专利名称：一种太阳能自动跟踪发电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于太阳能发电领域，具体设计一种通过计算太阳天顶角和太阳方位 角来实时自动控制太阳能电池板角度的装置。
背景技术：
随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为地球 上最清洁和永不枯竭的能源，受到人们的重视。但是太阳能光伏发电的太阳能电池板的光 电转化效率很低，百分之十几左右，加上太阳的直射角度随着年、月、日、时、分和秒不断变 化而变化，使得太阳能电池板光伏发电的效率更低。提高太阳能发电的效率是近期人们研 究的重要课题。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种自动跟踪太阳的直射角度的太阳能发电装置，用 于提高太阳能电池板发电效率的问题。为实现上述目的，本实用新型提供了一种通过计算太阳天顶角和太阳方位角来实 时自动控制太阳能电池板角度的太阳能自动跟踪发电装置。该太阳能自动跟踪发电装置包 括用于将获取的太阳能转化为电能的所述太阳能电池板；用于控制太阳能自动跟踪发电装置的各个部件的工作的控制器；用于转动太阳能电池板的转动支架；用于驱动转动支架的电机；用于接收太阳能电池板送来的电能的蓄电池；用来将蓄电池的直流电能转化为交流电能的逆变器；用于给电气设备提供电力的供电系统。所述太阳能自动跟踪发电装置计算太阳天顶角和太阳方位角，根据太阳天顶角和 太阳方位角驱动电机，使得太阳能电池板和太阳的直射光线垂直。本实用新型中，控制器通过GPS芯片来接收太阳能电池板所在的纬度、经度和当 下的时间参数来实时计算太阳天顶角和太阳方位角，调整太阳能电池板的角度，使得太阳 能电池板与太阳的直射光线垂直，从而提高太阳能电池板的发电效率，解决了太阳能电池 板发电效率不高的问题。
图1为本实用新型太阳自动跟踪发电装置的结构示意图；图2为本实用新型太阳自动跟踪发电装置中控制器实施例的电路示意图；图3为本实用新型太阳自动跟踪发电装置中控制器实施例的工作流程图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。图1为本实用新型太阳自动跟踪发电装置的结构示意图。如图1所示，本实施例 技术方案中的太阳能自动跟踪发电装置包括太阳能电池板1，所述太阳能电池板1用于获 取太阳能，转化为电能；转动支架4，所述转动支架4与太阳能电池板连接，用于转动太阳能 电池板1 ；电机3，所述电机3与转动支架4相连，用于驱动转动支架4 ；蓄电池5，所述蓄电 池5与太阳能电池板1相连，用于接收太阳能电池板1输送的电能；逆变器6，所述逆变器6 与蓄电池5相连，用来将蓄电池5的直流电能转化为交流电能；供电系统7，所述供电系统7 与逆变器6相连，用于给电气设备提供电力；控制器2，所述控制器2与电机3、蓄电池5、逆 变器6的部件相连，用于控制发电装置的一些部件的运行。本实用新型中，控制器2通过程 序计算太阳天顶角和太阳方位角，来控制电机3的转动，电机3驱动转动支架4，转动支架4 旋转太阳能电池板1，使得太阳能电池板1始终与太阳的直射光线垂直，从而达到了提高太 阳能电池板1的发电效率的目的。同时，控制器2实时测量蓄电池5的电能，当蓄电池5低 于一定值时，关闭逆变器，停止给供电系统发电，以免损伤蓄电池5。整个发电装置中，控制 器2是该装置中重要部件，下面对控制器2再做更详细的叙述。图2为本实用新型太阳自动跟踪发电装置中控制器实施例的电路示意图。如图2 所示，控制器2包括处理器201，所述处理器201用于控制控制器2各个器件的工作和程序 运行；GPS芯片202，所述GPS芯片202与处理器201相连，用于接收本实用新型发电装置所 在的经度、纬度，输送给处理器201 ；串口 203，所述串口 203与处理器201相连，用于控制器 2与外部设备的通讯；显示204，所述显示204与处理器201相连，用于显示控制器2的相关 信息；按键205，所述按键205与处理器201相连，用于接收用户与控制器2的交互；电机驱 动器207，所述电机驱动器207与处理器20相连，用于接收处理器201发送的命令，驱动电 机3的运转；接口 206，所述接口 206与处理器201相连，用于输入蓄电池5的电压，送入处 理器201中进行AD数据采集，和接收处理器201的信号，控制逆变器6的通断。