一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，包括太陽方位檢測裝置，其分列于遮光板兩側(cè)的光敏元件受光導(dǎo)通時輸出低電平，無光截止時輸出高電平；組合邏輯控制電路，包括一個與非門、兩個與門，對輸入的信號進(jìn)行邏輯處理；電機(jī)驅(qū)動電路，根據(jù)兩個與門的輸出端的信號，對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動：當(dāng)一個與門輸出的為高電平、另一個與門輸出的為低電平時，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)兩個與門輸出的同時為低電平時，不驅(qū)動電機(jī)工作；以及電機(jī)。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法，能使光伏陣列板自動隨著陽光的移動而移動，且結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏發(fā)電的控制領(lǐng)域，特別涉及一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展和人口的增長，能源的枯竭和環(huán)境的惡化已經(jīng)成為了人類亟待解決的重要問題，太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)成為解決世界能源問題不可或缺的重要力量，成為極具商業(yè)化發(fā)展前景的成熟技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)，并且有可能成為世界未來重要的替代能源。
[0003]太陽能光伏發(fā)電是通過太陽能電池組件接收太陽輻射能量，并將其轉(zhuǎn)換為電能的一個過程，太陽能電池組件接收太陽輻射能量的多少直接關(guān)系到太陽電池的發(fā)電量，而太陽能電池組件與太陽光的照射角度直接影響到太陽能電池組件接收到的太陽輻射能量的多少，當(dāng)太陽光直射在太陽能電池組件時，太陽能電池組件單位面積的太陽輻射能量就最高，當(dāng)太陽光斜射在太陽能電池組件時，太陽能電池組件單位面積的太陽輻射能量會相應(yīng)減弱，傾斜的角度越大就越弱。
[0004]因此隨著太陽的東升西落，采取固定方位安裝太陽電池組件的方式勢必會影響太陽電池組件接收的太陽能輻射量，從而影響發(fā)電量。大量的實踐證明，采取太陽能軌跡跟蹤的方式較固定方式可增發(fā)20%?30%的電量，效益明顯。太陽軌跡的檢測與隨動控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和效率對這種技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要，因此人們需要一種既能檢測太陽軌跡，又能根據(jù)太陽軌跡的變化來控制太陽能電池組件轉(zhuǎn)動的控制系統(tǒng)，同時這種系統(tǒng)最好成本較低、易于廣泛推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)及方法。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，包括:
[0008]太陽方位檢測裝置，包括垂直于光伏陣列平面設(shè)置的遮光板、分列于遮光板兩側(cè)的光敏元件，兩側(cè)的光敏元件分別將信號傳輸至組合邏輯控制電路，當(dāng)光敏元件受光導(dǎo)通時輸出低電平，當(dāng)光敏兀件無光截止時輸出高電平；所述的光敏兀件為光敏三極管或光敏二極管；
[0009]組合邏輯控制電路，包括一個與非門、兩個與門，其中與非門的兩個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，與非門的輸出端同時接兩個與門的一個輸入端，兩個與門的另一個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，兩個與門的輸出端與電機(jī)驅(qū)動電路相連；
[0010]電機(jī)驅(qū)動電路，根據(jù)兩個與門的輸出端的信號，對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動:當(dāng)一個與門輸出的為高電平、另一個與門輸出的為低電平時，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)兩個與門輸出的同時為低電平時，不驅(qū)動電機(jī)工作；
[0011]以及電機(jī)，接收電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)出的信號，并執(zhí)行相應(yīng)動作，帶動光伏陣列板隨陽光的移動而移動。
[0012]所述的電機(jī)驅(qū)動電路，包括四個晶體管驅(qū)動的繼電器J1、J2、J3、J4，其中J1、J4的輸入端接其中一個與門的輸出端，J2、J3的輸入端接另外一個與門的輸出端，J1、J2、J3、J4的輸出端接電機(jī)。當(dāng)與J1、J4相連的與門輸出高電平、與J2、J3相連的與門輸出低電平時，J1、J4閉合，J2、J3斷開，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)與Jl、J4相連的與門輸出低電平、與J2、J3相連的與門輸出高電平時，Jl、J4斷開，J2、J3閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)。
