專利名稱：一種同步跟蹤型光伏單軸跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光伏單軸跟蹤系統(tǒng)，尤其是同步跟蹤型光伏單軸跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
單軸跟蹤系統(tǒng)可分為平單軸和斜單軸跟蹤系統(tǒng)，其中平單軸跟蹤系統(tǒng)可使得光伏電站的發(fā)電量提高109Γ20%，斜單軸跟蹤系統(tǒng)可以使得光伏電站的發(fā)電量提高209Γ40% ；雖然單軸跟蹤系統(tǒng)對(duì)于發(fā)電量的提升效果已經(jīng)被業(yè)界肯定，但是其成本高、可靠性低也一直制約著單軸跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用規(guī)模。為了降低跟蹤系統(tǒng)電控裝置的成本，中國(guó)專利一種自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置陣列同步跟蹤方法(申請(qǐng)?zhí)?0061004Μ37. 7)提出將若干跟蹤支架的交流電機(jī)連接至一個(gè)交流總線上，通過控制交流總線的極性和通斷來(lái)控制交流總線上的若干跟蹤支架上交流電機(jī)的同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)同步跟蹤。這種跟蹤方法的缺點(diǎn)是(1)由于總線有電阻，連接在總線上的各個(gè)交流電機(jī)的端電壓至電源電壓之間的壓降不同，從而電機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，造成跟蹤精度低；(2)由于各個(gè)跟蹤支架的機(jī)械部分很難完全相同，所受荷載也有所差異，以及由于交流電機(jī)端電壓的不同，各個(gè)支架會(huì)有跟蹤誤差，經(jīng)過長(zhǎng)期積累后，跟蹤系統(tǒng)將無(wú)法正常工作；(3)上述交流總線直接啟停交流電機(jī)，對(duì)電機(jī)及其所連接的齒輪沖擊很大，影響設(shè)備的可靠性及壽命；(4)跟蹤支架運(yùn)行到極限位置后無(wú)機(jī)械限位保護(hù)措施，會(huì)造成設(shè)備財(cái)產(chǎn)損失；(5)為了實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和手動(dòng)控制，需要集成接觸器、按鈕、電機(jī)保護(hù)裝置以及接觸器浪涌吸收裝置等，配線和加工麻煩，產(chǎn)品質(zhì)量控制要求高，可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種同步跟蹤型光伏單軸跟蹤系統(tǒng)，該跟蹤系統(tǒng)不但跟蹤精度高，還具備軟啟動(dòng)及軟停機(jī)、機(jī)械限位保護(hù)等功能，并且電控裝置主要控制和驅(qū)動(dòng)部件均為工業(yè)成熟產(chǎn)品，組裝容易，接線簡(jiǎn)單。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案同步跟蹤的所有單軸跟蹤支架機(jī)械部分相同，并采用相同的交流電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)，每個(gè)交流電動(dòng)推桿經(jīng)相同的變頻器由電源供 H1^ ο所有變頻器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止設(shè)置為由外部輸入控制。所有變頻器的輸出的電壓、頻率和相序設(shè)定為相同。同步跟蹤的所有的單軸跟蹤支架由1個(gè)PLC控制，PLC的開關(guān)量輸出與同步跟蹤的所有單軸跟蹤支架的電動(dòng)推桿所連的變頻器的外部輸入相連，控制所有跟蹤支架的電機(jī)同時(shí)以同樣的速度正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止，對(duì)應(yīng)電動(dòng)推桿同步伸長(zhǎng)、縮短或停止。