在这实施 例中，处理器201接收GPS芯片获取的经度、纬度信息，接收串口或键盘输入的时间信息，进 行实时计算太阳天顶角和太阳方位角，给电机驱动器207输出信号，控制电机3的运转，通 过转动支架4的旋转功能来旋转太阳能电池板1，调整太阳能电池板1的角度，使得太阳能 电池板1与太阳的直射光线垂直，从而提高太阳能电池板的发电效率。为更好地理解处理 器201的工作，下面对控制器2的工作流程做进一步的阐述。图3为本实用新型太阳自动跟踪发电装置中控制器实施例的工作流程图。如图3 所示，控制器2启动301后，进行初始化302，初始化302包括接收根据显示204提示的按 键输入时间信息，如年、月、日、时、分和秒，或接收串口通讯的输入时间信息，如年、月、日、 时、分和秒，或如无前两者的输入，则读取处理器201存储的时间信息，如年、月、日、时、分 和秒，完成初始化302后，读取GPS芯片数据303，其数据信息包括本实用新型的发电装置的 经度和纬度数据。而后，进入计算时间304，再次通过计算得到的时间和GPS芯片数据中的 经度和纬度，可计算太阳天顶角305，之后计算太阳方位角306，根据太阳天顶角和太阳方 位角驱动电机307，电机3带动转动支架4转动，调整太阳能电池板的角度，使得太阳能电 池板与太阳的直射光线垂直，达到最大发电效率。接下来，从蓄电池5中读取电量308，根 据电量值控制逆变器310，通或断。最后，为避免发电装置频繁调整角度消耗电能，控制器2和传动装置进入设定的间隔等待311，完成间隔等待311后，程序跳到304重新开始计算时 间304，以此循环下去。除了计算太阳天顶角305和计算太阳方位角306比较难理解，其它 的流程都比较好理解，下面针对计算太阳天顶角305和计算太阳方位角306做一些简单介绍。根据经度、纬度和时间信息，根据天体几何学原理可以推算太阳天顶角和太阳方 位角。下面做一些简要推算。假设PI为3. 1415926 ；hour为时间信息中的时，minute为时间信息中的分， second为时间信息的秒。时间数 fTimeNumber = hour+minute/60. 0+second/3600. 0时间角因子fTimeAngle可通过以下计算如果fTimeNumber < = 12，那么时 间角因子 fTimeAngle = (12. 0-fTimeNumber) *15. 0 ；否则时间角因子 fTimeAngle 为 (fTimeNumber-12. 0)*15. 0。换算成弧度单位，fTimecAnglc 为 fTimeAngle*Pl/180。根据年月日的时间信息可计算某一天在一年中的天数nDayNumber，太阳角因子 fSunAngle = 2. *PI* (nDayNumber-l.)/365. 0。那么太阳纬度 fSunLatitude = 0. 006894-0.399512*cos (fSunAngle)+0. 072075*sin(fSunAngle)-0. 006799*cos (2. ^fSunAngle)+0. 000896*sin(2. ^fSunAngle)-0.002689*cos (3. ^fSunAngle)+0. 001516*sin(3. ^fSunAngle)；换算成弧度单位，太阳纬度fSunLatitude = fSunLatitude*180. /PI。完成以上的运行运算准备工作，下面就可以计算出太阳天顶角了。太阳太顶角的三角函数，Sin(fSunHeightAngle) = sin (PI*fLatitude/180) *sin (PI*fSunLatitude/180)+cos(PI*fLatitude/180)*cos(PI*fSunLatitude/180)*cos(fTime Angle)ο其中fLatitude为GPS芯片获取的发电装置的纬度数据，fSunLatitude为上面计 算出的太阳纬度fSunLatitude，fTimeAngle为上面计算的太阳角因子fSunAngle。进行反 三角函数求解，太阳天顶角fSunHeightAngle = asin(fSinSunHeightAngle)*180· 0/ΡΙ。同样，太阳方位角的三角函数CosfSunPosition= tan(PI*fSunHeightAngle/180. 