RU2611571C1

RU2611571C1 - Management system control of concentrating solar modules

Info

Publication number: RU2611571C1
Application number: RU2015152556A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Андреев; Валерий Дмитриевич Румянцев; Юрий Владимирович Ащеулов; Дмитрий Андреевич Малевский; Павел Васильевич Покровский; Александр Викторович Чекалин
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2015-12-09
Publication date: 2017-02-28

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: platform control system of concentrator solar module comprises a platform (6) with a concentrator cascade solar modules, optical solar sensor (24), configured as a CMOS matrix, a subsystem (7) of the azimuthal rotation subsystem (8) of zenith rotation, including the platform position sensor by zenith angle, the central unit (23) control comprising a controller unit (26), real time clock, a sensor (13) of the first number of revolutions of the motor (12), the sensor (19) of the second number of revolutions of the motor (18).

EFFECT: invention provides an increase in the efficiency of the solar installation and minimizes the search time and the accurate guidance on the solar disk over the life of the solar installation service.

2 dwg

Description

Настоящее изобретение относиться к области солнечной энергетики и может найти применение при конструировании и изготовлении автоматизированных установок с концентраторными фотоэлектрическими модулями.The present invention relates to the field of solar energy and may find application in the design and manufacture of automated plants with concentrator photovoltaic modules.

Известна система управления платформой фотопреобразователей солнечного излучения (см. патент US 4361758, МПК G01J 1/20, опубликован 30.11.1982), состоящая из матричного оптического датчика, электронного блока анализа и команд, двух моторов с механическими редукторами и двух датчиков абсолютных углов поворота. Оптический солнечный датчик, жестко закрепленный на платформе, выполнен в виде отдельных светочувствительных приемников излучения, расположенных дискретно на полусферической подложке. Для максимального использования подложки применена ромбовидная форма отдельного приемника. Угловое положение каждого элемента датчика строго фиксировано и записано в электронном блоке. Выход каждого светочувствительного элемента посредством электрических шин и развязывающих диодов соединен в общую сеть, которая подключена к декодирующему электронному блоку. На выходе блока имеются два независимых канала управления вращением платформы: азимутальный и зенитальный. При движении Солнца по небосводу отдельные элементы датчика освещаются различно, и блок анализа входных сигналов определяет элемент с максимальным сигналом. Далее командный блок, зная угловые координаты этого отдельного элемента и имея информацию от датчиков абсолютных углов поворота платформы, формирует соответствующие импульсы для каждого из электродвигателей. Полярность управляющего импульса и, соответственно, сторона, в которую будет поворачиваться платформа, определяется, исходя из того, какой из двух рядом расположенных сенсоров освещается сильнее.A known system for controlling the platform of solar photoconverters (see patent US 4361758, IPC G01J 1/20, published 11/30/1982), consisting of a matrix optical sensor, an electronic analysis unit and commands, two motors with mechanical gearboxes and two sensors of absolute rotation angles. The optical solar sensor, rigidly mounted on the platform, is made in the form of separate photosensitive radiation detectors located discretely on a hemispherical substrate. To maximize the use of the substrate, a diamond-shaped form of a separate receiver is used. The angular position of each element of the sensor is strictly fixed and recorded in the electronic unit. The output of each photosensitive element through electrical buses and decoupling diodes is connected to a common network that is connected to a decoding electronic unit. At the output of the block there are two independent channels for controlling the rotation of the platform: azimuthal and zenithal. When the sun moves in the sky, the individual sensor elements are illuminated differently, and the input signal analysis unit determines the element with the maximum signal. Further, the command unit, knowing the angular coordinates of this individual element and having information from the sensors of the absolute angles of rotation of the platform, generates the corresponding pulses for each of the electric motors. The polarity of the control pulse and, accordingly, the side to which the platform will turn, is determined based on which of the two adjacent sensors is illuminated more strongly.

Недостатками известной системы управления платформой являются невысокая точность слежения (порядка 2°), обусловленная значительными геометрическими размерами как самих светочувствительных элементов, так и большими технологическими промежутками между ними. Кроме того, использованная электронная система обработки информации и формирования управляющих импульсов очень сложна и не обеспечивает движение платформы при затенении Солнца, что увеличивает время подстройки и, соответственно, снижает количество производимой энергии.The disadvantages of the known platform control system are the low tracking accuracy (of the order of 2 °), due to the significant geometric dimensions of both the photosensitive elements themselves and the large technological gaps between them. In addition, the used electronic system for processing information and generating control pulses is very complex and does not provide platform movement during shading of the Sun, which increases the tuning time and, accordingly, reduces the amount of energy produced.

Известна установка слежения за Солнцем (см. патент US 8389918, МПК G01C 21/02, H01J 40/14, G06M 7/00, опубликован 05.03.2013), которая состоит из основания, платформы с солнечными панелями, двумя гидравлическими линейными актуаторами, соединяющими основание и платформу, солнечного датчика на платформе и центрального процессора, который обрабатывает сигналы датчика и вырабатывает сигналы управления на линейные актуаторы, приводящие во вращение платформу с солнечными модулями.A known installation for tracking the Sun (see patent US 8389918, IPC G01C 21/02, H01J 40/14, G06M 7/00, published 05.03.2013), which consists of a base, a platform with solar panels, two hydraulic linear actuators connecting the base and platform, a solar sensor on the platform and a central processor that processes the sensor signals and generates control signals to linear actuators, which rotate the platform with solar modules.

Недостатком известной установки является сложная конструкция датчика, который совмещает в себе датчик грубой настройки на Солнце (для возможности захвата солнечного излучения оптической системой точного датчика) и точный датчик, работающий в очень узком угловом диапазоне. Кроме того, процессору управления требуются датчики позиционирования платформы при восходе и заходе Солнца.A disadvantage of the known installation is the complicated design of the sensor, which combines a rough adjustment sensor on the Sun (for the possibility of capturing solar radiation by the optical system of an accurate sensor) and an accurate sensor operating in a very narrow angular range. In addition, the control processor requires platform position sensors at sunrise and sunset.

Известна система слежения за Солнцем (см. патент KR 101275244, МКП F24J 2/54, H02S 20/32, опубликован 17.06.2013), состоящая из: основной рамы с вертикальным валом, платформы с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, солнечных панелей, смонтированных на этой платформе, оптического цилиндрического датчика азимутального угла поворота вертикального вала, оптического цилиндрического датчика зенитального угла поворота платформы с модулями вокруг горизонтальной оси, оптического датчика Солнца и контроллера, обеспечивающего точное направление солнечных модулей на Солнце в течение всего светового дня и возврат платформы в начальное положение при восходе Солнца при помощи системы электрических приводов. Контроллер получает сигналы от оптических цилиндрических датчиков азимутального и зенитального углов поворота панели модулей и от датчика Солнца, обрабатывает эти данные и выдает сигналы на исполнительные двигатели для точного сопровождения Солнца.A known system for tracking the Sun (see patent KR 101275244, INC F24J 2/54, H02S 20/32, published 06/17/2013), consisting of: the main frame with a vertical shaft, the platform can be rotated around a horizontal axis, solar panels mounted on this platform, an optical cylindrical sensor of the azimuthal angle of rotation of the vertical shaft, an optical cylindrical sensor of the zenithal angle of rotation of the platform with modules around the horizontal axis, an optical sensor of the Sun and a controller providing accurate solar x modules in the Sun during the daylight hours and return the platform to its original position at sunrise with the help of electric drive systems. The controller receives signals from optical cylindrical sensors of azimuthal and zenithal angles of rotation of the module panel and from the Sun sensor, processes this data and provides signals to executive motors for accurate tracking of the Sun.

