太阳能发电板组的双轴数控定位方法及系统的制作方法

太阳能发电板组的双轴数控定位方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种太阳能发电板组的双轴数控定位方法：由GPS给出当地经纬度和授时数据，算出当日日出时间和日落时间，算出当日太阳高度角最大值及方位角运行总量，以太阳高度角最大值时为当日正午时间，算出由日出到正午时间每单位时长的高度角和方位角变化量，以此量控制高度角驱动单元、方位角驱动单元的一次进给量，使发电板组始终与太阳同步定位，此方法使发电板组定位精度高、发电效率高。本发明还提供一种太阳能发电板组的双轴数控定位系统，包括控制器和定位执行机构；控制器包括卫星数据接收单元、数据处理单元和控制信号收发单元，定位执行机构包括高度角驱动单元和方位角驱动单元，一组控制器可控制多组定位执行机构，配置成本低。
【专利说明】太阳能发电板组的双轴数控定位方法及系统

【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能发电技术，尤其涉及一种太阳能发电板组的双轴数控定位方法及系统。

【背景技术】
[0002]目前，电能的四大主力来源分别是火力发电、水力发电、风力发电和核发电。虽然火力发电污染环境，水力发电增加地质灾害，风力发电利用率低，核发电安全隐患严重；但它们都具有运行成本低的优点，所以，目前，世界上90%以上的电源都来自火力发电、水力发电、风力发电和核发电。
[0003]随着能源危机和环境污染的日趋严重，太阳能发电成为新能源的主要发展方向，但相比利用煤、水和燃气发电，目前的太阳能发电技术成本太高、利润太低，实用性太差，因此如何降低太阳能发电成本成为所述【技术领域】亟需解决的难题。
[0004]关于太阳能发电成本的降低应该从多个方面去实现，其中，太阳能发电板组的实时定位就是非常重要的一方面，目前关于太阳能发电板组的实时定位主要存在以下问题:一、太阳能发电板组的实时定位位置与理论最佳位置的误差大，定位精度低，从而影响发电板组的发电效率；二、每一太阳能发电板组都单独配有一组控制装置，从而配置成本高，且维护成本也高。
[0005]关于太阳能发电板组的实时定位精度低问题，是由目前的太阳能发电板组的实时定位方法造成的:目前，太阳能发电板组的实时定位方法往往采用自动跟踪技术，自动跟踪技术大体上分为光电跟踪、程序跟踪、光电跟踪+程序跟踪三种。其中，光电跟踪指的是通过四象限的光敏传感器来确定太阳的位置，然后通过控制单元，计算出达到最大发电功率输出点时太阳能发电板组的上下、左右的驱动角度，并控制太阳能发电板组的驱动机构，使太阳能发电板组转动到相应位置；当太阳光线偏离太阳能发电板组的法线时，光敏传感器再次发出偏差信号，通过控制系统的计算及控制驱动机构，使太阳能发电板组跟踪太阳的运行，重新对准太阳；这种太阳能发电板组的实时定位方法是目前的主流技术，跟踪太阳的灵敏度高，但是如果遇到长时间的乌云遮日，则会影响到运行。事实上，太阳能发电板组的实时定位方法采用自动跟踪技术存在着一个理论上的误区，所谓“自动跟踪”是相对于不确定目标而言，例如响尾蛇红外线自动跟踪，跟踪的目标是飞机发动机的热源，被跟踪的目标是快速移动而且要极力变换位置努力反跟踪，这才是“自动跟踪”设计的正确切入点。而在太阳能发电【技术领域】，我们的目标是太阳，因为太阳对于地球来讲，其运行轨道是可以通过数学公式来表达的，例如万年历、日食、月食等都可以通过该数学公式计算出来，其运行轨迹是完全可预期的，因此，准确的说，在太阳能发电【技术领域】，我们对太阳要进行的工作是实时定位而不是实时跟踪，即预先设定好，使太阳能发电板组的位置实时地与太阳位置相匹配，换而言之，使太阳能发电板组的法线实时地正对太阳。很显然，采用光电跟踪寻找太阳位置的方法，是将有规律目标作为无规律目标来寻找，将简单工作复杂化了 ；另外，假如某一时间段，太阳被云遮挡几个小时后复现，则在四象限的光敏传感器确定了太阳位置后，太阳能发电板组要在上下、左右方向上转动很大的转角才能完成对太阳的跟踪，这个过程需要有一定的时间，在此过程中如果太阳再次被云遮挡，那么太阳能发电板组就会在控制单元的作用下停留在途中，太阳能发电板组的停留位置与被遮挡的太阳位置存在有一定差距，这差距造成的时间积累对于太阳能发电厂的发电效率损失是很大的；还有，四象限的光敏传感器的四个中任何一个传感器受到灰尘等杂物的遮挡都会使太阳能发电板组产生误动，从而直接影响太阳能发电设备的正常运行。以上种种，导致光电跟踪的太阳能发电板组发电效率低。
