控制精度。假设误差的基本论域是［－E，E］，随着误差的变化误差的论域也做相应的变化: ［－a( x)E，a( x)E］，其中伸缩因子a(x) 是的连续函数。同样对于误差变化率和控制量论域也相应的变化。因此，将一天分成6 个时间段，不同时间段的变量论域是不同的。 

系统通过初始的参数判断当前状态为晴天的时，则读取当前时间，紧接着采集传感器信号并微调角度以判断是否到达当前最大光照强度或逼近对准太阳，如果未到达最大光照强度，则调用模糊算法调节太阳能电池板的角度，如果到达了则停止调节。整个控制运动过程中，太阳能电池板动态地追踪接收最大光照强度的位置，高效的完成接收最大光强的工作。 

Claims (1)

1.一种太阳能电池板追光控制装置，包括PLC模块(1)、水平角步进驱动器（2）、俯仰角步进驱动器（3）、水平角步进电机（4）、俯仰角步进电机（5）、水平角运动机构（6）、俯仰角运动机构（7）、光敏传感器组（8）、太阳能电池板（13）和底座（14），其特征是：所述的太阳能电池板（13）上设置了光敏传感器组（8）；所述的光敏传感器组（8）与PLC模块（1）电性连接；所述的光敏传感器组（8）由上边缘光敏传感器（9）、下边缘光敏传感器（10）、左边缘光敏传感器（11）和右边缘光敏传感器（12）组成；所述的水平角步进驱动器（2）和俯仰角步进驱动器（3）与PLC模块（1）信号输出端电性连接；所述的水平角步进驱动器（2）与水平角步进电机（4）电性连接，俯仰角步进驱动器（3）与俯仰角步进电机（5）电性连接；所述的水平角步进电机（4）与水平角运动机构（6）铰接，俯仰角步进电机（5）与俯仰角运动机构（7）铰接；所述的水平角步进电机（4）与俯仰角步进电机（5）的转动轴垂直；所述的PLC模块(1) 内置在底座（14）上。

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