Недостатком такой системы является сложная конструкция оптического датчика Солнца, который должен обеспечить, во-первых, широкий угол захвата солнечного излучения для случая сильного рассогласования направления платформы по отношению к солнечному диску, а во-вторых, узкую полосу захвата для точного сопровождения Солнца. Фактически это достигается размещением двух оптических датчиков в одном корпусе.The disadvantage of this system is the complex design of the optical sensor of the Sun, which should provide, firstly, a wide angle of capture of solar radiation for a case of strong mismatch of the direction of the platform with respect to the solar disk, and secondly, a narrow capture band for accurate tracking of the Sun. In fact, this is achieved by placing two optical sensors in one housing.

Известна система управления платформой фотопреобразователей солнечного излучения (см. заявка CN 104679025, МПК G05D 3/12, опубликована 03.06.2015), которая рассматривает автоматическую систему управления для солнечной панели. Система состоит из следующих элементов: оптический датчик Солнца, цифровой сигнальный процессор, двухканальный силовой блок шаговых двигателей и два шаговых электродвигателя. В качестве датчика предложено использовать стандартную CCD камеру с разрешением 640×480 пикселей и размером матрицы 3,4×4,5 мм². Камеру неподвижно монтируют на платформе с модулями и юстируют таким образом, чтобы оптическая ось камеры была точно установлена перпендикулярно плоскости модулей. Сигнал с камеры поступает на сигнальный процессор, который по положению края солнечного диска рассчитывает координаты его центра. Алгоритм программы работы контроллера системы наведения построен таким образом, чтобы координаты рассчитанного центра всегда находились в центре матрицы приемника. По отклонению рассчитанных координат диска от центра матрицы контроллер формирует управляющие сигналы для шаговых двигателей, которые начинают поворачивать платформу по азимутальному и зенитальному углам. Вследствие этого изображение диска Солнца перемещается по матрице в направлении ее центра. Когда ошибка отклонения станет равна нулю, платформа останавливается. Это положение является оптимальным для выработки максимальной мощности солнечной батареи.A known system for controlling the platform of solar photoconverters (see application CN 104679025, IPC G05D 3/12, published 03.06.2015), which considers an automatic control system for a solar panel. The system consists of the following elements: an optical sensor of the Sun, a digital signal processor, a two-channel power block of stepper motors and two stepper motors. It is proposed to use a standard CCD camera with a resolution of 640 × 480 pixels and a matrix size of 3.4 × 4.5 mm ² as a sensor. The camera is fixedly mounted on a platform with modules and adjusted so that the optical axis of the camera is precisely mounted perpendicular to the plane of the modules. The signal from the camera enters the signal processor, which, based on the position of the edge of the solar disk, calculates the coordinates of its center. The program algorithm of the guidance system controller is designed so that the coordinates of the calculated center are always in the center of the receiver matrix. Based on the deviation of the calculated disk coordinates from the center of the matrix, the controller generates control signals for the stepper motors, which begin to rotate the platform in azimuthal and zenithal angles. As a result, the image of the solar disk moves along the matrix in the direction of its center. When the deviation error becomes zero, the platform stops. This position is optimal for generating maximum solar power.

Недостатками известного технического решения являются применение CCD камеры, требующей использования сложного алгоритма обработки аналогового сигнала. Начальная ручная настройка положения камеры по отношению к плоскости модулей требует периодической проверки и подстройки. Также требуется ручное позиционирование панели на восход Солнца ввиду того, что простейший расчет угла захвата примененного оптического датчика не превышает величины порядка 48°, что явно недостаточно для автоматического захвата восходящего Солнечного диска из положения панели на заходе Солнца.The disadvantages of the known technical solutions are the use of a CCD camera, which requires the use of a complex algorithm for processing an analog signal. The initial manual adjustment of the position of the camera relative to the plane of the modules requires periodic verification and adjustment. The manual positioning of the panel at sunrise is also required because the simplest calculation of the capture angle of the applied optical sensor does not exceed a value of about 48 °, which is clearly not enough for automatic capture of the rising solar disk from the position of the panel at sunset.

Известна система управления платформой фотоэлектрических модулей (см. заявка CN 204462868, МПК G05D 3/12, опубликована 08.07.2015), состоящая из смонтированных на платформе с фотоэлектрическими модулями оптического датчика, микрокомпьютера, двух драйверов коллекторных электродвигателей, самих электродвигателей, соединенных с червячными редукторами, механической турели, способной поворачиваться вокруг двух взаимно перпендикулярных осей вращения и источника питания всей установки. Оптический датчик представляет собой CMOS камеру, установленную на платформе с модулями. Светочувствительная матрица камеры имеет разрешение 1300×1028 пикселей, размер каждого составляет 3,18×3,18 мкм². Фокусное расстояние объектива камеры равно 4,85 мм. Направление оптической оси камеры составляет угол 90° по отношению к плоскости панели. Цифровой сигнал с выхода камеры поступает на 32-разрядный контроллер. Контроллер рассчитывает положение текущего изображения солнечного диска на матрице и сравнивает рассчитанную координату с координатой положения солнечного диска при строго перпендикулярном падении солнечных лучей, запомненной в памяти контроллера при первоначальной юстировке датчика.A known system for controlling a platform of photovoltaic modules (see application CN 204462868, IPC G05D 3/12, published July 8, 2015), consisting of an optical sensor, a microcomputer, two collector motor drivers, electric motors connected to worm gears mounted on a platform with photovoltaic modules , a mechanical turret that can rotate around two mutually perpendicular axes of rotation and the power source of the entire installation. The optical sensor is a CMOS camera mounted on a platform with modules. The photosensitive camera matrix has a resolution of 1300 × 1028 pixels, each size is 3.18 × 3.18 μm ² . The focal length of the camera lens is 4.85 mm. The direction of the optical axis of the camera is an angle of 90 ° with respect to the plane of the panel. The digital signal from the camera output is sent to the 32-bit controller. The controller calculates the position of the current image of the solar disk on the matrix and compares the calculated coordinate with the coordinate of the position of the solar disk with a strictly perpendicular incidence of sunlight, stored in the controller's memory during the initial adjustment of the sensor.

Недостатком известной системы управления платформой фотоэлектрических модулей является отсутствие возможности автоматически позиционировать платформу на восход Солнца после его захода за горизонт на закате. Кроме того, процесс остановки сопровождения Солнца при его затенении приводит к увеличению времени, требуемого для точного захвата Солнца после появления светила из-за облаков. В случае длительного затенения возможен выход Солнца за пределы угла захвата датчика, который составляет порядка 40°, что потребует ручной настройки системы.A disadvantage of the known system for controlling the platform of photovoltaic modules is the inability to automatically position the platform at sunrise after it sets beyond the horizon at sunset. In addition, the process of stopping the tracking of the Sun during its shading leads to an increase in the time required for accurate capture of the Sun after the appearance of the sun due to clouds. In the case of prolonged shading, the Sun may go beyond the sensor capture angle, which is about 40 °, which will require manual adjustment of the system.

