CN203689164U

CN203689164U - 一种太阳跟踪控制器

Info

Publication number: CN203689164U
Application number: CN201420026096.4U
Authority: CN
Inventors: 杨金明; 王京
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2024-01-15

Abstract

本实用新型公开了一种太阳跟踪控制器，包括光伏阵列平面、太阳方位检测装置、信号处理电路与机械控制装置，所述太阳方位检测装置通过光伏阵列平面安装在机械控制装置上，所述信号处理电路包括信号放大单元及信号比较单元；所述太阳方位检测装置包括遮光板和紫外线传感器，所述遮光板与光伏阵列平面垂直放置，所述紫外线传感器包括两个，分别为第一紫外线传感器及第二紫外线传感器，所述第一紫外线传感器及第二紫外线传感器安装在光伏阵列平面上，并关于遮光板对称。本实用新型采用紫外线传感器获取阳光入射角度信息，再通过简单的硬件电路生成相应的电机驱动信号，实现光伏阵列对太阳的跟踪。

Description

一种太阳跟踪控制器

技术领域

本实用新型涉及光伏发电控制领域，具体涉及一种太阳跟踪控制器。

背景技术

能源问题越来越成为制约人类社会长远发展的重大战略问题，从工业革命开始，石化能源的大量应用极大的推动了科技的发展和人类社会的进步。当今世界，石化能源濒临枯竭，生态环境日益恶化，全球能源危机逐渐显现，为了积极应对资源环境方面的严峻挑战，清洁、充足的太阳能逐渐进入人们的视野，如何使光伏阵列最大限度的捕获太阳能、如何进一步提高光伏发电的效率、如何降低光伏发电的成本成为光伏发电领域亟待解决的一系列重要问题。大量的实践证明，采取太阳轨迹跟踪的方式较固定方式可增发20%～30%的电量，效益明显，但跟踪技术的使用又在很大程度上增加了光伏发电的成本，使得光伏发电的价格更加昂贵，这极大的降低了太阳跟踪技术的实用性，阻碍了其推广应用。因此，低成本太阳跟踪技术的研究显得越来越迫切。

纵观太阳跟踪技术的研究现状，跟踪方法主要有时空同步法、固定规律转动法、四象限跟踪法等方法，机械结构有单轴的也有双轴的。绝大部分的太阳***都使用了DSP、单片机等控制芯片，***设计复杂，开发成本较高,且在户外环境下使用的故障率高；不使用控制芯片的跟踪***又很难实现精确跟踪；连续跟踪的工作方式使其能耗较大，这都不利于跟踪技术的推广使用。再者，凡是对阳光的检测都难以避免大气中的散射光对检测***精度产生的影响，这也是低成本跟踪技术中普遍存在的一个重要问题。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种太阳跟踪控制器。

本实用新型采用如下技术方案：

一种太阳跟踪控制器，包括光伏阵列平面，太阳方位检测装置、信号处理电路与机械控制装置，所述太阳方位检测装置通过光伏阵列平面安装在机械控制装置上，所述信号处理电路分别与太阳方位检测装置及机械控制装置连接；

所述信号处理电路包括信号放大单元及信号比较单元；

所述太阳方位检测装置包括遮光板和紫外线传感器，所述遮光板与光伏阵列平面垂直放置，所述紫外线传感器包括两个，分别为第一紫外线传感器及第二紫外线传感器，所述第一紫外线传感器及第二紫外线传感器安装在光伏阵列平面上，并关于遮光板对称。

所述第一紫外线传感器及第二紫外线传感器的接收角度为135°，安装时所述紫外线传感器头部向遮光板侧偏转22.5°。

所述机械控制装置包括直流电机、内啮合齿轮组、水平转动平台、垂直转动轴；所述光伏阵列平面通过垂直转动轴安装在水平转动平台上，且随内啮合齿轮组转动，所述直流电机带动内啮合齿轮组转动。

所述太阳方位检测装置还包括用于接收固定角度光照的第三紫外线传感器。

相对于现有技术，本实用新型具有如下的有益效果：

（1）本实用新型采用了简易的太阳方位检测跟踪装置，不使用任何可编程控制器，完全由组合逻辑电路实现，极大的降低了成本，适于户外的长期运行工作；

（2）本实用新型对紫外线传感器的方位进行特殊安装布置，将空气中散射光对检测机构的影响降到了最低，用最简易的装置实现了对太阳的高精度跟踪；

（3）本实用新型对跟踪精度和发电效率进行权衡考虑，通过改变跟踪精度来调节电机转动的耗能和光伏板的发电效率，使净增发电量达到最大。

附图说明

图1是本实用新型太阳方位检测装置结构示意图；

图2是本实用新型信号处理电路图；

图3是本实用新型直流电机驱动及保护电路示意图；

图4是本实用新型机械控制装置的结构示意图。

图中示出：

1-光伏阵列平面，2-太阳光线，3-遮光板，4-第一紫外线传感器，5-第二紫外线传感器，6-垂直转动轴，7-水平转动平台，8-内啮合齿轮组，9-直流电机。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

一种太阳跟踪控制器，包括光伏阵列平面1、太阳方位检测装置、信号处理电路与机械控制装置，所述太阳方位检测装置通过光伏阵列平面安装在机械控制装置上，所述太阳方位检测装置随光伏阵列平面1一起转动，所述信号处理电路分别与太阳方位检测装置及机械控制装置连接。

