极轴坐标系光伏发电双轴跟踪结构的控制方法技术

一种极轴坐标系光伏发电双轴跟踪结构的控制方法，属于太阳能发电技术领域，特征是在于其结构的控制方法是：(1)设定初始值；(2)计算n、δ；(3)计算ωsr、ωss、tss、tsr；(4)计算tz，tz≥tsr，是，执行(5)，否，返回(4)；(5)天阴，是，返回(5)，否，执行(6)；(6)碰到限位开关，是，结构停止，否，执行(7)；(7)计算γs，调整αs、γs，执行(8)；(8)比较R2、R2'、R2”、R2”'，R2＝R2'＝R2”＝R2”'，是，保持αs、γs，执行(13)，否，执行(9)；(9)R2≠R2'≠R2”≠R2”'，是，依次调整αs、γs，执行(13)，否，执行(10)；(10)R2＝R2'≠R2”＝R2”'，是，调整αs，执行(13)，否，执行(11)；(11)R2＝R2”≠R2'＝R2”'，是，结合S调整γs，执行(13)，否，执行(12)；(12)寻找Rmin，依次调整αs、γs，执行(13)；(13)Δt结束，是，执行(14)，否，返回(13)；(14)tz≥tss，是，结构停止；否，执行(5)。

【技术实现步骤摘要】
极轴坐标系光伏发电双轴跟踪结构的控制方法
本专利技术属于太阳能发电
，具体涉及一种光伏发电双轴跟踪结构的控制方法。
技术介绍
目前，可再生能源的开发和利用日益得到各国政府的关注，在不久的将来通过光伏组件将太阳能转换成电能具有很大的开发潜力。据2004年欧盟联合研究中心预测，到本世纪末，光伏发电在整个世界能源供应中的比率将超过30％。现有的光伏发电双轴跟踪结构(以下将简称为“结构”)大多是基于地平坐标系的双轴跟踪方式，大都没有考虑太阳日升方位角、日落方位角、当地经度与时区经度间的经度差、太阳时角和真太阳时角间的误差等因素对太阳位置判断的影响，导致结构跟踪效率变差，光伏发电结构输出效率降低；此外，基于地平坐标系的双轴跟踪方式由于要不断地跟踪太阳高度角、方位角，导致两个步进电机不断工作，降低了使用寿命，增加了维护量；同时由于结构运行和公式计算误差导致预测太阳位置与实际太阳位置存在偏差。因此研究提供一种基于极轴坐标系的光伏发电双轴跟踪结构的控制方法是非常有益和十分必要的。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种极轴坐标系光伏发电双轴跟踪结构的控制方法，可有效地提高光伏发电结构跟踪精度。本专利技术是这样实现的，如图1所示，极轴坐标系光伏发电双轴跟踪结构包括有顶部安装的光伏组件1、第一、第二、第三、第四光敏传感器2、2'、2”、2”'、光伏组件支架3、上部丝杆轴4、上部蜗轮蜗杆减速器5、上部步进电机6、上部支撑平台7、倾斜丝杆轴8、倾斜轴步进电机10、倾斜轴蜗轮蜗杆减速器11、倾斜平台15、下部支座18、底座19、安装在底座19上的滑动轨道22及可移动轴承座23；其结构是可移动轴承座23通过定位螺钉24调整在滑动轨道22内的位置，摆动支杆17上端通过上部支撑销轴13与固定在倾斜平台15上的固定支座12相铰接，摆动支杆17下端通过下部支撑销轴13”与可移动轴承座23相铰链，下部支座18的下部固定在底座19上，下部支座18的上部通过中部支撑销轴13'与固定在倾斜平台15下面的下部轴承座16相铰接，安装在倾斜平台15上的倾斜轴步进电机10和倾斜轴蜗轮蜗杆减速器11带动倾斜丝杆轴8转动，倾斜丝杆轴8通过上下轴承座9、9’安装在倾斜平台15上，在倾斜平台15上面安装有对上部支撑平台(7)起限位作用的限位开关14，上部支撑平台7的下部通过穿通孔28与倾斜丝杆轴8固定连接，倾斜丝杆轴8的下端安装有编码器25，上部蜗轮蜗杆减速器5和上部步进电机6安装在上部支撑平台7上，光伏组件支架3固定在上部蜗轮蜗杆减速器5和上部步进电机6带动的上部丝杆轴4上，光伏组件1安装在光伏组件支架3上，在光伏组件1的四角处分别安装有第一、第二、第三、第四光敏传感器2、2'、2”、2”'。本专利技术特征在于对上述结构的控制方法是：首先通过调节移动轴承座23在滑动轨道22内的位置确定摆动支杆17与地平面的夹角为θ＝φ，φ是当地维度。判断某一天是一年中的第n天，n为正整数，根据式(1)计算出太阳赤纬角δ，则光伏组件支架3与地面的倾角αs可由式(2)得到，式(2)中的正负号取春夏为正，秋冬为负，太阳方位角γs可由式(3)得到：αs＝θ±δ(2)其中ω是太阳时角，中午12点为0°，上午为负，下午为正，每小时的时角为15°。