專利名稱：太陽能板控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種太陽能板跟蹤太陽的控制方法。
背景技術(shù)：
在目前利用太陽能進(jìn)行光伏發(fā)電、太陽能熱水等系統(tǒng)中，太陽能板的安裝方向一 般是根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜照涨闆r進(jìn)行固定安裝，因此絕大部分時(shí)間太陽光線與太陽能板的向光 面并不完全垂直，太陽能的利用和轉(zhuǎn)換率較低。為提高太陽能板的吸收轉(zhuǎn)換效率，一些方 法和技術(shù)被用于自動跟蹤太陽的方向，使太陽光線盡可能垂直射向太陽能板，這些技術(shù)大 致可分為兩類。一類是利用光敏電阻、光敏二極管、光線傳感器等，配合相應(yīng)的信號處理 電路感知光線的方向，然后根據(jù)光線的大致方向利用電機(jī)調(diào)整太陽能板的方向。例如在 中國專利號200820193525. 1所公布的一種儲熱式自動跟蹤太陽能灶，又如中國專利號 200810146540. 5公布的太陽能板定位系統(tǒng)及其測控方法，就是采用了這類自動跟蹤技術(shù)。 但這類方法存在如下問題感知的太陽方向精度不高，跟蹤不夠準(zhǔn)確，夜間太陽能板必須歸 位等。另一類是記錄當(dāng)?shù)靥栠\(yùn)行軌跡，然后根據(jù)記錄的信息按太陽的軌跡自動進(jìn)行太 陽能板的調(diào)整。例如中國專利號200910100808. 6公布的主動式太陽能跟蹤方法及裝置和 200910086319. X公布的基于地球太陽運(yùn)行軌跡的齒形帶傳動群同步跟蹤太陽光自動跟蹤 裝置，都是利用時(shí)間信號和太陽的運(yùn)行軌跡進(jìn)行跟蹤，這類方法存在的問題有一是各地的 太陽照射角度不同，因此不同地區(qū)必須記錄不同的太陽運(yùn)行軌跡信息并按不同的信息進(jìn)行 運(yùn)行，工作量大；二是記錄的信息多，運(yùn)算比較復(fù)雜；三是陰雨天時(shí)太陽光線并沒有明顯的 指向性，但電機(jī)系統(tǒng)仍然耗電進(jìn)行工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足而提供一種跟蹤準(zhǔn)確，可 靠性高的太陽能板控制方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中采用了如下的技術(shù)方案 一種太陽能板控制方法，其特點(diǎn)在于包括以下步驟
a、采用計(jì)算機(jī)并建立以太陽能板當(dāng)前所在實(shí)際平面為坐標(biāo)平面，以太陽能板所在位置 為坐標(biāo)原點(diǎn)，以太陽能板東西方向?yàn)閄軸，以其南北方向?yàn)閅軸的坐標(biāo)系，其中設(shè)定東和北 為正，西和南為負(fù)；
b、在太陽能板底面中心處設(shè)置一個(gè)球鉸進(jìn)行支撐，在太陽能板東西方向(即X軸方向) 和南北方向(即Y軸方向)的負(fù)端各設(shè)置一個(gè)與太陽能板可轉(zhuǎn)動連接的輔助支撐桿，在太陽能板南北方向和東西方向的正端各設(shè)置一個(gè)豎向齒條，設(shè)置兩個(gè)電機(jī)各帶動一個(gè)齒輪分別 與所述兩個(gè)豎向齒條嚙合，使得兩個(gè)電機(jī)可以通過齒輪驅(qū)動齒條豎向移動并帶動太陽能板 沿南北方向和東西方向轉(zhuǎn)動；
C、采用一個(gè)固定設(shè)置于太陽能板上的成像設(shè)備對天空進(jìn)行攝像，該成像設(shè)備具有一垂 直于所述太陽能板的鏡頭；
d、采用計(jì)算機(jī)對成像設(shè)備攝得的圖像進(jìn)行分析，得出圖像中最亮點(diǎn)在所述坐標(biāo)系中的 坐標(biāo)位置；具體地說，本步驟中，所采用的計(jì)算機(jī)可以是普通計(jì)算機(jī)、嵌入式計(jì)算機(jī)、單片機(jī) 等形式，成像設(shè)備在獲取圖像時(shí)，利用較小的光圈和較快的快門速度，使獲得的圖像在整體 上曝光不足，但圖像中光線充足的部分如太陽的曝光仍是充足的，獲得的圖像傳入計(jì)算機(jī) 后，計(jì)算機(jī)可按照一定的亮度閾值對圖像進(jìn)行二值化，得到太陽的圖像，然后進(jìn)行圓心擬合 得到太陽的中心坐標(biāo)，也可采用重心算法直接獲得圖像的亮度重心。記錄太陽中心或亮度 重心的坐標(biāo)Cr，,)；
