一种单轴光伏追日系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于能量技术领域，尤其涉及一种单轴光伏追日系统。
【背景技术】
[0002] 随着世界人口持续增长和经济的不断发展，能源供应的需求量日益增加，但在目 前的能源消费结构中，仍是以煤炭、石油和天然气等化石燃料为主。据最新世界能源调查 报告显示，化石燃料最多只能使用200年左右，而太阳能是清洁能源且相比于化石燃料是 取之不尽、用之不竭的，可以有效地缓解能源危机，在日后的世界能源结构中将占据主导地 位。因此，光伏发电技术是新能源技术的重要组成部分，随着人们对可再生能源认识的提 高，太阳能资源的开发及应用前景将是十分广阔的。
[0003] 然而现有的光伏发电装置中，传统单轴系统存在发电量低、结构复杂、占地面积 大、维护难、太阳能利用率不高等问题。而且单轴光伏追日系统的双轴系统跟踪需要同时控 制两个变量，复杂的控制使得系统运行可靠性降低，成本提高。 【实用新型内容】
[0004] 为解决上述技术问题，本实用新型提供一种单轴光伏追日系统，其以单片机为控 制核心，利用光敏电阻感应光照强度进而控制电机的正反转，保证光伏板时刻处于最大光 照强度下，同时通过MPPT技术提高蓄电池的充电效率，实现光伏板发电效率最大化。此外 在LCD显示屏上实时显示时间、发电量以及蓄电池的储电量等参数，增强整个系统的稳定 性和环境应变能力，延长使用寿命。
[0005] 本实用新型的单轴光伏追日系统，其包括：单片机控制系统、旋转电机、MPPT控制 器、蓄电池、IXD显示屏、光伏板六大结构；
[0006] 单片机控制系统，利用太阳高度角和方位角的数学模型计算太阳方位，并结合自 动跟踪感应器接受的光强与系统规定值的关系，发出指令控制旋转电机的转动；
[0007] 旋转电机，根据单片机控制系统的指令进行转动从而旋转调整光伏板，使光伏板 对准太阳对其进行追踪；
[0008] 蓄电池，用于储备光伏板产生的电能，需要使用时由单片机控制系统控制蓄电池 将其储备的电能供给用户使用；
[0009] 光伏板，旋转电机使光伏板在最佳位置下接收太阳光，并将太阳能转变为电能，一 部分供给用户直接使用，另一部分储备在蓄电池中；
[0010] MPPT模块，采用扰动观测法P&0、恒定电压控制法CVT两种方式相结合的办法来提 高系统功率；
[0011] IXD显示屏，用于显示日期、发电量和储电量。
[0012] 进一步的，自动跟踪感应器设定间歇工作，每5分钟启动一次跟踪检测。
[0013] 进一步的，单轴光伏追日系统的支架分为底座、主梁和光伏系统三部分，三部分之 间可拆卸并通过螺栓连接。
[0014] 进一步的，光伏板的南北方向角度和东西方向角度可调，根据季节调整南北方向 角度，根据太阳旋转调整东西方向角度。
[0015] 效果较好的，光伏板的东西方向旋转系统采用加厚满盘钢珠万向转盘，万向转盘 为旋转沙发或旋转衣柜的连接部件。
[0016] 进一步的，自动跟S示感应器包括：光敏t旲块，单片机t旲块，时钟芯片t旲块，驱动t旲块 及支流电机组成；该自动跟踪感应器具有两种模式，一种为自动判断外部光强模式，该模式 在光照强时采用光敏电阻构成的追踪器来实时追踪，另一种为定时驱动模式，该模式在光 照较弱时采用时钟模块定时驱动，且该两种模式能够实时切换。
[0017] 进一步的，单轴光伏追日系统还包括一个备用电源，当蓄电池无法满足供电需求 时，电源切换开关会自动切换到备用电源供电。
[0018] 本实用新型的有益效果在于：
[0019] 本实用新型的单轴光伏追日系统具有结构简，成本低，维护易，兼容性强，可靠性 尚的强大优势。
[0020] 本实用新型的单轴光伏追日系统是一种新型低成本MPPT控制单轴联动的解决方 案，可在单轴条件下实现双轴效果，并使太阳能发电效率最大化，提高蓄电池充电效率。
[0021] 本实用新型的单轴光伏追日系统能够促进光伏发电装置不断地完善和发展，达到 保护环境、节约资源、减少污染的目的。
[0022] 本实用新型的单轴光伏追日系统充分体现了节能环保的理念，具有较好的社会效 应和经济效益。随着越来越多的地方使用太阳能作为清洁能源，提高太阳能转化率和它的 充电效率都有待实施改进，本实用新型的应用前景十分广阔。
[0023] 本实用新型做到了稳定最大功率点的跟踪，解决了精度差大和算法不严谨等问 题，让MPPT控制器能够更迅速的追踪到最大功率点，并通过一个较小扰动量进行精确测 量，有效减小了扰动法在最大功率点附近的震荡。