[0006]程序跟踪实际上即克服上述光电跟踪缺陷，根据太阳的运行规律对太阳能发电板组进行实时定位的方法，现有技术中，程序跟踪是通过已知当地的经纬度、日期、时、分、秒，来计算太阳、地球的运行轨道、相对位置……等等，假如没有专业天文年历表(某参考地点太阳在一年中任一时刻的高度)，其计算相当复杂，非正午太阳高度角算起来更麻烦，总之计算某一时刻的太阳位置能够实现，能够达到一定的精度，但是逐分逐秒的连续计算、连续控制会积累误差，造成太阳能发电板组的实时定位误差大；当然，还可以利用北极星等非太阳的银河系内恒星进行相对精确的计算，但算法又太复杂，使程序设计投入成本太高，且逐步运算控制还是会积累较大的误差，最终导致发电效率低的问题。光电跟踪+程序跟踪的自动跟踪技术，综合了两者的优点，使太阳能发电板组的定位精度有所提高，从而发电效率有所提高，但这两种复杂的技术手段合二为一后，不仅增加配置成本和运行成本，而且整套系统也更复杂。


【发明内容】

[0007]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题是提供一种定位精度高、配置成本低的太阳能发电板组的双轴数控定位方法及系统，以克服现有技术的缺陷。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能发电板组的双轴数控定位方法，所述太阳能发电板组在高度角驱动单元和方位角驱动单元的驱动下进行定位，使所述太阳能发电板组的法线正对太阳，所述高度角驱动单元、方位角驱动单元均由一控制器控制；所述控制器包括卫星数据接收单元、数据处理单元和控制信号收发单元，所述定位方法包括以下步骤:
[0009]I)由卫星数据接收单元将所述发电板组所在地的经度、纬度和时间数据传输给数据处理单元；
[0010]2)由数据处理单元根据接收到的经度、纬度以及时间数据计算出所述发电板组所在地当日的日出时间点T1和日落时间点T2，并计算出当日的太阳高度角最大值M3,以及由日出时间点T1到日落时间点T2的太阳方位角运行总量巧；以所述太阳高度角达到最大值％的时间点为正午时间点T3，将日出时间点T1到正午时间点T3之间的时间平均分成η个单位时长Τ，那么在单位时长T内太阳高度角变化量M= |Μ3/η|，在单位时长T内太阳方位角变化量W= IW1AiI ;所述时间点均根据真太阳时进行计算；
[0011]再将单位时长T内太阳高度角变化量M换算为所述高度角驱动单元的一次进给量M'，并将单位时长T内太阳方位角变化量W换算为所述方位角驱动单元的一次进给量W'；
[0012]3)所述控制信号收发单元发出控制信号，使所述高度角驱动单元、方位角驱动单元产生进给；在日出时间点T1到日落时间点T2之间，所述方位角驱动单元每单位时长的进给量为r ;在日出时间点T1到正午时间点T3之间，所述高度角驱动单元每单位时长的进给量为μ'，在正午时间点T3到日落时间点T2之间，所述高度角驱动单元每单位时长的进给量为-M'。
[0013]优选地，步骤2)中，在日出时间点T1到日落时间点T2之间设有至少一个校正时间点，并计算出各校正时间点的太阳高度角和太阳方位角；
[0014]步骤3)中，到达校正时间点时，由安装于所述发电板组上的位置传感器将所述发电板组的实际位置传输给数据处理单元，由数据处理单元判断所述发电板组的实际位置与当前的太阳方位角是否匹配，如果不匹配，则通过所述方位角驱动单元调整所述发电板组的位置，直至与当前的太阳方位角相匹配。
[0015]优选地，所述校正时间点为一个，即所述发电板组所在地当日的正午时间点。
[0016]优选地，在步骤2)中，还包括所述发电板组初始定位步骤:
[0017]在日出时间点T1,由所述高度角驱动单元和方位角驱动单元将所述发电板组调整到与此时的太阳高度角0°、太阳方位角W1相匹配的位置。
[0018]优选地，所述单位时长T在30秒至60秒范围内取值。
[0019]本发明还提供一种太阳能发电板组的双轴数控定位系统，包括控制器和定位执行机构；
[0020]所述定位执行机构包括高度角驱动单元和方位角驱动单元；
[0021]所述控制器包括卫星数据接收单元、数据处理单元和控制信号收发单元；
[0022]所述数据处理单元根据卫星数据接收单元收到的经度、纬度和时间数据，计算出所述发电板组所在地当日的日出时间点T1、日落时间点T2和正午时间点T3 ;并计算出单位时长内太阳高度角变化量和太阳方位角变化量；再将单位时长内太阳高度角变化量换算为所述高度角驱动单元的一次进给量，将单位时长内太阳方位角变化量换算为所述方位角驱动单元的一次进给量；通过控制信号收发单元传输给所述定位执行机构，使所述高度角驱动单元和方位角驱动单元每经过一单位时长进给一次，以对所述发电板组进行定位，使所述发电板组的法线正对太阳。