Известна система управления платформой концентраторных солнечных модулей (см. патент US 9182471, МПК G01J 1/20, G01S 3/786, F24J 2/38 G05D 3/10, H01L 31/042, опубликован 10.11.2015), включающая фотоэлектрические модули, смонтированные на жесткой платформе и электрически объединенные в единый массив, электронный блок определения выходных параметров массива модулей, микроконтроллер с логикой и памятью, силовой блок для управления электродвигателями постоянного тока на 2 канала, два электродвигателя с механическими редукторами, выходные валы которых жестко связаны каждый со своей осью поворота платформы, и два датчика углов поворота выходных валов этих редукторов.A known system for controlling the platform of solar concentrator modules (see patent US 9182471, IPC G01J 1/20, G01S 3/786, F24J 2/38 G05D 3/10, H01L 31/042, published 10.11.2015), including photovoltaic modules mounted on a rigid platform and electrically combined into a single array, an electronic unit for determining the output parameters of the array of modules, a microcontroller with logic and memory, a power unit for controlling DC motors for 2 channels, two electric motors with mechanical gearboxes, the output shafts of which are rigidly connected each with its axis of rotation platform, and the two sensor rotation angles of the output shafts of the reducers.

Недостатками известной системы управления платформой концентраторных солнечных модулей является обязательная каждодневная процедура позиционирования платформы в положение на восход Солнца и, кроме того, значительные потери количества вырабатываемой энергии в результате увеличенного времени на поиск и грубый захват солнечного диска после появления последнего из-за горизонта или из-за туч.The disadvantages of the known system for controlling the platform of concentrator solar modules are the obligatory daily procedure of positioning the platform in position at sunrise and, in addition, significant losses in the amount of generated energy as a result of increased search time and rough capture of the solar disk after the latter appears due to the horizon or per cloud.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к настоящему решению является система управления платформой концентраторных солнечных модулей (см. патент US 7079944, МКП G01C 21/26, опубликован 24.02.2005), принятая за прототип. Известная система-прототип содержит платформу с концентраторными каскадными модулями, подсистему азимутального вращения, включающую датчик положения платформы по азимутальному углу, первый электродвигатель с первым редуктором, подсистему зенитального вращения, включающую датчик положения платформы по зенитальному углу, второй электродвигатель со вторым редуктором, которые обеспечивают вращение платформы с концентраторными каскадными модулями вокруг двух взаимно перпендикулярных плоскостей, блок питания, центральный блок управления с блоком памяти, содержащий контроллер, в качестве которого использован 12 битный, с АЦП преобразователем микроконтроллер MSP430F149 фирмы Texas Instruments, с программой, рассчитывающей в реальном режиме времени положение Солнца по введенным в блок памяти координатам станции, дате и точном времени наблюдения, GPS приемник и оптический солнечный датчик. В известной системе для грубой настройки на Солнце, когда последнее скрыто за облачностью, используют способ управления азимутальным и зенитальным приводами по программе, заложенной в микроконтроллер, которая через определенные интервалы времени рассчитывает теоретическое местоположение солнца с точностью ±2 угловых градуса. Информацию об углах, под которыми платформа направлена на небосвод, определяют с помощью GPS приемника. По внутренним часам микроконтроллера и данных с GPS приемника блок управления рассчитывает текущее направление платформы и теоретическое положение Солнца и вырабатывает сигналы о величине рассогласования по азимутальному и зенитальному углах с учетом местоположения платформы (широта, долгота, высота над уровнем моря), после чего первым и вторым электродвигателями производится соответствующая переориентация платформы до момента, когда углы рассогласования не станут равны нулю. В случае прямого солнечного излучения при выходе Солнца из-за облаков управление платформой переходит на управление от оптического солнечного датчика. В этом случае блок управления системы получает входные данные от оптического солнечного датчика, расположенного на платформе с концентраторными каскадными модулями, и выдает подстраивающие сигналы на силовой блок, подающий электропитание на первый и второй электродвигатели, для точной настройки платформы с солнечными модулями на Солнце. В этом случае точность позиционирования достигает величины ±0,01 угловых градусов. В качестве оптического солнечного датчика в известной системе-прототипе использована CCD матрица фотоприемников солнечного излучения, выполненная из 8 фототранзисторов, симметрично расположенных в четырех квадрантах. Матрица фотоприемников расположена на фокусном расстоянии от входного объектива оптического солнечного датчика.The closest set of essential features to this decision is the control system of the concentrator solar module platform (see patent US 7079944, MCP G01C 21/26, published February 24, 2005), adopted as a prototype. The known prototype system comprises a platform with concentrator cascade modules, an azimuthal rotation subsystem including a position sensor for the azimuthal angle, a first electric motor with a first gearbox, an anti-aircraft rotation subsystem including a platform position sensor for the zenithal angle, a second electric motor with a second gearbox that provide rotation platforms with concentrator cascade modules around two mutually perpendicular planes, power supply, central control unit a memory block containing a controller, which is used as a 12-bit microcontroller MSP430F149 from Texas Instruments with an ADC converter, with a program that calculates in real time the position of the Sun based on the station coordinates, date and exact time of observation, GPS receiver and an optical solar sensor. In the known system for coarse adjustment to the Sun, when the latter is hidden behind cloud cover, the azimuthal and anti-aircraft actuator control method is used according to the program embedded in the microcontroller, which calculates the theoretical location of the sun with accuracy of ± 2 angular degrees at certain time intervals. Information about the angles at which the platform is aimed at the sky is determined using a GPS receiver. Using the internal clock of the microcontroller and the data from the GPS receiver, the control unit calculates the current direction of the platform and the theoretical position of the Sun and generates signals about the magnitude of the mismatch in azimuth and zenith angles taking into account the location of the platform (latitude, longitude, altitude), after which the first and second electric motors carry out a corresponding reorientation of the platform until the moment when the mismatch angles do not become zero. In the case of direct solar radiation at the exit of the Sun due to clouds, platform control passes to control from an optical solar sensor. In this case, the control unit of the system receives input from an optical solar sensor located on a platform with concentrator cascade modules, and provides tuning signals to a power unit that supplies power to the first and second electric motors to fine tune the platform with solar modules on the Sun. In this case, the positioning accuracy reaches ± 0.01 angular degrees. As an optical solar sensor in the known prototype system, a CCD matrix of solar radiation photodetectors is used, made of 8 phototransistors symmetrically located in four quadrants. The array of photodetectors is located at the focal distance from the input lens of the optical solar sensor.

