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CN106054947A - 一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统及方法 - Google Patents

一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统及方法 Download PDF

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卢立秋
郭军科
贺欣
于香英
吴明雷
卢修春
于金山
刘鸿芳
路菲
郝春艳
刘盛终
张佳成
姜玲
苏展
赵鹏
杜涛
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Abstract

本发明涉及一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统，包括由光敏传感器阵列、信号调理电路、A/D转换电路与MCU模块构成的太阳光照强度采集电路，还包括太阳能电池板、电压调整电路、MCU模块、X轴步进电机和Y轴步进电机构成的太阳能电池板调整系统及由MCU模块、GPS接收器、时钟模块及Zigbee无线通信模块构成的外围信息系统；该系统的方法采用时控、光控相结合的控制方法，时控为主，光控为辅，首先利用时控追踪太阳位置，然后利用光控进行精确调节。本发明使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板，在减少支架调整次数的情况下，保证了支架调整的实时性，提高了光伏发电系统的发电效率。

Description

一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统及方法
技术领域
本发明属于电子控制设备技术领域，特别是一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统及方法。
背景技术
世界性能源危机，促进了新能源产业的迅猛发展，而太阳能是各种可生能源中最重要的基本能源，因此作为将太阳辐射能转换成电能的太阳能发电技术，即光伏产业更是发展飞速。旧的概念中，光伏产业主要包括太阳能组件生产链，控件器和逆变器等电气控制组件生产链，现在，大家也越来越重视光伏支架的设计。
目前，大型光伏电站的设计，特别是在国内，很多太阳能电池板阵列基本上是采用固定式结构，存在余弦效应影响，无法保证太阳光垂直照射，光伏电池不能充分利用太阳能资源，发电效率低下，无法保证获得全年的最大光电转换效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统及方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统，系统包括光敏传感器阵列，光敏传感器阵列与信号调理电路连接，信号调理电路通过A/D转换电路与MCU模块连接，构成太阳光照强度采集电路，该系统还包括太阳能电池板，太阳能电池板通过电压调整电路与MCU模块连接，MCU模块分别通过X轴步进电机驱动器及Y轴步进电机驱动器与X轴步进电机和Y轴步进电机连接，MCU模块分别向X轴步进电机和Y轴步进电机发送调整信号以调整X轴步进电机和Y轴步进电机的动作状态，同时，MCU模块还分别与GPS接收器、时钟模块及Zigbee无线通信模块连接。
而且，所述MCU模块具体采用的型号为STM32。
而且，所述太阳能电池板固定安装在电池板支架上，所述光敏传感器阵列也安装在电池板支架上，随太阳能电池板一起转动。
而且，所述光敏传感器阵列，包括在60度角的扇形区域上，等角度分布由光敏传感器S1至光敏传感器S7的七个光敏传感器，每个光敏传感器之间相距10度。
一种上述根据光照自动转向的光伏发电支架系统的方法，该方法的内容包括：
该方法采用时控、光控相结合的控制方法，时控为主，光控为辅，首先利用时控追踪太阳位置，然后利用光控进行精确调节，
其中，所述时控为：每隔30分钟，读取GPS信息，得到时间信息，判断是不是白天，如果判断为是，通过得到的位置信息分别计算太阳的方位角和高度角，从而驱动电机调整支架角度，同时启动光控，如果判断为否，则驱动电机支架复位；
其中，所述光控为：每隔1分钟，检测一下光敏传感器阵列，使用光敏传感器阵列，跟据天空不同区域光线强弱区别，判断太阳位置，然后驱动电机转动支架进行追踪。
而且，所述太阳高度角计算，太阳方位角计算的公式为：
太阳高度角的计算公式：sinH＝sinφ sinδ+cosφ cosδ cost；
太阳方位角的计算公式：cosA＝(sinφ sinδ-sinδ)/cosHcosφ。
其中，H为太阳高度角，A为太阳方位角，φ为系统所处地理位置的纬度，δ为太阳赤纬，t为时角。
而且，所述光控跟踪的具体方法为：首先读取光敏传感器阵列信息，判断中间位置光敏传感器S4的检测值是否是最大值，如果判断为是，则延时1分钟后重新读取光敏传感器阵列信息；如果判断为否，则分别计算光敏传感器S4左边的光敏传感器S1至S3的数值之和S左，右边的光敏传感器S5至S7的数值之和S右，并判断S左是否大于S右。如果判断为是，则驱动电机向右调整；如果判断为否，则驱动电机向左调整。。
本发明的优点和积极效果是：
本发明系统及方法能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板，同时，在减少了支架调整次数的情况下，又保证了支架调整的实时性，比固定模式的光伏发电系统提高了30％～40％的发电效率。
附图说明
图1是本发明系统的结构框图；
图2是本发明系统中光敏传感器阵列的结构示意图；
图3是本发明方法中时控跟踪的逻辑步骤示意图；
图4为本发明方法中光控跟踪的逻辑步骤示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。
一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统，如图1所示，该系统包括光敏传感器阵列，光敏传感器阵列与信号调理电路连接，信号调理电路通过A/D转换电路与MCU模块连接，构成太阳光照强度采集电路，该系统还包括太阳能电池板，太阳能电池板通过电压调整电路与MCU模块连接，MCU模块分别通过X轴步进电机驱动器及Y轴步进电机驱动器与X轴步进电机和Y轴步进电机连接，MCU模块分别向X轴步进电机和Y轴步进电机发送调整信号以调整X轴步进电机和Y轴步进电机的动作状态，同时，MCU模块还分别与GPS接收器、时钟模块及Zigbee无线通信模块连接。
在本发明的具体实施中，所述MCU模块具体采用的型号为STM32。
在本发明的具体实施中，所述太阳能电池板固定安装在电池板支架上，所述光敏传感器阵列也安装在电池板支架上，随太阳能电池板一起转动。
在本发明的具体实施中，所述光敏传感器阵列，如图2所示，包括在60度角的扇形区域上，等角度分布由S1至S7的七个光敏传感器，每个传感器之间相距10度。
一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统的方法，该方法的内容包括：
本发明采用TL(Time-Luminous)控制模式，时控、光控相结合，时控为主，光控为辅，首先利用时控追踪太阳位置，然后利用光控进行精确调节，在减少了支架调整次数的情况下，又保证了支架调整的实时性。
其中，所述时控的方法为：如图3所示，每隔30分钟，读取GPS信息，得到时间信息，判断是不是白天，如果判断为是，通过得到的位置信息分别计算太阳的方位角和高度角，从而驱动电机调整支架角度，同时启动光控，如果判断为否，则驱动电机支架复位，
在本发明的具体实施中，太阳高度角计算，太阳方位角计算的公式为：
太阳高度角的计算公式：sinH＝sinφ sinδ+cosφ cosδ cost；
太阳方位角的计算公式：cosA＝(sinφ sinδ-sinδ)/cosHcosφ。
其中，H为太阳高度角，A为太阳方位角，φ为系统所处地理位置的纬度，δ为太阳赤纬，t为时角；
其中，所述光控的方法为：每隔1分钟，检测一下光传感器，使用光传感器，跟据天空不同区域光线强弱区别，判断太阳位置，然后驱动电机转动支架进行追踪。
在本发明的具体实施中，所述光控跟踪的具体方法为：如图4所示，首先读取光敏传感器的阵列信息，判断中间位置光敏传感器S4的检测值是否是最大值，如果判断为是，则延时1分钟后重新读取光敏传感器阵列信息；如果判断为否，则分别计算光敏传感器S4左边的光敏传感器S1至S3的数值之和S左，右边的光敏传感器S5至S7的数值之和S右，并判断S左是否大于S右。如果判断为是，则驱动电机向右调整；如果判断为否，则驱动电机向左调整。

