專利名稱：太陽能發(fā)電的跟蹤控制方法及其跟蹤控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能發(fā)電的控制方法及其控制裝置，尤其涉及一種太 陽能發(fā)電的跟蹤控制方法及其跟蹤控制裝置。
背景技術(shù)：
太陽能是一種極為豐富的綠色能源，太陽能光伏發(fā)電能為人類提供可持 續(xù)的清潔能源，但其發(fā)電成本高、發(fā)電效率低已經(jīng)成為制約其大規(guī)模應(yīng)用的 重要因素。太陽能發(fā)電的跟蹤裝置可自動跟蹤太陽，增加太陽電池的日發(fā)電 量，從而降低系統(tǒng)的平均成本。太陽能發(fā)電的跟蹤裝置目前尚處于研究的初級階段，其技術(shù)還遠未成熟。 現(xiàn)有的技術(shù)方案的基本原理是根據(jù)具體地點的地理位置和時間信息計算出 太陽的位置，將它和太陽能電池板的實際位置作比較，從而產(chǎn)生相應(yīng)的輸出 信號驅(qū)動機械裝置，使太陽光垂直照射到太陽能電池板的表面上。其技術(shù)方 案主要體現(xiàn)在以下幾個方面首先要對太陽位置進行檢測雖然太陽的位置 時刻都在發(fā)生變化，但其運行有嚴格的規(guī)律性。在地平坐標系中，太陽的位 置可由高度角or禾口方位角^確定，并且有sinor = sin3sin^ + cos5cos^cos ， cosy = (sinasin^-sin。/cosacos0 (其中^為太陽赤諱角，^為當(dāng)?shù)氐闹M度角， w為時角)。太陽的赤緯角和時角可由具體的時刻確定，緯度角由具體的地點 可確定，因此，根據(jù)具體的地理位置信息和時間信息可以確定太陽的實際位電池板的具體位置，將其與太陽實際位置進行比較， 確定旋轉(zhuǎn)角度，控制驅(qū)動裝置動作即可調(diào)節(jié)太陽能電池板轉(zhuǎn)動的速度和角度。 這種控制裝置存在以下問題1、使用不靈活上述裝置通過輸入當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯 角和時間等信息才可以確定太陽的位置，這對于使用者來說十分不方便，也 很不靈活。2、跟蹤精度差上述裝置采用時鐘模塊來確定實際的時間，它本 身就可能有累積誤差，并且每一天的日照時間并不完全一樣，所以計算出的 太陽位置就不會準確，因此這種方法會帶來較大的跟蹤誤差。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種操作 簡便、轉(zhuǎn)動位置精確、能實現(xiàn)自動控制的太陽能發(fā)電跟蹤控制方法。本發(fā)明進一步要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度高、成 本低的太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是太陽能發(fā)電的跟蹤控制方 法，包括以下步驟(1 )、依據(jù)太陽電池的實時輸出功率大小自動選擇使用最大功率跟蹤模 式或定時跟蹤模式；(2) 、運行最大功率跟蹤模式時，根據(jù)檢測到的太陽能電池輸出功率變 化情況來確定太陽電池板的跟蹤方向，驅(qū)動太陽能電池板按該方向轉(zhuǎn)動；(3) 運行定時跟蹤模式時，根據(jù)當(dāng)前時間和檢測到的太陽能電池板的當(dāng) 前位置信號，控制驅(qū)動太陽能電池板轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)動方向；太陽能發(fā)電的跟蹤控制方法還包括采集記錄太陽能發(fā)電裝置的工作狀態(tài) 和太陽能電池的輸出功率，并和上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和遠程控制的步驟。步驟(1)中，設(shè)定一個太陽電池實時輸出功率的對照值，檢測太陽電池實時輸出功率大于對照值時，自動切換到最大功率跟蹤模塊；檢測太陽電池 輸出功率小于對照值時，自動切換到定時跟蹤模式；檢測太陽電池輸出功率 接近為零時，控制電機驅(qū)動太陽電池處于垂直狀態(tài)后停止工作。步驟(2)中，在一個時刻對太陽電池的短路電流進行采樣，將該采樣值 與前一個時刻的采用值比較，該采樣值大于前一個時刻的采樣值時，太陽電 池的輸出功率增大，控制驅(qū)動太陽能電池板按前一個時刻的轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動； 否則，反方向轉(zhuǎn)動。一種太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置，包括集中控制模塊、用于檢測太陽能 電池板的實際轉(zhuǎn)動位置的位置檢測模塊、檢測太陽能電池實時輸出功率的陣 列檢測模塊、控制電機動作的電機控制模塊，集中控制模塊接收到位置檢測 模塊或陣列檢測模塊的檢測信號后，輸出控制信號給電機驅(qū)動模塊控制電機 動作，使太陽能電池板跟蹤太陽轉(zhuǎn)動。