專利名稱：一種新型高精度雙軸太陽能電站自動跟蹤控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型高精度雙軸太陽能電站自動跟蹤控制裝置。
背景技術(shù)：
太陽能是一種環(huán)保的綠色能源，而且是巨量的、可再生的，因此在對新能源的開發(fā)利用上，太陽能發(fā)電有著巨大的優(yōu)勢。當前市場上太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率相差甚微，而由于技術(shù)條件限制，光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率很低，嚴重制約了太陽能發(fā)電的發(fā)展與普及，因此，在現(xiàn)有條件下，尋求一種使用的方式去提高太陽能的發(fā)電效率是非常必要的。實踐證明，太陽能的發(fā)電效率和太陽能電池板與太陽光線的角度有很大關(guān)系，太陽能發(fā)電中，太陽能電池板實時和太陽光線保持垂直能在很大程度上提高太陽能的發(fā)電效率。而陽光日照角度每時每刻都在變化，一年四季變化的規(guī)律也有所不同。如何控制自動跟蹤電站，使其聞精度的跟蹤太陽運行角度，成為提聞太陽能發(fā)電效率的關(guān)鍵。普通的太陽能發(fā)電站的發(fā)電轉(zhuǎn)換效率很低，運動跟蹤精度不是很高，而且在室外工作，其各個部件容易受到雨水和潮濕空氣的影響。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是為解決上述問題，提出一種新型高精度雙軸太陽能自動跟蹤電站控制裝置及其跟蹤方法，該裝置可以不受天氣和季節(jié)變化影響，始終控制太陽能電站跟蹤太陽運行角度，且跟蹤誤差不超過O. I度。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案—種新型高精度雙軸太陽能自動跟蹤電站控制裝置，包括微控制器和電機驅(qū)動器，所述微控制器包含光伏聚焦傳感器、風力測速計、限位信號接收器、時間校正模塊，微控制器通過光電隔離分別與光伏聚焦傳感器、風力測速計、限位信號接收器連接，微控制器與時間校正模塊相連；所述電機驅(qū)動器包括防水盒和電路板兩個部分，其中電路板位于防水盒內(nèi)部，其中電路板用于接收主控板發(fā)送的控制信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對太陽運行軌跡跟蹤。所述微控制器還包含IXD顯示裝置、緩沖電路、通訊接口和手動輸入裝置，微控制器通過光電隔離與通訊接口連接，微控制器與IXD顯示裝置、緩沖電路、手動輸入裝置連接。所述時間校正模塊設(shè)有GPS校正模塊。所述緩沖電路設(shè)有連鎖邏輯電路，緩沖電路與光耦繼電器相連，光耦繼電器與SSR固態(tài)繼電器相連。光伏聚焦傳感器用于需要高精度跟蹤太陽運行軌跡的場合，優(yōu)點是可達到O. I度以內(nèi)的跟蹤精度，缺點是跟蹤角度小，在陰雨或多云天氣因素的影響下超過跟蹤角度的范圍(±7度)時容易跟丟，因此只適合于晴朗天氣下的精細跟蹤。在本控制器中以數(shù)據(jù)計算理論根據(jù)當?shù)亟?jīng)緯度以及精確時間等信息計算一年中每一天的不同時刻太陽所在的高度和方位角實現(xiàn)跟蹤，精度保證在I度以內(nèi)，對于普通系統(tǒng)的應用可完全滿足要求(如平板光伏電站，非聚光的光熱系統(tǒng))。但對于特殊的高精度聚光型光伏發(fā)電以及光熱系統(tǒng)精度則不適用，此時輔以光伏聚焦傳感器配合使用取長補短則完全可以滿足要求。所述時間校正模塊，用于自動修正控制器運行時鐘與經(jīng)緯度的偏差，可保證常年時控精度小于±1度。當沒有GPS模塊時，控制器自帶的時鐘系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境下可提供誤差為±2分鐘/年的時間精度，相當于一年內(nèi)僅產(chǎn)生±0.5度的時控誤差，當不能滿足控制精度時需要人工進行校正。在這里GPS模塊可以提供非常精確的當?shù)厮幗?jīng)緯度與時間數(shù)據(jù)，每隔一段時間會自動對控制器進行修正，省去了人工校正的麻煩。