由于地球围绕太阳的运行轨道是椭圆形轨道，因此真太阳时角ωz与太阳时角ω间存在误差。真太阳时角ωz可由式(4)～(6)得到，然后将式(3)中的太阳时角ω用真太阳时角ωz代替：E＝9.87sin2B-7.53cosB-1.5sinB(5)其中由式(7)得到时钟时间t，t＝12点时ω＝0，L为当地的经度，Ls为当地标准时间所在地的经度，由于我国位于东半球，所以式(4)中的正负号应取正号，则真太阳时间tz可由式(8)得到：每天的日出和日落的方位角可由式(9)得到，其中日出方位角ωsr＝-ωs，日落方位角ωss＝ωs，则每天的日出日落时刻可由式(10)和(11)得到：ωs＝arccos(-tanφtanδ)(9)由于公式计算和结构运行都会存在误差，此外，结构在运行过程中可能会部分遮敝，因此，在光伏组件1上安装有第一、第二、第三、第四光敏传感器2、2'、2”、2”'，在倾斜丝杆轴8上安装有编码器25，分别对第一、第二、第三、第四光敏传感器2、2'、2”、2”'的电阻值R2、R2'、R2”、R2”'进行比较：如果，R2＝R2'＝R2”＝R2”'，则说明无极轴误差且光伏组件没有被部分遮蔽；如果R2≠R2'≠R2”≠R2”'，则说明光伏组件支架3与地面的倾角αs和结构的太阳方位角γs均有误差，首先通过上部蜗轮蜗杆减速器5和上部步进电机6调整光伏组件支架3与地面的倾角αs使得R2＝R2”、R2'＝R2”'，然后结合编码器25的角度信号S，通过倾斜轴步进电机10和倾斜轴蜗轮蜗杆减速器11调整结构的太阳方位角γs，使得R2＝R2'、R2”＝R2”'，即R2＝R2'＝R2”＝R2”'；如果R2≠R2”，但R2＝R2'和R2”＝R2”'，则说明光伏组件支架3与地面的倾角αs有误，判断R2与R2”的大小，使光伏组件支架3与地面的倾角αs向电阻值小的一侧运行，直到R2＝R2'＝R2”＝R2”'；如果，R2≠R2'，但R2＝R2”和R2'＝R2”'，则说明结构的太阳方位角γs有误，判断R2与R2'的大小，使结构的太阳方位角γs向电阻值小的一侧运行，结合编码器25的角度信号S，使得R2＝R2'＝R2”＝R2”'；如果，突然出现四个光敏电阻值中三个相等，一个不等的情况(例如R2＝R2'＝R2”≠R2”')，则说明出现了部分遮蔽情况，判断四个电阻值那个最小，使光伏组件支架3与地面的倾角αs和结构的太阳方位角γs向电阻值最小的一侧运行，首先调整光伏组件支架3与地面的倾角αs使得R2＝R2”、R2'＝R2”'，然后结合编码器25的角度信号S，调整结构的太阳方位角γs，使得R2＝R2'、R2”＝R2”'，即R2＝R2'＝R2”＝R2”'。为了防止误动作对结构的损害，在倾斜平台15上安装有限位开关14、当上部蜗轮蜗杆减速器5碰到限位开关14，结构停止。上述控制方法的实施步骤如图3所示，是：步骤一、根据结构精度要求确定结构最小运行角度Δ，确定每次运行间隔时间Δt，当地经度L和维度φ，当地标准时间所在地的经度Ls，确定摆动支杆17与地平面的夹角为θ，采样编码器25的角度信号S；步骤二、计算某一天在一年中的第n天，由公式(1)计算出当天的太阳赤纬角δ；步骤三、根据太阳赤纬角δ和当地维度φ，由公式(2)得到光伏组件支架3与地面的倾角αs，由公式(9)得到当天的日出方位角ωsr和日落方位角ωss，由公式(10)和(11)得到当天的日出时刻tsr和日落时刻tss；步骤四、根据时钟时间由公式(8)计算真太阳时间tz，判断真太阳时间tz是否大于等于日出时刻tsr，是，执行步骤五；否，返回步骤四；步骤五、根据第一、第二、第三、第四光敏传感器判断是否阴天，是，返回步骤五；否，执行步骤六；步骤六、判断是否碰到了限位开关14，是，结构停止，否，执行步骤七；步骤七、根据真太阳时间由公式(3)计算出太阳方位角γs，根据Δ调整光伏组件支架3与地面的倾角αs和结构的太阳方位角γs，执行步骤八；步骤八、比较R2、R2'、R2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极轴坐标系光伏发电双轴跟踪结构的控制方法，极轴坐标系光伏发电双轴跟踪结构包括有顶部安装的光伏组件(1)、第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2'、2”、2”')、光伏组件支架(3)、上部丝杆轴(4)、上部蜗轮蜗杆减速器(5)、上部步进电机(6)、上部支撑平台(7)、倾斜丝杆轴(8)、倾斜轴步进电机(10)、倾斜轴蜗轮蜗杆减