用于光伏系統(tǒng)的日向檢測裝置及日光跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏系統(tǒng)的太陽位置檢測裝置及太陽方向跟蹤的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種清潔能源，在利用太陽能電池板接收太陽光進(jìn)行發(fā)電的光伏系統(tǒng)中，原有的太陽能接收裝置的太陽能感光板安裝方位固定，由于地球自轉(zhuǎn)，太陽光線在不同時刻對于太陽能感光板的入射角度不同，而太陽能電池在太陽光線與感光板垂直入射時充電效率最佳。因此，使太陽能感光板根據(jù)太陽光線入射角度來校準(zhǔn)太陽能感光板的朝向可以有效地提升太陽能電池的充電效率，提高設(shè)備的利用率。
[0003]傳統(tǒng)的光電式跟蹤采用4個光敏器件構(gòu)建成橋式電路，當(dāng)太陽光垂直入射時，太陽光斑落在4個光敏器件的中心，4個光敏器件所接收的太陽光強(qiáng)度一致，電橋處于平衡狀態(tài)，如果太陽光線沒有垂直入射，則太陽光斑偏移出中心位置，4個光敏器件所接收的光線強(qiáng)度發(fā)生變化，電橋的平衡被打破，就會有電壓值輸出，利用此電壓反饋來驅(qū)動電機(jī)調(diào)整電池板的姿態(tài)，保證太陽光的垂直入射。這種方式進(jìn)行的太陽能電池板的調(diào)整雖然能滿足實時性，但由于光敏元件電參數(shù)的差異，檢測精度并不高，也就影響了系統(tǒng)的跟蹤精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種用于光伏系統(tǒng)精細(xì)跟蹤的太陽方位檢測裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，檢測精度高。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:包括感光裝置、處理器、時鐘芯片、檢測電路和處理電路；所述感光裝置為內(nèi)壁涂成黑色的圓筒，所述圓筒帶底座，圓筒的上口設(shè)有菲涅爾波帶片，圓筒的底座上設(shè)有中心光敏電阻O，主光敏電阻陣列A、a、C、c和次光敏電阻陣列B、b、D、d;所述中心光敏電阻O位于底座的圓心位置，所述主光敏電阻陣列和次光敏電阻陣列均勻分布在以中心光敏電阻O為圓心，以r為半徑的圓筒底座的圓周上，其中r小于圓形底座的半徑，光敏電阻A和a、C和C、B和b、D和d分別位于以中心光敏電阻為圓心的圓的同一條直徑與兩側(cè)圓周的交點上，光敏電阻A和a、C和c所在的兩條直徑垂直，光敏電阻B和b、D和d所在的兩條直徑垂直；光敏電阻兩兩之間有隔板隔開。
[0006]菲涅爾波帶片位于感光裝置頂部，用于提高裝置的檢測靈敏度。菲涅爾波帶片將平行入射的太陽光線聚焦，在感光裝置內(nèi)部形成較小的太陽光斑，只能同時照射少數(shù)幾個光敏電阻上，光敏電阻安裝于感光裝置底座上，兩兩之間用隔板分離。內(nèi)壁涂黑的圓筒保證光線在感光裝置內(nèi)不會來回反射，減少由此帶來的干擾。
[0007]處理器和時鐘芯片根據(jù)當(dāng)前時間計算太陽的大致方位，調(diào)整感光裝置正對太陽，主光敏電阻O與其他電路元件及電源構(gòu)成回路，處理器采集此回路電壓，當(dāng)電壓超過一定閾值時，主光敏電阻和次光敏電阻電路開始工作，若光照強(qiáng)度不足，電路進(jìn)入休眠狀態(tài)，I小時后再進(jìn)行檢測。
[0008]太陽位置跟蹤需要實時對太陽位置進(jìn)行檢測，計算位置偏移量用于調(diào)整太陽能電池板角度，本發(fā)明利用感光裝置底座的主光敏電阻A和a以及C和c分別計算俯仰角和方位角的調(diào)整量，以此作為太陽能電池板的主調(diào)整量，用次光敏電阻B、b、D、d的電壓值的組合計算得到的數(shù)據(jù)對主調(diào)整量進(jìn)行修正，以保證精確跟蹤太陽位置。