Claims (7)

1.一种根据光照自动转向的光伏发电支架系统，其特征在于：系统包括光敏传感器阵列，光敏传感器阵列与信号调理电路连接，信号调理电路通过A/D转换电路与MCU模块连接，构成太阳光照强度采集电路，该系统还包括太阳能电池板，太阳能电池板通过电压调整电路与MCU模块连接，MCU模块分别通过X轴步进电机驱动器及Y轴步进电机驱动器与X轴步进电机和Y轴步进电机连接，MCU模块分别向X轴步进电机和Y轴步进电机发送调整信号以调整X轴步进电机和Y轴步进电机的动作状态，同时，MCU模块还分别与GPS接收器、时钟模块及Zigbee无线通信模块连接。
2.根据权利要求1所述的根据光照自动转向的光伏发电支架系统，其特征在于：所述MCU模块具体采用的型号为STM32。
3.根据权利要求1所述的根据光照自动转向的光伏发电支架系统，其特征在于：所述太阳能电池板固定安装在电池板支架上，所述光敏传感器阵列也安装在电池板支架上，随太阳能电池板一起转动。
4.根据权利要求1所述的根据光照自动转向的光伏发电支架系统，其特征在于：所述光敏传感器阵列，包括在60度角的扇形区域上，等角度分布由光敏传感器S1至光敏传感器S7的七个光敏传感器，每个光敏传感器之间相距10度。
5.一种上述根据光照自动转向的光伏发电支架系统的方法，其特征在于该方法的内容包括：
该方法采用时控、光控相结合的控制方法，时控为主，光控为辅，首先利用时控追踪太阳位置，然后利用光控进行精确调节，
其中，所述时控为：每隔30分钟，读取GPS信息，得到时间信息，判断是不是白天，如果判断为是，通过得到的位置信息分别计算太阳的方位角和高度角，从而驱动电机调整支架角度，同时启动光控，如果判断为否，则驱动电机支架复位；
其中，所述光控为：每隔1分钟，检测一下光敏传感器阵列，使用光敏传感器阵列，跟据天空不同区域光线强弱区别，判断太阳位置，然后驱动电机转动支架进行追踪。
6.根据权利要求5所述的根据光照自动转向的光伏发电支架系统的方法，其特征在于：所述太阳高度角计算，太阳方位角计算的公式为：
太阳高度角的计算公式：sinH＝sinφsinδ+cosφcosδcost；
太阳方位角的计算公式：cosA＝(sinφsinδ-sinδ)/cosHcosφ
其中，H为太阳高度角，A为太阳方位角，φ为系统所处地理位置的纬度，δ为太阳赤纬，t为时角。
7.根据权利要求5所述的根据光照自动转向的光伏发电支架系统的方法，其特征在于：所述光控跟踪的具体方法为：首先读取光敏传感器阵列信息，判断中间位置光敏传感器S4的检测值是否是最大值，如果判断为是，则延时1分钟后重新读取光敏传感器阵列信息；如果判断为否，则分别计算光敏传感器S4左边的光敏传感器S1至S3的数值之和S左，右边的光敏传感器S5至S7的数值之和S右，并判断S左是否大于S右。如果判断为是，则驱动电机向右调整；如果判断为否，则驱动电机向左调整。
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