該太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置還包括用于顯示及實現(xiàn)太陽能電池板轉(zhuǎn)動 的手動或自動控制的鍵盤操作及顯示模塊、用于采集并記錄太陽能發(fā)電裝置 的工作狀態(tài)和太陽能電池的輸出功率的通訊模塊，鍵盤操作及顯示模塊、通 訊模塊分別與集中控制模塊連接，數(shù)據(jù)通訊模塊還實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)交換 和遠程控制數(shù)據(jù)的功能。所述陣列檢測模塊為太陽照射角度傳感器。所述太陽照射角度傳感器為設(shè)置在太陽能電池板上的一塊太陽能電池。 所述位置檢測模塊為位置檢測傳感器。所述的位置檢測傳感器包括設(shè)置在太陽能發(fā)電裝置的機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)上的 光電傳感器、編碼器。本發(fā)明的跟蹤方法是根據(jù)天氣狀況不同，帶來的太陽電池的實時輸出功 率大小不同自動選擇最大功率跟蹤模式、定時跟蹤模式兩種跟蹤模式，使太 陽能電池板最大程度接受太陽光照射，保證太陽能電池板的每一次偏轉(zhuǎn)都能 使發(fā)電裝置獲得更大的能量輸出，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。運行定時跟蹤模式時，根據(jù)當(dāng)前時間和檢測到的太陽能電池板的當(dāng)前位 置信號，控制驅(qū)動太陽能電池板轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)動方向；運行最大功率跟蹤模式時， 根據(jù)檢測到的太陽能電池輸出功率的變化情況來確定太陽電池的跟蹤方向， 并驅(qū)動太陽能電池板轉(zhuǎn)動；并且有數(shù)據(jù)采集和遠程監(jiān)控功能，可以實現(xiàn)本地 和遠程數(shù)據(jù)傳輸和控制。該方法容易操作、價格便宜，易實現(xiàn)。本發(fā)明的跟蹤裝置可分別設(shè)有位置檢測模塊、陣列檢測模塊，根據(jù)不同 的天氣狀況，可轉(zhuǎn)換兩種工作模式 一種是在多云天氣太陽光不是很強烈時， 采用位置檢測模塊的定時跟蹤模式，即按照當(dāng)?shù)氐膶嶋H日照時間決定太陽能 電池板的機械機構(gòu)動作的間隔時間和偏轉(zhuǎn)角度，使太陽能電池板隨著太陽偏 轉(zhuǎn)而偏轉(zhuǎn)；二是在陽光較為強烈時，采用陣列檢測模塊的最大功率點跟蹤模 式，即太陽能電池板的偏轉(zhuǎn)以系統(tǒng)輸出最大功率為主要依據(jù)，保證太陽能電 池板的每一次偏轉(zhuǎn)都能使發(fā)電裝置獲得更大的能量輸出，當(dāng)檢測太陽電池輸 出功率接近為零時，控制電機驅(qū)動太陽電池處于垂直狀態(tài)后停止工作。該裝 置結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度高、成本低。本發(fā)明采用一塊在太陽能電池板是設(shè)置的小型太陽電池作為檢測太陽照 射角度的傳感器，通過檢測太陽電池的短路電流和開路電壓，可以準確地判 斷太陽日照的變化和機械結(jié)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)方向。采用太陽電池檢測日照強度的相 對大小，可以避免在不同地點需要設(shè)置不同的參數(shù)，從而有操作簡便、結(jié)構(gòu) 簡單，檢測精度高等優(yōu)點；該裝置不需要使用者輸入任何參數(shù)，可以自動獲得相關(guān)信息并實施位置調(diào)節(jié)；裝置實時檢測太陽電池的輸出功率作為調(diào)節(jié)依 據(jù)，與日照強度的絕對大小和時間沒有直接關(guān)聯(lián)，因此不會帶來誤差累積， 控制精度高。本發(fā)明的位置檢測模塊是用來檢測太陽能電池板的實際轉(zhuǎn)動位置，是在 發(fā)電裝置的機械機構(gòu)上設(shè)置光電傳感器，光電傳感器構(gòu)成旋轉(zhuǎn)編碼器檢測太 陽能電池板的位置，它和給定位置信號形成閉環(huán)控制，當(dāng)機械機構(gòu)旋轉(zhuǎn)時， 觸發(fā)光電傳感器輸出脈沖，光電傳感器的輸出經(jīng)過編碼器，形成編碼輸入到 集中控制模塊，兼顧編碼器輸出和驅(qū)動信號的方向，集中控制模塊可以準確 判斷太陽能電池板的具體位置。從而使跟蹤裝置更準確地控制機械機構(gòu)的旋 轉(zhuǎn)角度。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2位置檢測模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例電機驅(qū)動模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例采用陣列檢測模塊檢測方法的流程圖。