[0023]优选地，所述发电板组为多组，每一发电板组配置一组定位执行机构，每组定位执行机构均与同一个控制器相连接。
[0024]优选地，所述控制信号收发单元为遵循TCP/IP通讯协议的信号收发单元，所述定位执行机构中也设置有遵循TCP/IP通讯协议的信号收发单元。
[0025]优选地，所述控制器为两组，一组为工作控制器，另一组为备用控制器，所述工作控制器与所述备用控制器自动或手动切换。
[0026]优选地，所述定位执行机构还包括位置传感器，所述位置传感器与所述控制器相连接。
[0027]如上所述，本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位方法及系统，具有以下有益效果:
[0028]1、对于某一太阳能发电厂来说，因为其所有发电板组的控制数据均相同，所以可以集中控制，也就是说，其所有发电板组的定位执行机构可以共用一组控制器，从而大大节约控制器的配置成本，使太阳能发电板组的双轴数控定位系统的整体配置成本低；本发明将发电板组一天的高度角变化量和方位角变化量定量等分成多份，避免了现有技术中运行误差从日出时间点到日落时间点的累积，从而使太阳能发电板组的定位精度高，使太阳能发电板组的发电效率也大大提高。
[0029]2、校正时间点的设置，使所述发电板组行进到校正时间点时能将之前的运行误差清零，从而进一步保证了太阳能发电板组在全天运行中的定位精度，使太阳能发电板组的发电效率得到更好地保障。
[0030]3、单位时长在30秒至60秒范围内取值，使太阳能发电板组的实时位置与太阳位置的匹配度高，从而保证了太阳能发电板组较高的发电效率，且使高度角驱动单元和方位角驱动单元的运行频率适中，避免了太阳能发电板组的双轴数控定位系统中的机械部分的结构过于复杂。
[0031]4、控制器设为两组，当正在使用的一组损坏或需要维护时，可以立即启动另一组备用的，从而使本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位系统运行可靠、安全系数高，且便于维护和故障处理。

【专利附图】

【附图说明】
[0032]图1显示为本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位系统的结构示意图。
[0033]图2显示为本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位系统的控制器的线路连接示意图。
[0034]图3显示为本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位系统的定位执行机构的线路连接示意图。
[0035]图4为春分、秋分当日太阳方位角由日出时间点到正午时间点之间的变化示意图。
[0036]图5为图4中I视图的局部放大图。
[0037]元件标号说明
[0038]I太阳100 太阳能发电板组
[0039]200 机体支柱300 定位执行机构
[0040]310 位置传感器320 信号收发单元
[0041]330 高度角驱动单元331 高度角驱动器
[0042]332 高度角电机340 方位角驱动单元
[0043]341 方位角驱动器342 方位角电机
[0044]400 控制器410 卫星数据接收单元
[0045]420 数据处理单元430 控制信号收发单元
[0046]440 控制器壳体

【具体实施方式】
[0047]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0048]请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0049]鉴于现有技术的太阳能发电板组定位技术，实时定位精度低，从而影响发电板组的发电效率；且太阳能发电厂的每一太阳能发电板组都需单独配置一组控制装置，从而配置成本高，且维护成本也高。本发明的发明人设计出一种太阳能发电板组的双轴数控定位方法，首先将太阳能发电板组所在地当天的日出时间点到日落时间点之间，单位时长的太阳高度角变化量和太阳方位角变化量计算出来，并换算为驱动发电板组位置的高度角驱动单元和方位角驱动单元各自的一次进给量，然后，使高度角驱动单元和方位角驱动单元每单位时长进给一次，实现发电板组的实时定位，使发电板组的法线正对太阳，从而避免现有技术中发电板组位置与太阳高度角、太阳方位角的匹配误差从日出时间点到日落时间点的累积，使太阳能发电板组的定位精度高、发电效率高。本发明的发明人还设计出一种太阳能发电板组的双轴数控定位系统，根据太阳的运行规律，设计出完全依赖运算来对太阳进行实时跟踪的控制器，使一处太阳能发电厂的所有发电板组可以集中控制，即一处太阳能发电厂的所有发电板组可以由同一组控制器实现定位，从而大大降低一处太阳能发电厂的太阳能发电板组的双轴数控定位系统的配置成本。