速器(11)、倾斜平台(15)、下部支座(18)、底座(19)、安装在底座(19)上的滑动轨道(22)及可移动轴承座(23)；其结构是可移动轴承座(23)通过定位螺钉(24)调整在滑动轨道(22)内的位置，摆动支杆(17)上端通过上部支撑销轴(13)与固定在倾斜平台(15)上的固定支座(12)相铰接，摆动支杆(17)下端通过下部支撑销轴(13”)与可移动轴承座(23)相铰链，下部支座(18)的下部固定在底座(19)上，下部支座(18)的上部通过中部支撑销轴(13')与固定在倾斜平台(15)下面的下部轴承座(16)相铰接，安装在倾斜平台(15)上的倾斜轴步进电机(10)和倾斜轴蜗轮蜗杆减速器(11)带动倾斜丝杆轴(8)转动，倾斜丝杆轴(8)通过上下轴承座(9、9’)安装在倾斜平台(15)上，在倾斜平台(15)上面安装有对上部支撑平台(7)起限位作用的限位开关(14)，上部支撑平台(7)的下部通过穿通孔(28)与倾斜丝杆轴(8)固定连接，倾斜丝杆轴(8)的下端安装有编码器(25)，上部蜗轮蜗杆减速器(5)和上部步进电机(6)安装在上部支撑平台(7)上，光伏组件支架(3)固定在上部蜗轮蜗杆减速器(5)和上部步进电机(6)带动的上部丝杆轴(4)上，光伏组件(1)安装在光伏组件支架(3)上，在光伏组件(1)的四角处分别安装有第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2'、2”、2”')；本专利技术特征在于对上述结构的控制方法是：首先通过调节移动轴承座(23)在滑动轨道(22)内的位置确定摆动支杆(17)与地平面的夹角为θ＝φ，φ是当地维度，判断某一天是一年中的第n天，n为正整数，根据式(1)计算出太阳赤纬角δ，则光伏组件支架(3)与地面的倾角αs可由式(2)得到，式(2)中的正负号取春夏为正，秋冬为负，太阳方位角γs可由式(3)得到：αs＝θ±δ   (2)sinγs=cosδsinωcosαs---(3)]]>其中ω是太阳时角，中午12点为0°，上午为负，下午为正，每小时的时角为15°；由于地球围绕太阳的运行轨道是椭圆形轨道，因此真太阳时角ωz与太阳时角ω间存在误差。真太阳时角ωz可由式(4)、(5)、(6)计算得到，然后将式(3)中的太阳时角ω用真太阳时角ωz代替：E＝9.87sin 2B‑7.53cos B‑1.5sin B   (5)B=360(n-81)364---(6)]]>其中由式(7)得到时钟时间t，t＝12点时ω＝0，L为当地的经度，Ls为当地标准时间所在地的经度，由于我国位于东半球，所以式(4)中的正负号应取正号，则真太阳时间tz可由式(8)得到：t=(ω15)+12---(7)]]>tz=(ωz15)+12---(8)]]>每天的日出和日落的方位角可由式(9)得到，其中日出方位角ωsr＝‑ωs，日落方位角ωss＝ωs，则每天的日出日落时刻可由式(10)和(11)得到：ωs＝arccos(‑tanφtanδ)   (9)tsr=(ωsr15)+12---(10)]]>tss=(ωss15)+12---(11)]]>由于公式计算和结构运行都会存在误差，此外，结构在运行过程中可能会部分遮敝，因此，在光伏组件(1)上安装有第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2'、2”、2”')，在倾斜丝杆轴(8)上安装有编码器(25)，分别对第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2'、2”、2”')的电阻值R2、R2'、R2”、R2”'进行比较：如果，R2＝R2'＝R2”＝R2”'，则说明无极轴误差且光伏组件没有被部分遮蔽；如果R2≠R2'≠R2”≠R2”'，则说明光伏组件支架(3)与地面的倾角αs和结构的太阳方位角γs均有误差，首先通过上部蜗轮蜗杆减速器(5)和上部步进电机(6)调整光伏组件支架(3)与地面的倾角αs使得R2＝R2”、R2'＝R2”'，然后结合编码器(25)的角度信号S，通过倾斜轴步进电机(10)和倾斜轴蜗轮蜗杆减速器(11)调整结构的太阳方位角γs，使得R2＝R2'、R2”＝R2”'，即R2＝R2'＝R2”＝R2”'；如果R2≠R2”，但R2＝R2'和R2”＝R2”'，则说明光伏组件支架(3)与地面的倾角αs有误，判断R2与R2”的大小，使光伏组件支架(3)与地面的倾角αs向电阻值小的一侧运行，直到R2＝R...