具體實施方式
如圖1所示， 一種太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置，包括集中控制模塊，集 中控制模塊分別連接有位置檢測模塊、陣列檢測模塊、電機驅(qū)動模塊、鍵盤 操作及顯示模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊。集中控制模塊是整個裝置的控制核心，它 主要負責(zé)采集系統(tǒng)信息，通過分析和運算確定太陽能電池板轉(zhuǎn)動的角度，控制電機的轉(zhuǎn)動方向和行程；所述位置檢測模塊用于檢測太陽能電池板的實際 轉(zhuǎn)動位置，陣列檢測模塊用于檢測太陽能電池實時輸出功率信號，集中控制 模塊接收到位置檢測模塊或者陣列檢測模塊的信號后，集中控制模塊將控制 信號傳輸給電機驅(qū)動模塊控制電機動作，使太陽能電池板跟蹤太陽轉(zhuǎn)動；鍵 盤操作及顯示模塊用于實現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的手動和自動控制，并顯示裝置的 實時工作狀態(tài)；數(shù)據(jù)通訊模塊用于采集并記錄裝置的工作狀態(tài)和太陽能電池 的輸出功率，并和上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和遠程控制。所述陣列檢測模塊包括檢測電路、太陽照射角度傳感器，所述太陽照射 角度傳感器為設(shè)置在太陽能電池板上的一塊太陽能電池。如圖2所示，所述位置檢測模塊主要包括位置檢測傳感器，所述的位置 檢測傳感器包括光電傳感器、編碼器，所述的光電傳感器設(shè)置在裝置的機械 傳動結(jié)構(gòu)上。當(dāng)裝置的機械機構(gòu)旋轉(zhuǎn)時，觸發(fā)光電傳感器輸出脈沖，光電傳 感器的輸出經(jīng)過編碼器形成編碼，輸入到集中控制模塊，兼顧編碼器輸出和 驅(qū)動信號的方向，集中控制模塊可以準確判斷太陽能電池板的具體位置。如圖3所示為電機驅(qū)動模塊原理示意圖，電機驅(qū)動模塊是專門用來驅(qū)動電 機的，由電機帶動太陽能電池板的機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)，使太陽能電池板按照預(yù)定 的規(guī)律轉(zhuǎn)動，本發(fā)明采用半波整流技術(shù)帶動直流電機，只需控制G1和G2兩 個控制信號即可控制其旋轉(zhuǎn)方向和角度。實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動機械 轉(zhuǎn)動機構(gòu)逆時針和順時針轉(zhuǎn)動，并能控制轉(zhuǎn)動角度，該結(jié)構(gòu)簡單。太陽能發(fā)電的跟蹤控制方法，包括以下步驟 (1)、設(shè)定一個太陽電池實時輸出功率的對照值，檢測太陽電池實時輸 出功率大于對照值時，自動切換到最大功率跟蹤模塊；檢測太陽電池輸出功率小于對照值時，自動切換到定時跟蹤模式；檢測太陽電池輸出功率接近為 零時，控制電機驅(qū)動太陽電池處于垂直狀態(tài)后停止工作。(2) 、運行最大功率跟蹤模式時，如圖4所示，在第k個時刻對陣列檢 測模塊中太陽電池的短路電流進行采樣，設(shè)采樣值為I(k)，將信號傳輸給集 中控制模塊，集中控制模塊將I(k)和第k-l個時刻的采用值I(k-l)相比較， 若I(k)〉 I(k-l)，表示在k-1時刻的轉(zhuǎn)動使得太陽電池的短路電流增加，也 即太陽照在電池板上的垂直分量增大，太陽電池的輸出功率也增大，集中控 制模塊將控制信號傳輸給電機驅(qū)動模塊，控制電機按照k-l時刻的轉(zhuǎn)動方向 旋轉(zhuǎn)；若l(k)〈 I(k-l)，表示在k-l時刻的轉(zhuǎn)動使得太陽電池的短路電流減 小，也即太陽照在電池板上的垂直分量減小，太陽電池的輸出功率也減小， 因此，在第k時刻應(yīng)驅(qū)動電機按第k-l時刻的轉(zhuǎn)動方向的相反方向旋轉(zhuǎn)。(3) 、運行定時跟蹤模式時，根據(jù)設(shè)定的時間間隔，當(dāng)設(shè)定時間到時， 位置檢測模塊檢測太陽能電池板的實際位置信號，將位置信號傳輸給集中控 制模塊，集中控制模塊將控制信號傳輸給電機驅(qū)動模塊，控制電機驅(qū)動太陽 能電池板轉(zhuǎn)動。(4) 、數(shù)據(jù)通訊模塊采集并記錄裝置的工作狀態(tài)和太陽能電池的輸出功 率，并和上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和遠程控制。
權(quán)利要求