[0050]以下，将通过具体实施例来对本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位方法及系统进行详细说明。
[0051]如图1至图3所示，本发明提供一种太阳能发电板组的双轴数控定位方法，所述太阳能发电板组100在高度角驱动单元330和方位角驱动单元340的驱动下进行定位，其中，高度角驱动单元330使太阳能发电板组100绕安装于机体支柱200的一机械轴旋转，方位角驱动单元340使太阳能发电板组100绕安装于机体支柱200的另一机械轴旋转，从而使所述太阳能发电板组100的法线正对太阳，所述高度角驱动单元330、方位角驱动单元340均由一控制器400控制；所述控制器400包括卫星数据接收单元410、数据处理单元420和控制信号收发单元430 ;所述定位方法包括以下步骤:
[0052]I)由卫星数据接收单元410将所述发电板组100所在地的经度、纬度和时间数据(时间数据即卫星授时数据)传输给数据处理单元420 ；
[0053]2)由数据处理单元420根据接收到的经度、纬度以及时间数据计算出所述发电板组100所在地当日的日出时间点T1和日落时间点T2,并计算出当日的太阳高度角最大值M3,以及由日出时间点T1到日落时间点T2的太阳方位角运行总量巧；以所述太阳高度角达到最大值M3的时间点为正午时间点T3，将日出时间点T1到正午时间点T3之间的时间平均分成η个单位时长Τ，那么在单位时长T内太阳高度角变化量M= |Μ3/η|，在单位时长T内太阳方位角变化量W= Iw1AiI ；
[0054]再将单位时长T内太阳高度角变化量M换算为所述高度角驱动单元330的一次进给量M'，并将单位时长T内太阳方位角变化量W换算为所述方位角驱动单元340的一次进给量W';本发明中所有时间点均根据真太阳时进行计算；
[0055]3)所述控制信号收发单元430发出控制信号，使所述高度角驱动单元330、方位角驱动单元340产生进给；在日出时间点T1到日落时间点T2之间，所述方位角驱动单元340每单位时长的进给量为r ;在日出时间点T1到正午时间点T3之间，所述高度角驱动单元330每单位时长的进给量为M';在正午时间点T3到日落时间点T2之间，所述高度角驱动单元330每单位时长的进给量为-M'。
[0056]所述【技术领域】的技术人员知道，对于所述发电板组100所在地(即地球上的某个地点)，“日出时间点”指的是太阳从东方地平线升起的时间；“日落时间点”指的是太阳从西方地平线降落的时间；“正午时间点”指的是太阳中心正好在当地子午线上的时间，即日出时间点与日落时间点之间的中点。“正午时间点”即真12:00。“太阳高度角”指的是太阳光线与通过该地与地心相连的地表切线的夹角，地球的任何地点，日出时间点时的太阳高度角和日落时间点时的太阳高度角均为0°，正午时间点时的太阳高度角最大:M =90。-1 δ-φ |，其中“ δ ”指的是太阳赤讳，即太阳直射点纬度，“φ”指的是发电板组100所在地的地理纬度，太阳高度角值在0°到90°之间变化，在北半球除极地部分地区外，夏季正午时间点时的太阳高度角较大，冬季正午时间点时的太阳高度角较小，夏至时最大，冬至时最小。“太阳方位角”指的是太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角，地球的任何地点，正午时间点时的太阳方位角均为0°，太阳方位角一天(24小时，即1440min，也就是1440分钟)的变化量为360°，太阳方位角的变化速度为360° /1440min，即0.25° /min;其中，日出时间点到正午时间点之间的太阳方位角为负值，正午时间点到日落时间点的太阳方位角为正值；如图4所示，在北半球除极地部分地区外，在春分、秋分当日，白天时间与夜里时间相等，都是12个小时，取当日正午时间点为12:0 O，则日出时间点为6:0 O，日出时间点的太阳方位角为-90°，如图5所示，太阳方位角每分钟的变化量为0.25°。
