专利名称：太阳指向双轴全自动跟踪控制发电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能发电领域，具体涉及一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发 电系统。
背景技术：
我国能源资源以煤炭为主，人均能源资源不足世界平均水平的一半。要实现2020 年国内生产总值比2000年翻两番的目标，全面建设小康社会，全国能源消费量将至少比 2000年翻一番，能源供需矛盾将进一步加剧。我国太阳能资源丰富，取之不尽，用之不竭，无 论从能源安全的长远战略角度出发，还是从调整和优化能源结构需求考虑，大力发展光伏 发电都是保障我国能源安全的重要战略措施之一。解决边远地区供电还是要靠光电。我国太阳能资源丰富，分布普遍。同其它技术，如小水电、风力发电、紫油发电等相 比，尽管光伏发电的成本在目前还比较高，但光伏发电资源普遍，系统结构简单，体积小且 轻，运行维护简单，清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长，经济性有比较优势，对解决边远地 区供电具有不可替代的作用，因此在“光明工程”先导项目、西藏阿里项目和“送电到乡”工 程中，光伏发电都被作为主要技术设备。根据国家提倡应用新能源的有关标准、规范和政策，如《中华人民共和国可再生能 源法》等，需要大力开发太阳能发电设备。现在的太阳能发电控制系统采用太阳能电池组成 固定的太阳能电池组阵列，但是随着太阳照射方向的不同，该太阳能电池阵列的发电能力 不同，不能使得该太阳能电池发电效率最大化。
实用新型内容本实用新型提供一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电系统，能够提高太阳能电 池阵列的发电效率。为了实现这一目的，本实用新型的方案如下一种太阳指向双轴全自动跟踪控制 发电系统，包括太阳能电池阵列，该太阳能电池阵列的输出端与逆变控制单元的输入端连 接，逆变控制单元的输出端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与负载连接，其特征在 于该太阳能电池阵列通过俯仰回转装置安装在横轴上，横轴与竖轴连接，竖轴通过水平回 转装置与机架连接，该俯仰回转装置和水平回转装置均与控制单元连接。控制单元包括系 统主控板，该系统主控板的输入端与GPS模块和传感器模块连接，该主控板还与嵌入式⑶I 监控界面连接，主控板的输出端分别与方位电机驱动模块和俯仰电机驱动模块的输入端连 接，方位电机驱动模块的输出端与方位电机连接，方位电机还通过编码器与方位电机驱动 模块连接，方位电机与水平回转装置连接，俯仰电机驱动模块的输出端与俯仰电机连接，俯 仰电机还通过编码器与俯仰电机驱动模块的反馈端连接，俯仰电机与俯仰回转装置连接。主控制板根据GPS模块和传感器模块检测到的光强做最优化滤波得到俯仰角和 方位角，将该俯仰角和方位角发送给俯仰电机驱动模块和方位电机驱动模块，从而通过俯 仰电机和方位电机控制俯仰回转装置和水平回转装置转到设定角度，同时传感器模块中的安装在水平回转装置和俯仰回转装置上的磁强方位计和倾角仪将检测到的实际方位和实 际倾角返回给控制主控制板。俯仰和方位角由GPS和光强做最优化滤波得出，在GPS或光 强出现故障时，不至于做出错误判断。而实际方位和俯仰角则由增量编码器和磁强方位计 和倾角仪做最优化滤波得出，给系统运行提供可靠的保证。本实用新型的优点在于充分利 用纯天然太阳能资源，全面采用绿色环保技术，系统结构简单，体积小且轻，运行维护简单， 清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长、供电可靠，且太阳能电池阵列可根据GPS和光强来作 适应性转动，从而提高发电效率。
图1为本实用新型一实施例的结构框图图2为本实用新型另一实施例的结构框图图3为控制单元的框图图4为设定俯仰角和方位角的流程图
具体实施方式
一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电系统，包括太阳能电池阵列1，该太阳能电 池阵列1的输出端与逆变控制单元2的输入端连接，逆变控制单元2的输出端与逆变器3 的输入端连接，逆变器3的输出端与负载4连接，其特征在于该太阳能电池阵列1通过俯仰 回转装置6安装在横轴5上，横轴5与竖轴7连接，竖轴7通过水平回转装置8与机架9连 接，该俯仰回转装置6和水平回转装置8均与控制单元10连接。太阳能组件采用单晶硅转换效率在18%左右或者采用多晶硅转换效率在15%左 右太阳能组件，构成独立的太阳能电池阵列1。太阳能电池阵列是太阳能发电系统中的核 心部分，太阳能电池阵列在太阳光照射下输出电能，太阳能电池组件阵列的输出电压可以 按照系统设计的要求，通过串并联方式提供后端负载所需电压。控制单元控制俯仰回转装 置6和水平回转装置8转动使得太阳能电池阵列1转动到指定位置，太阳能电池阵列1输 出的电压经逆变控制单元2流入逆变器3的直流输入端，由逆变器3经配电盘向交流负载 4供电。图1为本实用新型一实施例的结构框图。该实施例适用于并网型电站，负载为电 网12，逆变器3的输出端与交流整合单元11的输入端连接，交流整合单元11的输出端接入 电网12。并网型电站无需配置蓄电池组，太阳能电池阵列通过低压整流柜及相关设备直接 向电网输送电能。图2为本实用新型另一实施例的结构框图。该实施例适用于离网型电站，逆变控 制单元2与蓄电池13连接。