太阳能跟踪控制器及其跟踪方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能跟踪控制器及其跟踪方法。
【背景技术】
[0002]太阳能跟踪控制器广泛的应用于太阳能发电系统和太阳能灶中，如多晶硅发电，单晶硅发电系统，太阳能的光热发电系统，现在主要有二种跟踪方式，一种是单轴跟踪方式，另一种是双轴跟踪方式，单轴跟踪方式主要应用在对跟踪太阳位置不需要很准确的地方，其跟踪精度只能达5 —10度的范围，但其安装简单，控制也很简单；双轴跟踪方式主要应用在对跟踪太阳要求跟踪精度较高的地方，其跟踪精度可以达到0.1度，如HCPV高聚光太阳能发电系统，太阳能光热发电系统，反射式太阳能发电系统以及多晶硅发电系统等，其主要特点是能随太阳的运动而及时的跟踪太阳位置，并时刻保持太阳光射到某个点上，能提高系统对太阳光的利用率.目前主要有二种跟踪方法，一种是被动式跟踪，另一种是主动式跟踪，被动式跟踪主要是采用光电传感器来检测太阳的位置，然后驱动电机来跟踪太阳，目前的跟踪器都是采用光敏电阻或是分散的硅光电池片做为光电传感器，这样做的光电传感器存在检测精度不高，在跟踪太阳时跟踪精度达到0.1度的要求，被动式跟踪的优点:跟踪精度高，不存在累积误差；缺点是:容易受到天气的影响，在多云或阴天时，跟踪器容易出现误动作，不能准确的跟踪太阳，这样就会造成当多云或阴天过后太阳出来时，太阳能跟踪控制器不能及时的跟踪上太阳或者出现朝相反方向跟踪的情况，这样造成太阳光不能被利用。主动式跟踪主要是根据太阳的轨迹算法通过计算得到当前当地的太阳位置，然后控制器驱动电机转动，使跟踪支架转动，然后通过安装在支架上的方位角度编码器和高度角度编码器进行反馈跟踪支架当前的角度给跟踪控制器，使跟踪支架的角度和计算的当前当地的太阳的方位角和高度角一致，这样完全可以不受天气的影响，不管是阴天或是多云都不会出现误动作的情况，但是目前的很多太阳位置算法算出来的太阳位置都不是很准确，难以达到0.1度的跟踪精度的要求，当大气层中的清洁度不同时，到达地面的光拆射率也不同，造成实际太阳的位置和聚光形成的光斑存在一定的偏差。目前采用主动跟踪或被动跟踪都难以满足聚光太阳能发电系统的要求。
[0003]中国专利文献号CN200910099048.1于2009年11月18日公开了一种主动式太阳能跟踪方法及装置，其通过计算太阳光入射到当前设备的入射角度，并将其转换为控制信号，调整当前设备的姿态，使之与太阳入射光线成预定的夹角。据称，其具有良好的精度和稳定性。但是，该设计方案仍存在上述不足，精度不够高。因此，有必要作进一步改进。
【发明内容】
[0004]本发明的目的旨在提供一种跟踪精度高、稳定性好、不受天气影响的太阳能跟踪控制器及其跟踪方法，以克服现有技术中的不足之处。
[0005]按此目的设计的一种太阳能跟踪控制器，包括PLC控制器和电源，其结构特征是PLC控制器的输入端分别与四象限光电传感器、风速传感器、触摸显示屏、方位角度编码器及高度角度编码器的输出端连接，PLC控制器的输出端分别与方位电机驱动器和高度电机驱动器的输入端连接，并且PLC控制器分别与触摸显示屏、方位角度编码器及高度角度编码器以RS485的方式进行通信。
[0006]进一步，所述四象限光电传感器为由同一片硅光电池用激光切割而成的硅光电池片e、硅光电池片f、硅光电池片g和硅光电池片h组成；所述四象限光电传感器的外围还设有由娃光电池片a、娃光电池片b、娃光电池片c和娃光电池片d组成的光电传感器；定义各硅光电池片的电压分别为Vn，Vn为Va?Vh，同时定义外方位偏差电压为Vlr,外高度偏差电压为Vbr，外光强电压为Vm，内方位偏差电压为Vlrn，内高度偏差电压为 Vbrn，内光强电压为 Vmn，则有 Vlr = Vc-Vd, Vbr = Va-Vb, Vm = Va+Vb+Vc+Vd, Vlrn =(Ve+Vg)-(Vf+Vh), Vbrn = (Ve+Vf)-(Vg+Vh), Vmn = Ve+Vf+Vg+Vh。