Недостатком известной системы управления платформой концентраторных солнечных модулей является отсутствие возможности сопровождения Солнца при малых освещенностях оптического солнечного датчика и наличии диффузной (рассеянное солнечное излучение) составляющей солнечной радиации. Это случается в случае затенения Солнца тучами или появления сильной дымки. В таких случаях система останавливается, что приводит к увеличенному времени поиска Солнца после выхода последнего из-за облаков и, как следствие, к потере общей энергии, вырабатываемой станцией. Кроме того, использование в оптическом солнечном датчике в качестве приемников солнечного излучения 8 отдельных фототранзисторов приводит к усложнению технологии построения самого приемника: необходимо использовать несколько фокусирующих объективов и применять сложный алгоритм вычисления направления оптической оси всей платформы по соотношению сигналов с отдельных приемников оптического излучения. Следует также отметить, что применение датчиков такого типа требует проведения сложной процедуры очень точной юстировки положения датчика как в начальный период времени, так и периодически на протяжении всего срока службы станции.A disadvantage of the known system for managing the platform of concentrator solar modules is the inability to accompany the Sun at low light levels of the optical solar sensor and the presence of the diffuse (scattered solar radiation) component of solar radiation. This happens when the sun obscures the clouds or a strong haze appears. In such cases, the system stops, which leads to an increased time to search for the Sun after the last one due to clouds and, as a result, to the loss of the total energy generated by the station. In addition, the use of 8 separate phototransistors in the optical solar sensor as solar radiation detectors complicates the construction technology of the receiver itself: it is necessary to use several focusing lenses and use a complex algorithm to calculate the direction of the optical axis of the entire platform based on the ratio of signals from individual optical radiation receivers. It should also be noted that the use of sensors of this type requires a complex procedure of very precise adjustment of the sensor position both in the initial period of time and periodically throughout the life of the station.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка такой системы управления платформой концентраторных солнечных модулей, которая обеспечивала бы увеличение КПД солнечной установки за счет сопровождения солнечного диска с заданной точностью независимо от различных погодных условий (дымка, облачность) и сводила бы к минимуму время поиска и точного наведения на солнечный диск на протяжении всего срока службы установки.The task to which the claimed invention is directed is to develop such a system for managing a concentrator solar module platform that would increase the efficiency of a solar installation by tracking the solar disk with a given accuracy regardless of various weather conditions (haze, cloudiness) and would minimize time search and accurate pointing to the solar disk throughout the life of the installation.

Поставленная задача решается тем, что система управления платформой концентраторных солнечных модулей содержит платформу с концентраторными каскадными солнечными модулями, оптический солнечный датчик, выполненный в виде CMOS матрицы, подсистему азимутального вращения, включающую датчик положения платформы по азимутальному углу, первый силовой блок и первый электродвигатель с первым редуктором, подсистему зенитального вращения, включающую датчик положения платформы по зенитальному углу, второй силовой блок и второй электродвигатель со вторым редуктором, которые обеспечивают вращение платформы с концентраторными солнечными модулями вокруг двух взаимно перпендикулярных плоскостей, центральный блок управления с блоком памяти, содержащий контроллер с первой программой, рассчитывающей в режиме реального времени координаты Солнца по введенным в память контроллера координатам солнечной станции, дате, высоте над уровнем моря и точном времени наблюдения, второй программой, рассчитывающей направления оси платформы по сигналам датчиков положения платформы, третьей программой, рассчитывающей усредненную угловую скорость вращения платформы по сигналам датчиков числа оборотов первого и второго электродвигателей, четвертой программой, управляющей процессом мониторинга значения максимальной выходной мощности концентраторных солнечных модулей солнечной установки, пятой программой, выделяющей центральную точку яркостного сигнала оптического солнечного датчика и рассчитывающей координаты этой точки на CMOS матрице оптического солнечного датчика, и шестой программы, рассчитывающей сигнал ошибки, поступающий на первый и второй силовые блоки, блок часов реального времени, датчик числа оборотов первого электродвигателя, датчик числа оборотов второго электродвигателя. Выходы датчика положения платформы по азимутальному углу, датчика положения платформы по зенитальному углу, оптического солнечного датчика, датчика числа оборотов первого электродвигателя, датчика числа оборотов второго электродвигателя и блока часов реального времени соединены с соответствующими входами центрального блока управления. Первый и второй выходы центрального блока управления подключены к входам соответственно первого и второго силовых блоков, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым электродвигателями.The problem is solved in that the control system of the concentrator solar module platform contains a platform with concentrator cascade solar modules, an optical solar sensor made in the form of a CMOS matrix, an azimuthal rotation subsystem including a platform position sensor along the azimuthal angle, the first power unit and the first electric motor with the first gearbox, anti-aircraft rotation subsystem, including a platform position sensor along the zenith angle, a second power unit and a second electric motor with a second gearbox, which provide rotation of the platform with concentrator solar modules around two mutually perpendicular planes, a central control unit with a memory unit containing a controller with a first program that calculates in real time the coordinates of the Sun from the coordinates of the solar station entered in the controller’s memory, date, height above sea level and the exact time of observation, the second program calculating the direction of the platform axis from the signals of the platform position sensors, the third program the fourth program that controls the monitoring process of the maximum output power of the concentrator solar modules of the solar installation, the fifth program that selects the center point of the brightness signal of the optical solar sensor and calculates the coordinates of this point on the CMOS matrix of the optical solar sensor, and the sixth program that calculates the error signal, post ayuschy the first and second power units, the real time clock unit, a sensor of speed of the first motor, a sensor of speed of the second motor. The outputs of the platform position sensor along the azimuthal angle, the platform position sensor along the zenith angle, the optical solar sensor, the speed sensor of the first electric motor, the speed sensor of the second electric motor and the real-time clock unit are connected to the corresponding inputs of the central control unit. The first and second outputs of the central control unit are connected to the inputs of the first and second power units, respectively, the outputs of which are connected respectively to the first and second electric motors.

Новым в системе управления платформой концентраторных солнечных модулей является включение в ее состав датчика оборотов первого электродвигателя и датчика оборотов второго электродвигателя и выполнение оптического солнечного датчика в виде CMOS матрицы. Заложенные в контроллер настоящей системы программы обеспечивают периодическую самокалибровку оптического солнечного датчика, осуществляемую при помощи автоматического сканирования положения платформы около точки положения максимальной яркости солнечного пятна на светочувствительной CMOS матрице датчика и одновременного измерения выходных параметров солнечной установки. Это позволяет, во-первых, полностью отказаться от каких-либо ручных подстроек положения оптического солнечного датчика относительно поверхности платформы с концентраторными солнечными модулями и, во-вторых, обеспечить режим работы солнечной установки при максимально возможном коэффициенте полезного действия (КПД) на протяжении всего запланированного срока службы (до 25 лет) солнечной установки. Кроме того, повышение точности сопровождения Солнца при его затенении достигается также с помощью датчиков числа оборотов электродвигателей. Повышение точности сопровождения Солнца достигается также с помощью датчика оборотов первого электродвигателя и датчика оборотов второго электродвигателя, по показаниям которых центральный блок управления в течение всего времени слежения за Солнцем по оптическому солнечному датчику рассчитывает усредненные угловые скорости поворота платформы в азимутальном и в зенитальном направлениях для каждого управляющего импульса в отдельности и сохраняет эти данные в блоке памяти в течение определенного, заданного программой, интервала времени. При затенении Солнца сопровождение продолжается по заложенной в контроллер программе, но с использованием последних, сохраненных в блоке памяти значений, усредненных угловых скоростей поворота платформы в азимутальном и в зенитальном направлениях, что обеспечивает возможность точного сопровождения Солнца даже в случае появления на небе дымки или облачности.New in the control system of the concentrator solar module platform is the inclusion of the first engine speed sensor and the second engine speed sensor and the optical solar sensor in the form of a CMOS matrix. The programs incorporated into the controller of this system provide periodic self-calibration of the optical solar sensor, carried out by automatically scanning the platform position near the point of maximum brightness of the sun spot on the photosensitive CMOS sensor matrix and simultaneously measuring the output parameters of the solar installation. This allows, firstly, to completely abandon any manual adjustments of the position of the optical solar sensor relative to the surface of the platform with solar concentrator modules and, secondly, to ensure the operating mode of the solar installation at the highest possible efficiency (efficiency) throughout the entire period planned service life (up to 25 years) of a solar installation. In addition, an increase in the accuracy of tracking the Sun when it is shaded is also achieved with the help of sensors for the speed of electric motors. Increasing the accuracy of the tracking of the Sun is also achieved by using the speed sensor of the first electric motor and the speed sensor of the second electric motor, according to which the central control unit calculates the average angular velocity of rotation of the platform in the azimuthal and zenithal directions for each controller during the whole time of tracking the Sun using an optical solar sensor pulse separately and saves this data in the memory unit for a certain interval specified by the program change me. When the Sun is shaded, tracking continues according to the program laid down in the controller, but using the latter values stored in the memory unit, averaged angular velocity of the platform rotation in the azimuthal and zenithal directions, which makes it possible to accurately track the Sun even in the event of haze or cloudiness in the sky.