【附图说明】
[0024] 图1为本实用新型的单轴光伏追日系统结构示意图；
[0025] 图2a为本实用新型的单轴光伏追日系统的支架的部件一结构示意图；
[0026] 图2b为本实用新型的单轴光伏追日系统的支架的部件二结构示意图；
[0027] 图2c为本实用新型的单轴光伏追日系统的支架的部件三结构示意图；
[0028] 图2d为本实用新型的单轴光伏追日系统的支架立体图；
[0029] 图2e为本实用新型的单轴光伏追日系统的支架示意图；
[0030]图3为本实用新型的单轴光伏追日系统的东西方向旋转示意图；
[0031] 图4为本实用新型的单轴光伏追日系统的南北方向旋转示意图；
[0032] 图5a为本实用新型的单轴光伏追日系统的天球坐标系示意图；
[0033] 图5b为本实用新型的单轴光伏追日系统的天球坐标系中太阳在空中的高度角α 和方位角γ位置示意图；
[0034] 图6为本实用新型的单轴光伏追日系统的自动跟踪感应器示意图；
[0035] 图7为本实用新型的单轴光伏追日系统的太阳能追踪流程示意图；
[0036] 图8为本实用新型的单轴光伏追日系统的电源供电电流示意图；
[0037] 图9为本实用新型的单轴光伏追日系统的MPPT模块示意图；
[0038] 图10为本实用新型的单轴光伏追日系统自动一天内四季平均日照时长示意图。
【具体实施方式】
[0039] 本实用新型包括单片机控制系统、旋转电机、MPPT控制器、蓄电池、IXD显示屏、光 伏板六大结构。实用新型整体设计如图1。该单轴光伏追日系统的工作方式如下：
[0040] 1)晚上太阳消失时，自动跟踪感应器接受的光强小于系统规定值，单片机发出指 令控制电机使光伏板转动到初始位置，以保证第二天太阳升起时开始进行光伏板的追踪。
[0041] 2)早上太阳出现时，单片机开始分析自动跟踪感应器的两组光敏电阻受光是否相 同，当光敏电阻受光相同，则说明光伏板正对太阳。若不同，则由单片机系统控制电机旋转 调整光伏板，直至其对准太阳。由于太阳的运动相对缓慢，本系统设定间歇工作，每5分钟 启动一次跟踪检测。可有效实现了太阳能光伏板自动跟踪太阳的功能。
[0042] 3)较弱光照或乌云遮挡时，单片机根据光敏模块反馈的信息，定时驱动光伏板以 追踪太阳。当外部恢复较强光照时，能够从定时驱动模式重新转为自动跟踪太阳模式。
[0043] 本实用新型的蓄电池储备系统方便用户，光伏板产生的电直接供给用户使用，剩 余的电量储备在蓄电池中，需要使用时由单片机控制，供给用户使用。
[0044] 支架系统参考了历代光伏支架结构，分析了它们的结构思路，总结经验，然后去粗 取精，推陈出新，提出了可拆卸性设计方案，实现了底座与主梁之间可拆卸，以及主梁与上 部光伏系统支架之间可拆卸。历代光伏发电系统均由许多零散部件组成，安装人员待货物 抵达目的地后需现场大量拼装零件，导致安装工期长、难度大、成本高，浪费人力物力。本实 用新型因具有可拆卸性，出厂只有三大部分，实物运抵目的地后，只需将三部分用螺栓连接 即可完成安装调试，安装效率得到了大幅提升。在保证稳定、抗风、灵活性的基础上，又提高 了便携性和安装的高效性。支架结构如下图2a至图2e所示。
[0045] 如图3和图4所示，单轴旋转系统的设计分为两个部分，一是南北方向角度调节， 二是东西方向角度调节。实现了根据季节调整南北方向角度，以及东西方向实时跟踪太阳 旋转的功能。达到了使用双轴旋转系统才能够实现的调节效果，有效降低成本，简化电路， 大幅提高了经济效益。
[0046] 任何一款光伏追日系统的东西方向旋转结构均为支架的核心部分，中国质量认证 中心认证技术规范在实用新型的抗风，抗震，抗压等方面均提出了技术要求。根据该要求， 单轴跟踪装置载重要求为20kg/m 2,跟踪角度为110°，最大安全瞬时风速为140km/h。本实 用新型的东西方向旋转系统采用加厚满盘钢珠万向转盘，万向转盘常用于旋转沙发，旋转 衣柜等大型高重量的连接部件。采用该部件，承重可达200kg/m 2,满足在光伏产业中抗风， 抗震等技术要求，且转动平滑稳定，跟踪角度高达360°，并可进行精细调整。图5a为天球 坐标系示意图，图5b为天球坐标系中太阳在空中的高度角α和方位角γ位置示意图。
[0047] 假设观测点所在地与地心距离为r，AB的长度为L。点A位于炜度Φ，中午1