一种太阳能装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种太阳能装置及其控制方法，涉及太阳能发电技术领域，该装置包括太阳能电池板、太阳方位跟踪装置、太阳高度跟踪装置和固定支架，太阳方位跟踪装置通过旋转轴承安装在所述固定支架上、能够基于太阳的方位角通过整体旋转调整太阳能电池板的倾斜角度，太阳高度跟踪装置固定在所述太阳方位跟踪装置上、能够基于太阳的高度角调整太阳能电池板的俯仰角度。本发明专利技术提供的太阳能装置能够高精度的跟踪太阳方位，同时，采用模块化的传动结构，便于太阳能电池板的扩充，即使在太阳能电池板数量较多的情况下，仍然能够只使用2台电机实现各个太阳能电池板高度一致性的运动，实现最大的太阳能利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能装置及其控制方法
本专利技术属于无线太阳能发电
，尤其涉及一种太阳能装置及其控制方法。
技术介绍
光伏发电系统主要功能是将太阳能辐射能转换成电能。太阳跟踪装置是提高光伏发电系统效能的太阳光强方位跟踪部件，作用是使太阳能光伏电池板始终垂直向阳，让太阳能电池板获取最大的太阳辐射能。光伏发电系统采用向阳跟踪装置能提供更多的电能，然而目前我国只有少数光伏发电系统采用了向阳跟踪装置，以实施的装置存在结构复杂、实施困难，跟踪精度不高等缺点，以至于还不能普遍采用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种太阳能装置及其控制方法，该装置能够高精度的跟踪太阳方位，采用模块化的传动结构，便于太阳能电池板的扩充，即使在太阳能电池板数量较多的情况下，仍然能够只使用2台电机实现各个太阳能电池板高度一致性的运动，实现最大的太阳能利用效率。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太阳能装置，包括太阳能电池板、太阳方位跟踪装置、太阳高度跟踪装置和固定支架，其中：太阳方位跟踪装置通过旋转轴承安装在固定支架上，太阳方位跟踪装置基于太阳光的方位角，通过整体旋转调整太阳能电池板的倾斜角度，其中：所述太阳方位跟踪装置包括方位转轴、方位转动齿轮、方位传动齿轮、方位电机，方位转动齿轮与方位转轴同心固连、方位传动齿轮与方位转动齿轮啮合传动，方位电机对方位传动齿轮进行驱动；太阳高度跟踪装置固定在太阳方位跟踪装置上，基于太阳的高度角调整太阳能电池板的俯仰角度，其中：太阳高度跟踪装置包括连接太阳能电池板的高度转轴、轴承支架、高度转动涡轮、高度转动蜗杆、高度转动齿轮、高度传动齿轮、高度电机，轴承支架用于支撑高度转轴，高度转动涡轮与高度转轴同心固连，高度转动蜗杆与高度转动涡轮啮合传动，高度转动齿轮与高度转动蜗杆同心固连，高度传动齿轮与高度转动齿轮啮合传动，高度电机对高度传动齿轮进行驱动；方位转轴的中心设置有传动腔，高度转动蜗杆和高度转动齿轮均设置在传动腔内，方位转轴的一侧开设用于外露高度转动涡轮的涡轮开口，方位转轴的另一侧开设用于高度转动齿轮的传动开口。按上述技术方案，还包括用于控制方位电机、高度电机工作的控制箱，控制箱包括外接天线、四象限光电探测器、第一驱动器、第二驱动器、控制器、以及与控制器连接的GPS模块和电压调理电路，其中：外接天线连接GPS模块的输入端，GPS模块的输出端连接所述控制器的串口；四象限光电探测器连接电压调理电路的输入端，电压调理电路的输出端连接控制器的ADC端口；控制器通过DAC端口连接电压调理电路、控制增益放大器的放大倍数；控制器的IO端口通过驱动电路分别连接第一驱动器和第二驱动器的输入端，第一驱动器的输出端连接方位电机，第二驱动器的输出端连接高度电机。按上述技术方案，所述四象限光电探测器安装在太阳能电池板上、且包括圆柱壳体和用于安装圆柱壳体的底板，圆柱壳体的顶部设置有透光孔，所述底板正对透光孔的区域安装有1个中心四象限光电池和4个普通光电池，所述4个普通光电池对称围绕所述中心四象限光电池排列，所述中心四象限光电池和普通光电池的输入信号分别连接所述电压调理电路。