Настоящее изобретение поясняется чертежами, где:The present invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 показан общий вид в аксонометрии системы управления платформой концентраторных солнечных модулей (со снятыми концентраторными солнечными модулями);in FIG. 1 shows a general perspective view of a system for controlling a platform of concentrator solar modules (with removed concentrator solar modules);

на фиг. 2 приведена блок-схема электрической части системы управления платформой концентраторных солнечных модулей.in FIG. 2 shows a block diagram of the electrical part of the platform control system of the concentrator solar modules.

Система 1 управления платформой концентраторных солнечных модулей (см. фиг. 1, фиг. 2) содержит установленную на основании 2 неподвижную вертикальную колонну 3, на верхний торец которой надета с возможностью вращения труба 4, на верхней части которой установлена с возможностью вращения вокруг своей оси горизонтальная труба 5, на которой закреплена платформа 6 для установки на ней концентраторных каскадных модулей (на чертеже не показаны). Система 1 включает также подсистему 7 азимутального вращения и подсистему 8 зенитального вращения. Подсистема 7 азимутального вращения включает закрепленный на вертикальной колонне 3 горизонтальный диск 9 с однорядной роликовой цепью 10, приваренной по торцу диска 9. В контакте с цепью 10 находится ведущая звездочка редуктора 11, например механического, жестко связанного с первым электродвигателем 12 (ЭД1), снабженного датчиком 13 числа оборотов (ДО1). На корпусе редуктора 11 установлен датчик 14 положения платформы по азимутальному углу (ДППАУ). Подсистема 8 зенитального вращения содержит прикрепленный снизу к платформе 6 вертикальный сектор 15 с круговой торцевой поверхностью 16. На поверхности 16 приварена однорядная цилиндрическая цепь, в контакт с которой входит ведущая звездочка, насаженная на вал редуктора 17, например, механического, жестко связанного со вторым электродвигателем 18 (ЭД2), снабженного датчиком 19 числа оборотов (ДО2). На корпусе редуктора 17 установлен датчик 20 положения платформы по зенитальному углу (ДППЗУ). В качестве угловых датчиков ДППАУ 14 и ДППЗУ 20 могут быть применены 10-битные магнитные энкодеры, например серии AS5040, оси которых жестко связаны с осями соответствующих редукторов 11, 17. В состав системы 1 входят также первый силовой блок 21 (СБ1) и второй силовой блок 22 (СБ2) для электропитания соответственно ЭД1 12 и ЭД2 18. Центральный блок 23 управления (ЦБУ) положением платформы может быть разработан, например, на основе платы Arduino Due, содержащий процессор Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3. Система 1 содержит также оптический солнечный датчик 24 (ОСД), в качестве которого использована стандартная видеографическая (VGA) камера с матрицей из комплементарных металл-оксидных транзисторов (CMOS матрица). Система 1 может содержать жидкокристаллический индикатор 25 (ЖКИ), для отображения данных по вырабатываемой мощности и предупреждения оператора о снижении последней ниже допустимого значения. В состав системы 1 входит блок 26 часов реального времени (ЧРВ), рассчитанный на все время эксплуатации солнечной установки. Выходы ОСД 24, ДППАУ 14, ДППЗУ 20, ДО1 13, ДО2 19 и ЧРВ 26 соединены с соответствующими входами ЦБУ 23. Первый и второй выходы ЦБУ 23 подключены к входам соответственно СБ1 21 и СБ2 22, выходы которых соединены соответственно с ЭД1 12 и ЭД2 18. Выходные валы ЭД1 12 и ЭД2 18 жестко связаны с редукторами 11 и 17. Находящиеся в ЦБУ 23 первая программа рассчитывает в режиме реального времени координаты Солнца по введенным в память контроллера координатам солнечной станции, дате, высоте над уровнем моря и точном времени наблюдения; вторая программа рассчитывает направления оси платформы 6 по сигналам ДППАУ 14 и ДППЗУ 20; третья программа рассчитывает усредненную угловую скорость вращения платформы 6 по сигналам ДО1 13 и ДО2 19; четвертая программа управляет процессом мониторинга значения максимальной выходной мощности концентраторных солнечных модулей солнечной установки; пятая программа выделяет центральную точку яркостного сигнала ОСД 24 и рассчитывает координаты этой точки на CMOS матрице ОСД 24, а шестая программа рассчитывает сигнал ошибки, поступающий на СБ1 21 и СБ2 22. Таким образом, ЦБУ 23 выполняет следующие функции: формирует команды на точное (±0,1°) сопровождение Солнца в режиме реального времени по ОСД 24; формирует команды на грубое позиционирование платформы 6 с точностью ±2°, по расчету в режиме реального времени значений текущих координат Солнца; формирует управляющие сигналы для движения платформы 6 по усредненной угловой скорости вращения валов ЭД1 12 и ЭД2 18; осуществляет процесс периодической самокалибровки ОСД 24; проводит измерения величин тока и напряжения на нагрузке солнечной станции и рассчитывает по этим данным электрическую мощность, вырабатываемой солнечной станцией; с помощью ОСД 24 измеряет прямую и рассеянную солнечную радиацию и анализирует соотношения интенсивностей этих величин.The control system 1 of the platform of the concentrator solar modules (see Fig. 1, Fig. 2) contains a fixed vertical column 3 mounted on the base 2, on the upper end of which a pipe 4 is mounted rotatably, on the upper part of which is mounted for rotation around its axis horizontal pipe 5, on which a platform 6 is fixed for installation of concentrator cascade modules on it (not shown in the drawing). System 1 also includes a subsystem 7 of azimuthal rotation and a subsystem 8 of zenithal rotation. The azimuthal rotation subsystem 7 includes a horizontal disk 9 mounted on a vertical column 3 with a single-row roller chain 10 welded along the end face of the disk 9. In contact with the chain 10 is the drive sprocket of the gearbox 11, for example, a mechanical sprocket, rigidly connected to the first electric motor 12 (ED1), equipped with sensor 13 speed (DO1). On the housing of the gearbox 11 is installed a sensor 14 of the position of the platform in the azimuthal angle (DPPAU). The zenithal rotation subsystem 8 comprises a vertical sector 15 attached from below to the platform 6 with a circular end surface 16. A single-row cylindrical chain is welded to the surface 16, into contact with which there is a drive sprocket mounted on the shaft of the gearbox 17, for example, mechanical, rigidly connected to the second electric motor 18 (ED2), equipped with a speed sensor 19 (DO2). On the housing of the gearbox 17 is installed a sensor 20 of the position of the platform along the zenith angle (DPRZU). As the angular sensors DPPAU 14 and RPPZU 20, 10-bit magnetic encoders, for example, the AS5040 series, whose axes are rigidly connected with the axes of the corresponding gears 11, 17, can be used. The system 1 also includes the first power unit 21 (SB1) and the second power block 22 (SB2) for power supply, respectively, ED1 12 and ED2 18. The central control unit 23 (CPU) of the position of the platform can be developed, for example, based on the Arduino Due board containing the Atmel SAM3X8E ARM Cortex-M3 processor. System 1 also contains an optical solar sensor 24 (OSD), which is used as a standard video graphic (VGA) camera with a matrix of complementary metal oxide transistors (CMOS matrix). System 1 may contain a liquid crystal indicator 25 (LCD) to display data on the generated power and alert the operator to reduce the latter below the permissible value. System 1 includes a 26-hour real-time unit (RTC), designed for the entire life of the solar installation. The outputs of the OSD 24, DPPAU 14, DPPZU 20, DO1 13, DO2 19 and CRV 26 are connected to the corresponding inputs of the CBU 23. The first and second outputs of the CBU 23 are connected to the inputs respectively SB1 21 and SB2 22, the outputs of which are connected respectively to ED1 12 and ED2 18. The output shafts of ED1 12 and ED2 18 are rigidly connected to gearboxes 11 and 17. The first program located in the central control unit 23 calculates in real time the coordinates of the Sun from the coordinates of the solar station entered in the controller’s memory, date, altitude and exact time of observation; the second program calculates the direction of the axis of the platform 6 according to the signals DPPAU 14 and DPPZU 20; the third program calculates the average angular velocity of rotation of the platform 6 by signals DO1 13 and DO2 19; the fourth program controls the process of monitoring the maximum output power of the concentrator solar modules of a solar installation; the fifth program selects the center point of the brightness signal of the OSD 24 and calculates the coordinates of this point on the CMOS matrix of the OSD 24, and the sixth program calculates the error signal received at SB1 21 and SB2 22. Thus, the CPU 23 performs the following functions: generates commands for the exact (± 0.1 °) real-time tracking of the Sun according to OSD 24; generates commands for rough positioning of platform 6 with an accuracy of ± 2 °, according to the calculation in real time of the values of the current coordinates of the Sun; generates control signals for the movement of the platform 6 on the average angular velocity of rotation of the shafts ED1 12 and ED2 18; carries out the process of periodic self-calibration of OSD 24; takes measurements of current and voltage at the load of the solar station and calculates from this data the electric power generated by the solar station; using OSD 24 measures direct and diffuse solar radiation and analyzes the ratio of the intensities of these quantities.