【技术特征摘要】
1.一种极轴坐标系光伏发电双轴跟踪结构的控制方法，极轴坐标系光伏发电双轴跟踪结构包括有顶部安装的光伏组件(1)、第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2'、2”、2”')、光伏组件支架(3)、上部丝杆轴(4)、上部蜗轮蜗杆减速器(5)、上部步进电机(6)、上部支撑平台(7)、倾斜丝杆轴(8)、倾斜轴步进电机(10)、倾斜轴蜗轮蜗杆减速器(11)、倾斜平台(15)、下部支座(18)、底座(19)、安装在底座(19)上的滑动轨道(22)及可移动轴承座(23)；其结构是可移动轴承座(23)通过定位螺钉(24)调整在滑动轨道(22)内的位置，摆动支杆(17)上端通过上部支撑销轴(13)与固定在倾斜平台(15)上的固定支座(12)相铰接，摆动支杆(17)下端通过下部支撑销轴(13”)与可移动轴承座(23)相铰链，下部支座(18)的下部固定在底座(19)上，下部支座(18)的上部通过中部支撑销轴(13')与固定在倾斜平台(15)下面的下部轴承座(16)相铰接，安装在倾斜平台(15)上的倾斜轴步进电机(10)和倾斜轴蜗轮蜗杆减速器(11)带动倾斜丝杆轴(8)转动，倾斜丝杆轴(8)通过上下轴承座(9、9’)安装在倾斜平台(15)上，在倾斜平台(15)上面安装有对上部支撑平台(7)起限位作用的限位开关(14)，上部支撑平台(7)的下部通过穿通孔(28)与倾斜丝杆轴(8)固定连接，倾斜丝杆轴(8)的下端安装有编码器(25)，上部蜗轮蜗杆减速器(5)和上部步进电机(6)安装在上部支撑平台(7)上，光伏组件支架(3)固定在上部蜗轮蜗杆减速器(5)和上部步进电机(6)带动的上部丝杆轴(4)上，光伏组件(1)安装在光伏组件支架(3)上，在光伏组件(1)的四角处分别安装有第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2'、2”、2”')；其特征在于上述结构的控制方法是：首先通过调节可移动轴承座(23)在滑动轨道(22)内的位置确定摆动支杆(17)与地平面的夹角为θ＝φ，φ是当地维度，判断某一天是一年中的第n天，n为正整数，根据式(1)计算出太阳赤纬角δ，则光伏组件支架(3)与地面的倾角αs可由式(2)得到，式(2)中的正负号取春夏为正，秋冬为负，太阳方位角γs可由式(3)得到：αs＝θ±δ(2)其中ω是太阳时角，中午12点为0°，上午为负，下午为正，每小时的时角为15°；由于地球围绕太阳的运行轨道是椭圆形轨道，因此真太阳时角ωz与太阳时角ω间存在误差；真太阳时角ωz可由式(4)、(5)、(6)计算得到，然后将式(3)中的太阳时角ω用真太阳时角ωz代替：E＝9.87sin2B-7.53cosB-1.5sinB(5)其中由式(7)得到时钟时间t，t＝12点时ω＝0，L为当地的经度，Ls为当地标准时间所在地的经度，由于我国位于东半球，所以式(4)中的正负号应取正号，则真太阳时间tz可由式(8)得到：每天的日出和日落的方位角可由式(9)得到，其中日出方位角ωsr＝-ωs，日落方位角ωss＝ωs，则每天的日出日落时刻可由式(10)和(11)得到：ωs＝arccos(-tanφtanδ)(9)由于公式计算和结构运行都会存在误差，此外，结构在运行过程中可能会部分遮敝，因此，在光伏组件(1)上安装有第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2′、2″、2″′)，在倾斜丝杆轴(8)上安装有编码器(25)，分别对第一、第二、第三、第四光敏传感器(2、2′、2″、2″′)的电阻值R2、R2′、R2″、R2″′进行比较：如果，R2＝R2′＝R2″＝R2″′，则说...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘立群，刘春霞，孔屹刚，孙志毅，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14