本发明专利技术基于GPS和光感元件的单轴太阳自动跟踪控制系统，属于光伏技术领域，其结构包括：供电模块、控制元件、传感器元件和电机传动模块，其中传感器元件通过导线与控制元件的IO引脚连接，控制元件通过CAN总线连接至电机传动模块，控制元件通过USB通信传递信号至计算机，电机传动模块与聚光系统连接，单片机通过CAN总线向电机传动模块发出控制指令，驱使电机传动模块的转动，达到改变聚光装置偏向角度的目的；本发明专利技术无需人工再进行调整校正，且利用GPS获得精确的时间及地理位置数据，可准确地计算出太阳方位并进行跟踪，跟踪角度误差保持在0.5度以下；同时采用光感反馈信号，提高跟踪精度，且具有大风保护功能，能够适应西部地区的恶劣条件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种光伏跟踪控制系统，尤其涉及一种基于GPS和光感元件的单轴太阳自动跟踪控制系统。
技术介绍
国内外现有的太阳自动跟踪装置可以分为机械系统和电控系统两大类。机械系统包括压差式跟踪器和控放式跟踪器，压差式利用密闭容器两侧受光面不同导致内容液体温度不均从而产生压差对装置朝向进行调整，控放式则利用偏重力带动跟踪器缓慢匀速转动，这些机械跟踪系统结构较为简单，但是跟踪精度很低，且存在较大积累误差。电控系统包括匀速跟踪方式、角度计算跟踪方式和光感反馈跟踪方式，匀速跟踪方式利用时钟芯片获取时间信息，到了一定时间后驱动电机匀速转动，这种方式跟踪精度也不高，且时钟芯片存在累积误差，需要频繁校正，角度计算跟踪方式多应用于光伏电池板双轴跟踪器，计算出太阳的高度角和方位角之后分别在两个方位上对太阳进行追踪，双轴跟踪器构造比较复杂，且需要两台电机驱动，也不适用于槽式结构的较大型聚光系统，光感反馈跟踪则是利用光敏元件在不同光照条件下电阻不同的原理对光线入射角度进行调整，由于光感需要光强达到一定程度才有效因此使用时受到天气条件的影响较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种基于GPS和光感元件的单轴太阳自动跟踪控制系统；通过新开发的单轴太阳混合自动跟踪算法，以单片机为控制单元实现了单轴槽式聚光系统的太阳自动跟踪，无需人工再进行调整校正，且适用于单轴槽式聚光系统；且利用GPS获得精确的时间及地理位置数据，可准确地计算出太阳方位并进行跟踪，跟踪角度误差保持在0.5度以下；同时采用光感反馈信号在光照条件较好的情况下可进一步提高跟踪精度，且具有大风保护功能，避免镜面受到破坏，能够适应户外尤其是西部地区的恶劣条件，具有良好的实用性，提高光电转化效率。本专利技术是通过以下的技术方案来实现的: 基于GPS和光感元件的单轴太阳自动跟踪控制系统，其结构包括:供电模块、控制元件、传感器元件和电机传动模块，其中传感器元件通过导线与控制元件的1引脚连接，控制元件通过CAN总线连接至电机传动模块，控制元件通过USB通信传递信号至计算机，电机传动模块与聚光系统连接，单片机通过CAN总线向电机传动模块发出控制指令，驱使电机传动模块的转动，达到改变聚光装置偏向角度的目的，最终实现太阳的自动跟踪。优选的，所述的供电模块，其结构包括空气开关，插线板，24V、100W供电电源；其中24V、100W供电电源为传感器、控制元件和驱动电机供电，插线板设置有扩展供电连接口，空气开关用于检修时关闭电源。优选的，所述的控制元件核心为STM32F103ZET6控制器，用于处理各传感器信号，并根据设计算法输出控制信号驱动无刷直流电机，实现跟踪系统的机械传动。优选的，所述的传感器元件，其结构包括GPS-MN3801A模块、光照传感器及光敏二极管、温度传感器、风速传感器、角度位移传感器；其中GPS-MN3801A模块连接至STM32F103ZET6控制器，光照传感器及光敏二极管、温度传感器、风速传感器、角度位移传感器分别连接至AD采样信号调理电路，AD采样信号调理电路连接至STM32F103ZET6控制器。进一步的，所述的GPS-MN3801A模块用于接收GPS卫星信号，获得算法所需精确时间及地理位置信息。进一步的，所述的光照传感器及光敏二极管用于检测光线偏差角度，反馈信号给控制器进行微调。进一步的，所述的风速传感器用于检测实时风速，反馈信号至STM32F103ZET6控制器，从而判断风速的大小。优选的，所述的电机传动模块，其由伺服电机驱动器，伺服电机，齿轮箱、回转器，太阳聚光板机械传动轴构成，其中太阳聚光板机械传动轴连接至角度位移传感器，齿轮箱、回转器连接至太阳聚光板机械转动轴，且回转器连接至伺服电机，伺服电机通过CAN总线连接至单片机。