专利名称：太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于太阳能光伏发电领域的跟踪控制装置，具体地说，本发明涉 及一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平装置。
背景技术：
太阳能光伏发电是利用太阳能的主要形式之一，对太阳进行跟踪，保证太阳光垂 直照射在太阳能电池板上，可以有效提高太阳利用率，从而提高系统发电效率。如果当地太 阳直射分量超过70%，则发电量的增益可能超过40%。在太阳光伏发电系统中，组件、逆变 器、变压器、控制器等设备的效率提升空间较小，经过研究，合理设计太阳能光伏跟踪系统 的支架能在一定程度上提高太阳能光伏发电系统的效率。目前常用的光伏支架分为两种固定式太阳能支架系统与跟踪式支架系统。固定 式太阳能支架系统结构简单，可靠性高，但是由于不能调整组件的倾角，年发电效率较低； 跟踪式支架系统基本可以分为单轴跟踪系统与双轴跟踪系统两种类型，其优势在于双轴跟 踪系统年发电效率最高，成本相对高，结构相对复杂，技术要求较高，单轴跟踪系统年发电 效率较高，成本低于双轴跟踪系统。由于斜单轴跟踪系统抗风性能差，因此斜单轴跟踪支架在实际光伏发电项目中应 用较少，该缺陷由支架自身结构造成，而且单机容量越大，该缺陷越明显。由于大型电站一 般地处西北或荒漠地区，风速较大，易对斜单轴跟踪系统造成损坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种太 阳能斜单轴跟踪器顺风向放平装置，其可控制斜单轴跟踪器在风速大于设定值时自动放 平，小于风速设计值时能正常跟踪太阳方位角，有效保护跟踪器的安全。本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是
一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平装置，包括减速电机、转动轴、第一编码器、支架、 风向标、第二编码器、风速传感器、读写模块和控制器；支架固定于地面，减速风机与支架间 隔一定距离，也固定于地面；
转动轴固定于支架上，且其一端与减速电机连接，在减速电机的驱动下以自身为轴进 行转动；
第一编码器的内轴与转动轴固定连接，而其外轴与支架连接； 风向标的主杆与转动轴的另一端固定连接，而风向标的转轴与第二编码器的内轴连 接，所述第二编码器的外轴连接支架；
读写模块分别连接风速传感器及第一、二编码器，分别读取实时风速信号及第一、二编 码器的位置值；
读写模块还与控制器连接，将所读取的第一、二编码器的位置值以及风速传感器的风 速信号送入控制器，并在其控制下驱动减速电机的运行。
上述风向标与转动轴保持垂直。上述第一编码器为增量式或绝对式，第二编码器为绝对式。采用上述方案后，本发明针对前述斜单轴跟踪器抗风性差的问题，提出顺风向放 平的控制思想，利用风速传感器获取当前风速，当风速大于设计值时，借助第二编码器获取 太阳能板的位置值，结合当前太阳的实时方位角，调整转动轴的转动方向和角度，使转动轴 在风速大于设定值时自动寻找风阻最小的方向放平，有效保护跟踪器的安全，结构简单，既 可正常跟踪太阳方位角，又可在极端风速下保护斜单轴跟踪器。
图1是本发明的工作流程示意图； 图2是本发明的结构示意图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。首先参考图2所示，本发明提供一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平装置，包括 减速电机1、转动轴2、第一编码器3、支架4、风向标6、第二编码器7、风速传感器8、读写模 块和控制器，本实施例中分别采用51单片机读写模块9和PLC可编程控制器5，下面分别介绍。支架4固定于地面，用以支撑若干太阳能板10，将太阳能转换为电能。减速风机1与支架4间隔一定距离，也固定于地面。转动轴2固定于支架4上，且其一端与减速电机1连接，在减速电机1的驱动下以 自身为轴进行转动。第一编码器3的内轴与转动轴2固定连接，并可随转动轴2同步转动，而其外轴与 支架4连接；所述第一编码器3为增量式或绝对式，其还连接51单片机读写模块，供51单 片机读写模块9读取其位置值。风向标6的主杆61与转动轴2的另一端固定连接，并使风向标6与转动轴2保持 垂直，因此风向标6与地面的夹角即为90度减去转动轴2的倾角，当大风来临时，风向标6 的指向即为其受力最小的方向，与太阳能板10正面顺风向放平的位置一致；而风向标6的 转轴与第二编码器7的内轴连接，所述第二编码器7为绝对式，其外轴与支架4相连接，第 二编码器7还连接51单片机读写模块9，供其读取实时位置值。风速传感器8与51单片机读写模块9连接，将获取的实时风速信号发送给51单 片机读写模块9。51单片机读写模块9与PLC可编程控制器5连接，将所读取的第一、二编码器3、 7的位置值以及风速传感器8的风速信号送入PLC可编程控制器5，并在其控制下驱动减速 电机1的运行。PLC可编程控制器5用来计算处理51单片机读写模块9发送的相关数据，并将转 动轴2需转动的方向和角度发送给51单片机读写模块9。以下将配合图1说明本发明的工作过程和原理 (1)风速判断风速传感器8将当前风速传送给51单片机读写模块9，51单片机读写模块9判断风速 是否大于设计值(如16m/s);
