专利名称：一种新型高精度双轴太阳能电站自动跟踪控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型高精度双轴太阳能电站自动跟踪控制装置。
背景技术：
太阳能是一种环保的绿色能源，而且是巨量的、可再生的，因此在对新能源的开发利用上，太阳能发电有着巨大的优势。当前市场上太阳能电池板的转换效率相差甚微，而由于技术条件限制，光伏发电的转换效率很低，严重制约了太阳能发电的发展与普及，因此，在现有条件下，寻求一种使用的方式去提高太阳能的发电效率是非常必要的。实践证明，太阳能的发电效率和太阳能电池板与太阳光线的角度有很大关系，太阳能发电中，太阳能电池板实时和太阳光线保持垂直能在很大程度上提高太阳能的发电效率。而阳光日照角度每时每刻都在变化，一年四季变化的规律也有所不同。如何控制自动跟踪电站，使其闻精度的跟踪太阳运行角度，成为提闻太阳能发电效率的关键。普通的太阳能发电站的发电转换效率很低，运动跟踪精度不是很高，而且在室外工作，其各个部件容易受到雨水和潮湿空气的影响。
实用新型内容本实用新型的目的就是为解决上述问题，提出一种新型高精度双轴太阳能自动跟踪电站控制装置及其跟踪方法，该装置可以不受天气和季节变化影响，始终控制太阳能电站跟踪太阳运行角度，且跟踪误差不超过O. I度。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案—种新型高精度双轴太阳能自动跟踪电站控制装置，包括微控制器和电机驱动器，所述微控制器包含光伏聚焦传感器、风力测速计、限位信号接收器、时间校正模块，微控制器通过光电隔离分别与光伏聚焦传感器、风力测速计、限位信号接收器连接，微控制器与时间校正模块相连；所述电机驱动器包括防水盒和电路板两个部分，其中电路板位于防水盒内部，其中电路板用于接收主控板发送的控制信号，驱动电机转动，实现对太阳运行轨迹跟踪。所述微控制器还包含IXD显示装置、缓冲电路、通讯接口和手动输入装置，微控制器通过光电隔离与通讯接口连接，微控制器与IXD显示装置、缓冲电路、手动输入装置连接。所述时间校正模块设有GPS校正模块。所述缓冲电路设有连锁逻辑电路，缓冲电路与光耦继电器相连，光耦继电器与SSR固态继电器相连。光伏聚焦传感器用于需要高精度跟踪太阳运行轨迹的场合，优点是可达到O. I度以内的跟踪精度，缺点是跟踪角度小，在阴雨或多云天气因素的影响下超过跟踪角度的范围(±7度)时容易跟丢，因此只适合于晴朗天气下的精细跟踪。在本控制器中以数据计算理论根据当地经纬度以及精确时间等信息计算一年中每一天的不同时刻太阳所在的高度和方位角实现跟踪，精度保证在I度以内，对于普通系统的应用可完全满足要求(如平板光伏电站，非聚光的光热系统)。但对于特殊的高精度聚光型光伏发电以及光热系统精度则不适用，此时辅以光伏聚焦传感器配合使用取长补短则完全可以满足要求。所述时间校正模块，用于自动修正控制器运行时钟与经纬度的偏差，可保证常年时控精度小于±1度。当没有GPS模块时，控制器自带的时钟系统在工业环境下可提供误差为±2分钟/年的时间精度，相当于一年内仅产生±0.5度的时控误差，当不能满足控制精度时需要人工进行校正。在这里GPS模块可以提供非常精确的当地所处经纬度与时间数据，每隔一段时间会自动对控制器进行修正，省去了人工校正的麻烦。所述风力测速计，用于风速检测，当地风速高于18m/s时，电站会自动将面向太阳的帆板放置于水平位置，将损害降至最小。在不使用上述可选组件的情况下控制器的运行时钟在一 40 85°C下可保证年±2分钟的时控误差，用户可根据自己实际情况使用标准配备的操作面板对时钟进行校正。所述限位信号接收器，列举出了 4个位置限位与2个保护限位，具有冗余保护功能。每天正常情况下光伏系统均要从X，Y轴的初始限位开始运转，结束于X，Y轴的停止限位；意外情况下(如电机换相失败等原因)当运转至位置限位时却未停止继续运转至X或Y轴保护限位，控制器将强制停止X或Y轴继续运转，保护设备不受损坏，提高了安全性。所述IXD显示装置，主要显示控制器的各项控制与运行参数，方便用户操作与维护。所述缓冲电路，设有连锁逻辑电路，即某轴正向运转的同时决不可反向运转，提高了控制系统的可靠性，缓冲电路与光电隔离电路相连，光电隔离电路与SSR驱动输出相连接。MCU微控制器的驱动输出电流很小，增加了一个门缓冲器，减少驱动电流突变对MCU的干扰。