一种分布感测光伏板追日系统技术方案

本发明专利技术属于传感器技术领域，涉及一种分布感测光伏板追日系统，包括至少三个独立设置的球形传感器、矢量拟合器、至少一个光伏板以及方向调节器；其中，矢量拟合器根据球形传感器输出的光线入射矢量以及球形传感器位置关系，获得光伏板的高度角，根据光伏板的高度角获得光伏板的方位角；方向调节器根据方位角以及高度角控制光伏板的方向。根据本发明专利技术实施例的分布感测光伏板追日系统可实现实时、准确、完整的太阳位置跟踪，解决了现有传感器精度不足、存在捕光死角的缺陷，同时，极大地减少了传感器的使用数量，降低光伏板的调解频率及超调问题，降低建造、维修成本。

A Distributed Sensing Photovoltaic Tracking System

The invention belongs to the field of sensor technology, and relates to a distributed photovoltaic panel tracking system, which comprises at least three spherical sensors, a vector fitter, at least one photovoltaic panel and a direction regulator, in which the vector fitter obtains the height angle of the photovoltaic panel according to the light incidence vector output by the spherical sensor and the position relationship of the spherical sensor. The azimuth angle of the photovoltaic panel can be obtained by the height angle of the photovoltaic panel, and the direction regulator controls the direction of the photovoltaic panel according to the azimuth angle and the height angle. According to the embodiment of the present invention, the distributed sensing photovoltaic board tracking system can realize real-time, accurate and complete solar position tracking, solve the shortcomings of inaccuracy of existing sensors and dead angle of light capture, at the same time, greatly reduce the number of sensors used, reduce the mediation frequency and overshoot of photovoltaic board, and reduce the cost of construction and maintenance.