e、根據(jù)圖像中最亮點(diǎn)所在坐標(biāo)位置(A_7)，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算并控制所述兩個(gè)電機(jī)通過 齒輪和齒條帶動太陽能板轉(zhuǎn)動至正對天空中最亮點(diǎn)的位置。具體地說，最亮點(diǎn)坐標(biāo)(X，y) 和太陽能板轉(zhuǎn)動角度之間的對應(yīng)關(guān)系可以通過以下方法原理獲得。所述圖像中最亮點(diǎn)的坐 標(biāo)位置，可以視為天空中最亮點(diǎn)在太陽能板當(dāng)前所在實(shí)際平面為坐標(biāo)平面，以東西方向?yàn)閄 軸，以南北方向?yàn)閅軸，以鏡頭和太陽能板所在位置(因兩者相鄰故可視為一個(gè)點(diǎn))為原點(diǎn)的 坐標(biāo)平面(即步驟a中所述坐標(biāo)系的坐標(biāo)平面)中的投影位置，故根據(jù)該坐標(biāo)可以用勾股定 理計(jì)算出太陽投影位置至太陽能板原點(diǎn)位置的距離。再根據(jù)太陽和地球距離以及算出的投 影位置至原點(diǎn)距離，采用勾股定理可以算出太陽和太陽能板之間連線與坐標(biāo)平面之間夾角 大小，進(jìn)而可以計(jì)算出帶動太陽能板轉(zhuǎn)動至正對天空中最亮點(diǎn)時(shí)，太陽板需要轉(zhuǎn)動的角度 大小。其中每次成像時(shí)由于太陽能板角度不同，故得到的最亮點(diǎn)坐標(biāo)所基于的坐標(biāo)系的坐 標(biāo)平面是不同的。在計(jì)算最亮點(diǎn)坐標(biāo)和太陽能板需要轉(zhuǎn)動角度之間的對應(yīng)關(guān)系時(shí)要基于太 陽能板當(dāng)前角度的坐標(biāo)平面進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)該對應(yīng)關(guān)系建立太陽能板的虛擬坐標(biāo)，使該虛 擬坐標(biāo)值直接和當(dāng)前太陽坐標(biāo)值保持一致。這樣，每次太陽能板移動后均將太陽能板當(dāng)前 的虛擬坐標(biāo)設(shè)置為(0，0)，如果太陽垂直射向太陽能板，則太陽的坐標(biāo)也是(0，0)，無須調(diào) 整。如果太陽的坐標(biāo)發(fā)生改變，則其坐標(biāo)不再是(0，0)，而是&，_7)，只須根據(jù)該坐標(biāo)直接 調(diào)整太陽能板角度使其坐標(biāo)重合即可。值得指出的是，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，涉及的具體算法，均屬于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域技術(shù) 人員公知的現(xiàn)有算法，在本發(fā)明所公布的方法步驟的教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員無需付出創(chuàng) 造性勞動即可實(shí)施。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，先設(shè)立坐標(biāo)系，再采用成像設(shè)備直接對天空拍攝，分析計(jì)算 出太陽的即時(shí)坐標(biāo)位置，再根據(jù)該坐標(biāo)位置對太陽能板進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其偏轉(zhuǎn)至正對太陽方 向，其跟蹤準(zhǔn)確，可靠性高，感知太陽方向精度遠(yuǎn)高于借助光敏元件感知光線的現(xiàn)有技術(shù)。 實(shí)施時(shí)，間隔合理的時(shí)間即可使成像設(shè)備攝一次像并調(diào)整一次太陽能板，使其始終跟隨太 陽方向轉(zhuǎn)動，最大程度保證太陽能夠直曬太陽能板，太陽能利用率大大提高。2、采用本方法，只需一套裝置和軟件系統(tǒng)即可實(shí)施，所述軟件系統(tǒng)在本方法公布 步驟教導(dǎo)下本領(lǐng)域人員無需創(chuàng)造性勞動即可實(shí)現(xiàn)，實(shí)施成本低廉，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)中，采用記錄當(dāng)?shù)靥栠\(yùn)行軌跡，然后根據(jù)記錄的信息按太陽的軌跡自動進(jìn)行太陽能板的調(diào)整的方 法。本方法同時(shí)在任何地區(qū)均可直接實(shí)施應(yīng)用，適應(yīng)性更強(qiáng)。3、本方法實(shí)施時(shí)，合理調(diào)整重復(fù)實(shí)施的時(shí)間間隔，使得可以按一定的周期進(jìn)行跟 蹤，如沒隔10分鐘重復(fù)調(diào)整一次，這樣可以根據(jù)不同季節(jié)的變化，調(diào)整間隔時(shí)間使其匹配， 最大程度利用太陽能。4、本方法跟蹤坐標(biāo)非常精確，通過合理的太陽光斑中心算法可以定位到亞像素 級。5、在沒有太陽的天氣，也可以使得太陽能板對準(zhǔn)天空中最亮的區(qū)域，而不管該區(qū) 域處于何方，進(jìn)而可以最大限度地吸收太陽能。6、適用于任何地區(qū)，不受太陽能運(yùn)動軌跡不同的限制。


圖1為具體實(shí)施方式