光耦继电器实际上是带有光电隔离的场效应管，可以驱动不超过30V500mA的交直流负载，在本设计中驱动小型交流固态继电器来完成设备的控制，与普通电磁继电器相比其优点是响应速度快、不存在开关寿命和电弧干扰问题，整体提高了控制器的抗干扰能力。所述通讯接口，采用RS485标准接口，可将当前光伏系统的运行状态实时反馈给监控中心，本例中采用光电隔离的方式可有效防止MCU受到来自外界通信线上的干扰；考虑到通信线距离较远(通常在I 2km)，过压防护是必须考虑的问题，在设计上采用专用气体放电管与专用TVS组合的分级防护，实践证明可非常有效的降低接口过压损坏率。所述手动输入装置，在设备安装调试的开始阶段可使用手动功能进行位置调试。所述电机驱动器要包括防水盒和电路板两个部分，是太阳能自动跟踪电站的重要部件，用于接收主控板发送的控制信号，驱动电机转动，实现对太阳运行轨迹跟踪。电机驱动器在室外工作，雨水及潮湿的空气很容易进入，影响驱动电路。本次设计的电机驱动器采用机械式的继电器，外加防水盒，尺寸为85X58X34mm (加塑料固定耳朵109 X 58 X 34mm)可以直接放置在电机盒中，且不需要固定。机械式继电器，工作时需要较大的驱动电流，可以避免干扰信号引起的误动作，电站的跟踪精度更高。在继电器输入端并联二极管，消除继电器闭合再打开时的回流电流。在电机的输出端加电阻和电容，消除继电器断开时产生的火花，延长继电器的使用寿命。334电容接在电机的两端，保证电机的正常换向。在220V公共端串联IA保险丝，在出现大电流时可以切断电路，防止烧坏电机和电源引线。PCB板采用四角加弧形的设计，配合防水盒内部结构，安装时更加稳固。外部采用固定颜色引线，便于安装。本实用新型的有益效果是(I)可全天候控制光伏电站、光热系统或定日镜的运行轨迹。(2)无论是在阴天还是晴天均可以跟踪太阳运行轨迹。(3)带有通用RS485工业通信总线，可对当前设备运行状态实时监控，方便用户操作与维护。(4)用户还可以通过可选组件来提高控制精度。(5)传感器以PFM脉冲频率调制输出信号，抗干扰能力强。(6)限位信号保护设备不受损坏提高了安全性。(7)GPS模块可以提供非常精确的当地所处经纬度与时间数据，每隔一段时间会自动对控制器进行修正，省去了人工校正的麻烦。
图I为控制器硬件结构示意图；其中，I.光伏聚焦传感器、2.风力测速计、3.限位信号接收器、4.手动输入装置、
5.时间校正模块、6.微控制器、7. IXD显示装置、8.缓冲电路、9. SSR驱动输出装置、10.通讯接口、11.光电隔离电路。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明。如图I所示，太阳能自动跟踪电站控制装置，包括微控制器6和电机驱动装置，其中微控制器6包含光伏聚焦传感器I、风力测速计2、限位信号接收器3、时间校正模块5，同时还设有IXD显示装置7、缓冲电路8、通讯接口 10和手动输入装置4。光伏聚焦传感器1，用于聚光型跟踪电站的高精度跟踪，阴天或多云天气情况下光控与时控自动切换，无需人工干涉；光伏控制跟踪误差小于±0. I度。以PFM脉冲频率调制输出信号，通过光电隔离电路11由MCU微控制器6在单位时间内对脉冲个数进行计数从而准确测量传感器的输出信号，抗干扰能力强。风力测速计2，用于风速检测，当地风速高于18m/s时，电站会自动将面向太阳的帆板放置于水平位置，将损害降至最小。限位信号接收器3，列举出了 4个位置限位与2个保护限位，每天正常情况下光伏系统均要从X，Y轴的初始限位开始运转，结束于X，Y轴的停止限位；意外情况下(如电机换相失败等原因)当运转至位置限位时却未停止继续运转至X或Y轴保护限位，控制器将强制停止X或Y轴继续运转，保护设备不受损坏提高了安全性。时间校正模块5，用于自动修正控制器运行时钟与经纬度的偏差，可保证常年时控精度小于±1度。当没有GPS模块时，控制器自带的时钟系统在工业环境下可提供误差为±2分钟/年的时间精度，相当于一年内仅产生±0. 5度的时控误差，当不能满足控制精度时需要人工进行校正。在这里GPS模块可以提供非常精确的当地所处经纬度与时间数据，每隔一段时间会自动对控制器进行修正，省去了人工校正的麻烦。[0040]IXD显示装置7，主要显示微控制器6的各项控制与运行参数，方便用户使用与维护。缓冲电路8，设有连锁逻辑电路，即某轴正向运转的同时决不可反向运转，提高了控制系统的可靠性，缓冲电路8与光电隔离电路11相连，光电隔离电路11与SSR驱动输出装置9相连接。