一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路的制作方法
【专利摘要】一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，由水平角度控制模块(1)、俯仰角度控制模块(2)、直流电机驱动模块(3)、低照度检测模块(4)、无光照时自动转到东方控制模块(5)、基准电压产生模块(6)组成。该电路主要包括4个运算放大器、6个比较器、6个异或逻辑门、1个电机驱动芯片、1个霍尔开关和1个基准电压源。本实用新型通过采样光伏电池片短路电流来实时检测太阳光强，最终实现水平面转动支架绕垂直轴转动以调节水平角度，倾斜面摇动支架绕水平轴转动以调节俯仰角度，使光伏电池组件朝向与太阳位置始终保持一致。本实用新型控制电路简单，能有效提高太阳能发电效率，降低太阳能发电成本。
【专利说明】一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，属于太阳能光伏发电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着社会经济的发展，传统化石能源的消耗量越来越大，从而出现了严重的能源危机和环境污染问题。太阳能等可再生能源从而备受关注，太阳能光伏发电系统目前已经得到广泛应用。光伏电池是光伏发电系统的核心部件，其输出特性具有强烈的非线性特征，且受太阳光强和环境温度的改变而改变。在一定的太阳光强和环境温度下，光伏电池可以有不同的输出电流，但只有在某一特定的输出电流时其对应的输出功率才能达到最大值。因此，在太阳能光伏发电系统中，为了提高光伏电池的电能转换能力，必须正确安放光伏电池组件的的摆放位置，从而最大程度的利用吸收太阳能。近些年来，国内外专家针对该问题进行了一些有意义的研究工作并提出了相应的实现方法。
[0003]目前最常用的方法是将光伏组件面朝南倾斜一定角度、固定位置安装光伏支架，这种方法实现最简单，使用起来也很可靠，但是由于安装位置和俯仰角度固定，不利于最大程度的吸收利用太阳能。因此有专家提出另外一种改进办法，即光伏组件面朝南位置不变，但是俯仰角度可以根据季节不同进行手工调整，这种方法有一些好的效果，但是由于需要手工调整，应用起来不是很方便。为了克服固定斜面安装所带来的太阳能利用率不高的缺点，有人提出追日型光伏发电系统，这种系统可以自动跟踪太阳的位置，从而可以将太阳能的利用率提高20-30%。但这种追日型光伏发电系统在实际应用中并不多见，主要是因为目前的控制精度和可靠性不高，一旦系统控制失灵卡死、反而会影响系统的正常使用。有人利用微处理器以及相应的接口进行数字化控制来实现，但数字化控制也存在一些不足:数字控制的实时性较模拟电路而言要慢一些，另外精度和效率也稍差一些。如果能用简单的模拟电路来实现，可以节省成本，简化控制，也可以满足提高控制的实时性要求。
实用新型内容
[0004]本实用新型针对现有光伏电池支架安装与控制中存在的不足，提出一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路。
[0005]本实用新型采用如下技术方案:
[0006]一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，由水平角度控制模块、俯仰角度控制模块、直流电机驱动模块、低照度检测模块、无光照时自动转到东方控制模块、基准电压产生模块六大功能模块子电路组成，所述模拟控制电路通过采样用作光电传感器的4个光伏电池片的短路电流，来实时检测太阳光强，最终实现光伏支架围绕垂直轴向东西方向自由转动以调节水平角度、围绕水平轴向南北方向转动以调节俯仰角度。特别在无光照时自动回转复位至设定的东方初始位置。
[0007]所述俯仰转动控制由俯仰角度控制模块和直流电机驱动模块来实现。[0008]所述俯仰角度控制模块由光强检测电路、零电压偏置电路、滞环比较器电路组成。
[0009]所述水平转动控制由水平角度控制模块、低照度检测模块、无光照时自动转到东方控制模块、以及直流电机驱动模块组成。
[0010]所述无光照时自动转到东方控制模块采用霍尔开关传感器3144E来实现。
[0011]所述直流电机驱动模块采用L298控制芯片来实现。
[0012]本实用新型提出的模拟控制电路通过硬件电路来简单实现，包括4个运算放大器、6个比较器、6个异或逻辑门、I个电机驱动芯片、I个霍尔开关传感器和I个基准电压源。
[0013]本实用新型的有益效果是:该电路设计合理，控制简单，跟踪精度高，实时性好，投入成本低，不易损坏，易于维修维护，能够有效地提高太阳能发电效率，大幅度降低太阳能发电的成本，具有良好的工程推广应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路电路图。
[0015]图中，I水平角度控制模块、2俯仰角度控制模块、3直流电机驱动模块、4低照度检测模块、5无光照时自动转到东方控制模块、6基准电压产生模块。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0017]由图1知，一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，用于控制光伏支架的角度，由水平角度控制模块1、俯仰角度控制模块2、直流电机驱动模块3、低照度检测模块4、无光照时自动转到东方控制模块5、基准电压产生模块6组成，Ipvl, Ipv2, Ipv3、Ipv4为光伏电池片采样电流，OPl、0P2、0P3、0P4为运算放大器，CompU Comp2、Comp3、Comp4、Comp5、Comp6 为比较器，NORl、N0R2、N0R3、N0R4、N0R5、N0R6 为或非逻辑门，R1、R2、R3、R4、R5、R6> R7> R8> R9> R10> Rn、R12> R13、R14> R15、R16 为电阻，RP 为电位器，Vcc 为电源，GND 为地，3144E为霍尔开关传感器，L298为直流电机驱动芯片，DCM1、DCM2为直流电机，TL431为三端可调分流基准电压源，Veef 为基准电压，Cl 为电容，VLightl, VLight2, VLight3> Vught4 为 0P1、0P2、0P3、0P4的输出电压。