Применение матричной VGA камеры в качестве ОСД 24 предоставляет существенные преимущества перед другими типами датчиков. В частности, отсутствует жесткое требование точной юстировки по двум углам перпендикулярного положения оптической оси ОСД 24 по отношению к поверхности концентраторных солнечных модулей. Достаточно один раз выставить ось ОСД 24 с точностью 90°±2° и в дальнейшем, на всем протяжении времени эксплуатации солнечной станции, ЦБУ 23 будет автоматически учитывать неточность первоначальной юстировки оси ОСД 24. Современная VGA камера является недорогим малогабаритным устройством, содержащим светочувствительную матрицу CMOS и микропроцессор для обработки сигнала и преобразования его в цифровой формат. Вместо объектива, на поверхности ОСД 24 помещается непрозрачная диафрагма с отверстием для прохождения солнечного излучения. Расстояние от диафрагмы до светочувствительной поверхности ОСД 24 выбирают, исходя из геометрических размеров светочувствительной матрицы и необходимой величины угла зрения (угла захвата) ОСД 24. Для стандартной VGA матрицы с размером всего сенсора 3,4×4,5 мм² и требуемым значением угла зрения ОСД 24, равным примерно 50°, расстояние до диафрагмы составляет величину порядка 5 мм. Размер отверстия диафрагмы определяется чувствительностью камеры и для CMOS матрицы составляет величину примерно 0,05-0,1 мм. Яркостной сигнал изображения солнечного диска снимается с отдельных пикселей матрицы в аналоговом виде и через буферные усилители каждого пикселя поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, а затем на микропроцессор камеры. Последний обрабатывает сигнал и преобразовывает формат VGA в параллельный интерфейс. Таким образом, на выходе ОСД 24 получают яркостной сигнал в цифровом виде, который поступает на вход ЦБУ 23.The use of a VGA matrix camera as an OSD 24 provides significant advantages over other types of sensors. In particular, there is no strict requirement for accurate alignment at two angles of the perpendicular position of the optical axis of the OSD 24 with respect to the surface of the concentrator solar modules. It is enough to set the axis of the OSD 24 once with an accuracy of 90 ° ± 2 ° and then, throughout the life of the solar station, the CPU 23 will automatically take into account the inaccuracy of the initial adjustment of the axis of the OSD 24. A modern VGA camera is an inexpensive small-sized device containing a photosensitive CMOS matrix and a microprocessor for processing the signal and converting it to digital format. Instead of the lens, an opaque diaphragm with a hole for the passage of solar radiation is placed on the surface of the OSD 24. The distance from the diaphragm to the photosensitive surface of the OSD 24 is selected based on the geometric dimensions of the photosensitive matrix and the required value of the viewing angle (capture angle) of the OSD 24. For a standard VGA matrix with a size of the entire sensor 3.4 × 4.5 mm ² and the required value of the angle of view OSD 24, equal to approximately 50 °, the distance to the diaphragm is about 5 mm. The size of the aperture is determined by the sensitivity of the camera and for the CMOS matrix is approximately 0.05-0.1 mm. The brightness signal of the image of the solar disk is taken from the individual pixels of the matrix in analog form and through the buffer amplifiers of each pixel is fed to the input of an analog-to-digital converter, and then to the camera microprocessor. The latter processes the signal and converts the VGA format to a parallel interface. Thus, at the output of the OSD 24 receive the luminance signal in digital form, which is fed to the input of the CPU 23.