[0009]一種日光跟蹤方法，其特征在于:包括
[0010]步驟⑴:中心光敏電阻檢測太陽光的強(qiáng)度；
[0011]步驟(2):開啟其余光敏電阻進(jìn)行太陽方位檢測；
[0012]步驟(3):處理器讀取主光敏電阻電路各參考點電壓值即電壓差值；
[0013]步驟⑷:處理器讀取次光敏電阻參考點的電壓比較值即電壓差值；
[0014]步驟(5):處理器計算方位角調(diào)整量和俯仰角調(diào)整量；
[0015]步驟(6):輸出方位角調(diào)整量至方位角調(diào)整電機(jī)；
[0016]步驟(7):輸出仰俯角調(diào)整量至俯仰角調(diào)整電機(jī)；
[0017]每隔時間t，重復(fù)步驟(I)至步驟(7);
[0018]其中，步驟(5)所述俯仰角調(diào)整量的計算方法:
[0019]以主光敏電阻A和a上的壓降之差VA-Va作為太陽能電池板俯仰方向的主調(diào)整量，以次光敏電阻B和b上的壓降之差VB - Vb與次光敏電阻D和d上的壓降之差VD -Vd的算術(shù)平均[(VB -Vb)+ (VD -Vd)]/2作為太陽能電池板俯仰角方向的輔助調(diào)整量，用于控制太陽能電池板俯仰角方向調(diào)整量為主調(diào)整量與輔助調(diào)整量的加權(quán)和，即k(VA-Va) +w [ (VB - Vb) + (VD - Vd) ]/2，其中權(quán)值 k 和權(quán) w 的關(guān)系為，k+w = 1，k ^ w>0 ；
[0020]步驟5所述方位角調(diào)整量的計算方法:
[0021]以主光敏電阻C和c上的壓降之差VC - Vc作為太陽能電池板方位角方向主調(diào)整量，以次光敏電阻B和D上的壓降之差VB - VD與次光敏電阻b和d上的電壓降之差Vb -Vd的算術(shù)平均[(VB-VD) + (Vb-Vd)]/2作為太陽能電池板方位角方向的輔助調(diào)整量，用于控制太陽能電池板方位角方向調(diào)整量為方位角主調(diào)整量和方位角輔助調(diào)整量的加權(quán)和，即k (VC - Vc)+w[ (VB - VD) + (Vb - Vd) ] /2，其中權(quán)值 k 和權(quán) w 的關(guān)系為，k+w = I，k 彡 w>0。
[0022]本發(fā)明的感光裝置使用多個光敏電阻，增加了太陽光檢測的靈敏度和電池板調(diào)整的精度。系統(tǒng)加入了時鐘芯片，可以根據(jù)當(dāng)前時間計算太陽的大致方位，并調(diào)整感光裝置，避免了由于感光裝置和太陽光線方向相反，感光裝置無法接收到太陽光線而造成無法跟蹤的問題。根據(jù)時間計算進(jìn)入到夜晚時，可以將感光裝置自動回轉(zhuǎn)到太陽升起方位，并使系統(tǒng)休眠達(dá)到節(jié)能效果。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的感光裝置示意圖；
[0024]圖2為光敏電阻分布不意圖；
[0025]圖3為檢測電路的連接圖；
[0026]圖4為處理電路I的連接圖；
[0027]圖5為處理電路2的連接圖；
[0028]圖6為整個系統(tǒng)的連接示意圖。
[0029]其中圓筒；2_菲涅爾波帶片；3_隔板；4_底座。
【具體實施方式】