(2)51单片机读写模块9读取第一、二编码器3、7的当前位置值，并发送至PLC可编程 控制器5
当风速大于设计值时，51单片机读写模块9读取第一、二编码器3、7的位置值；当风速 小于设计值时，51单片机读写模块9仅读取第一编码器3的位置值；并将前述位置值发送 至PLC可编程控制器5。 (3) PLC可编程控制器5处理由51单片机读写模块9发送的位置值
当风速小于设计值时，PLC可编程控制器5将第一编码器3的位置值和太阳实时方位 角比较，将二者相减，得到二者的角度差以及第一编码器3需转动的方向；其中太阳实时方 位角於是由PLC可编程控制器5采
用下述公式所得
其中α为太阳高度角，为当地纬度，S为太阳赤纬角，ffl为时角； 当然，此处也可以采用太阳高度角α来表示(计算公式见前文)，相应地第一编码器3的 位置值也需采用其高度角。当风速大于设计值时，PLC可编程控制器5对第一、二编码器3、7的位置值计算比 较，用第一编码器3的位置值减去第二编码器7的位置值，差值的绝对值即为需放平的角 度，根据差值的正负符号则可确定减速电机1的转动方向，此处正反转方向可自由定义。(4) PLC可编程控制器5将控制指令发送给51单片机读写模块9，由51单片机读 写模块9控制减速电机转动。当风速小于设计值时，PLC可编程控制器5发送正常运行指令(由实时位置和第一 编码器3的位置值比较获得)给51单片机读写模块9，后者控制驱动减速电机1，使太阳能 板10朝向与太阳方位角一致；当风速大于设计值时，PLC可编程控制器5发送顺风向放平 指令(由第一、二编码器3、7的位置值计算获得)给51单片机读写模块9，然后51单片机读 写模块9控制驱动减速电机1，使太阳能板10朝向与风阻最小方向一致。前述正常运行指 令和顺风向放平指令均包括减速电机1的转动方向和角度。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。
权利要求
1.一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平装置，其特征在于包括减速电机、转动轴、第 一编码器、支架、风向标、第二编码器、风速传感器、读写模块和控制器；支架固定于地面，减 速风机与支架间隔一定距离，也固定于地面；转动轴固定于支架上，且其一端与减速电机连接，在减速电机的驱动下以自身为轴进 行转动；第一编码器的内轴与转动轴固定连接，而其外轴与支架连接；风向标的主杆与转动轴的另一端固定连接，而风向标的转轴与第二编码器的内轴连 接，所述第二编码器的外轴连接支架；读写模块分别连接风速传感器及第一、二编码器，分别读取实时风速信号及第一、二编 码器的位置值；读写模块还与控制器连接，将所读取的第一、二编码器的位置值以及风速传感器的风 速信号送入控制器，并在其控制下驱动减速电机的运行。
2.如权利要求1所述的太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平装置，其特征在于所述风向 标与转动轴保持垂直。
3.如权利要求1所述的太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平装置，其特征在于所述第一 编码器为增量式或绝对式，第二编码器为绝对式。
全文摘要
本发明公开一种太阳能斜单轴跟踪器顺风向放平装置，包括减速电机、转动轴、第一编码器、支架、风向标、第二编码器、风速传感器、读写模块和控制器；转动轴固定于支架上，其一端与减速电机连接，在减速电机的驱动下以自身为轴转动；第一编码器的内轴与转动轴固定连接，外轴与支架连接；风向标的主杆与转动轴的另一端固定连接，转轴与第二编码器的内轴连接，所述第二编码器的外轴连接支架；读写模块将第一、二编码器的位置值及风速传感器的风速信号送入控制器，并在其控制下驱动减速电机的运行。此装置可控制跟踪器在风速大于设定值时自动放平，小于风速设计值时能正常跟踪太阳方位角，确保跟踪器的安全。
文档编号G05D3/12GK102096417SQ20101061379
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者徐永邦, 王峰, 王庆, 王芳, 邓霞, 邹新 申请人:中环光伏系统有限公司