一种低能耗的分布式光伏电站出力提升装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明设计了一套低成本、新型机械结构和控制方法的光伏阵列自动跟踪装置。属于光伏发电与并网领域。
【背景技术】
[0002]随着世界经济的快速发展，能源的需求量日益增大，传统的非可再生能源日渐减少并面临枯竭，同时传统化石能源的燃烧会产生大量的温室气体和有害气体，因此寻找开发一种清洁无污染、低成本、高效能、可再生的新能源成为当今解决能源紧缺和环境污染问题的必然选择。太阳能凭借其自身的分布范围广、储量大、清洁无污染、可再生等优点已成为世界各国的研究热点。分布式太阳能光伏发电便是太阳能应用的重要途径，也是“十二五”期间国家大力推进的分布式新能源应用。在发展分布式光伏电站接入并网集中供电的同时，提高分布式太阳能光伏电站综合出力和并网后整个电网安全水平是现阶段智能电网建设的重要目标。
[0003]分布式光伏电站中光伏阵列多采用固定式安装方式，这在一定程度上影响了光伏电池板受光面积，进而影响光伏发电效率，因此提高分布式光伏电站出力光伏电站发展的一种现实需求。
[0004]电站光伏阵列既定的情况下，多采用太阳光自动跟踪方式使得光伏阵列始终保持最大受光面积，是当前提高本地光伏电站出力的一种最有效、最直接的手段。结合本地多风天气特点，设计一种抗风稳定、投入和维护成本较低、适用性强的新型机械结构和控制方式的光伏阵列自动跟踪装置对于提高本地分布式光伏电站出力具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0005]本发明设计了一套低成本、新型机械结构和控制方式的太阳光自动跟踪装置。
[0006]本装置采用追光模型完成对太阳的实时跟踪，跟踪完成时通过ZigBee节点通信发送实时的太阳方位角、高度角信息给太阳光自动跟踪装置，进而驱动水平、垂直方向的电机完成太阳方位角、高度角的实时跟踪。
[0007]追光模型设计主要包括双轴跟踪机构、角位移反馈模块、光伏电池板输出电压采集模块、ADC模数转化模块硬件设计以及跟踪控制算法设计。
[0008]双轴跟踪机构设计具体又分为水平跟踪机构和垂直跟踪机构。
[0009]水平跟踪机构主要采用轮式转动机制，步进电机转动带动整个跟踪装置支架做0-180°的半圆周运动，整个跟踪装置支架固定在一个可以水平面自由旋转的正方形托盘的上面，托盘下面固定在光滑木质平板上;步进电机通过电机座与支架固定，通过轮子的转动带动整个跟踪装置水平方向做半圆周运动。
[0010]垂直跟踪机构采用由步进电机控制的滚珠丝杆升降来完成光伏电池板垂直方向太阳高度角的跟踪，其中有效跟踪角度范围为5_85°，滚珠丝杆通过滑轮与光伏电池板安装支架预留的可变长滑道联接。
[0011]太阳光自动跟踪模型底盘采用角钢材料，底盘四角安装有四个万向轮，实现滚动式水平方向跟踪;底盘下面固定在一个双面可以自由旋转的托盘上，托盘下面固定在一定高度的水泥台上，使得整个跟踪装置可以以水泥台为中心水平自由旋转。垂直方向采用两根可以自由升降的电动推杆，两根电动推杆分别固定在光伏阵列支架两边缘，两根电动推杆同时升降来完成光伏阵列倾角的调整，即完成太阳高度角跟踪。
[0012]太阳光自动跟踪模型水平方向跟踪由24V直流电机完成;垂直方向跟踪由12V直流电机控制的两根相同的电动推杆完成。控制直流电机通电时间和通电方向即可实现跟踪角度变化，并且实时采集角位移传感器反馈值，进行闭环控制。追光模型和光伏阵列跟踪装置之间通过ZigBee点对点通信，实现跟踪定位角度信息的发送和接收。
[0013]本实用新型的有益效果:本实用新型依据安装在追光模型上的实时方位角跟踪传感器和高度角跟踪传感器，采集追光模型确定的太阳实时方位角、高度角跟踪信息，并以此控制光伏阵列进行自动跟踪，减小了光伏阵列追光过程的耗能。
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的整体结构框图；
[0015]图2是追光感知模型的结构框图；
[0016]图3是追光感知模型整体机械结构图:图中编号分别代表:1.太阳能电池板2.轴承3.托盘4.滑道5.滚珠丝杆6.塑料滑轮7.水平方位角跟踪传感器8.轮子
9.矩形支架10.转轴11.高度角跟踪传感器；
[0017]图4是追光感知模型自动跟踪模型电路原理图；
[0018]图5是太阳光自动跟踪模型结构框图；
[0019]图6是太阳光自动跟踪模型机械结构图，图中编号分别代表:1.太阳能电池板2.电动推杆3.托盘4.万向轮5.矩形钢质底盘6.水平方向方位角直流电机7.垂直方向高度角直流电机；
[0020]图7是太阳光自动跟踪模型电路原理图；
【具体实施方式】