Система 1 управления платформой концентраторных фотоэлектрических модулей (см. фиг. 1 и фиг. 2). Первоначально, при размещении солнечной станции в какой-либо точке земного шара в память ЦБУ 23 заносят точные координаты расположения станции, высоту ее расположения над уровнем моря, и настраивают ЧРВ 26. На основании этих данных процессор ЦБУ 23 с точностью ±2° в дальнейшем может рассчитать текущие угловые координаты Солнца, под которыми оно "перемещается" относительно солнечной станции в любой заданный момент времени. На начальном этапе восхода Солнца платформу 6 с концентраторными солнечными модулями ориентируют таким образом, чтобы "оптическая ось" платформы 6 с точностью ±2° была направлена в точку восхода. Происходит это по команде ЦБУ 23, который рассчитывает сигнал ошибки по азимутальному и зенитальному углам, исходя из сравнения данных от ДППАУ 14, ДППЗУ 20 и данных угловых координат Солнца, рассчитываемых на текущее время восхода. Далее, при появлении из-за горизонта солнечного диска, излучение последнего захватывает ОСД 24 (угол захвата 50°) и система 1 переходит в режим точного слежения за Солнцем по ОСД 24 в режиме реального времени. Процесс точного слежения продолжается непрерывно, вплоть до момента захода Солнца за горизонт. Далее платформа 6 с концентраторными солнечными модулями возвращается в первоначальную позицию и вновь "ожидает" момент восхода Солнца. Управление по ОСД 24 происходит всегда, когда на приемной матрице ОСД 24 присутствует прямое солнечное излучение. Мониторинг наличия этого излучения осуществляется посредством анализа формы и амплитуды яркостного сигнала изображения солнечного диска и амплитуды сигнала в пикселях матрицы ОСД 24 вне этого изображения. При снижении этого соотношения ниже заданной величины, что происходит, например, в случае появления временно затеняющих Солнце помех, таких как облака или сильная пыль, дымка, ЦБУ 23 переводит сопровождение Солнца системой 1 на управление по программе с усредненными значениями угловых скоростей валов ЭД1 12 и ЭД2 18, заложенной в контроллер ЦБУ 23. Это предотвращает сильное отклонение направления платформы от истинного положения Солнца в направлении на ложные яркие пятна, возникающие на небе, вследствие рассеяния солнечного излучения на отдельных сильных оптических неоднородностях помех. Сопровождение Солнца системой 1, по заложенной в контроллер ЦБУ 23 программе с усреднением, осуществляется с использованием усредненных за несколько импульсов управления значений угловых скоростей поворота платформы 6, рассчитанных контроллером по количеству оборотов ЭД1 12 и ЭД2 18 в азимутальном и в зенитальном направлениях, которые записывались в блок памяти ЦБУ 23 в последний временной интервал перед моментом затенения Солнца. Если затенение Солнца продолжается длительное время (более 5 минут), то ЦБУ 23 переводит процесс управления платформой 6 по программе грубого сопровождения (точность ±2°) траектории движения Солнца с расчетом по алгоритму. Движение платформы 6 по программе с усредненными значениями угловых скоростей или по программе "грубого" сопровождения осуществляется до момента появления прямого солнечного излучения, и далее сопровождение платформой 6 за солнечным диском переходит на управление с точностью не хуже 0,1° по сигналам с ОСД 24, обрабатываемым в ЦБУ 23. Рассмотрим процесс самокалибровки ОСД 24 на примере одного концентраторного солнечного модуля. Процессор ЦБУ 23 дает команду на процесс самокалибровки. Платформа 6 с модулем(ями) с помощью ОСД 24 точно направлена на Солнце и стоит неподвижно. Включается частотный режим (частота 1 кГц) снятия вольтамперной характеристики модуля и расчета по этим данным величины максимального значения выходной мощности модуля. Прямое солнечное излучение при этом сфокусировано на поверхность каждого фотопреобразователя, размещенного внутри концентраторного солнечного модуля. Одновременно излучение проходит через входную диафрагму ОСД 24 и образует на матрице светочувствительных пикселей изображение в виде яркого пятна с центром, который соответствует центру солнечного диска. Яркостной сигнал с ОСД 24 в цифровом виде поступает на вход процессора ЦБУ 23. Процессор, по краям этого изображения, рассчитывает его центр. Далее вычисляются и записываются в блок памяти координаты этого центра в системе координат, связанной с матрицей. При движении Солнца по небосводу центр пятна смещается по матрице ОСД 24, и контроллер ЦБУ 23 вычисляет новые координаты этого центра и также заносит их в блок памяти. Такой процесс расчета и запоминания продолжается на всем протяжении движения Солнца по небосводу и происходит дискретно с частотой 1 кГц. Синхронно со смещением яркостного пятна по поверхности матрицы ОСД 24 смещается и сфокусированное пятно солнечной радиации по поверхности каждого фотопреобразователя, размещенного внутри модуля. Как только солнечное пятно, имеющее конечный размер, начнет выходить за физический край фотопреобразователя, выходная мощность, генерируемая модулем, начинает уменьшаться, что фиксируется контроллером ЦБУ 23. При обнаружении падения выходной мощности солнечной станции ниже определенного предела (5%), контроллер ЦБУ 23 дает команду на движение платформы 6 в сторону смещения яркостного пятна на матрице ОСД 24. Движение платформы 6, сопровождающееся процессом расчета и запоминания выходной мощности, продолжается до тех пор, пока величина мощности не начнет уменьшаться и достигнет значения 0,95 от максимального значения. Контроллер ЦБУ 23 останавливает платформу 6 и далее возвращает ее в положение, соответствующее среднему значению координат, при которых наблюдалась максимальная выходная мощность модуля. Мониторинг выходных параметров модуля с частотой 1 кГц прекращается. Контроллер ЦБУ 23 запоминает это оптимальное положение центра яркостного пятна на матрице ОСД 24. Процесс самокалибровки ОСД 24 на этом заканчивается. Дальнейший мониторинг выходной мощности происходит с пониженной частотой (10 Гц). Движение Солнца вновь приводит к тому, что сфокусированное изображение солнечного диска начинает выходить с поверхности фотопреобразователя. Как только выходная мощность модуля уменьшается на 5%, контроллер ЦБУ 23 подает команду на вращение платформы 6 вокруг двух осей до тех пор, пока текущие координаты центра пятна на матрице ОСД 24 не совпадут с координатами, запомненными для положения платформы 6 в режиме выработки максимальной мощности, после этого платформа 6 останавливается. Такой процесс периодического подстройки положения платформы 6 вслед за движением Солнца продолжается до момента очередной команды контроллера ЦБУ 23 на начало запуска процесса самокалибровки ОСД 24. Периодичность команды составляет порядка 1 часа. Далее все продолжается в том же порядке. Точность сопровождения платформы 6 по матричному ОСД 24 составляет величину не хуже 0,1°. Необходимо отметить, что процесс самокалибровки ОСД 24 позволяет эксплуатировать солнечную станцию в режиме максимально возможной выходной мощности в течение всего срока службы установки.The control system 1 of the platform of the concentrator photovoltaic modules (see Fig. 1 and Fig. 2). Initially, when placing a solar station at any point on the globe, the exact coordinates of the station’s location, its height above sea level are recorded in the memory of the CBU 23 and the FWR 26 is adjusted. Based on these data, the CPU 23 with an accuracy of ± 2 ° can subsequently calculate the current angular coordinates of the Sun, under which it "moves" relative to the solar station at any given point in time. At the initial stage of sunrise, platform 6 with concentrator solar modules is oriented in such a way that the "optical axis" of platform 6 is directed with an accuracy of ± 2 ° to the point of sunrise. This happens at the command of the CBU 23, which calculates the error signal from the azimuthal and zenithal angles, based on a comparison of the data from DPPAU 14, DPPZU 20 and the data of the angular coordinates of the Sun calculated for the current time of sunrise. Further, when the solar disk appears due to the horizon, the radiation of the latter captures the OSD 24 (capture angle 50 °) and system 1 enters the mode of accurate tracking of the Sun by the OSD 24 in real time. The process of accurate tracking continues uninterruptedly, up to the moment the sun sets beyond the horizon. Next, platform 6 with concentrator solar modules returns to its original position and again “expects” the moment of sunrise. OSD 24 control always occurs when direct solar radiation is present on the OSD 24 receiving matrix. The presence of this radiation is monitored by analyzing the shape and amplitude of the brightness signal of the solar disk image and the signal amplitude in pixels of the OSD matrix 24 outside this image. When this ratio decreases below a predetermined value, which occurs, for example, in the case of interference temporarily obscuring the Sun, such as clouds or heavy dust, haze, the CBU 23 switches the tracking of the Sun by system 1 to program control with averaged angular velocities of the ED1 12 and ED2 18, embedded in the CPU 23 controller. This prevents a strong deviation of the platform direction from the true position of the Sun in the direction of the false bright spots that appear in the sky due to the scattering of solar radiation in the department strong optical noise inhomogeneities. The Sun is tracked by system 1, according to the program with averaging installed in the CPU 23 controller, using the values of the angular velocity of rotation of platform 6 averaged over several control pulses calculated by the controller by the number of revolutions of ED1 12 and ED2 18 in the azimuthal and zenithal directions, which were recorded in the memory block of the Central Bank 23 in the last time interval before the moment of shading of the Sun. If the shading of the Sun lasts a long time (more than 5 minutes), then the CBU 23 translates the process of controlling the platform 6 according to the rough tracking program (accuracy ± 2 °) of the trajectory of the Sun with the calculation according to the algorithm. The movement of platform 6 according to the program with averaged values of angular velocities or according to the program of "coarse" tracking is carried out until the appearance of direct solar radiation, and then tracking by platform 6 behind the solar disk passes to control with an accuracy of no worse than 0.1 ° for signals with OSD 24, processed by the Central Bank 23. Consider the process of self-calibration of the OSD 24 on the example of one concentrator solar module. The CPU processor 23 gives a command to the self-calibration process. Platform 6 with the module (s) using OSD 24 precisely directed to the Sun and stands still. The frequency mode (frequency 1 kHz) of taking the current-voltage characteristics of the module and calculating from this data the value of the maximum value of the output power of the module is turned on. Direct solar radiation is focused on the surface of each photoconverter located inside the solar concentrator module. Simultaneously, the radiation passes through the input diaphragm of the OSD 24 and forms an image in the form of a bright spot with a center on the matrix of photosensitive pixels that corresponds to the center of the solar disk. The brightness signal with OSD 24 in digital form is fed to the input of the CPU 23 processor. The processor, at the edges of this image, calculates its center. Next, the coordinates of this center in the coordinate system associated with the matrix are calculated and written into the memory block. When the sun moves in the sky, the center of the spot shifts along the OSD matrix 24, and the CPU 23 calculates the new coordinates of this center and also stores them in the memory block. Such a process of calculation and memorization continues throughout the entire movement of the Sun across the sky and occurs discretely with a frequency of 1 kHz. Synchronously with the shift of the brightness spot along the surface of the OSD matrix 24, the focused spot of solar radiation is shifted along the surface of each photoconverter located inside the module. As soon as a sunspot with a finite size begins to go beyond the physical edge of the photoconverter, the output power generated by the module begins to decrease, which is detected by the CPU 23 controller. If a drop in the output power of the solar station falls below a certain limit (5%), the CPU 23 gives the command to move the platform 6 in the direction of the brightness spot shift on the OSD matrix 24. The movement of the platform 6, accompanied by the process of calculating and storing the output power, continues until the value is powerful ti begins to decrease and reaches its maximum value of 0.95. The controller of the CPU 23 stops the platform 6 and then returns it to the position corresponding to the average value of the coordinates at which the maximum output power of the module was observed. Monitoring of the output parameters of the module with a frequency of 1 kHz stops. The controller CBU 23 remembers this optimal position of the center of the brightness spot on the OSD matrix 24. The process of self-calibration of the OSD 24 ends here. Further monitoring of the output power occurs at a reduced frequency (10 Hz). The movement of the Sun again leads to the fact that a focused image of the solar disk begins to come out from the surface of the photoconverter. As soon as the output power of the module is reduced by 5%, the CPU 23 controller gives a command to rotate the platform 6 around two axes until the current coordinates of the spot center on the OSD matrix 24 coincide with the coordinates stored for the position of platform 6 in the maximum power generation mode , then platform 6 stops. Such a process of periodically adjusting the position of platform 6 after the movement of the sun continues until the next command of the CPU 23 controller starts at the start of the OSD 24 self-calibration process 24. The command frequency is about 1 hour. Further, everything continues in the same order. The accuracy of tracking platform 6 according to the matrix OSD 24 is no worse than 0.1 °. It should be noted that the OSD 24 self-calibration process allows you to operate the solar station in the mode of maximum possible output power during the entire life of the installation.