【技术实现步骤摘要】
一种分布感测光伏板追日系统
本专利技术属于传感器
，涉及一种分布感测光伏板追日系统。
技术介绍
太阳能是目前受到重视的绿色能源,各种太阳能收集技术和设备越来越多地被投入使用,同时也出现了各种追日装置,通过跟踪太阳使接收器的接收效率大大提高，进而提高了太阳能装置的太阳能利用率，在太阳光追踪技术中通常都会采用传感器来感测太阳光。目前，现有的传感器感测系统中，大部分采用单板追踪的方式，即每个光伏板上均会安装传感器，通过在传感器四周固定了由感光材料制作成的检测器件，通过检测器件的变化可以获得光线变化的信息,传感器固定于太阳光接收装置上并及时传输给数据处理器，从而获得追日系统误差信息,配合适当的控制器使太阳能接收设备跟随太阳运动。一方面，传感器毕竟只是光伏发电系统组成部分中一个小的感测单元，而现有感测系统会因为光伏板数量增加而使用更多的传感器，变得过于复杂、数量多、占空间。同时在分布式光伏发电厂中会出现制造组装麻烦、成本高等问题，在地理位置不太平整处更是组装困难和不易于后期维护。另一方面，现有传感器的捕光范围受到限制，存在捕光死角，分布于传感器四周的检测器件在接收感测光时使检测数据存在差异，同时不能得出准确的光线方向及直射点，使得输出准确度不够。如何通过设计结构简单、能够实现同步追踪的传感器组成不占空间、容易组装的感测系统，使其具有无死角、精度高的精准感测功能，使太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的接收装置，显著提高发电效率，同时降低追日系统的成本和维护难度，成为急需解决的技术问题。
技术实现思路
为了现有技术的不足，本专利技术提出一种分布感测光伏板追日系统。根据本专利技术的一方面，根据本专利技术实施例的一种分布感测光伏板追日系统，包括至少三个独立设置的球形传感器、矢量拟合器、至少一个光伏板以及方向调节器；其中，矢量拟合器根据球形传感器输出的光线入射矢量以及球形传感器位置关系，获得光伏板的高度角，根据光伏板的高度角获得光伏板的方位角；方向调节器根据方位角以及高度角控制光伏板(以下也可称作“太阳能发电板”)的方向。根据本专利技术的示例性实施例，球形传感器包括内球体、均匀分布在内球体表面的多个光学传感器、选择器、面拟合器以及光线入射矢量生成器；其中，选择器根据光学传感器的检测值选择光学传感器，面拟合器根据选择器选择的光学传感器拟合与光线入射矢量垂直的面，光线入射矢量生成器根据面拟合器的输出生成光线入射矢量。根据本专利技术的示例性实施例，内球体外侧设有透明保护罩。根据本专利技术的示例性实施例，所述光学传感器为光敏电阻。根据本专利技术的示例性实施例，所述选择器为CD4051选择器。根据本专利技术的示例性实施例，球形传感器还包括球体支撑柱、主控盒以及固定底座，其中，球体支撑柱设置在内球体下方，主控盒设置在球体支撑柱下方，固定底座设置在主控盒的周围。根据本专利技术的示例性实施例，方向调节器为减速电机。根据本专利技术的示例性实施例，当高度角h’＞α时,方位角A′＞max{β1，β2}或A′＜min{β1，β2}时，方向调节器根据方位角以及高度角控制光伏板的方向，其中，α为相对高度角，β1、β2为相对方位角。根据本专利技术实施例的分布感测光伏板追日系统的有益效果如下：本实用球型追日传感器采用带深度的内嵌全覆盖光敏电阻方式对全方位的太阳光进行捕捉，实现光源信号来源的全面以及光源信号的实时更新处理，有效地解决了传统传感器在捕光角度和捕光精度所存在的有死角和不准确的缺陷。将感测器件设置在分布感测系统(例如，三角分布感测系统)后，可全覆盖全方位地传输准确的光源信息至接收装置，与传统方式相比，极大的降低了传感器使用数量，方便地以后监察和维护，提升对传感器元器件的保护，尤其是能够大大降低传感器组装难度及其感测系统的成本。通过输出传感器得出的光线的直射方向至减速电机控制光伏板的方向，有效避免现有传感器的PID控制中，利用输出信号调节光伏板的反馈调节系统造成的光伏板调节变得繁琐的问题，同时克服容易出现的超调问题，显著减少光伏板的调节频率及其次数。附图说明图1为本专利技术实施例的一种分布感测光伏板追日系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例的一种球形传感器的结构示意图；图3为本专利技术实施例的一种球形传感器的剖面示意图；图4为本专利技术实施例的一种在安装太阳能发电系统的区域内建立空间直角坐标系；图5为本专利技术实施例的延x轴变化时的数学模型；图6为本专利技术实施例的延y轴变化时的数学模型；图7为本专利技术实施例的延z轴变化时的数学模型；图8为根据本专利技术实施例的楼宇遮挡关系示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。图1给出了根据本专利技术实施例的一种分布感测光伏板追日系统的结构示例。如图1所示，该分布感测光伏板追日系统包括：3个独立设置的球形传感器1、矢量拟合器、多个光伏板3以及方向调节器2。利用3个或更多球形传感器将利用所述球形传感器置于待追踪光伏板阵列边(即将球形传感器设置在光伏板阵列周边)，3个球形传感器同时获取传感器自身相对太阳光的方向矢量，通过通信端子将方向矢量传输至整个跟踪系统的主控制器MCU。本实施例中，矢量拟合器的功能可由主控制器MCU实现。主控制器MCU根据球形传感器的位置关系，以及球形传感器相对于太阳光的方向矢量，确定每个光伏板的方位角以及高度角，并据此调节每个光伏板。如图4所示，在安装太阳能发电系统的区域内建立空间直角坐标系。为方便起见，使x轴指向正南方向，y轴指向正东方向，z轴垂直于区域平面。需要说明的是，在本专利技术的其它实施例中，x轴、y轴和z轴可做其它定义。由此，每一块太阳能发电板以及三个球形追日传感器的坐标便已知。假设O1为一个球形追日传感器的中心，其坐标为(x1，y1，z1)。以O1点为原点，建立与xyzO平行的空间直角坐标系x’y’z’O1。由球形传感器的功能特性，可知光强最大的光线的方向，用其方位角A和太阳高度角h确定。下面讨论分别沿x，y，z轴变化时光强最强的光线的方位角和高度角的变化。x轴变化时，建立如图5所示的数学模型。假设从O1开始沿x轴变化的距离是Δx，设为点B。设光源为C，CA垂直于平面x’O1y’，垂足为A。设∠AO1y’为方位角Ax1，CO1与平面x’O1y’所成的角为高度角，CB与平面x’O1y’所成的角为hx2，AB与y’轴所成的角度为Ax2，设CA的长度为d。以上条件可表示为：∠CO1B＝c∠ΔAO1D＝Ax1∠ABC＝yO1B＝ΔxCA＝d，对ΔAO1B和ΔCO1B分别写余弦定理：其中d和hx2为未知量，由以上两个方程带入数值可以解出其值。然后，在ΔABO1运用正弦定理以及三角形的角度关系，求出方位角Ax2。沿y轴变化时，建立如图6所示的数学模型。假设从O1开始沿y轴变化的距离是Δy，设为点B。设光源为C，CA垂直于平面x’O1y’，垂足为A。设∠AO1y’为方位角Ax1，CO’与平面x’o1y’所成的角为高度为hy2，CB与平面x’o1y’所成的角为hy2，AB与y’轴所成的角度为Ay2，设CA的长度为d。以上条件可表示为：∠AO1C＝hy1，∠CBA＝hy2，O1B＝Δy，CA＝d，对ΔAO1B和ΔCO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布感测光伏板追日系统，其特征在于，所述追日系统包括至少三个独立设置的球形传感器、矢量拟合器、至少一个光伏板以及方向调节器；其中，矢量拟合器根据球形传感器输出的光线入射矢量以及球形传感器位置关系，获得光伏板的高度角，根据光伏板的高度角获得光伏板的方位角；方向调节器根据方位角以及高度角控制光伏板的方向。

【技术特征摘要】
1.一种分布感测光伏板追日系统，其特征在于，所述追日系统包括至少三个独立设置的球形传感器、矢量拟合器、至少一个光伏板以及方向调节器；其中，矢量拟合器根据球形传感器输出的光线入射矢量以及球形传感器位置关系，获得光伏板的高度角，根据光伏板的高度角获得光伏板的方位角；方向调节器根据方位角以及高度角控制光伏板的方向。2.根据权利要求1所述的分布感测光伏板追日系统，其特征在于，球形传感器包括内球体、均匀分布在内球体表面的多个光学传感器、选择器、面拟合器以及光线入射矢量生成器；其中，选择器根据光学传感器的检测值选择光学传感器，面拟合器根据选择器选择的光学传感器拟合与光线入射矢量垂直的面，光线入射矢量生成器根据面拟合器的输出生成光线入射矢量。3.根据权利要求2所述的分布感测光伏板追日系统，其特征在于，内球体外侧设...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯邦苧，郑红梅，李飞，滕娴，项恩耀，张煜杰，桑田，莫宇昊，田杰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34