MCU微控制器6的驱动输出电流很小，增加了一个门缓冲器，减少驱动电流突变对MCU的干扰。光耦继电器实际上是带有光电隔离的场效应管，可以驱动不超过30V500mA的交直流负载，在本设计中驱动小型交流固态继电器来完成设备的控制，与普通电磁继电器相比其优点是响应速度快、不存在开关寿命和电弧干扰问题，整体提高了控制器的抗干扰能力。通讯接口 10，采用RS485接口，可将当前光伏系统的运行状态实时反馈给监控中心，本例中采用光电隔离的方式可有效防止MCU受到来自外界通信线上的干扰；考虑到通信线距离较远(通常在I 2Km)，过压防护是必须考虑的问题，在设计上采用专用气体放电管与专用TVS组合的分级防护，实践证明可非常有效的降低接口过压损坏率。手动输入装置4，在设备安装调试的开始阶段可使用手动功能进行位置调试。电机驱动装置，包括防水盒和电路板两个部分，是太阳能自动跟踪电站的重要部件，用于接收主控板发送的控制信号，驱动电机转动，实现对太阳运行轨迹跟踪。电机驱动器在室外工作，雨水及潮湿的空气很容易进入，影响驱动电路。本次设计的电机驱动器采用机械式的继电器，外加防水盒，尺寸为85X58X34mm (加塑料固定耳朵109 X 58 X 34mm)可以直接放置在电机盒中，且不需要固定。机械式继电器，工作时需要较大的驱动电流，可以避免干扰信号引起的误动作，电站的跟踪精度更高。在继电器输入端并联二极管，消除继电器闭合再打开时的回流电流。在电机的输出端加电阻和电容，消除继电器断开时产生的火花，延长继电器的使用寿命。334电容接在电机的两端，保证电机的正常换向。在220V公共端串联IA保险丝，在出现大电流时可以切断电路，防止烧坏电机和电源引线。PCB板采用四角加弧形的设计，配合防水盒内部结构，安装时更加稳固。外部采用固定颜色引线，便于安装。该太阳能自动跟踪电站控制装置，通过设置光伏聚焦传感器I、时间校正模块5、风力测速计2、限位信号接收器3，能够获得太阳最大光照能量；通过IXD显示装置7、缓冲电路8、通讯接口 10和手动输入装置4可以完成对太阳能自动跟踪电站控制的智能操作，便于人工维护；通过电机驱动装置，实现接收主控板发送的控制信号，驱动电机转动，实现对太阳运行轨迹跟踪，电机驱动装置的防水盒能够防止雨水进入，保持驱动装置的干燥。其他未描述的内容为已有技术，在此不再赘述。
权利要求1.一种新型高精度双轴太阳能电站自动跟踪控制装置，包括微控制器和电机驱动器，其特征是，所述微控制器包含光伏聚焦传感器、风力测速计、限位信号接收器、时间校正模块，微控制器通过光电隔离分别与光伏聚焦传感器、风力测速计、限位信号接收器连接，微控制器与时间校正模块相连；所述电机驱动器包括防水盒和电路板两个部分，其中电路板位于防水盒内部，其中电路板用于接收主控板发送的控制信号，驱动电机转动，实现对太阳运行轨迹跟踪。
2.如权利要求I所述的一种新型高精度双轴太阳能电站自动跟踪控制装置，其特征是，所述微控制器还包含IXD显示装置、缓冲电路、通讯接口和手动输入装置，微控制器通过光电隔离与通讯接口连接，微控制器与LCD显示装置、缓冲电路、手动输入装置连接。
3.如权利要求I所述的一种新型高精度双轴太阳能电站自动跟踪控制装置，其特征是，所述时间校正模块设有GPS校正模块。
4.如权利要求2所述的一种新型高精度双轴太阳能电站自动跟踪控制装置，其特征是，所述缓冲电路设有连锁逻辑电路，缓冲电路与光耦继电器相连，光耦继电器与SSR固态继电器相连。
专利摘要本实用新型涉及一种新型高精度双轴太阳能自动跟踪电站控制装置及其跟踪方法，包括微控制器和电机驱动器，微控制器通过光电隔离连接光伏聚焦传感器、风速信号接收器、限位信号接收器和通讯接口，同时微控制器还设有LCD显示装置、缓冲电路、时间校正模块和手动输入装置，电机驱动器还设有防水盒和电路板两个部分，该装置还采用了时控算法为主，光控为辅的控制方式。本实用新型可以保证太阳能自动跟踪电站控制装置，不受天气和季节变化影响，始终控制太阳能电站跟踪太阳运行角度，且跟踪误差不超过0.1度，获得最大光照能量，通过电机驱动装置，实现接收主控板发送的控制信号，驱动电机转动，实现对太阳运行轨迹跟踪，防水盒还能够保持驱动装置的干燥。
文档编号G05D3/00GK202771263SQ20122021510
公开日2013年3月6日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者臧利林 申请人:山东大学