[0057]步骤2)中，由经度、纬度以及时间数据(时间数据即卫星授时数据)计算所述发电板组100所在地当日的日出时间点、日落时间点的方法，是所属【技术领域】的技术人员公知的现有技术，因此不做详述。单位时长的太阳高度角变化量与所述高度角驱动单元330的一次进给量之间的换算，以及单位时长的太阳方位角变化量与所述方位角驱动单元340的一次进给量的换算，也都是所属【技术领域】的技术人员公知的现有技术，因此也不做详述。
[0058]本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位方法，采用的是“定量等分法”，即在一天中，只计算日出时间点或日落时间点的太阳方位角，正午时间点的太阳高度角，结合日出时间点、日落时间点的太阳高度角为定值0°，正午时间点的太阳方位角为定值0°，将日出时间点到正午时间点之间的时间平均分成η个单位时长Τ，先计算出单位时长T内太阳高度角变化量M= |Μ3/η和太阳方位角变化量W= IwiAiI,再换算成高度角驱动单元的一次进给量，和方位角驱动单元的一次进给量，本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位方法每天只需计算一次，即可使高度角驱动单元和方位角驱动单元在单位时间内定量进给，从而避免了现有技术中对太阳进行程序跟踪时逐步运算控制造成的误差累积，从而使太阳能发电板组100的定位精度高、发电效率高。且对于某一太阳能发电厂来说，其所有发电板组100的控制数据均相同，所以可以集中控制，也就是说，其所有发电板组100的定位执行机构300可以共用一组控制器400，从而大大节约控制器400的配置成本，使太阳能发电板组的双轴数控定位系统的整体配置成本低。
[0059]为了保证发电板组100全天的发电效率，优选地:步骤2)中，在日出时间点T1到日落时间点T2之间设有至少一个校正时间点，并计算出各校正时间点的太阳高度角和太阳方位角。
[0060]步骤3)中，到达校正时间点时，由安装于所述发电板组100上的位置传感器310将所述发电板组100的实际位置传输给数据处理单元420，由数据处理单元420判断所述发电板组100的实际位置与当前太阳方位角是否匹配，如果不匹配，则通过所述方位角驱动单元340调整所述发电板组100的位置，直至与当前的太阳方位角相匹配。
[0061]其中，所述校正时间点为硬件校正时间点，通过数据处理单元420预先设定好该时间点时发电板组100的正确位置，当运行到该校正时间点时，数据处理单元420判断位置传感器310反馈回来的发电板组100的实际位置与设定好的正确位置是否重合，如果否，数据处理单元420向方位角驱动单元340发出指令，强行匹配，使所述发电板组100运行到正确位置，从而完成一次误差纠正，使之前的运行误差清零。
[0062]从简化计算量的角度考虑，优选地，所述校正时间点设为一个，即所述发电板组100所在地当日的正午时间点。当然，所述校正时间点也可以设成多个，等时长地设于日出时间点和日落时间点之间，所述发电板组100每运行到一个校正时间点，即进行一次所述发电板组100的位置校正，则所述发电板组100在运行中的定位精度更高，发电效率也更闻。
[0063]当然，本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位方法，首先应建立在所述发电板组100在日出时间点T1时有一个正确的初始定位的基础之上，所以，优选地，本发明的定位方法太阳能发电板组的双轴数控定位方法，在步骤2)中，还包括所述发电板组100初始定位步骤:
[0064]在日出时间点T1,由所述高度角驱动单元330和方位角驱动单元340将所述发电板组100调整到与此时的太阳高度角0°、太阳方位角W1相匹配的位置。
[0065]从发电板组100的定位精度、发电效率、高度角驱动单元330和方位角驱动单元340的合适进给频率、高度角驱动单元330和方位角驱动单元340的机械结构的简易程度考虑，优选地，实际应用中可根据定位精度而调整单位时长，单位时长可在30秒至60秒范围内进行取值。当然，也可以选择更久时间或更短时间。
[0066]实施例一
[0067]取太阳能发电厂家在上海，太阳能发电板组100的校正时间点为当日正午时间点，一个单位时长为60秒。
[0068]则本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位方法的具体操作步骤如下:
[0069]一、由卫星数据接收单元410 (即GPS)将上海的经度、纬度和时间数据:东经120° 51'?122° 12'，北纬30。40'?31。53'，日期为2014年6月15日，为了计算方便，取东经120°，北纬30° ;传输给数据处理单元420。