[0013]所述的光敏元件周圍設(shè)置有擋光板，光敏元件的正上方開有小孔。設(shè)置遮光板的目的是減弱散射光對檢測結(jié)果產(chǎn)生的影響，提高檢測的準(zhǔn)確度。
[0014]所述的兩側(cè)的光敏元件垂直于遮光板的距離大小相等，記為L。
[0015]所述的遮光板的高度記為H，根據(jù)光伏陣列平面調(diào)整的頻率來設(shè)置L、H的大小。L越小、H越大，其中一側(cè)的光敏元件由受光到不受光所需要的時間的就越短，控制系統(tǒng)調(diào)整光伏陣列平面的頻率就越高；反之，頻率就越低。
[0016]本發(fā)明的另一目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0017]一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制方法，包含以下順序的步驟:
[0018]I)分列于遮光板兩側(cè)的光敏元件根據(jù)受光、不受光，分別輸出低電平、高電平信號給組合邏輯電路，所述的光敏元件為光敏三極管或光敏二極管；
[0019]2)組合邏輯電路對輸入的信號進(jìn)行處理:當(dāng)兩個輸入信號均為高電平時，將信號屏蔽；當(dāng)兩個輸入信號均為低電平時，兩個輸出信號均為低電平；當(dāng)兩個輸入信號一個為低電平、一個為高電平時，輸出信號一個為低電平、一個為高電平；
[0020]3)電機(jī)驅(qū)動電路接收組合邏輯電路輸出的信號，并發(fā)出信號讓電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動作:當(dāng)電機(jī)驅(qū)動電路的兩個輸入信號均為低電平時，不驅(qū)動電機(jī)工作；當(dāng)電機(jī)驅(qū)動電路的兩個輸入信號一個為低電平、一個為高電平時，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，帶動光伏陣列板隨陽光的移動而移動。
[0021 ] 所述的組合邏輯控制電路，包括一個與非門、兩個與門，其中與非門的兩個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，與非門的輸出端同時接兩個與門的一個輸入端，兩個與門的另一個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，兩個與門的輸出端與電機(jī)驅(qū)動電路相連。
[0022]所述的電機(jī)驅(qū)動電路，包括四個晶體管驅(qū)動的繼電器J1、J2、J3、J4，其中J1、J4的輸入端接其中一個與門的輸出端，J2、J3的輸入端接另外一個與門的輸出端，J1、J2、J3、J4的輸出端接電機(jī)。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0024]1、本發(fā)明采用了簡易的太陽軌跡檢測跟蹤裝置，不使用任何可編程控制器，完全由組合邏輯電路實現(xiàn)，極大的降低成本，適于戶外的長期運(yùn)行工作。
[0025]2、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低:本發(fā)明的光敏元件為光敏二極管或光敏三極管，滿足受光導(dǎo)通，輸出低電平，不受光截止，輸出高電平；而對于受光截止、不受光導(dǎo)通的光敏元件，也可以通過設(shè)計相應(yīng)的組合邏輯電路、電機(jī)驅(qū)動電路來驅(qū)動電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，來滿足需求，但此時組合邏輯電路、電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計的復(fù)雜程度要增加很多，實現(xiàn)過程較復(fù)雜，不利于成本的降低。在目前情況下，本發(fā)明的技術(shù)方案最精簡，實施起來最方便，且能很好地控制光伏陣列板隨陽光的移動而移動。
[0026]3、為了降低隨動控制機(jī)構(gòu)的能耗，本發(fā)明的跟蹤控制系統(tǒng)采取了直接、有效的轉(zhuǎn)動策略，即電機(jī)的轉(zhuǎn)動只出現(xiàn)在跟蹤過程中，跟蹤過程以外的轉(zhuǎn)動被禁止。
[0027]4、本發(fā)明采用分段轉(zhuǎn)動方位的策略，即一天中只進(jìn)行有限個數(shù)方位的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的精度和角度由太陽軌跡檢測裝置的結(jié)構(gòu)尺寸決定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明所述的一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)的電路圖；
[0029]圖2為圖1所述系統(tǒng)的太陽方位檢測裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0031]如圖1、2，一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，包括:
[0032]太陽方位檢測裝置，如圖2，包括垂直于光伏陣列平面設(shè)置的遮光板1，分列于遮光板I兩側(cè)的光敏元件2、3，兩側(cè)的光敏元件2、3分別將信號傳輸至組合邏輯控制電路，當(dāng)光敏兀件2、3受光導(dǎo)通時輸出低電平，當(dāng)光敏兀件2、3無光截止時輸出高電平；所述的光敏元件2、3為光敏三極管，光敏元件周圍設(shè)置有擋光板4，光敏元件2、3的正上方開有小孔5，兩側(cè)的光敏元件2、3垂直于遮光板I的距離大小相等，記為L ;所述的遮光板I的高度記為H，根據(jù)光伏陣列平面調(diào)整的頻率來設(shè)置L、H的大小；太陽光能照射到光敏三極管的情況下與垂直遮光板的極限夾角為Θ，因為跟蹤精度角度δ不小于Θ，則有
[0033]L/Η ≤ tan δ
[0034]在考慮到器件的導(dǎo)通時間、機(jī)械傳動比例以及機(jī)械慣性時，光伏陣列的最小轉(zhuǎn)動角度Y應(yīng)該小于2 Θ，則有
[0035]L/H > tan ( Y /2)
[0036]因此有
[0037]tan ( Y /2) < L/H ≤ tan δ
[0038]以此為依據(jù)來設(shè)定L與H的值；
[0039]組合邏輯控制電路，如圖1，包括一個與非門、兩個與門，其中與非門的兩個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，與非門的輸出端同時接兩個與門的一個輸入端，兩個與門的另一個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，兩個與門的輸出端與電機(jī)驅(qū)動電路相連；
[0040]電機(jī)驅(qū)動電路，根據(jù)兩個與門的輸出端的信號，對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動:當(dāng)一個與門輸出的為高電平、另一個與門輸出的為低電平時，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)兩個與門輸出的同時為低電平時，不驅(qū)動電機(jī)工作；如圖1，所述的電機(jī)驅(qū)動電路，包括四個晶體管驅(qū)動的繼電器Jl、J2、J3、J4，其中Jl、J4的輸入端接其中一個與門的輸出端，J2、J3的輸入端接另外一個與門的輸出端，JU J2、J3、J4的輸出端接電機(jī)；所述的晶體管包括一個電阻和一個三極管，電阻的一端與組合邏輯電路的輸出端相連，另一端與三極管的基極相連，三極管的集電極與繼電器相連，三極管的發(fā)射極接地；
[0041]以及電機(jī)，接收電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)出的信號，并執(zhí)行相應(yīng)動作，帶動光伏陣列板隨陽光的移動而移動。
[0042]在本實施方式中，由于光敏三極管屬于開關(guān)器件，當(dāng)其受光時，光敏三極管導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻非常小，接近導(dǎo)線；當(dāng)其不受光時，光敏三極管截止，電阻非常大。如果不添加R1、R2，當(dāng)光敏三極管受光導(dǎo)通時，電源通過光敏三極管直接接地，會造成電源的短路。添加R1、R2后，主要是用到它的限流與分壓作用:當(dāng)光敏三極管不受光截止時，中間點(diǎn)輸出為高電平，當(dāng)光敏三極管受光導(dǎo)通時，中間點(diǎn)的輸出電壓被拉低，輸出為低電平。這樣既能區(qū)分開高低電平，又能保證電源安全。另外，由于增加了 R1、R2，增加了光敏元件串聯(lián)支路的電阻，也在一定程度上減小了耗費(fèi)功率，達(dá)到節(jié)能的目的。
[0043]實施例中所述的光敏元件還可以為光敏二極管。
[0044]一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制方法，包含以下順序的步驟:
[0045]I)分列于遮光板兩側(cè)的光敏元件根據(jù)受光、不受光，分別輸出低電平、高電平信號給組合邏輯電路，所述的光敏元件為光敏三極管或光敏二極管；
[0046]2)組合邏輯電路對輸入的信號進(jìn)行處理:當(dāng)兩個輸入信號均為高電平時，將信號屏蔽；當(dāng)兩個輸入信號均為低電平時，兩個輸出信號均為低電平；當(dāng)兩個輸入信號一個為低電平、一個為高電平時，輸出信號一個為低電平、一個為高電平；
[0047]3)電機(jī)驅(qū)動電路接收組合邏輯電路輸出的信號，并發(fā)出信號讓電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動作:當(dāng)電機(jī)驅(qū)動電路的兩個輸入信號均為低電平時，不驅(qū)動電機(jī)工作；當(dāng)電機(jī)驅(qū)動電路的兩個輸入信號一個為低電平、一個為高電平時，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，帶動光伏陣列板隨陽光的移動而移動。
[0048]其中所述的組合邏輯控制電路，包括一個與非門、兩個與門，其中與非門的兩個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，與非門的輸出端同時接兩個與門的一個輸入端，兩個與門的另一個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，兩個與門的輸出端與電機(jī)驅(qū)動電路相連。