在其中1個(gè)單軸跟蹤支架上裝有傾角傳感器，并傳送至PLC ；PLC內(nèi)置時(shí)鐘芯片，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間、當(dāng)?shù)氐木暥?、?jīng)度和傾角傳感器的反饋將同步跟蹤的所有支架調(diào)整到指定的角度。每個(gè)交流電動(dòng)推桿內(nèi)部配有過伸長(zhǎng)及過縮短兩個(gè)限位開關(guān)，將這兩個(gè)限位開關(guān)的常閉觸點(diǎn)分別串聯(lián)至該電動(dòng)推桿所連變頻器的控制正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的外部輸入回路中，當(dāng)通過外部輸入控制電動(dòng)推桿的電機(jī)正轉(zhuǎn)從而電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)時(shí)，電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)到極限位置后過伸長(zhǎng)限位開關(guān)動(dòng)作，對(duì)應(yīng)的常閉觸點(diǎn)斷開，變頻器控制電機(jī)停轉(zhuǎn)；外部輸入控制變頻器反轉(zhuǎn)時(shí)與正轉(zhuǎn)同理。這樣就實(shí)現(xiàn)了機(jī)械限位保護(hù)功能。變頻器本身帶有軟啟動(dòng)和軟停機(jī)功能，從而避免對(duì)電動(dòng)推桿中齒輪的沖擊以及對(duì)供電電源的電流沖擊。將所有同步跟蹤的單軸跟蹤支架設(shè)計(jì)在電動(dòng)推桿運(yùn)行到過縮短或過伸長(zhǎng)位置時(shí)， 支架的旋轉(zhuǎn)角度相同；每天天亮前，PLC控制同步跟蹤的所有單軸跟蹤支架的電動(dòng)推桿伸長(zhǎng)或縮短，直至其運(yùn)行到過伸長(zhǎng)或過縮短狀態(tài)自動(dòng)停止，此時(shí)所有同步跟蹤的單軸跟蹤支架跟蹤角度完全同步，從而消除上一天支架跟蹤的積累誤差。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1)同步跟蹤的所有單軸跟蹤支架僅需1個(gè)PLC和1個(gè)傾角傳感器；
(2)電動(dòng)推桿采用變頻器供電，即使由于供電電纜長(zhǎng)度不同而造成不同變頻器的輸入電壓有一定的差異，變頻器給電動(dòng)推桿供電的電源的電壓和頻率也可以完全相同，從而提高了同步跟蹤的精度；
(3)電動(dòng)推桿采用變頻器供電，具備軟啟動(dòng)、軟停機(jī)、過流保護(hù)等功能，可延長(zhǎng)電動(dòng)推桿的壽命，提高跟蹤系統(tǒng)的可靠性；
(4)具備機(jī)械限位功能，保證跟蹤支架不越過極限位置而受損；
(5)具備定期復(fù)位消除累積誤差的功能，提供跟蹤的精度；
(6)整套電控裝置僅需PLC、變頻器、傾角傳感器和電動(dòng)推桿，這些設(shè)備均為工業(yè)成熟產(chǎn)品，成本低、可靠性高，直接采購(gòu)后進(jìn)行簡(jiǎn)單接線即可；
(7)由于單個(gè)交流電動(dòng)推桿的功率較大，可以推動(dòng)若干組機(jī)械聯(lián)動(dòng)的光伏單軸跟蹤支架，使得本發(fā)明應(yīng)用于機(jī)械聯(lián)動(dòng)型光伏單軸跟蹤支架時(shí)，電控成本極低；
(8)安裝接線簡(jiǎn)單。同步跟蹤的各個(gè)單軸支架電動(dòng)推桿所配變頻器主回路與電源相連后，只需通過控制總線與PLC控制器相連即可；
(9)PLC配置簡(jiǎn)單。由于只需要連接1個(gè)傾角傳感器，只需最少2個(gè)輸出無(wú)源干接點(diǎn)即可實(shí)現(xiàn)同步控制，PLC對(duì)外部I/O配置的需求極低，可降低成本；
(10)電動(dòng)系統(tǒng)成本低、可靠性高。交流電動(dòng)推桿一般功率較大，可以推動(dòng)較大功率的單軸支架。若以推動(dòng)23. 5kWp光伏方陣的單軸支架為例，所需交流電動(dòng)推桿功率僅900W左右；若共有10個(gè)這樣的單軸支架采用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)同步跟蹤，只需用1個(gè)工業(yè)級(jí)傾角傳感器 (800元左右)和1個(gè)工業(yè)通用PLC (2000元左右)和10個(gè)變頻器(每個(gè)600元左右)，電控成本僅0.05元/Wp (不含推桿)。并且由于大量采用工業(yè)成熟產(chǎn)品，電控裝置簡(jiǎn)單、可靠。