[0070]二、由数据处理单元420根据经度(东经120° )、纬度(北纬30° )以及时间(2014年6月15日)计算出上海在2014年6月15日的日出时间点5:10、日落时间点18:50、太阳高度角最大值82.481°，以及太阳高度角到达最大值82.481°的正午时间点12:00 ;根据正午时间点时的太阳方位角值为0°，以及太阳方位角的变化速度360° /1440min，计算出日出时间点的太阳方位角值-102.5° ;计算出60秒内太阳高度角变化量12.07'和太阳方位角变化量0.25°，再将60秒内太阳高度角变化量12.07'和太阳方位角变化量0.25°换算为发电板组100的高度角驱动单元330的一次进给量M'和方位角驱动单元340的一次进给量W'；
[0071]在日出时间点5:10，由所述高度角驱动单元330和方位角驱动单元340将所述发电板组100调整到与此时的太阳高度角0°、太阳方位角W1相匹配的位置，即所述发电板组100的法线正对着日出时间点5:10时的太阳。
[0072]三、从日出时间点5:10开始到正午时间点12:00，由控制信号收发单元430每间隔一个单位时长(在本实施例中即60秒)发出一次控制信号，所述高度角驱动单元330接到信号即进给一次(一次进给量M')，所述方位角驱动单元340接到信号也进给一次(一次进给量W')。当到达正午时间点12:00时，由安装于所述发电板组100上的位置传感器310将所述发电板组100的实际位置传输给数据处理单元420，数据处理单元420判断发电板组100的实际位置与正午时间点12:00时的太阳方位角0°是否匹配，如果不匹配，则所述数据处理单元420将差值换算成单位时长个数(超前或滞后几分钟)，然后使方位角驱动单元340连续后退或行进相应次数，将发电板组100的位置调整到与正午时间点12:00时的太阳方位角0°相匹配。正午时间点12:00到日落时间点18:50，继续由控制信号收发单元430每间隔一个单位时长(即60秒)发出一次控制信号，所述高度角驱动单元330接到信号即进给一次(一次进给量-M')，所述方位角驱动单元340接到信号也进给一次(一次进给量W')。
[0073]如图1至图3所示，本发明还提供一种太阳能发电板组的双轴数控定位系统，包括控制器400和定位执行机构300。
[0074]如图3所示，所述定位执行机构300包括高度角驱动单元330和方位角驱动单元340 ;其中，高度角驱动单元330包括高度角驱动器331和高度角电机332，方位角驱动单元340包括方位角驱动器341和方位角电机342。
[0075]如图2所示，所述控制器400包括卫星数据接收单元410、数据处理单元420和控制信号收发单元430。
[0076]如图1至图3所示，所述数据处理单元420根据卫星数据接收单元410收到的经度、纟韦度和时间数据，计算出所述发电板组100所在地当日的日出时间点T1、日落时间点T2和正午时间点T3 ;并计算出单位时长内太阳高度角变化量和太阳方位角变化量；再将单位时长内太阳高度角变化量换算为所述高度角驱动单元330的一次进给量，将单位时长内太阳方位角变化量换算为所述方位角驱动单元340的一次进给量；通过控制信号收发单元430传输给所述定位执行机构300，使所述高度角驱动单元330和方位角驱动单元340每经过一单位时长进给一次，以调整所述发电板组100的位置，使所述发电板组100的法线正对太阳。
[0077]由本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位方法可知，对于某一太阳能发电厂来说，其所有发电板组100的控制数据均相同，所以其所有发电板组100的定位执行机构300可以共用一组控制器400;换而言之，本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位系统，所述发电板组100可以为多组，每一发电板组100配置一组定位执行机构300，每组定位执行机构300均与同一个控制器400相连接。这可以大大节约控制器400的配置成本，使太阳能发电板组的双轴数控定位系统的整体配置成本低。
[0078]从操作的便利性考虑，如图1所示，所述控制器400与所述发电板组100的机体支柱200分离，单独放置；而所述定位执行机构300则安装于所述发电板组100的机体支柱200 上。
[0079]从配置的便利性考虑，优选地，定位执行机构300与控制器400之间的连接采用TCP/IP通讯协议的通信连接，相应地，所述控制信号收发单元430采用遵循TCP/IP通讯协议的信号收发单元，所述定位执行机构300中也设置有遵循TCP/IP通讯协议的信号收发单元 320。