蓄电池(组)一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电 池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需 要的时候再释放出来。在该实施例中，太阳能电池阵列除了通过逆变控制单元2提供电能 给负载还通过逆变控制单元2提供电能给蓄电池12。根据本实用新型的实施例，逆变控制 单元2采用光伏控制器，太阳能电池阵列通过光伏控制器对蓄电池(组)充电，同时给DC/ AC逆变器供电。在连续阴雨天太阳电池阵列功率输出不能满足不同负载供电时，由蓄电池 通过逆变器向负载供电。为了减少在DC/AC转换过程中能耗的损失，太阳电池阵列在很多场合(大型电站)，通过串并联方式提供有效的工作电压。图3为控制单元的框图。控制单元包括系统主控板14，该系统主控板14的输入端 与GPS模块15和传感器模块16连接，该主控板还与嵌入式⑶I监控界面17连接，主控板 14的输出端分别与方位电机驱动模块18和俯仰电机驱动模块19的输入端连接，方位电机 驱动模块18的输出端与方位无刷电机20连接，方位无刷电机20还通过编码器22与方位 电机驱动模块18连接，方位无刷电机与水平回转装置8连接，俯仰电机驱动模块19的输出 端与俯仰无刷电机21连接，俯仰无刷电机21还通过编码器23与俯仰电机驱动模块19的 反馈端连接，俯仰无刷电机21与俯仰回转装置6连接。其中传感器模块包括安装在太阳能 电池阵列上的光强监测仪。主控制板根据GPS模块和传感器模块检测到的光强做最优化滤波得到俯仰角和 方位角，将该俯仰角和方位角发送给俯仰电机驱动模块和方位电机驱动模块，从而通过俯 仰电机和方位电机控制俯仰回转装置和水平回转装置转到设定角度，同时传感器模块中的 安装在水平回转装置和俯仰回转装置上的磁强方位计和倾角仪将检测到的实际方位和实 际倾角返回给控制主控制板。俯仰和方位角由GPS和光强做最优化滤波得出，在GPS或光 强出现故障时，不至于做出错误判断。而实际方位和俯仰角则由增量编码器和磁强方位计 和倾角仪做最优化滤波得出，给系统运行提供可靠的保证。俯仰角和方位角由GPS和光强做最优化滤波得出，在GPS或光强出现故障时，不至 于做出错误判断。而实际方位和俯仰角则由增量编码器和磁强方位计和倾角仪做最优化滤 波得出，给系统运行提供可靠的保证。磁强方位计和倾角仪在出厂时已经校准好，实际安装 时无刷电机上带有编码器，只要在俯仰和方位电机上的水平和正南方位加上清零信号即可 完成电机伺服的安装。电机伺服安装好以后，加上GPS和传感器模块，系统主控板即计算出 目标俯仰角和方位角，并控制电机驱动使电池板指向目标方位。设定俯仰角和方位角的流 程图如图4所示。最终得到的PID控制量送至俯仰电机和方位电机控制电机转动角度。太阳能电池的所有参数可以通过系统监控界面进行修改和观测，而电池指向追踪 的效果也在追踪的过程中被实时评估，用户可以将此类参数打印出来，以供保存。
权利要求一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电系统，包括太阳能电池阵列，该太阳能电池阵列的输出端与逆变控制单元的输入端连接，逆变控制单元的输出端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与负载连接，其特征在于该太阳能电池阵列通过俯仰回转装置安装在横轴上，横轴与竖轴连接，竖轴通过水平回转装置与机架连接，该俯仰回转装置和水平回转装置均与控制单元连接。
2.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于控制单元包括系统主控板，该系统主控 板的输入端与GPS模块和传感器模块连接，该主控板还与嵌入式⑶I监控界面连接，主控板 的输出端分别与方位电机驱动模块和俯仰电机驱动模块的输入端连接，方位电机驱动模块 的输出端与方位电机连接，方位电机还通过编码器与方位电机驱动模块连接，方位电机与 水平回转装置连接，俯仰电机驱动模块的输出端与俯仰电机连接，俯仰电机还通过编码器 与俯仰电机驱动模块的反馈端连接，俯仰电机与俯仰回转装置连接。
3.如权利要求2所述的发电系统，其特征在于其中传感器模块包括安装在太阳能电 池阵列上的光强监测仪。
4.如权利要求1所述的发电系统，其特征在于负载为电网，逆变器的输出端与交流整 合单元的输入端连接，交流整合单元的输出端接入电网。
5.如权利要求4所述的发电系统，其特征在于逆变控制单元与蓄电池连接。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳指向双轴全自动跟踪控制发电系统，包括太阳能电池阵列，该太阳能电池阵列的输出端与逆变控制单元的输入端连接，逆变控制单元的输出端与逆变器的输入端连接，逆变器的输出端与负载连接，其特征在于该太阳能电池阵列通过俯仰回转装置安装在横轴上，横轴与竖轴连接，竖轴通过水平回转装置与机架连接，该俯仰回转装置和水平回转装置均与控制单元连接。本实用新型的优点在于充分利用纯天然太阳能资源，全面采用绿色环保技术，系统结构简单，体积小且轻，运行维护简单，清洁安全、无噪声、可靠性高、寿命长、供电可靠，且太阳能电池阵列可根据GPS和光强来作适应性转动，从而提高发电效率。
文档编号H02N6/00GK201717807SQ20102019031
公开日2011年1月19日 申请日期2010年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者丁金龙, 倪开禄, 屠小敏, 袁丁 申请人:上海超日太阳能科技股份有限公司;上海超日太阳能工程有限公司