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一种太阳能光跟踪装置及控制方法制造方法及图纸

技术编号:28059216 阅读:18 留言:0更新日期:2021-04-14 13:34
一种太阳能光跟踪装置及控制方法,属于精密仪表测量技术领域。由球面光电探测器阵列、程控放大器、发送端控制装置、人机交互装置、无线透传模块、接收端控制装置和太阳能电池板组成,该装置能够在不同天气条件下都能正常工作。光电探测器阵列接收到太阳光后产生电压信号,将产生的电压信号逐一输入到程控放大器进行放大;放大的电压信号再输入到发送端控制装置MCU中的ADC模块转变为数字信号,由MCU选取出电压信号幅值最大的光电探测器,然后将该光电探测器的角度信息通过无线透传模块发送到接收端控制装置,控制多组X轴舵机和Y轴舵机转动使与X轴舵机和Y轴舵机间固定安装的太阳能电池板准确面向太阳光。电池板准确面向太阳光。电池板准确面向太阳光。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能光跟踪装置及控制方法


[0001]本专利技术属于精密仪表测量
,具体涉及一种太阳能光跟踪装置及控制方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展和时代的进步,各种新技术的能量消耗越来越高。石油、煤炭、天然气等矿物能源主要来自动物化石,因其储量有限,所以终将被耗尽。因此,开发一种新型能源并利用其能量是迫在眉睫的。而矿物能源在燃烧时会产生大量的有毒物质,需要花费大量资源来消除这些有毒物质的影响,并且矿物燃料在燃烧过程中同样会产生大量的二氧化碳,从而引起全球气温上升,导致温室效应,破坏生态平衡,因此各种绿色能源的优越性也体现了出来。在众多的绿色能源当中,太阳能因其分布广泛、环境友好、储量巨大的特点被人们认为是新能源领域优秀的发展议题,但同时太阳能也有分布不均、昼夜交替间断性强等缺点,这些问题阻碍人们持续稳定的利用太阳能。太阳能的利用是机遇与挑战并存的,这些机遇与挑战吸引着一代又一代的科学家们投入到太阳能发电技术的研究当中。太阳能发电装置有很多种,其中,太阳能光跟踪装置作为一款太阳能发电装置,已经成为了现代能源产业的重要支柱。
[0003]2008年发表在可再生能源(第26卷第2期)的“光伏发电系统多方位检测与跟踪技术”一文中提出的N路多方位检测法是将N个光电探测器均匀地放置在一个半圆弧上,当太阳光入射时,控制装置通过探测各个光电探测器产生的电压信号幅值来找出当前时刻电压最强的光电探测器,并通过X轴舵机、Y轴舵机驱动太阳能电池板向该电压最强的光电探测器的方向旋转,完成整个驱动流程,实现太阳能发电效率最大化。
[0004]但是该文所述传统N路多方位检测法太阳能跟踪装置的控制装置与驱动装置并未分离,无法实现一路控制装置控制多路驱动装置;结构复杂,模块化程度低,驱动装置复杂,无法实现小型化、模块化,不便于实现各种功能与维护。