圖1是電控裝置主回路接線圖。圖2是電控裝置控制回路接線圖。圖中l(wèi)-Γ -η為交流電動(dòng)推桿，2-廣2-η為變頻器，3為斷路器，4為PLC，5為PLC 內(nèi)置時(shí)鐘芯片，6為傾角傳感器，Ml為控制變頻器正轉(zhuǎn)的外部輸入，M2為控制變頻器反轉(zhuǎn)的外部輸入，MO為外部輸入公共端，Sl-廣Sl-n為電動(dòng)推桿過伸長(zhǎng)限位開關(guān)常閉觸點(diǎn)，S2-fS2-n為電動(dòng)推桿過縮短限位開關(guān)常閉觸點(diǎn)，K1、K2為PLC開關(guān)量輸出控制接點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。在圖1中，有η個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)相同的單軸跟蹤支架，均采用相同的交流電動(dòng)推桿 (l-Γ -η)來(lái)驅(qū)動(dòng)，每個(gè)交流電動(dòng)推桿配有相同的變頻器(2-廣2-η)，變頻器通過斷路器 (3)與供電電源相連。所有變頻器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止設(shè)置為由外部輸入控制。所有變頻器的輸出電源的電壓、頻率和相序設(shè)定為相同。即使由于供電電纜長(zhǎng)度不同而造成不同變頻器的輸入電壓有一定的差異，變頻器給電動(dòng)推桿供電的電源的電壓和頻率也可以完全相同，從而提高了同步跟蹤的精度；電動(dòng)推桿采用變頻器供電，具備軟啟動(dòng)、軟停機(jī)、過流保護(hù)等功能，可延長(zhǎng)電動(dòng)推桿的壽命，提高跟蹤系統(tǒng)的可靠性。在圖2中，變頻器(2-廣2-η)由外部輸入端子Μ1、Μ2、Μ0控制。當(dāng)Μ1、Μ0連通，Μ2、 MO斷開時(shí)變頻器正轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)推桿伸長(zhǎng)；當(dāng)Ml、MO斷開，M2、MO連通時(shí)變頻器反轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)推桿縮短；除此之外，變頻器停止，對(duì)應(yīng)推桿停止。在圖2中，每個(gè)交流電動(dòng)推桿內(nèi)部配有過伸長(zhǎng)和過縮短限位開關(guān)，對(duì)應(yīng)的常閉觸點(diǎn)分別為Sl-廣Sl-n、S2-廣S2-n，這η個(gè)單軸跟蹤支架在電動(dòng)推桿處于極限位置時(shí)對(duì)應(yīng)的跟蹤角度相同。每個(gè)單軸跟蹤支架的電動(dòng)推桿的過伸長(zhǎng)、過縮短限位開關(guān)的常閉觸點(diǎn)分別串聯(lián)在相應(yīng)變頻器的Ml、M2輸入端子上后再與PLC相連，即一旦電動(dòng)推桿過伸長(zhǎng)或過縮短則相應(yīng)的常閉觸點(diǎn)打開，變頻器只能停止或往相反方向運(yùn)動(dòng)，起到機(jī)械限位保護(hù)的作用。在圖2中，所有同步跟蹤的單軸跟蹤支架由PLC (4)控制，電動(dòng)推桿所連接的變頻器的外部輸入由PLC (4)的開關(guān)量輸出ΚΙ、K2控制。當(dāng)所有電動(dòng)推桿均處于正常位置區(qū)間時(shí)，限位開關(guān)觸點(diǎn)處于常閉狀態(tài)，若Kl閉合、K2斷開，則所有變頻器控制電機(jī)同步正轉(zhuǎn)， 所有單軸跟蹤支架的電動(dòng)推桿同步伸長(zhǎng)；若Kl斷開、K2閉合，則所有變頻器同步反轉(zhuǎn)，所有單軸跟蹤支架的電動(dòng)推桿同步縮短；當(dāng)K1、K2同時(shí)斷開或閉合時(shí)，則所有變頻器停止，電動(dòng)推桿同步停止。