[0080]从安装的便利性及经济成本的角度考虑，优选地，所述控制信号收发单元430采用无线信号收发单元，相应地，所述定位执行机构300中的信号收发单元320也采用无线信号收发单元。所述控制器400的卫星数据接收单元410连接所述数据处理单元420，所述数据处理单元420还连接所述控制信号收发单元430。而所述定位执行机构300的无线信号收发单元320连接所述高度角驱动器331和方位角驱动器341，所述高度角驱动器331还连接所述高度角电机332，所述方位角驱动器341还连接所述方位角电机342。当然，所述控制信号收发单元430与所述定位执行机构300中的信号收发单元320也可以采用其它种类的信号收发单元，通过有线传输或光纤传输进行控制信号传递，比如采用485号信号线缆、光纤线缆等。
[0081]为了实现太阳能发电板组100在校正时间点的位置校正，如图3所示，优选地，所述定位执行机构300还包括位置传感器310，所述位置传感器310与所述定位执行机构300中的信号收发单元320相连接。
[0082]从所述太阳能发电板组的双轴数控定位系统的运行可靠性、安全性，以及维护和故障处理的便利性、经济成本等角度考虑，优选地，所述控制器400为两组，一组为工作控制器，另一组为备用控制器，所述工作控制器与所述备用控制器可自动地或手动地切换，平时，工作控制器工作，当工作控制器发生故障或需要维护时，可自动地(或手动地)停止运行，同时，备用控制器被启动，开始运行，投入工作，充当起工作控制器；而原来的工作控制器则可以进行维修或维护，完成维修或维护工作后即可充当备用控制器。当然，所述控制器400也可以设为一组或两组以上。
[0083]为了稳定、可靠的应用到工业生产中，并且符合工业生产的使用标准，控制器400的主体应采用工业控制机，使之能够应用于各种环境和地区。
[0084]从所述太阳能发电板组的双轴数控定位系统的自动化程度、使用方便性考虑，优选地，所述卫星数据接收单元410采用GPS，所述GPS通过接收卫星定位数据来取得发电板组100所在地的经度、纬度和具体时间。当然，所述卫星数据接收单元410也可以采用其他接收单元，只要能够将卫星发射的发电板组100所在地的经度、纬度以及时间数据接收到即可(时间数据具体到某一天的某个时刻，比如2014年8月5日上午9:15:15)。
[0085]从所述太阳能发电板组的双轴数控定位系统的自动化程度及操作方便性考虑，优选地，所述数据处理单元420为PLC或LPC。当然，所述数据处理单元420也可以采用专门设计的电路板，只要能够实现本发明所要求的数据处理工作即可。
[0086]综上所述，本发明的太阳能发电板组的双轴数控定位方法，对于一个太阳能发电厂的每一发电板组的控制数据是相同的，所以，可以集中控制，从而多组发电板组的定位执行机构可以共用一组控制器，在简化太阳能发电板组的双轴数控定位系统、使太阳能发电板组的双轴数控定位系统配置成本低的同时，还提高了太阳能发电板组的定位精度，从而提高了太阳能发电板组的发电效率，降低了太阳能发电的成本，有利于太阳能发电的推广和应用。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0087]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属【技术领域】中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.一种太阳能发电板组的双轴数控定位方法，所述太阳能发电板组在高度角驱动单元(330)和方位角驱动单元(340)的驱动下进行定位，使所述太阳能发电板组的法线正对太阳，所述高度角驱动单元(330)、方位角驱动单元(340)均由一控制器(400)控制；其特征在于，所述控制器包括卫星数据接收单元(410)、数据处理单元(420)和控制信号收发单元(430)，所述定位方法包括以下步骤: 1)由卫星数据接收单元(410)将所述发电板组(100)所在地的经度、纬度和时间数据传输给数据处理单元(420)； 2)由数据处理单元(420)根据接收到的经度、讳度以及时间数据计算出所述发电板组(100)所在地当日的日出时间点T1和日落时间点T2,并计算出当日的太阳高度角最大值M3,以及由日出时间点T1到日落时间点T2的太阳方位角运行总量巧；以所述太阳高度角达到最大值M3的时间点为正午时间点T3，将日出时间点T1到正午时间点T3之间的时间平均分成η个单位时长Τ，那么在单位时长T内太阳高度角变化量M= |Μ3/η|，在单位时长T内太阳方位角变化量W= IW1AiI ;所述时间点均根据真太阳时进行计算； 再将单位时长T内太阳高度角变化量M换算为所述高度角驱动单元(330)的一次进给量M'，并将单位时长T内太阳方位角变化量W换算为所述方位角驱动单元(340)的一次进给量W'； 3)所述控制信号收发单元(430)发出控制信号，使所述高度角驱动单元(330)、方位角驱动单元(340)产生进给；在日出时间点T1到日落时间点T2之间，所述方位角驱动单元(340)每单位时长的进给量为W';在日出时间点T1到正午时间点T3之间，所述高度角驱动单元(330)每单位时长的进给量为M'，在正午时间点1~3到日落时间点T2之间，所述高度角驱动单元(330)每单位时长的进给量为-M'。
2.根据权利要求1所述的太阳能发电板组的双轴数控定位方法，其特征在于: 步骤2)中，在日出时间点T1到日落时间点T2之间设有至少一个校正时间点，并计算出各校正时间点的太阳高度角和太阳方位角； 步骤3)中，到达校正时间点时，由安装于所述发电板组(100)上的位置传感器(310)将所述发电板组(100)的实际位置传输给数据处理单元(420)，由数据处理单元(420)判断所述发电板组(100)的实际位置与当前太阳方位角是否匹配，如果不匹配，则通过所述方位角驱动单元(340)调整所述发电板组(100)的位置，直至与当前的太阳方位角相匹配。
3.根据权利要求2所述的太阳能发电板组的双轴数控定位方法，其特征在于:所述校正时间点为一个，即所述发电板组(100)所在地当日的正午时间点。
4.根据权利要求1所述的太阳能发电板组的双轴数控定位方法，其特征在于:在步骤2)中，还包括所述发电板组(100)初始定位步骤: 在日出时间点T1,由所述高度角驱动单元(330)和方位角驱动单元(340)将所述发电板组(100)调整到与此时的太阳高度角0°、太阳方位角W1相匹配的位置。
5.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能发电板组的双轴数控定位方法，其特征在于:所述单位时长T在30秒至60秒范围内取值。
6.一种太阳能发电板组的双轴数控定位系统，其特征在于，包括控制器(400)和定位执行机构(300)； 所述定位执行机构(300)包括高度角驱动单元(330)和方位角驱动单元(340)； 所述控制器(400)包括卫星数据接收单元(410)、数据处理单元(420)和控制信号收发单元(430);所述数据处理单元(420)根据卫星数据接收单元(410)收到的经度、纬度和时间数据，计算出所述发电板组(100)所在地当日的日出时间点!\、日落时间点T2和正午时间点T3 ;并计算出单位时长内太阳高度角变化量和太阳方位角变化量；再将单位时长内太阳高度角变化量换算为所述高度角驱动单元(330)的一次进给量，将单位时长内太阳方位角变化量换算为所述方位角驱动单元(340)的一次进给量；通过控制信号收发单元(430)传输给所述定位执行机构(300)，使所述高度角驱动单元(330)和方位角驱动单元(340)每经过一单位时长进给一次，以对所述发电板组(100)进行定位，使所述发电板组(100)的法线正对太阳。
7.根据权利要求6所述的太阳能发电板组的双轴数控定位系统，其特征在于:所述发电板组(100)为多组，每一发电板组(100)配置一组定位执行机构(300)，每组定位执行机构(300)均与同一个控制器(400)相连接。
8.根据权利要求7所述的太阳能发电板组的双轴数控定位系统，其特征在于:所述控制信号收发单元(430)采用遵循TCP/IP通讯协议的信号收发单元，所述定位执行机构(300)中也设置有遵循TCP/IP通讯协议的信号收发单元(320)。
9.根根据权利要求6所述的太阳能发电板组的双轴数控定位系统，其特征在于:所述控制器(400)为两组，一组为工作控制器，另一组为备用控制器，所述工作控制器与所述备用控制器自动或手动切换。
10.根据权利要求6至9任一项所述的太阳能发电板组的双轴数控定位系统，其特征在于:所述定位执行机构(300)还包括位置传感器(310)，所述位置传感器(310)与所述控制信号收发单元(430)相连接。
【文档编号】G05D3/12GK104238577SQ201410494769
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】袁崇礼, 白峰 申请人:上海律邦机电设备有限公司