一種杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)及控制方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能跟蹤系統(tǒng)，具體涉及一種杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)及控制方法。
【【背景技術】】
[0002]太陽能跟蹤系統(tǒng)的設計是當前國內(nèi)外研究的熱點問題之一。目前，國內(nèi)外關于太陽能自跟蹤系統(tǒng)的研究類型主要分為以下幾種。
[0003]根據(jù)轉動調(diào)級部件中所含轉動軸的個數(shù)，通常將跟蹤技術分為以下兩種:
[0004](I)單軸跟蹤:將控制部件中輸出的太陽方位角信號或者高度角信號經(jīng)轉動調(diào)級部件處理后去控制光線采集器的方位角或高度角。單軸跟蹤與雙軸跟蹤相比，結構簡單，制造成本低，但太陽高度角的變化需要人工調(diào)整。
[0005](2)雙軸跟蹤:將控制部件中輸出的太陽方位角信號和高度角信號分別經(jīng)轉動調(diào)級部件處理后同時控制光線采集器既跟蹤太陽由東向西旋轉，又跟蹤太陽在一年四季中仰角的變化。雙軸跟蹤成本較高，但跟蹤精度高，運行穩(wěn)定。
[0006]根據(jù)控制部件中控制信號產(chǎn)生的方式，廣義上可將跟蹤技術分為以下三種:
[0007](I)主動跟蹤系統(tǒng):控制系統(tǒng)都需要根據(jù)安放點的經(jīng)瑋度等信息計算太陽位置以實現(xiàn)跟蹤。主動跟蹤的優(yōu)點是在全天候情況下都能正常工作，其缺點是存在累積誤差，一般不能自身消除。
[0008](2)被動跟蹤系統(tǒng):主要采用光強控制法，利用光敏元件和傳感器進行信號跟蹤調(diào)節(jié)，被動地跟隨太陽轉動。被動跟蹤的優(yōu)點是自身能夠通過反饋來消除誤差，但在云層較多的天氣情況下工作不穩(wěn)定，需要通過良好的程序來防止跟蹤混亂。
[0009](3)混合式跟蹤系統(tǒng):混合式跟蹤是結合了主動跟蹤方式和被動跟蹤方式的一種跟蹤方式，跟蹤精度高，穩(wěn)定性好，但實際操作復雜，成本較高。
[0010]目前，市場上已有的光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)體積龐大，安裝復雜，對接性差。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0011]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)及控制方法，能夠在相同的輻射條件下吸收比固定安裝光伏組件更多的太陽輻射能量，從而達到提高太陽能利用效率，降低光伏發(fā)電成本的目的。
[0012]為了達到上述目的，一種杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)，包括杯型結構和控制單元;
[0013]所述杯型結構包括置于底座上的第一步進電機，第一步進電機上設置有上筒，第一步進電機帶動上筒轉動，上筒內(nèi)設置有第二步進電機，第二步進電機能夠通過錐齒輪傳動機構由支撐桿帶動太陽能板做俯仰運動，太陽能板四個邊上設置有光敏管；
[0014]所述控制單元包括CPU，光敏管通過光敏開關連接CPU，CPU進行差動分析計算后通過第一電機驅動器和第二電機驅動器分別控制第一步進電機和第二步進電機，太陽能板產(chǎn)生的電能通過電池轉換器給電池充電，電池給控制單元、步進電機以及外部負載供電。
[0015]所述錐齒輪傳動機構包括第二步進電機上的第一錐齒輪，以及傳動軸上的第二錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合，傳動軸上設置有支持太陽能板的支撐桿，太陽能板與支撐桿夾角為55°?90°。
[0016]所述底座上設置有下筒，第一步進電機置于下筒內(nèi)，下筒上端設置有推力球軸承，第一步進電機通過推力球軸承卸載后帶動上筒轉動，上筒和下筒封閉連接且能夠相對轉動。
[0017]所述上筒上設置有上蓋，上蓋上開設有引導槽，能夠使支撐桿在引導槽內(nèi)運動。
[0018]所述太陽能板背面設置有角度傳感器和陀螺儀，角度傳感器和陀螺儀均連接CPU，太陽能板正面設置有雨滴傳感器和輻照儀，雨滴傳感器和輻照儀均連接CPU。
[0019]所述電池轉換器還連接有外網(wǎng)電源，外網(wǎng)電源也能夠連接CPU供電。