[0018]所述的俯仰角度控制模块2与水平角度控制模I块均由光强检测电路和滞环比较器电路构成。光强检测采用两对光伏电池片，水平方向呈一定角度放置的光伏电池片检测光伏支架与阳光的水平夹角，并控制光伏支架的水平转动。垂直方向呈一定角度放置的光伏电池片检测光伏支架与阳光的垂直夹角，并控制垂直夹角。
[0019]根据光伏电池片输出短路电流与光强成正比的原理，利用零电压偏置电路实现，如附图所示，可得4个运算放大器的输出电压信号分别为:
[0020]Vughtl=R1XIpvl (I)
[0021]Vlight2-R4 X Ipv2 ⑵
[0022]Vlight3-R7 X Ipv3 ⑶
[0023]VLight4=R10XIpv4(4)
[0024]上式的4个电压信号对应相应的4个光伏电池片接收到的太阳光强，这样通过采样光伏电池片的短路电流就可以实时检测太阳光强。直流电机DCMl的控制信号由滞环比较器Compl和Comp2产生,利用这两个滞环比较器比较两只光伏电池片的输出光强信号VLightl和Vught2，控制电机DCMl使光伏支架倾斜面摇动支架绕水平轴转动，进行俯仰角度调节，使光伏支架向光强较强的光伏电池片方向转动，此时光强较弱的光伏电池片接受光强增加，光强较强的光伏电池片接受光强减少，最终两只光伏电池片接收光强趋向一致。水平面转动支架绕垂直轴转动来调节水平角度的思路与此类似，最终实现光伏电池组件朝向与太阳位置始终保持一致。
[0025]所述的低照度检测模块4为控制电路提供低照度信号。如附图所示，当光强检测电路输出电压很低时，可以认为此时处于低照度状态，因此，将光强检测电路输出电压^Light3' ^Light4 与预先设定的阈值基准电压Vkef进行比较。当比较器的输出电压VUght3、Vlight4低于基准电压Vkef时，两个比较器电路Comp5、Comp6同时输出低电平，或非门NORl输出高电平。
[0026]所述的无光照时自动转到东方控制模块5，当低照度检测模块输出低照度信号，即或非门NORl输出高电平，通过无光照时自动转到东方控制模块，封锁光伏支架向西转向驱动信号，强制光伏支架向东转向。光伏支架转向东的停止信号通过霍尔开关传感器3144E检测，当光伏支架转向东方时，霍尔开关传感器3144E感应到转向来的磁铁的磁场，霍尔开关输出低电平，经或非门N0R5整形反相后变成高电平，封锁电机驱动信号，使电机停止在预先设定的位置。一般地，当太阳到达傍晚日落时间或阴雨天光强小于参考值时，光伏电池组件将会自动返回到所设定的面向东方起始位置。 [0027]所述的直流电机驱动模块3，电机驱动电路采用专用驱动模块L298，可直接驱动两只直流电机DCMl和DCM2，控制电机的正、反转，进行垂直方向的俯仰角度调节以及水平方向的水平角度调节，最终实现光伏电池组件朝向与太阳位置始终保持一致，所述的电机采用带减速机构的直流电机。
[0028]所述的基准电压产生模块6，电路中芯片的供电电源Vrc由蓄电池提供。通过一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源TL431 —个电阻R16、和电位器RP来输出一个高精度的基准电压Vkef，提供给低照度检测模块4。
【权利要求】
1.一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，由水平角度控制模块(I)、俯仰角度控制模块(2)、直流电机驱动模块(3)、低照度检测模块(4)、无光照时自动转到东方控制模块(5)、基准电压产生模块(6)六大功能模块子电路组成，所述模拟控制电路通过采样用作光电传感器的4个光伏电池片的短路电流，来实时检测太阳光强，最终实现光伏支架围绕垂直轴向东西方向自由转动以调节水平角度、围绕水平轴向南北方向转动以调节俯仰角度，特别在无光照时自动回转复位至设定的东方初始位置。
2.根据权利要求1所述的一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，其特征在于:所述俯仰转动控制由俯仰角度控制模块(2)和直流电机驱动模块(3)来实现。
3.根据权利要求1所述的一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，其特征在于:所述俯仰角度控制模块(2)由光强检测电路、零电压偏置电路、滞环比较器电路组成。
4.根据权利要求1所述的一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，其特征在于:所述水平转动控制由水平角度控制模块(I)、低照度检测模块(4)、无光照时自动转到东方控制模块(5)、以及直流电机驱动模块(6)组成。
5.根据权利要求1所述的一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，其特征在于:所述无光照时自动转到东方控制模块(5)采用霍尔开关传感器3144E来实现。
6.根据权利要求1所述的一种用于实现光伏支架自动追日功能的模拟控制电路，其特征在于:所述直流电机驱动模块(6)采用L298控制芯片来实现。
【文档编号】H02S20/32GK203722554SQ201320821852
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】廖冕, 孔玲芸, 丁洪良 申请人:廖冕