如图1所述，所述太阳方位检测装置获取太阳光线2入射角度信息，包括遮光板3和紫外线传感器，所述遮光板与光伏阵列平面垂直放置，所述紫外线传感器包括两个，分别为第一紫外线传感器4及第二紫外线传感器5，所述第一紫外线传感器4及第二紫外线传感器5安装在光伏阵列平面1上，并关于遮光板3对称。

所述信号处理电路包括信号放大单元及信号比较单元。

所述第一紫外线传感器4及第二紫外线传感器5的接收角度为135°，安装时所述第一、第二紫外线传感器头部向遮光板3侧偏转22.5°。

所述太阳方位检测装置还包括第三紫外线传感器，固定安装在某一位置，例如地面或机械控制装置的底座上，用于接收固定角度光照。

所述紫外线传感器头部与遮光板水平距离为L，与遮光板顶部的垂直距离为H，本实用新型的检测精度可通过改变L、H进行调节，H/L值越大，精度越高。

如图2所示，紫外线传感器在阳光直射下会输出线性电流，经过处理得到线性电压信号，使用信号放大单元对该电压信号进行放大，放大后的信号输入信号比较单元，通过电压比较器的一端与设定电压进行比较，取比较器的输出信号作为太阳方位检测装置的输出。该部分的整体输入输出效果为，当阳光直射紫外线传感器时，输出为高电平，当遮光板遮挡太阳光时，输出为低电平，因此，比较器A、B两端的输出组合起来一共有四种情况，即，高-高、高-低、低-高、低-低。第一紫外线传感器及第二紫外线传感器随光伏阵列平面一起绕垂直与地面的轴转动，

本实施例中第三紫外线传感器则在圆桶底部朝向东方的某个角度固定安装，只能接收该固定方向的光照，与第二紫外线传感器并联连接以获取复位信号。每天跟踪结束时，第一、第二紫外线传感器均朝向西方，第二天太阳升起时，不能使第一、第二紫外线传感器有相应输出，而当太阳照射第三紫外线传感器时，会使第二紫外线传感器所在电路部分输出光照信号，驱动电机往回翻转复位，进行新一轮的跟踪。

第三紫外线传感器的作用是复位。使***在第二天开始时，可以转回到初始位置。如果没有第三紫外线传感器，在第一天跟踪结束时，第一、第二紫外线传感器都朝向西边，在无光状态下，信号处理电路的两个输出均为低电平，使电机处于断路状态，电机不转。当第二天到来时，太阳从东边升起，阳光从东向西照射，照射不到传感器接收面上，两个紫外线传感器仍将维持原状态，电机仍处于断路状态，也不会带动光伏板向东边转动。如果在第二紫外线传感器两端并联第三紫外线传感器，当第二天太阳从东方升起时，阳光不能照射到第一紫外线传感器，第一紫外线传感器对应的信号输出仍维持原状态（低电平）；虽然光线不能照射到第二紫外线传感器，但由于第三紫外线传感器是朝向东方固定安装的，当阳光照射到第三紫外线传感器时，会使第二紫外线传感器对应的信号输出为高电平，这样信号处理电路的两输出为低电平、高电平，会改变电机的断路状态，从而带动光伏板朝向东边转动。

如图3所示为直流电机驱动及保护电路原理图，当A、B两端输入电平分别为高-高、高-低、低-高、低-低时，经过逻辑组合电路处理后对应输出为低-低、高-低、低-高、低-低，由此来控制四个继电器的通断，其对应的电机动作为不动作、正转、反转、不动作，通过机械传动装置来实现光伏阵列对太阳的实时跟踪。

如图4为本实用新型机械控制装置的结构示意图，所述机械控制装置包括直流电机9、内啮合齿轮组8、水平转动平台7、垂直转动轴6；所述光伏阵列平面1通过垂直转动轴6安装在水平转动平台7上，光伏阵列平面的安装角度与当地的纬度有关系，例如在广州，光伏阵列平面与垂直转动轴的夹角为23度，且随内啮合齿轮组8转动，所述直流电机9带动内啮合齿轮组8转动，从而简单有效的控制光伏阵列的转动。

内齿轮与电机轴固定在一起，外齿轮与垂直转动轴固定在一起，内齿轮与外齿轮通过内啮合方式组合在一起，实现对直流电机的减速。

太阳方位检测装置中集成了以紫外线传感器为基础的检测电路，以获取阳光入射角度信息；所述的信息处理电路根据太阳方位检测装置获取的阳光入射角度信息，控制驱动电机旋转，实现光伏阵列对太阳的跟踪；所述太阳跟踪控制过程采取间断控制方式，通过所述的太阳方位检测装置的结构尺寸设定，自动实现间隔时间和每次的偏转角度，以实现利益最大化。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳跟踪控制器，包括光伏阵列平面，其特征在于，还包括太阳方位检测装置、信号处理电路与机械控制装置，所述太阳方位检测装置通过光伏阵列平面安装在机械控制装置上，所述信号处理电路分别与太阳方位检测装置及机械控制装置连接；

所述信号处理电路包括信号放大单元及信号比较单元；

2.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪控制器，其特征在于，所述第一紫外线传感器及第二紫外线传感器的接收角度为135°，安装时所述紫外线传感器头部向遮光板侧偏转22.5°。

3.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪控制器，其特征在于，所述机械控制装置包括直流电机、内啮合齿轮组、水平转动平台、垂直转动轴；所述光伏阵列平面通过垂直转动轴安装在水平转动平台上，且随内啮合齿轮组转动，所述直流电机带动内啮合齿轮组转动。

4.根据权利要求1所述的一种太阳跟踪控制器，其特征在于，所述太阳方位检测装置还包括用于接收固定角度光照的第三紫外线传感器。