[0020]一種杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0021]步驟一，當四個光敏管采集到的太陽光線達到強度要求后，光敏開關打開，四個光敏管的信號發(fā)送給CPU;
[0022]步驟二，CPU在采集四個光敏管的信號后進行電壓信號差動比較，判斷出某一方位的光照強度高低；
[0023]步驟三，CPU通過電機驅動器控制兩個步進電機分別帶動太陽能板做旋轉和俯仰動作，最終使太陽能板邊上的兩對光敏管參數(shù)分別相等；
[0024]步驟四，CPU每隔單位掃描時間重復至步驟一。
[0025]所述步驟一中，當太陽能板正面設置的輻照儀采集到的太陽光線的光照強度大于200LUX時，光敏管工作即光敏開關打開。
[0026]當光照強度小于10LUX時，或雨滴傳感器感應到下雨時，CPU采集角度傳感器的當前數(shù)據(jù)，并計算出俯仰至水平位置的方向，再通過第二電機驅動器驅動第二步進電機帶動太陽能板運動，在運動中采集陀螺儀的數(shù)據(jù)，通過對比角度傳感器與陀螺儀的數(shù)據(jù)，使電機轉動直至陀螺儀檢測到水平角度為零時停止轉動，確保太陽能板回到水平位置進行保護。
[0027]當電池電量不足時，CPU控制外網(wǎng)電源通過電池轉換器給電池充電，以保證設備初始啟動工作。
[0028]與現(xiàn)有技術相比，一種杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)采用了高靈敏度的光敏管及高精度的控制步進電機組件，通過CPU進行計算處理，使太陽能板始終追蹤光照強度高的方位，本裝置的杯型結構簡單、緊湊，對接性強，成本低，彌補了太陽能跟蹤設備不便于安裝于小型設備中這一空白。
[0029]進一步的，本發(fā)明的太陽能板與支撐桿夾角為55°?90°，能夠節(jié)省運動空間，縮小裝置體積。
[0030]進一步的，本發(fā)明的下筒和上筒采用能夠轉動的封閉連接，有效的防止雨水侵入而損壞電機。
[0031]一種杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)的控制方法能夠通過輻照儀調(diào)整光敏管靈敏度而采集光照強度，再通過CPU對光照強度進行差動分析處理，驅動方位角和高度角步進電機帶動機械機構轉動，使太陽能板始終處于光照強度高的方位，可廣泛安裝于現(xiàn)有多種光伏設備的供電裝置上，也可單獨與光伏板組裝新型高效發(fā)電系統(tǒng)，從而提高太陽能利用效率，降低光伏發(fā)電成本。
[0032]進一步的，本發(fā)明能夠在雨天和光線弱的情況下實現(xiàn)自我保護，防止跟蹤混亂?！尽靖綀D說明】】
[0033]圖1為杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)的結構示意圖；
[0034]圖2為杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)的結構軸側圖；
[0035]圖3為杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)的控制單元的系統(tǒng)功能圖；
[0036]圖4為光伏板上光敏管布局圖；
[0037]圖5為光敏信號差動比較電路圖。
【【具體實施方式】】
[0038]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0039]參見圖1和圖2，一種杯型分布式光伏發(fā)電自跟蹤系統(tǒng)，包括杯型結構和控制單元；杯型結構包括置于底座I上的第一步進電機2，第一步進電機2上設置有上筒3，第一步進電機2帶動上筒3轉動，上筒3內(nèi)設置有第二步進電機4，第二步進電機4能夠通過錐齒輪傳動機構由支撐桿7帶動太陽能板5做俯仰運動，太陽能板5四個邊上設置有光敏管，錐齒輪傳動機構包括第二步進電機4上的第一錐齒輪，以及傳動軸6上的第二錐齒輪，第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合，傳動軸6上設置有支撐太陽能板5的支撐桿7，太陽能板5與支撐桿7夾角為55°?90°，底座I上設置有下筒9，第一步進電機2置于下筒9內(nèi)，下筒9上部安裝有推力球軸承，第一步進電機2通過推力球軸承帶動上筒3及其上部元件轉動，上筒3和下筒9有微小間隙近似封閉連接且能夠相對轉動，上筒3上設置有上蓋8，上蓋8上開設有引導槽，能夠使支撐桿7在引導槽內(nèi)運動；
[0040]所述控制單元如圖3，CPU為核心，光敏管通過光敏開關連接CPU，CPU進行差動分析計算后通過第一電