1、太陽能發(fā)電的跟蹤控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1)、依據(jù)太陽電池的實時輸出功率大小自動選擇使用最大功率跟蹤模式或定時跟蹤模式；(2)、運行最大功率跟蹤模式時，根據(jù)檢測到的太陽能電池輸出功率變化情況來確定太陽電池板的跟蹤方向，驅(qū)動太陽能電池板按該方向轉(zhuǎn)動；(3)運行定時跟蹤模式時，根據(jù)當(dāng)前時間和檢測到的太陽能電池板的當(dāng)前位置信號，控制驅(qū)動太陽能電池板轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)動方向。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能發(fā)電的跟蹤控制方法，其特征在于，還 包括采集記錄太陽能發(fā)電裝置的工作狀態(tài)和太陽能電池的輸出功率，并和上 位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和遠程控制的步驟。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能發(fā)電的跟蹤控制方法，其特征在于， 步驟(1)中，設(shè)定一個太陽電池實時輸出功率的對照值，檢測太陽電池實時 輸出功率大于對照值時，自動切換到最大功率跟蹤模塊；檢測太陽電池輸出 功率小于對照值時，自動切換到定時跟蹤模式；檢測太陽電池輸出功率接近 為零時，控制電機驅(qū)動太陽電池板處于垂直狀態(tài)后停止工作。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的太陽能發(fā)電的跟蹤控制方法，其特征在于， 步驟(2)中，在一個時刻對太陽電池的短路電流進行采樣，將該采樣值與前 一個時刻的采用值比較，該采樣值大于前一個時刻的采樣值時，太陽電池的 輸出功率增大，控制驅(qū)動太陽能電池板按前一個時刻的轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動；否則， 反方向轉(zhuǎn)動。
5、 一種太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置，其特征在于，包括集中控制模塊、用于檢測太陽能電池板的實際轉(zhuǎn)動位置的位置檢測模塊、檢測太陽能電池實 時輸出功率的陣列檢測模塊、控制電機動作的電機控制模塊，集中控制模塊 接收到位置檢測模塊或陣列檢測模塊的檢測信號后，輸出控制信號給電機驅(qū) 動模塊控制電機動作，使太陽能電池板跟蹤太陽轉(zhuǎn)動。
6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置，其特征在于， 還包括用于顯示及實現(xiàn)太陽能電池板轉(zhuǎn)動的手動或自動控制的鍵盤操作及顯 示模塊、用于采集并記錄太陽能發(fā)電裝置的工作狀態(tài)和太陽能電池的輸出功 率的通訊模塊，鍵盤操作及顯示模塊、通訊模塊分別與集中控制模塊連接， 數(shù)據(jù)通訊模塊還實現(xiàn)與上位機的數(shù)據(jù)交換和遠程控制數(shù)據(jù)的功能。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置，其特征在于， 所述陣列檢測模塊為太陽照射角度傳感器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置，其特征在于，所述太陽照射角度傳感器為設(shè)置在太陽能電池板上的 一塊太陽能電池。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置，其特征在于, 所述位置檢測模塊為位置檢測傳感器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能發(fā)電的跟蹤控制裝置，其特征在于， 所述的位置檢測傳感器包括設(shè)置在太陽能發(fā)電裝置的機械轉(zhuǎn)動機構(gòu)上的光電 傳感器、編碼器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽能發(fā)電的跟蹤控制方法及其跟蹤控制裝置，方法包括以下步驟依據(jù)太陽電池的實時輸出功率大小自動選擇使用最大功率跟蹤模式或定時跟蹤模式；運行定時跟蹤模式時，根據(jù)當(dāng)前時間和檢測到的太陽能電池板的當(dāng)前位置信號，控制跟蹤；運行最大功率跟蹤模式時，根據(jù)太陽能電池輸出功率的變化情況確定機械結(jié)構(gòu)的跟蹤方向；所述裝置包括集中控制模塊、用于檢測太陽能電池板的實際轉(zhuǎn)動位置的位置檢測模塊、檢測太陽能電池實時輸出功率的陣列檢測模塊。本發(fā)明操作簡便、轉(zhuǎn)動位置精確、能實現(xiàn)自動控制、結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度高、成本低。
文檔編號H02N6/00GK101592969SQ200810067499
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者飛 王, 雷月龍 申請人:深圳市能聯(lián)電子有限公司;中山大學(xué)