所述風力測速計，用于風速檢測，當?shù)仫L速高于18m/s時，電站會自動將面向太陽的帆板放置于水平位置，將損害降至最小。在不使用上述可選組件的情況下控制器的運行時鐘在一 40 85°C下可保證年±2分鐘的時控誤差，用戶可根據(jù)自己實際情況使用標準配備的操作面板對時鐘進行校正。所述限位信號接收器，列舉出了 4個位置限位與2個保護限位，具有冗余保護功能。每天正常情況下光伏系統(tǒng)均要從X，Y軸的初始限位開始運轉(zhuǎn)，結(jié)束于X，Y軸的停止限位；意外情況下(如電機換相失敗等原因)當運轉(zhuǎn)至位置限位時卻未停止繼續(xù)運轉(zhuǎn)至X或Y軸保護限位，控制器將強制停止X或Y軸繼續(xù)運轉(zhuǎn)，保護設(shè)備不受損壞，提高了安全性。所述IXD顯示裝置，主要顯示控制器的各項控制與運行參數(shù)，方便用戶操作與維護。所述緩沖電路，設(shè)有連鎖邏輯電路，即某軸正向運轉(zhuǎn)的同時決不可反向運轉(zhuǎn)，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，緩沖電路與光電隔離電路相連，光電隔離電路與SSR驅(qū)動輸出相連接。MCU微控制器的驅(qū)動輸出電流很小，增加了一個門緩沖器，減少驅(qū)動電流突變對MCU的干擾。光耦繼電器實際上是帶有光電隔離的場效應管，可以驅(qū)動不超過30V500mA的交直流負載，在本設(shè)計中驅(qū)動小型交流固態(tài)繼電器來完成設(shè)備的控制，與普通電磁繼電器相比其優(yōu)點是響應速度快、不存在開關(guān)壽命和電弧干擾問題，整體提高了控制器的抗干擾能力。所述通訊接口，采用RS485標準接口，可將當前光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時反饋給監(jiān)控中心，本例中采用光電隔離的方式可有效防止MCU受到來自外界通信線上的干擾；考慮到通信線距離較遠(通常在I 2km)，過壓防護是必須考慮的問題，在設(shè)計上采用專用氣體放電管與專用TVS組合的分級防護，實踐證明可非常有效的降低接口過壓損壞率。所述手動輸入裝置，在設(shè)備安裝調(diào)試的開始階段可使用手動功能進行位置調(diào)試。所述電機驅(qū)動器要包括防水盒和電路板兩個部分，是太陽能自動跟蹤電站的重要部件，用于接收主控板發(fā)送的控制信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對太陽運行軌跡跟蹤。電機驅(qū)動器在室外工作，雨水及潮濕的空氣很容易進入，影響驅(qū)動電路。本次設(shè)計的電機驅(qū)動器采用機械式的繼電器，外加防水盒，尺寸為85X58X34mm (加塑料固定耳朵109 X 58 X 34mm)可以直接放置在電機盒中，且不需要固定。機械式繼電器，工作時需要較大的驅(qū)動電流，可以避免干擾信號引起的誤動作，電站的跟蹤精度更高。在繼電器輸入端并聯(lián)二極管，消除繼電器閉合再打開時的回流電流。在電機的輸出端加電阻和電容，消除繼電器斷開時產(chǎn)生的火花，延長繼電器的使用壽命。334電容接在電機的兩端，保證電機的正常換向。在220V公共端串聯(lián)IA保險絲，在出現(xiàn)大電流時可以切斷電路，防止燒壞電機和電源引線。PCB板采用四角加弧形的設(shè)計，配合防水盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)，安裝時更加穩(wěn)固。外部采用固定顏色引線，便于安裝。本實用新型的有益效果是(I)可全天候控制光伏電站、光熱系統(tǒng)或定日鏡的運行軌跡。(2)無論是在陰天還是晴天均可以跟蹤太陽運行軌跡。(3)帶有通用RS485工業(yè)通信總線，可對當前設(shè)備運行狀態(tài)實時監(jiān)控，方便用戶操作與維護。(4)用戶還可以通過可選組件來提高控制精度。(5)傳感器以PFM脈沖頻率調(diào)制輸出信號，抗干擾能力強。(6)限位信號保護設(shè)備不受損壞提高了安全性。(7)GPS模塊可以提供非常精確的當?shù)厮幗?jīng)緯度與時間數(shù)據(jù)，每隔一段時間會自動對控制器進行修正，省去了人工校正的麻煩。