技术实现思路

[0005]针对现有太阳能探测装置中存在控制与驱动装置无法分离、模块化程度低等问题,本专利技术提供了一种驱动装置与控制装置分离的太阳能光跟踪装置,由球面光电探测器阵列、程控放大器、发送端控制装置、人机交互装置、无线透传模块、接收端控制装置和太阳能电池板组成。本专利技术也提供了一种太阳能光跟踪装置的控制方法,可以使本专利技术所述的太阳能光跟踪装置在不同天气条件下都能正常工作。
[0006]如图2所示,球面光电探测器阵列由一对一连接的光电探测器阵列和光电探测器模拟开关模块组成,图2的原理图展示了7个模拟开关与7个光电探测器的连接方式,实际上本系统共需49个光电探测器,因此需要49个模拟开关。本专利技术所述的太阳能光跟踪装置中所有的模拟开关模块的工作原理和连接关系全部相同,一个模拟开关模块内含8个开关,可控制8条光电探测器回路的通断,故控制49个光电探测器实际共需要7个模拟开关模块,全
部的光电探测器的所有负极均与地线相连,每一个光电探测器的正极分别连接至对应的模拟开关模块的INOUT引脚,所有的模拟开关模块的OUTIN引脚全部连接到一起作为球面光电探测器的输出端,经电阻R14后连接至一级放大电路的同相输入端(引脚3)。
[0007]程控放大器由一级放大电路、仪表放大器放大电路和减法电路组成。如图3所示,一级放大电路由运算放大器U6、电容(C10、C11、C14、C15)与电阻(R14、R15、R16)构成;其中,电容值104=10*104pF=0.1μF,图3一级放大电路的运算放大器U6输出端(引脚6)与图4中仪表放大器放大电路的仪表放大器U5的同相输入端(引脚4)相连,电阻R14串联接在球面光电探测器输出端和运算放大器U6的同向输入端(引脚3)之间用作匹配阻抗;电阻R15的一端与运算放大器输出端(引脚6)连接,另一端与运算放大器反向输入端(引脚2)和电阻R16的一端连接,电阻R16的另一端接地;电阻R15和R16用来放大从运算放大器同相输入端(引脚3)输入的电压信号,放大倍数的公式为:电容C10、C11并联后一端接地,另一端接在运算放大器U6的正向电压输入端(引脚7),起到对电源电压滤波作用;电容C14、C15并联后一端接地,另一端接在运算放大器U6的负向电压输入端(引脚4),起到对电源电压滤波作用;
[0008]如图4所示,仪表放大器放大电路由模拟开关模块U3、电阻(R11、R9、R8、R13、R6、R12、R7、R1)、电容(C8、C9、C12、C13)与仪表放大器U5构成;模拟开关模块U3的INOUT/0

INOUT/7引脚每个引脚都连接1个电阻,依次为R11、R9、R8、R13、R6、R12、R7、R10;电阻的另一端连接到一起后连接到仪表放大器U5两个RG引脚其中的一个(如RG2),模拟开关模块的OUTIN引脚连接仪表放大器的另一个RG引脚(如RG1);由发送端控制装置MCU控制模拟开关模块的A、B、C引脚的电平发生改变,就可以使INOUT/0

INOUT/7任意一个引脚在模拟开关模块U3内部与OUTIN引脚连接构成通路,RG1和RG2引脚间的电阻阻值决定仪表放大器的放大倍数,从而实现对仪表放大器U5同相输入端信号的放大,对应的电压放大倍数依次为2倍、5倍、10倍、25倍、50倍、75倍、100倍、200倍,放大倍数的公式为:仪表放大器U5的输出端(引脚7)通过与发送端控制装置MCU的PC0引脚相连,从而将放大后的电压信号输入到发送端控制装置的ADC(Analog to Digital Converter)模块当中。电容C8、C9并联后一端接地,另一端接在仪表放大器U5的正向电压输入端(引脚8),起到对电源电压滤波作用;电容C12、C13并联后一端接地,另一端接在仪表放大器U5的负向电压输入端(引脚5),起到对电源电压滤波作用;
[0009]如图5所示,减法电路由稳压芯片U1、电阻(R1、R2、R3、R4、R5)、电容(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7)、模拟开关模块U2和运算放大器U4构成。稳压芯片内部能自动稳压,U1的VOUT引脚与模拟开关模块U2的OUTIN引脚通过电阻R2相连;模拟开关模块U2的INOUT/0

INOUT/3引脚均连接了一个电阻,依次为R4、R3、R1、R5,这些电阻的另一端连接在一起后接地;通过发送端控制装置的MCU控制模拟开关模块A、B、C引脚输出不同高低电平,可以实现INOUT/0

INOUT/3引脚分别与OUTIN引脚在模拟开关模块U2内部连接构成通路;模拟开关模块U2的OUTIN引脚与电阻R2连接点位置再与运算放大器U4同相输入端(引脚3)连接,则该点电压由电阻R2与INOUT/0