PLC (4)內(nèi)部配有時(shí)鐘芯片(5)，在其中一個(gè)跟蹤支架上安裝有傾角傳感器 (6),PLC (4)根據(jù)當(dāng)前時(shí)間、當(dāng)?shù)氐木暥?、?jīng)度以及傾角傳感器(6)的反饋，控制同步跟蹤的所有支架自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)。每天早晨正式跟蹤太陽(yáng)之前，PLC (4)發(fā)出正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)指令，并延時(shí)足夠時(shí)間使得所有支架的推桿都運(yùn)行到過伸長(zhǎng)或過縮短位置，此時(shí)所有同步跟蹤的支架角度相同，從而消除了前一天同步跟蹤的積累誤差。積累誤差消除后，PLC (4)控制同步跟蹤的所有支架完成新的一天的跟蹤。根據(jù)同步跟蹤的單軸跟蹤支架的數(shù)量，可以將跟蹤支架分組后，每組跟蹤支架的電動(dòng)推桿所連接的變頻器的外部輸入分別由PLC (4)的1組開關(guān)量輸出控制，但每組開關(guān)量同時(shí)同輸出。
權(quán)利要求
1.一種同步跟蹤型光伏單軸跟蹤系統(tǒng)，其特征是所有同步跟蹤的單軸跟蹤支架機(jī)械部分相同并由1個(gè)PLC控制；每個(gè)支架配有1個(gè)相同的交流電動(dòng)推桿，每個(gè)交流電動(dòng)推桿內(nèi)部配有過伸長(zhǎng)及過縮短兩個(gè)限位開關(guān)；每個(gè)電動(dòng)推桿由1個(gè)相同的變頻器驅(qū)動(dòng)，所有變頻器設(shè)定為外部輸入控制，所有變頻器輸出的電壓、頻率和相序設(shè)定為相同；上述PLC通過開關(guān)量輸出與同步跟蹤的所有單軸跟蹤支架的變頻器的外部輸入控制端子相連；同步跟蹤的每個(gè)單軸跟蹤支架的電動(dòng)推桿所配的過伸長(zhǎng)、過縮短限位開關(guān)的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在該電動(dòng)推桿所連變頻器的控制正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)的外部輸入回路中；在同步跟蹤中的其中至少1個(gè)支架上裝有傾角傳感器并傳送至上述PLC。
2.根據(jù)權(quán)力要求書1所述的一種同步跟蹤型光伏單軸跟蹤系統(tǒng)，其特征是所有同步跟蹤的單軸跟蹤支架在電動(dòng)推桿運(yùn)行到過縮短或過伸長(zhǎng)位置時(shí)，支架的角度相同。
3.根據(jù)權(quán)力要求書1或2所述的一種同步跟蹤型光伏單軸跟蹤系統(tǒng)，其特征是變頻器設(shè)置有軟啟動(dòng)和軟停機(jī)功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同步跟蹤型光伏單軸跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)中所有同步跟蹤的單軸跟蹤支架械部分相同，每個(gè)支架配有相同的交流電動(dòng)推桿，每個(gè)電動(dòng)推桿由相同的變頻器驅(qū)動(dòng)，僅在同步跟蹤的其中一個(gè)單軸跟蹤支架上裝有傾角傳感器作為反饋，所有同步跟蹤的單軸跟蹤系統(tǒng)由1個(gè)PLC控制，該P(yáng)LC通過至少1跟控制總線同步控制所有同步跟蹤的單軸跟蹤支架同步旋轉(zhuǎn)。每個(gè)交流電動(dòng)推桿內(nèi)部配有過伸長(zhǎng)及過縮短兩個(gè)限位開關(guān)，通過限位開關(guān)防止支架越位并定期復(fù)位消除積累誤差。該跟蹤系統(tǒng)主要電控裝置均采用成熟工業(yè)控制設(shè)備，可靠性高，跟蹤精度高，接線簡(jiǎn)單且大大降低跟蹤支架的初始造價(jià)及后期維護(hù)費(fèi)用，具有廣闊的發(fā)展前景。
文檔編號(hào)G05D3/12GK102566599SQ201210030039
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月12日
發(fā)明者單建東, 周愛榮 申請(qǐng)人:江蘇東升光伏發(fā)電設(shè)備有限公司