時(shí)采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
具體實(shí)施例方式
一種太陽能板控制方法，采用如圖1所示系統(tǒng)，執(zhí)行以下步驟
a、采用計(jì)算機(jī)1'并建立以太陽能板2當(dāng)前所在平面為坐標(biāo)平面，以太陽能板2'東西 方向?yàn)閄軸，以其南北方向?yàn)閅軸的坐標(biāo)系，其中設(shè)定東和北為正，西和南為負(fù)；
b、在太陽能板2'底面中心處設(shè)置一個(gè)球鉸3'進(jìn)行支撐，在太陽能板2'東西方向和 南北方向的負(fù)端各設(shè)置一個(gè)與太陽能板2'可轉(zhuǎn)動連接的輔助支撐桿4'，在太陽能板3' 南北方向和東西方向的正端各設(shè)置一個(gè)豎向齒條5'，設(shè)置兩個(gè)電機(jī)6'各帶動一個(gè)齒輪 7'分別與所述兩個(gè)豎向齒條5'嚙合，使得兩個(gè)電機(jī)6'可以通過齒輪7'驅(qū)動齒條5'豎 向移動并帶動太陽能板2'沿南北方向和東西方向轉(zhuǎn)動；
c、采用一個(gè)固定設(shè)置于太陽能板2'上的成像設(shè)備8'對天空進(jìn)行攝像，該成像設(shè)備 8'具有一垂直于所述太陽能板的鏡頭9'；
d、采用計(jì)算機(jī)Γ對成像設(shè)備8'攝得的圖像進(jìn)行分析，得出圖像中最亮點(diǎn)在所述坐 標(biāo)系中的坐標(biāo)位置；
e、根據(jù)圖像中最亮點(diǎn)所在坐標(biāo)位置，采用計(jì)算機(jī)Γ計(jì)算并控制所述兩個(gè)電機(jī)6'通 過齒輪7'和齒條5'帶動太陽能板2'轉(zhuǎn)動至正對天空中最亮點(diǎn)的位置。
權(quán)利要求
一種太陽能板控制方法，其特征在于包括以下步驟a、采用計(jì)算機(jī)并建立以太陽能板當(dāng)前所在平面為坐標(biāo)平面，以太陽能板東西方向?yàn)閄軸，以其南北方向?yàn)閅軸的坐標(biāo)系，其中設(shè)定東和北為正，西和南為負(fù)； b、在太陽能板底面中心處設(shè)置一個(gè)球鉸進(jìn)行支撐，在太陽能板東西方向和南北方向的負(fù)端各設(shè)置一個(gè)與太陽能板可轉(zhuǎn)動連接的輔助支撐桿，在太陽能板南北方向和東西方向的正端各設(shè)置一個(gè)豎向齒條，設(shè)置兩個(gè)電機(jī)各帶動一個(gè)齒輪分別與所述兩個(gè)豎向齒條嚙合，使得兩個(gè)電機(jī)可以通過齒輪驅(qū)動齒條豎向移動并帶動太陽能板沿南北方向和東西方向轉(zhuǎn)動；c、采用一個(gè)固定設(shè)置于太陽能板上的成像設(shè)備對天空進(jìn)行攝像，該成像設(shè)備具有一垂直于所述太陽能板的鏡頭；d、采用計(jì)算機(jī)對成像設(shè)備攝得的圖像進(jìn)行分析，得出圖像中最亮點(diǎn)在所述坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置；e、根據(jù)圖像中最亮點(diǎn)所在坐標(biāo)位置，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算并控制所述兩個(gè)電機(jī)通過齒輪和齒條帶動太陽能板轉(zhuǎn)動至正對天空中最亮點(diǎn)的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能板控制方法，包括以下步驟a、采用計(jì)算機(jī)并建立坐標(biāo)系；b、在太陽能板底面中心處設(shè)置一個(gè)球鉸進(jìn)行支撐，在太陽能板東西方向和南北方向的負(fù)端各設(shè)置一個(gè)輔助支撐桿，在太陽能板正端各設(shè)置一個(gè)豎向齒條，設(shè)置兩個(gè)電機(jī)各帶動一個(gè)齒輪分別與所述兩個(gè)豎向齒條嚙合；兩個(gè)電機(jī)均與所述計(jì)算機(jī)連接并受其控制；c、采用成像設(shè)備對天空進(jìn)行攝像；d、對拍攝的圖像進(jìn)行分析，得出圖像中最亮點(diǎn)在所述坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置；e、根據(jù)圖像中最亮點(diǎn)所在坐標(biāo)位置，采用計(jì)算機(jī)計(jì)算并控制所述兩個(gè)電機(jī)通過齒輪和齒條帶動太陽能板轉(zhuǎn)動至正對天空中最亮點(diǎn)的位置。本發(fā)明具有跟蹤準(zhǔn)確，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02N6/00GK101937236SQ201010278338
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者沈正華, 藍(lán)章禮, 陳松, 鮑芳芳 申請人:重慶交通大學(xué)