INOUT/3引脚其中一个电阻(R4、R3、R1或R5)的分压决定;运算放大器U4输出端(引脚6)与反向输入端(引脚2)连接构成一个电压跟随器,可以使由上述电阻分压产
生的电压值更稳定,图5运算放大器U4的输入端(引脚3)与图4仪表放大器U5反向输入端(引脚1)连接,反向输入端的电压(图4U5引脚1)与仪表放大器同相输入端的电压本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能光跟踪装置,其特征在于:由球面光电探测器阵列、程控放大器、发送端控制装置、人机交互装置、无线透传模块、接收端控制装置和太阳能电池板组成;其中,球面光电探测器阵列由一对一连接的光电探测器阵列和光电探测器模拟开关模块组成,程控放大器由一级放大电路、仪表放大器放大电路和减法电路组成,发送端控制装置由带有ADC模块的MCU、无线透传模块和人机交互装置组成,接收端控制装置由无线透传模块、多组X轴舵机与Y轴舵机组成;光电探测器阵列接收到太阳光后产生电压信号,在发送端控制装置MCU的控制下,光电探测器模拟开关模块逐一导通,将产生的电压信号逐一输入到程控放大器进行放大;放大的电压信号再输入到发送端控制装置MCU中的ADC模块,通过ADC模块将模拟信号转变为数字信号,由MCU选取出电压信号幅值最大的光电探测器,然后将该光电探测器事先通过代码编程存储在发送端控制装置MCU中的角度信息通过无线透传模块发送到接收端控制装置;接收端控制装置接收到电压信号幅值最大光电探测器的角度信息后,同时控制多组X轴舵机和Y轴舵机转动使与X轴舵机和Y轴舵机间固定安装的太阳能电池板准确面向太阳光,即太阳能电池板与太阳光入射方向垂直。2.如权利要求1所述的一种太阳能光跟踪装置,其特征在于:球面光电探测器阵列中全部光电探测器的所有负极均与地线相连,每一个光电探测器的正极分别连接至对应的模拟开关模块的INOUT引脚,所有的模拟开关模块的OUTIN引脚全部连接到一起作为球面光电探测器的输出端。3.如权利要求1所述的一种太阳能光跟踪装置,其特征在于:一级放大电路由运算放大器U6、电容(C10、C11、C14、C15)与电阻(R14、R15、R16)构成;电阻R14串联接在球面光电探测器的输出端和运算放大器U6的同向输入端之间用作匹配阻抗,电阻R15的一端与运算放大器U6的输出端连接,另一端与运算放大器U6的反向输入端和电阻R16的一端连接,电阻R16的另一端接地;电阻R15和R16用来放大从运算放大器同相输入端输入的电压信号;一级放大电路运算放大器U6的输出端与仪表放大器放大电路仪表放大器U5的同相输入端相连;电容C10、C11并联后一端接地,另一端接在运算放大器U6的正向电压输入端,起到对电源电压滤波作用;电容C14、C15并联后一端接地,另一端接在运算放大器U6的负向电压输入端,起到对电源电压滤波作用。4.如权利要求1所述的一种太阳能光跟踪装置,其特征在于:仪表放大器放大电路由模拟开关模块U3、电阻(R11、R9、R8、R13、R6、R12、R7、R1)、电容(C8、C9、C12、C13)与仪表放大器U5构成;模拟开关模块U3的INOUT/0

INOUT/7引脚分别与电阻R11、R9、R8、R13、R6、R12、R7、R10的一端相连,电阻R11、R9、R8、R13、R6、R12、R7、R10的另一端连接到一起后连接到仪表放大器U5的引脚RG2,模拟开关模块U3的OUTIN引脚连接到仪表放大器U5的引脚RG1;由发送端控制装置MCU控制模拟开关模块U3的A、B、C引脚的电平发生改变,从而使INOUT/0

INOUT/7任意一个引脚在模拟开关模块U3内部与OUTIN引脚连接构成通路,RG1和RG2引脚间的电阻阻值决定仪表放大器的放大倍数,实现对仪表放大器U5同相输入端信号的放大;仪表放大器U5的输出端与发送端控制装置MCU的PC0引脚相连,从而将放大后的电压信号输入到发送端控制装置的ADC模块中;电容C8、C9并联后一端接地,另一端接在仪表放大器U5的正向电压输入端,起到对电源电压滤波作用;电容C12、C13并联后一端接地...

【专利技术属性】
技术研发人员:沈亮王伯名赵岩陶敏
申请(专利权)人:吉林大学
类型:发明
国别省市:

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