圖I為控制器硬件結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I.光伏聚焦傳感器、2.風力測速計、3.限位信號接收器、4.手動輸入裝置、
5.時間校正模塊、6.微控制器、7. IXD顯示裝置、8.緩沖電路、9. SSR驅(qū)動輸出裝置、10.通訊接口、11.光電隔離電路。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明。如圖I所示，太陽能自動跟蹤電站控制裝置，包括微控制器6和電機驅(qū)動裝置，其中微控制器6包含光伏聚焦傳感器I、風力測速計2、限位信號接收器3、時間校正模塊5，同時還設(shè)有IXD顯示裝置7、緩沖電路8、通訊接口 10和手動輸入裝置4。光伏聚焦傳感器1，用于聚光型跟蹤電站的高精度跟蹤，陰天或多云天氣情況下光控與時控自動切換，無需人工干涉；光伏控制跟蹤誤差小于±0. I度。以PFM脈沖頻率調(diào)制輸出信號，通過光電隔離電路11由MCU微控制器6在單位時間內(nèi)對脈沖個數(shù)進行計數(shù)從而準確測量傳感器的輸出信號，抗干擾能力強。風力測速計2，用于風速檢測，當?shù)仫L速高于18m/s時，電站會自動將面向太陽的帆板放置于水平位置，將損害降至最小。限位信號接收器3，列舉出了 4個位置限位與2個保護限位，每天正常情況下光伏系統(tǒng)均要從X，Y軸的初始限位開始運轉(zhuǎn)，結(jié)束于X，Y軸的停止限位；意外情況下(如電機換相失敗等原因)當運轉(zhuǎn)至位置限位時卻未停止繼續(xù)運轉(zhuǎn)至X或Y軸保護限位，控制器將強制停止X或Y軸繼續(xù)運轉(zhuǎn)，保護設(shè)備不受損壞提高了安全性。時間校正模塊5，用于自動修正控制器運行時鐘與經(jīng)緯度的偏差，可保證常年時控精度小于±1度。當沒有GPS模塊時，控制器自帶的時鐘系統(tǒng)在工業(yè)環(huán)境下可提供誤差為±2分鐘/年的時間精度，相當于一年內(nèi)僅產(chǎn)生±0. 5度的時控誤差，當不能滿足控制精度時需要人工進行校正。在這里GPS模塊可以提供非常精確的當?shù)厮幗?jīng)緯度與時間數(shù)據(jù)，每隔一段時間會自動對控制器進行修正，省去了人工校正的麻煩。[0040]IXD顯示裝置7，主要顯示微控制器6的各項控制與運行參數(shù)，方便用戶使用與維護。緩沖電路8，設(shè)有連鎖邏輯電路，即某軸正向運轉(zhuǎn)的同時決不可反向運轉(zhuǎn)，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，緩沖電路8與光電隔離電路11相連，光電隔離電路11與SSR驅(qū)動輸出裝置9相連接。MCU微控制器6的驅(qū)動輸出電流很小，增加了一個門緩沖器，減少驅(qū)動電流突變對MCU的干擾。光耦繼電器實際上是帶有光電隔離的場效應管，可以驅(qū)動不超過30V500mA的交直流負載，在本設(shè)計中驅(qū)動小型交流固態(tài)繼電器來完成設(shè)備的控制，與普通電磁繼電器相比其優(yōu)點是響應速度快、不存在開關(guān)壽命和電弧干擾問題，整體提高了控制器的抗干擾能力。通訊接口 10，采用RS485接口，可將當前光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)實時反饋給監(jiān)控中心，本例中采用光電隔離的方式可有效防止MCU受到來自外界通信線上的干擾；考慮到通信線距離較遠(通常在I 2Km)，過壓防護是必須考慮的問題，在設(shè)計上采用專用氣體放電管與專用TVS組合的分級防護，實踐證明可非常有效的降低接口過壓損壞率。手動輸入裝置4，在設(shè)備安裝調(diào)試的開始階段可使用手動功能進行位置調(diào)試。電機驅(qū)動裝置，包括防水盒和電路板兩個部分，是太陽能自動跟蹤電站的重要部件，用于接收主控板發(fā)送的控制信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對太陽運行軌跡跟蹤。