0)*tan (PI*fLatitude/180. 0)-sin(PI*fSunLatitude/180. 0)/((cos(PI*fSunHeightAngle/180)) *(cos(PI*fL atitude/180. 0)))。其中fSunHeightAngle为太阳天顶角，上面已经计算；fLatitude为GPS芯片获取 的发电装置的纬度数据；fSunLatitude为上面计算出的太阳纬度fSunLatitude。进行反三 角函数计算，太阳方位角fSunPosition= acos (fCosSunPosition)。换算成弧度制，太阳方位角 fSunPosition = fSunPosition*180/PI。如此，太阳天顶角和太阳方位角通过GPS芯片获取的数据和时间信息已经计算出 来了。有了太阳天顶角和太阳方位角两个数据，就可以驱动电机3，控制转动支架4，旋转 太阳能电池板1的角度，使之实时与太阳入射光线垂直，从而提高太阳能电池板的发电效率。上述各实施例中，通过GPS芯片获取发电装置所在位置的经度纬度信息和用户交 互输入的时间信息来实时计算太阳天顶角和太阳方位角，通过这两个角度来旋转太阳能电 池板，使得太阳能电池板与太阳的入射光线始终保持垂直，从而达到了提高发电装置的发 电效率，解决了太阳能电池板发电效率偏低的问题。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等 同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术 方案的精神和范围。
权利要求1.一种太阳能自动跟踪发电装置，其特征在于，包括用于将获取的太阳能转化为电能的太阳能电池板；用于控制太阳能自动跟踪发电装置的各个部件的工作的控制器；用于转动太阳能电池板的转动支架；用于驱动转动支架的电机；用于接收太阳能电池板送来的电能的蓄电池；用来将蓄电池的直流电能转化为交流电能的逆变器；用于给电气设备提供电力的供电系统。
2.如权利要求1所述的太阳能自动跟踪发电装置，其特征在于，所述控制器包括一用 于控制控制器中各个器件的工作和程序运行的处理器。
3.如权利要求2所述的太阳能自动跟踪发电装置，其特征在于，所述控制器还包括一 用于检测所述太阳能自动跟踪发电装置所在的经度、纬度并输送给控制器的全球定位GPS 芯片，所述全球定位GPS芯片与处理器相连。
4.如权利要求2所述的太阳能自动跟踪发电装置，其特征在于，所述控制器还包括一 用于控制器与外部设备的通讯的串口，所述串口与处理器相连。
5.如权利要求2所述的太阳能自动跟踪发电装置，其特征在于，所述控制器还包括一 用于显示控制器的相关信息的显示器件，所述显示器件与处理器相连。
6.如权利要求2所述的太阳能自动跟踪发电装置，其特征在于，所述控制器还包括一 按键，所述按键与处理器相连。
7.如权利要求2所述的太阳能自动跟踪发电装置，其特征在于，所述控制器还包括一 用于接收处理器发送的命令驱动电机的运转的电机驱动器，所述电机驱动器与处理器相 连。
8.如权利要求2所述的太阳能自动跟踪发电装置，其特征在于，所述控制器还包括一 用于输入蓄电池的电压送入处理器中进行AD数据采集和接收处理器的信号以及控制逆变 器的通断的接口，所述接口与处理器相连。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能自动跟踪发电装置，属于太阳能发电领域，该装置包括太阳能电池板、转动支架、电机、蓄电池、逆变器和供电系统。本实用新型中，控制器通过全球定位系统GPS芯片接收本地的纬度、经度和时间来计算太阳天顶角和太阳方位角，根据太阳天顶角和太阳方位角驱动电机，使得太阳能电池板和太阳的直射光线垂直，提高太阳能电池板发电效率。本实用新型中，通过GPS芯片接收纬度、经度和其它参数来计算太阳天顶角和太阳方位角，调整太阳能电池板的角度来提高太阳能电池板的发电效率，解决了太阳能电池板发电效率不高的问题。
文档编号H02N6/00GK201830172SQ20102050755
公开日2011年5月11日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者刘发慧, 宋庆烁, 邹清源, 陈家瑂 申请人:江西电力职业技术学院