[0021 ]追光感知模型双轴跟踪机构在单片机的控制下，通过步进电机的驱动，对太阳的位置进行跟踪，保证光伏阵列有效受光面积始终最大。与此同时，方位角、高度角传感器、ADC模数转化模块对此时的状态进行采样，并把这些数据传回微处理器。
[0022]如图3所示本实用新型追光感知模型1的追光感知模型整体机械结构图，在追光模型装置上装设有实时水平方位角跟踪传感器7和高度角跟踪传感器11，由它们分别采集追光模型实时追光调节稳定后转过的方位角和高度角信息。
[0023]太阳光自动跟踪模型控制电路根据接收到的追光模型发送的定位角度信息，单片机驱动继电器控制模块，控制水平方向直流电机和垂直方向电动推杆运转，并且实时采集两个方向的角度反馈值最终完成两个方向的太阳光跟踪。
[0024]如图6所示本实用新型光伏阵列跟踪模型的光伏阵列装置图，在光伏阵列装置上装设有太阳光自动跟踪系统的水平方向方位角直流电机6和垂直方向高度角直流电机7，还装设有两根电动推杆2和光伏阵列板1，两根电动推杆2分别固定在光伏阵列支架两边缘，所述太阳光自动跟踪系统在水平方向采用控制直流电机6完成光伏阵列板1的太阳方位角跟踪，垂直方向采用控制电机7使两根电动推杆升降完成光伏阵列板1的太阳高度角跟踪，使光伏阵列板1可完成水平和垂直两个方向的太阳光跟踪，且重心较低，抗风稳定。
【主权项】
1.一种低能耗的分布式光伏电站出力提升装置，其特征是，包括追光感知模型和光伏阵列自动跟踪模型。2.根据权利要求1所述低能耗的分布式光伏电站出力提升装置，其特征是，所述追光感知模型由双轴跟踪机构和角度信息处理机构组成，其中双轴跟踪机构由水平跟踪机构和垂直跟踪机构组成，水平跟踪机构由追光模型方位角追踪角位移传感器完成，垂直跟踪机构由高度角追踪角位移传感器完成。3.根据权利要求1所述低能耗的分布式光伏电站出力提升装置，其特征是，所述光伏阵列自动跟踪装置由角度信息接收装置、控制装置、角位移传感器反馈装置和光伏阵列组成，其中角度信息接收装置由ZigBee接收模块节点组成，控制装置由微控制器、继电器控制模块、方位角直流电机及驱动和高度角直流电机及驱动组成。4.根据权利要求2所述低能耗的分布式光伏电站出力提升装置，其特征是，追光感知模型中水平跟踪机构主要采用轮式转动机制，步进电机转动带动整个跟踪装置支架做0-180°的半圆周运动，整个跟踪装置支架固定在一个可以水平面自由旋转的正方形托盘的上面，托盘下面固定在光滑木质平板上，步进电机通过电机座与支架固定，通过轮子的转动带动整个跟踪装置水平方向做半圆周运动。5.根据权利要求2所述低能耗的分布式光伏电站出力提升装置，其特征是，追光感知模型中垂直跟踪机构采用由步进电机控制的滚珠丝杆升降来完成光伏电池板垂直方向太阳高度角的跟踪，其中有效跟踪角度范围为5-85°，滚珠丝杆通过滑轮与光伏电池板安装支架预留的可变长滑道联接。6.根据权利要求3所述低能耗的分布式光伏电站出力提升装置，其特征是，所述光伏阵列自动跟踪模型由角度信息接收装置、控制装置、角位移传感器反馈装置和光伏阵列组成，其中角度信息接收装置由ZigBee接收模块节点组成，控制装置由微控制器、继电器控制模块、方位角直流电机及驱动和高度角直流电机及驱动组成。7.根据权利要求3所述低能耗的分布式光伏电站出力提升装置，其特征是，光伏阵列自动跟踪模型，水平跟踪机构采用直流电机完成太阳方位角跟踪；垂直跟踪机构采用两根电动推杆升降来完成太阳高度角跟踪。8.根据权利要求3所述低能耗的分布式光伏电站出力提升装置，其特征是，光伏阵列自动跟踪模型底盘采用角钢材料，底盘四角安装有四个万向轮，实现滚动式水平方向跟踪;底盘下面固定在一个双面可以自由旋转的托盘上，托盘下面固定在一定高度的水泥台上，使得整个跟踪模型可以以水泥台为中心水平自由旋转;垂直方向采用两根可以自由升降的电动推杆，两根电动推杆分别固定在光伏阵列支架两边缘，两根电动推杆同时升降来完成光伏阵列倾角的调整，即完成太阳高度角跟踪。
【专利摘要】本实用新型公开了一种低成本低能耗、新型机械结构和控制方法的分布式光伏电站出力提升装置，包括追光感知模型和光伏阵列自动跟踪模型两部分。追光感知模型采用主动式跟踪方式，由双轴跟踪机构和角度信息处理机构组成，其中双轴跟踪机构由水平跟踪机构和垂直跟踪机构组成，实现了水平方向和竖直方向两个方向的太阳光跟踪并通过通信节点将控制信息发送给太阳光自动跟踪模型，进而驱动两个方向电机运转，完成太阳光实时跟踪。相对以往追光装置机械结构重心位置大大降低，增强了抗风稳定性，并且没有采用齿轮、链条或者蜗轮蜗杆等常用转动机制，节省了前期设计和后期维护成本、操作便捷、安全性高。
【IPC分类】G05D3/12
【公开号】CN205103663
【申请号】CN201520728691
【发明人】姚仲敏, 潘飞, 吴金秋, 李梦瑶, 张鹏, 赵昕
【申请人】齐齐哈尔大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年9月18日