[0049]所述的電機(jī)驅(qū)動電路，包括四個晶體管驅(qū)動的繼電器J1、J2、J3、J4，其中J1、J4的輸入端接其中一個與門的輸出端，J2、J3的輸入端接另外一個與門的輸出端，J1、J2、J3、J4的輸出端接電機(jī)。
[0050]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于:包括 太陽方位檢測裝置，包括垂直于光伏陣列平面設(shè)置的遮光板、分列于遮光板兩側(cè)的光敏元件，兩側(cè)的光敏元件分別將信號傳輸至組合邏輯控制電路，當(dāng)光敏元件受光導(dǎo)通時輸出低電平，當(dāng)光敏元件無光截止時輸出高電平；所述的光敏元件為光敏三極管或光敏二極管； 組合邏輯控制電路，包括一個與非門、兩個與門，其中與非門的兩個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，與非門的輸出端同時接兩個與門的一個輸入端，兩個與門的另一個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，兩個與門的輸出端與電機(jī)驅(qū)動電路相連； 電機(jī)驅(qū)動電路，根據(jù)兩個與門的輸出端的信號，對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動:當(dāng)一個與門輸出的為高電平、另一個與門輸出的為低電平時，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)；當(dāng)兩個與門輸出的同時為低電平時，不驅(qū)動電機(jī)工作； 以及電機(jī)，接收電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)出的信號，并執(zhí)行相應(yīng)動作，帶動光伏陣列板隨陽光的移動而移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電機(jī)驅(qū)動電路，包括四個晶體管驅(qū)動的繼電器J1、J2、J3、J4，其中J1、J4的輸入端接其中一個與門的輸出端，J2、J3的輸入端接另外一個與門的輸出端，Jl、J2、J3、J4的輸出端接電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的光敏元件周圍設(shè)置有擋光板，光敏元件的正上方開有小孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的兩側(cè)的光敏元件垂直于遮光板的距離大小相等，記為L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的遮光板的高度記為H，根據(jù)光伏陣列平面調(diào)整的頻率來設(shè)置L、H的大小。
6.一種光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制方法，其特征在于:包含以下順序的步驟: 1)分列于遮光板兩側(cè)的光敏元件根據(jù)受光、不受光，分別輸出低電平、高電平信號給組合邏輯電路，所述的光敏元件為光敏三極管或光敏二極管； 2)組合邏輯電路對輸入的信號進(jìn)行處理:當(dāng)兩個輸入信號均為高電平時，將信號屏蔽；當(dāng)兩個輸入信號均為低電平時，兩個輸出信號均為低電平；當(dāng)兩個輸入信號一個為低電平、一個為高電平時，輸出信號一個為低電平、一個為高電平； 3)電機(jī)驅(qū)動電路接收組合邏輯電路輸出的信號，并發(fā)出信號讓電機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動作:當(dāng)電機(jī)驅(qū)動電路的兩個輸入信號均為低電平時，不驅(qū)動電機(jī)工作；當(dāng)電機(jī)驅(qū)動電路的兩個輸入信號一個為低電平、一個為高電平時，驅(qū)動電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，帶動光伏陣列板隨陽光的移動而移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制方法，其特征在于:所述的組合邏輯控制電路，包括一個與非門、兩個與門，其中與非門的兩個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，與非門的輸出端同時接兩個與門的一個輸入端，兩個與門的另一個輸入端分別接遮光板兩側(cè)的光敏元件，兩個與門的輸出端與電機(jī)驅(qū)動電路相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光伏發(fā)電太陽軌跡跟蹤控制方法，其特征在于:所述的電機(jī)驅(qū)動電路，包括四個晶體管驅(qū)動的繼電器J1、J2、J3、J4，其中J1、J4的輸入端接其中一個與門的輸出端，J2、J3的輸入端接另外一個與門的輸出端，Jl、J2、J3、J4的輸出端接電機(jī)。
【文檔編號】G05D3/00GK103713645SQ201310692875
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】楊金明, 王京 申請人:華南理工大學(xué)