按上述技术方案，太阳高度跟踪装置还包括联轴器、支撑轴承和防尘盖，所述联轴器用于固定连接两个相邻的太阳高度跟踪装置，支撑轴承用于安装高度转动蜗杆，防尘盖的两侧开设有U型槽，通过U型槽将防尘盖扣设在太阳高度跟踪装置的上侧。按上述技术方案，方位转轴的两端分别设有连接法兰，所述连接法兰用于固定连接两个相邻的太阳方位跟踪装置。按上述技术方案，四象限光电探测器的底板与太阳能电池板之间通过多个螺栓、高度调节弹簧连接，所述螺栓依次穿过底板、高度调节弹簧和太阳能电池板。按上述技术方案，还包括与控制器连接的位置传感器，所述位置传感器包括圆形薄片永磁体和磁传感器，圆形薄片永磁体贴设在方位电机、高度电机的转轴上，磁传感器安装在与圆形薄片永磁体相距4-5cm的位置，磁传感器通过差分编码接口连接控制器。本专利技术还提供一种太阳能装置控制方法，包括如下步骤：a1)控制器从GPS模块读取GPS数据，识别当前位置的经纬度和时间信息；a2)控制器以当前位置原点建立地平坐标系，通过视日轨道追踪算法计算此时太阳相对太阳能电池板的高度角和方位角；a3)控制器基于上一时刻计算出太阳的高度角和方位角、以及a2)中计算出的此时太阳的高度角和方位角，得出太阳高度角和方位角变化值，计算得出方位电机和高度电机相对于上一时刻位置需要转动的步数；a4)根据a3)计算出的第一转动步数，控制器驱动方位电机、高度电机初步旋转；a5)控制器获取安装在太阳能电池板上四象限光电探测器的位置反馈信息，根据聚焦光斑是否落在四象限中心坐标原点，判断太阳能电池板是否达到预设最佳位置；a6)控制器确定聚焦光斑落在四象限中心坐标原点，等待预设时间后，执行步骤a1)；a7)控制器确定聚焦光斑没有落在四象限中心坐标原点；a8)控制器根据四象限光电探测器4个引脚输出电流的数值计算位置误差；a9)将步骤a8)中计算出的位置误差转化成控制器的控制脉冲数并经过PID控制，得出第二转动步数，控制器第二次驱动方位电机、高度电机旋转，实现太阳方位的高精度跟踪；a10)执行步骤a5)。按上述技术方案，所述视日轨道追踪算法通过公式sinα＝sinθ·sinδ+cosθ·cosδ·cosω计算太阳的高度角，其中，α为当前太阳高度角，θ为当前的纬度信息，δ为当前太阳赤纬角，ω为采集时刻的太阳时角；所述太阳赤纬角δ通过公式δ＝23.45·sin[360·(284+n)/365]计算，其中n为一年中从元旦日算起的天数。按上述技术方案，所述视日轨道追踪算法通过公式sinγ＝cosδ·sinω/cosα计算太阳的方位角，其中，γ为当前太阳方位角，δ为当前太阳赤纬角，ω为采集时刻的太阳时角，α为当前太阳高度角。本专利技术产生的有益效果是：首先，该控制方法采用GPS结合视日轨道追踪法计算太阳相对于追踪器的高度角和方位角，能够快速、准确的定位太阳位置。其次，采用PID闭环控制方式，采用“先开环粗调，后闭环精调”的方式保证系统的精度，能够有效满足技术和经济等各方面要求，闭环位置反馈器件选择特制的四象限光电探测器。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术一种太阳能装置的俯视结构示意图；图2为本专利技术一种太阳能装置的主视结构示意图；图3为本专利技术一种太阳能装置的太阳方位跟踪装置运行示意图；图4为本专利技术一种太阳能装置的太阳高度跟踪装置结构示意图；图5为本专利技术一种太阳能装置的连接法兰安装结构示意图；图6本专利技术一种太阳能装置的方位转轴的顶部结构示意图；图7本专利技术一种太阳能装置的方位转轴的底部结构示意图；图8本专利技术一种太阳能装置的联轴器安装结构示意图；图9本专利技术一种太阳能装置的轴承底座结构示意图；图10为本专利技术一种太阳能装置的防尘盖结构示意图；图11为本专利技术一种太阳能装置的控制箱安装结构示意图；图12为本专利技术一种太阳能装置的控制电路结构示意图；图13为本专利技术一种太阳能装置的光电探测器安装位置示意图；图14为本专利技术一种太阳能装置的光电探测器结构示意图；图15为本专利技术一种太阳能装置的光电探测器透光孔结构示意图；图16为本专利技术一种太阳能装置的光电探测器内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