[0007]一种太阳能跟踪控制器的跟踪方法，其特征是包括以下几个步骤:
[0008]I)参数初始化后分别采集风速传感器的信号、四象限光电传感的信号、触摸显示屏设定的参数和方位角度编码器的角度值以及高度角度编码器的角度值；
[0009]2)判断风速是否大于设定值且持续时间超过20秒，当风速大于设定值且持续时间超过20秒，则控制高度电机快速的把风速保护支架打到水平位置，直到持续10分钟内没有检测到有风速超过预先设定值时，重新起动跟踪；当风速没有超过预先设定值时跟踪太阳；
[0010]3)通过四象限光电传感器检测太阳的具体位置，当太阳光不能垂直的射入到四象限光电传感器上时，四象限光电传感器会输出方位偏差的电压值和高度偏差的电压值，然后PLC控制器采集这二个偏差值并控制方位电机和高度电机转动，直到方位偏差和高度偏差输出为O为止；
[0011]4)通过四象限光电传感器检测太阳光的强度，当太阳光的强度不大于设定值时，太阳能跟踪控制器自动切换到轨迹跟踪的状态，当太阳光的强度大于设定值时，太阳能跟踪控制器自动切换到光电跟踪的状态。
[0012]进一步，所述四象限光电传感器是采用同一片硅光电池片分割成4片做成信号检测，然后通过放大电路进行放大并且做差分运算，最后输出方位偏差和高度偏差；所述四象限光电传感器的外围设置的光电传感器用于跟踪控制器粗调跟踪太阳时作信号采集用，当外围的光电传感器的外方位偏差电压Vlr和外高度偏差电压Vbr输出均等于O时，太阳能跟踪控制器自动切换到用内部的四象限光电传感器的信号来作精细跟踪控制，当四象限光电传感器的内方位偏差电压Vlrn和内高度偏差电压Vbrn都为O时，跟踪停止，使得跟踪精度达到0.1度的范围。
[0013]进一步，所述跟踪控制器状态的切换是根据四象限光电传感器检测到太阳光的强度与通过触摸显示屏预先设定的光强值进行比较。
[0014]进一步，所述轨迹跟踪是采用高精度的太阳位置算法，通过触摸显示屏输入当地的经玮度和当地的时间来计算太阳的具体位置，并根据计算出来的太阳方位角和太阳高度角，通过方位角度编码器和高度角度编码器把支架转动的具体位置反馈给PLC控制器，PLC控制器控制方位电机驱动器和高度电机驱动器，分别驱动方位电机和高度电机转动，直至安装在支架上的方位角度编码器和高度角度编码器反馈的角度和计算的太阳的方位角和太阳的高度角一致时停止电机转动。
[0015]进一步，所述轨迹跟踪的方式为当计算的太阳方位角度-支架方位角度编码器的角度大于等于0.1度时，PLC控制器控制方位电机驱动器驱动方位电机向西转动，直至太阳方位角度-支架方位角度编码器的角度小于0.1度，当计算的太阳方位角度-支架方位角度编码器的角度小于-0.1度时，PLC控制器控制方位电机驱动器驱动方位电机向东转动，直至太阳方位角度-支架方位角度编码器的角度大于-0.1度；当计算的太阳高度角度-支架高度角度编码器的角度大于等于0.1度时，PLC控制器控制高度电机驱动器驱动高度电机向下转动，直至太阳高度角度-支架高度角度编码器的角度小于0.1度，当计算的太阳高度角度-支架高度角度编码器的角度小于-0.1度时，PLC控制器控制高度电机驱动器驱动高度电机向上转动，直至太阳高度角度-支架高度角度编码器的角度大于-0.1度。
[0016]进一步，所述光电跟踪的方式为当采集到四象光电传感器的方位偏差电压值大于dEl值时，PLC控制器控制方位电机驱动器驱动方位电机向西转动，直