Claims

A platform control system for concentrator solar modules, comprising a platform with concentrator cascade solar modules, an optical solar sensor made in the form of a CMOS matrix, an azimuthal rotation subsystem, including an azimuthal angle position sensor for the platform, a first power unit and a first electric motor with a first gearbox, a zenithal rotation subsystem including a platform position sensor along the zenith angle, a second power unit and a second electric motor with a second gearbox, which provide The rotation of the platform with concentrator solar modules around two mutually perpendicular planes, a central control unit with a memory block containing a controller with the first program that calculates in real time the coordinates of the Sun from the coordinates of the solar station entered into the controller’s memory, date, altitude and exact observation time, a second program calculating the direction of the platform axis from the signals of the platform position sensors, a third program calculating the averaged the angular rotation speed of the platform according to the signals of the speed sensors of the first and second electric motors, the fourth program that controls the monitoring of the maximum output power of the concentrator solar modules of the solar installation, the fifth program that selects the center point of the brightness signal of the optical solar sensor and calculates the coordinates of this point on the CMOS matrix optical solar sensor, and the sixth program, calculating the error signal received at the first and second power b locks, real-time clock unit, designed for the entire life of the station, a speed sensor for the first electric motor, a speed sensor for the second electric motor, and outputs of a platform position sensor for azimuthal angle, a platform position sensor for zenith angle, an optical solar sensor, a speed sensor the first electric motor, the speed sensor of the second electric motor and the real-time clock unit are connected to the corresponding inputs of the central control unit, and the first and the second outputs of the central control unit are connected to the inputs of the first and second power units, respectively, the outputs of which are connected respectively to the first and second electric motors.