電機驅(qū)動器在室外工作，雨水及潮濕的空氣很容易進入，影響驅(qū)動電路。本次設(shè)計的電機驅(qū)動器采用機械式的繼電器，外加防水盒，尺寸為85X58X34mm (加塑料固定耳朵109 X 58 X 34mm)可以直接放置在電機盒中，且不需要固定。機械式繼電器，工作時需要較大的驅(qū)動電流，可以避免干擾信號引起的誤動作，電站的跟蹤精度更高。在繼電器輸入端并聯(lián)二極管，消除繼電器閉合再打開時的回流電流。在電機的輸出端加電阻和電容，消除繼電器斷開時產(chǎn)生的火花，延長繼電器的使用壽命。334電容接在電機的兩端，保證電機的正常換向。在220V公共端串聯(lián)IA保險絲，在出現(xiàn)大電流時可以切斷電路，防止燒壞電機和電源引線。PCB板采用四角加弧形的設(shè)計，配合防水盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)，安裝時更加穩(wěn)固。外部采用固定顏色引線，便于安裝。該太陽能自動跟蹤電站控制裝置，通過設(shè)置光伏聚焦傳感器I、時間校正模塊5、風力測速計2、限位信號接收器3，能夠獲得太陽最大光照能量；通過IXD顯示裝置7、緩沖電路8、通訊接口 10和手動輸入裝置4可以完成對太陽能自動跟蹤電站控制的智能操作，便于人工維護；通過電機驅(qū)動裝置，實現(xiàn)接收主控板發(fā)送的控制信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對太陽運行軌跡跟蹤，電機驅(qū)動裝置的防水盒能夠防止雨水進入，保持驅(qū)動裝置的干燥。其他未描述的內(nèi)容為已有技術(shù)，在此不再贅述。
權(quán)利要求1.一種新型高精度雙軸太陽能電站自動跟蹤控制裝置，包括微控制器和電機驅(qū)動器，其特征是，所述微控制器包含光伏聚焦傳感器、風力測速計、限位信號接收器、時間校正模塊，微控制器通過光電隔離分別與光伏聚焦傳感器、風力測速計、限位信號接收器連接，微控制器與時間校正模塊相連；所述電機驅(qū)動器包括防水盒和電路板兩個部分，其中電路板位于防水盒內(nèi)部，其中電路板用于接收主控板發(fā)送的控制信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對太陽運行軌跡跟蹤。
2.如權(quán)利要求I所述的一種新型高精度雙軸太陽能電站自動跟蹤控制裝置，其特征是，所述微控制器還包含IXD顯示裝置、緩沖電路、通訊接口和手動輸入裝置，微控制器通過光電隔離與通訊接口連接，微控制器與LCD顯示裝置、緩沖電路、手動輸入裝置連接。
3.如權(quán)利要求I所述的一種新型高精度雙軸太陽能電站自動跟蹤控制裝置，其特征是，所述時間校正模塊設(shè)有GPS校正模塊。
4.如權(quán)利要求2所述的一種新型高精度雙軸太陽能電站自動跟蹤控制裝置，其特征是，所述緩沖電路設(shè)有連鎖邏輯電路，緩沖電路與光耦繼電器相連，光耦繼電器與SSR固態(tài)繼電器相連。
專利摘要本實用新型涉及一種新型高精度雙軸太陽能自動跟蹤電站控制裝置及其跟蹤方法，包括微控制器和電機驅(qū)動器，微控制器通過光電隔離連接光伏聚焦傳感器、風速信號接收器、限位信號接收器和通訊接口，同時微控制器還設(shè)有LCD顯示裝置、緩沖電路、時間校正模塊和手動輸入裝置，電機驅(qū)動器還設(shè)有防水盒和電路板兩個部分，該裝置還采用了時控算法為主，光控為輔的控制方式。本實用新型可以保證太陽能自動跟蹤電站控制裝置，不受天氣和季節(jié)變化影響，始終控制太陽能電站跟蹤太陽運行角度，且跟蹤誤差不超過0.1度，獲得最大光照能量，通過電機驅(qū)動裝置，實現(xiàn)接收主控板發(fā)送的控制信號，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對太陽運行軌跡跟蹤，防水盒還能夠保持驅(qū)動裝置的干燥。
文檔編號G05D3/00GK202771263SQ20122021510
公開日2013年3月6日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者臧利林 申請人:山東大學