能装置，其特征在于，包括太阳能电池板、太阳方位跟踪装置、太阳高度跟踪装置和固定支架，其中：太阳方位跟踪装置通过旋转轴承安装在固定支架上，太阳方位跟踪装置基于太阳光的方位角，通过整体旋转调整太阳能电池板的倾斜角度，其中：所述太阳方位跟踪装置包括方位转轴、方位转动齿轮、方位传动齿轮、方位电机，方位转动齿轮与方位转轴同心固连、方位传动齿轮与方位转动齿轮啮合传动，方位电机对方位传动齿轮进行驱动；太阳高度跟踪装置固定在太阳方位跟踪装置上，基于太阳的高度角调整太阳能电池板的俯仰角度，其中：太阳高度跟踪装置包括连接太阳能电池板的高度转轴、轴承支架、高度转动涡轮、高度转动蜗杆、高度转动齿轮、高度传动齿轮、高度电机，轴承支架用于支撑高度转轴，高度转动涡轮与高度转轴同心固连，高度转动蜗杆与高度转动涡轮啮合传动，高度转动齿轮与高度转动蜗杆同心固连，高度传动齿轮与高度转动齿轮啮合传动，高度电机对高度传动齿轮进行驱动；方位转轴的中心设置有传动腔，高度转动蜗杆和高度转动齿轮均设置在传动腔内，方位转轴的一侧开设用于外露高度转动涡轮的涡轮开口，方位转轴的另一侧开设用于高度转动齿轮的传动开口。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能装置，其特征在于，包括太阳能电池板、太阳方位跟踪装置、太阳高度跟踪装置和固定支架，其中：太阳方位跟踪装置通过旋转轴承安装在固定支架上，太阳方位跟踪装置基于太阳光的方位角，通过整体旋转调整太阳能电池板的倾斜角度，其中：所述太阳方位跟踪装置包括方位转轴、方位转动齿轮、方位传动齿轮、方位电机，方位转动齿轮与方位转轴同心固连、方位传动齿轮与方位转动齿轮啮合传动，方位电机对方位传动齿轮进行驱动；太阳高度跟踪装置固定在太阳方位跟踪装置上，基于太阳的高度角调整太阳能电池板的俯仰角度，其中：太阳高度跟踪装置包括连接太阳能电池板的高度转轴、轴承支架、高度转动涡轮、高度转动蜗杆、高度转动齿轮、高度传动齿轮、高度电机，轴承支架用于支撑高度转轴，高度转动涡轮与高度转轴同心固连，高度转动蜗杆与高度转动涡轮啮合传动，高度转动齿轮与高度转动蜗杆同心固连，高度传动齿轮与高度转动齿轮啮合传动，高度电机对高度传动齿轮进行驱动；方位转轴的中心设置有传动腔，高度转动蜗杆和高度转动齿轮均设置在传动腔内，方位转轴的一侧开设用于外露高度转动涡轮的涡轮开口，方位转轴的另一侧开设用于高度转动齿轮的传动开口。2.根据权利要求1所述的太阳能装置，其特征在于，还包括用于控制方位电机、高度电机工作的控制箱，控制箱包括外接天线、四象限光电探测器、第一驱动器、第二驱动器、控制器、以及与控制器连接的GPS模块和电压调理电路，其中：外接天线连接GPS模块的输入端，GPS模块的输出端连接所述控制器的串口；四象限光电探测器连接电压调理电路的输入端，电压调理电路的输出端连接控制器的ADC端口；控制器通过DAC端口连接电压调理电路、控制增益放大器的放大倍数；控制器的IO端口通过驱动电路分别连接第一驱动器和第二驱动器的输入端，第一驱动器的输出端连接方位电机，第二驱动器的输出端连接高度电机。3.根据权利要求2所述的太阳能装置，其特征在于，所述四象限光电探测器安装在太阳能电池板上、且包括圆柱壳体和用于安装圆柱壳体的底板，圆柱壳体的顶部设置有透光孔，所述底板正对透光孔的区域安装有1个中心四象限光电池和4个普通光电池，所述4个普通光电池对称围绕所述中心四象限光电池排列，所述中心四象限光电池和普通光电池的输入信号分别连接所述电压调理电路。4.根据权利要求1或2所述的太阳能装置，其特征在于，太阳高度跟踪装置还包括联轴器、支撑轴承和防尘盖，所述联轴器用于固定连接两个相邻的太阳高度跟踪装置，支撑轴承用于安装高度转动蜗杆，防尘盖的两侧开设有U型槽，通过U型槽将防尘盖扣设在太阳高度跟踪装置的上侧。5.根据权利要求1或2所述的太阳能装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，刘华宜，余建华，吴萍，
申请(专利权)人：国家电网公司，武汉电力职业技术学院，
类型：发明
国别省市：北京,11