进一步的，所述的回转器，其设置有内回转装置和外回转装置，外回转装置套接于太阳聚光板机械转动轴上，内回转装置与伺服电机连接。本专利技术基于GPS和光感元件的单轴太阳自动跟踪控制系统，其工作流程为:打开空气开关通电后，控制元件开始工作，GPS-MN3801A模块输出所在地区的经度、玮度和时间日期信息信号至STM32F103ZET6控制器，STM32F103ZET6控制器经过算法处理之后确定太阳方位及跟踪角度，并从光照传感器及光敏二极管处获得光偏差信号，再对跟踪角度进行微调，进而判断所需跟踪动作，经过计算之后输出控制信号至电机传动模块，驱动电机转动，电机转动时带动回转器的转动，从而带动太阳聚光板机械传动轴一起旋转，达到聚光系统的偏向角度的变化，完成跟踪动作；当转动至偏向角的东西极限位置处时停止跟踪；在此过程中风速传感器不断采集实时风速并反馈给控制器，如果风速大于设定阈值时，STM32F103ZET6控制器发出保护动作控制信号，驱使电机转动将整个系统带动至安全位置。由于采用了以上技术，本专利技术较现有技术或产品相比，具有的有益效果如下: O由于采用了 GPS元件和光照传感器元件、单轴太阳混合自动跟踪算法，以单片机为控制单元实现了单轴槽式聚光系统的太阳自动跟踪，全部处理工作由单片机完成，无需人工再进行调整校正，且适用于单轴槽式聚光系统。2)由于利用GPS获得精确的时间及地理位置数据，可准确地计算出太阳方位并进行跟踪，跟踪误差保持在0.5度以下。3)同时采用光感反馈信号在光照条件较好的情况下可进一步提高跟踪精度，因此具有良好的跟踪准确性，能够使聚光镜面时刻对准太阳所在的方位，这对于提高整体聚光系统的发电效率具有重要意义。4)本系统具有大风保护功能，在风力过大的情况下能够自动应对，避免镜面受到破坏，能够适应户外尤其是西部地区的恶劣条件，具有良好的实用性。【附图说明】图1、为本专利技术的结构框图。图2、为本专利技术的控制元件及供电模块的结构图。图3、为本专利技术的太阳聚光板机械传动轴结构示意图。其中:图2中:①-空气开关；②-插线板；③-24V、100W供电电源；④-STM32F103ZET6控制器-GPS-MN3801A模块-光照传感器及风速传感器?’⑦-伺服电机及回转器。图3中:1-太阳聚光板机械传动轴；2_回转器；3_伺服电机；4_CAN总线。【具体实施方式】下面结合附图及实施例对本专利技术的结构及工作流程做进一步说明: 如图1?2所示，基于GPS和光感元件的单轴太阳自动跟踪控制系统，其结构包括:供电模块、控制元件、传感器元件和电机传动模块，其中传感器元件通过导线与控制元件的1引脚连接，控制元件通过CAN总线连接至电机传动模块，控制元件通过USB通信传递信号至计算机，电机传动模块与聚光系统连接，单片机通过CAN总线向电机传动模块发出控制指令，驱使电机传动模块的转动，达到改变聚光装置偏向角度的目的，最终实现太阳的自动跟足示O优选的，所述的供电模块，其结构包括空气开关，插线板，24V、100W供电电源；其中24V、100W供电电源为传感器、控制元件和驱动电机供电，插线板设置有扩展供电连接口，空气开关用于检修时关闭电源。优选的，所述的控制元件核心为STM32F103ZET6控制器，用于处理各传感器信号，并根据设计算法输出控制信号驱动无刷直流电机，实现跟踪系统的机械传动。优选的，所述的传感器当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于GPS和光感元件的单轴太阳自动跟踪控制系统，其结构包括：供电模块、控制元件、传感器元件和电机传动模块，其特征在于：其中传感器元件通过导线与控制元件的IO引脚连接，控制元件通过CAN总线连接至电机传动模块，控制元件通过USB通信传递信号至计算机，电机传动模块与聚光系统连接，单片机通过CAN总线向电机传动模块发出控制指令，驱使电机传动模块的转动，达到改变聚光装置偏向角度的目的，最终实现太阳的自动跟踪。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈国良，张丽莹，李达菲，王昌灵，
申请(专利权)人：上海太阳能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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