[0030]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0031]本發(fā)明包括包括包括感光裝置、處理器、時鐘芯片、檢測電路和處理電路。如圖1所示，所述感光裝置為內(nèi)壁涂成黑色的圓筒1，所述圓筒I帶底座4，圓筒I的上口設(shè)有菲涅爾波帶片2，圓筒的底座4上設(shè)有中心光敏電阻O，主光敏電阻陣列A、a、C、c和次光敏電阻陣列B、b、D、d.如圖2所示，所述中心光敏電阻O位于底座4的圓心位置，所述主光敏電阻陣列和次光敏電阻陣列均勻分布在以中心光敏電阻O為圓心，以r為半徑的圓筒底座4的圓周上，其中r小于圓形底座4的半徑，光敏電阻A和a、C和C、B和b、D和d分別位于以中心光敏電阻為圓心的圓的同一條直徑與兩側(cè)圓周的交點上，光敏電阻A和a、C和c所在的兩條直徑垂直，光敏電阻B和b、D和d所在的兩條直徑垂直；光敏電阻兩兩之間有隔板3隔開。光敏電阻設(shè)置于菲涅爾波帶片3以下1.5倍焦距至兩倍焦距處。
[0032]如圖3所示，所述的檢測電路包括電源Vs、中心光敏電阻O、電阻RO和多路選通器，中心光敏電阻O的一端連接電源Vs，另一端串接電阻RO接地，中心光敏電阻O和電阻RO的公共端連接到多路選通器的輸入端，多路選通器的輸出端連接到處理器I/O接口。
[0033]當(dāng)光照射越強(qiáng)時，中心光敏電阻的阻值越小，亦即q點的對地電壓值越大，設(shè)定一個電壓閾值Vth，當(dāng)q點的對地電壓值大于閾值Vth時，系統(tǒng)開始日向跟蹤工作狀態(tài)，當(dāng)q點的對地電壓值小于閾值Vth時，系統(tǒng)便停止日光跟蹤，進(jìn)入休眠狀態(tài)。當(dāng)中心光敏電阻O檢測太陽能強(qiáng)度升高時，開啟其余光敏電阻進(jìn)行太陽方位檢測。
[0034]處理電路包括由電源Vs，光敏電阻A、a、C、C，電阻Rl、R2、R3、R4，2個電壓比較器和多路選通器組成的處理電路I和由電源Vs，光敏電阻B、b、D、d，電阻R5、R6、R7、R8，4個電壓比較器和多路選通器組成的處理電路II。
[0035]如圖4所示，所述處理電路I的光敏電阻A的一端連接電源Vs，另一端串接光敏電阻a接地，光敏電阻A和a的公共端連接到電壓比較器I的輸入端口 I ;電阻Rl的一端連接電源Vs，另一端串接電阻R2接地，電阻Rl和R2的公共端連接到電壓比較器I的輸入端口 II ;光敏電阻C的一點連接電源Vs，另一端串接光敏電阻c接地，光敏電阻C和c的公共端連接到電壓比較器II的輸入端口 I ;電阻R3的一端連接電源Vs，另一端串接電阻R4接地，電阻R3和R4的公共端連接到電壓比較器II的輸入端口 II ;電壓比較器I和電壓比較器II的輸出端分別連接到多路選通器的輸入端，多路選通器的輸出端連接到處理器I/O接
□ O
[0036]如圖5所示，所述處理電路II的光敏電阻B的一端連接電源Vs，另一端串接光敏電阻R5接地，光敏電阻B和R5的公共端連接到電壓比較器5的輸入端口 2和電壓比較器6的輸入端口 2 ;光敏電阻b的一端連接電源Vs，另一端串接光敏電阻R6接地，光敏電阻b和R6的公共端連接到電壓比較器4的輸入端口 2和電壓比較器5的輸入端口 I ;光敏電阻D的一端連接電源Ns,另一端串接光敏電阻R7接地，光敏電阻D和R7的公共端連接到電壓比較器3的輸入端口 2和電壓比較器6的輸入端口 I ;光敏電阻d的一端連接電源Vs，另一端串接光敏電阻R8接地，光敏電阻d和R8的公共端連接到電壓比較器3的輸入端口 I和電壓比較器4的輸入端口 I ;電壓比較器3、4、5、6的輸出端連接到多路選通器的輸入端，多路選通器的輸出端連接到處理器I/O接口。
[0037]上述電壓比較器優(yōu)選采用LM324。
[0038]如圖6所示，整個系統(tǒng)的電路回路由主光敏電阻陣列、次光敏電阻陣列、電壓比較器、多路選通器、時鐘芯片和微處理器組成，時鐘芯片輸出當(dāng)前當(dāng)?shù)貢r間和日期，處理器根據(jù)此時間和日期計算太陽的大致方位，并調(diào)整感光裝置，避免了由于感光裝置中沒有太陽光射入而無法跟蹤太陽的問題。
[0039]—種日光跟蹤方法，其特征在于:包括
[0040]步驟⑴:中心光敏電阻檢測太陽光的強(qiáng)度；
[0041]步驟(2):開啟其余光敏電阻進(jìn)行太