一种光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统，包括太阳方位检测装置，其分列于遮光板两侧的光敏元件受光导通时输出低电平，无光截止时输出高电平；组合逻辑控制电路，包括一个与非门、两个与门，对输入的信号进行逻辑处理；电机驱动电路，根据两个与门的输出端的信号，对电机进行驱动：当一个与门输出的为高电平、另一个与门输出的为低电平时，驱动电机正转或反转；当两个与门输出的同时为低电平时，不驱动电机工作；以及电机。本实用新型的系统，能使光伏阵列板自动随着阳光的移动而移动，且结构简单、成本较低、易于推广应用。
【专利说明】一种光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及光伏发电的控制领域，特别涉及一种光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统。
【背景技术】
[0002]随着全球经济一体化的发展和人口的增长，能源的枯竭和环境的恶化已经成为了人类亟待解决的重要问题，太阳能光伏发电已经成为解决世界能源问题不可或缺的重要力量，成为极具商业化发展前景的成熟技术和新兴产业，并且有可能成为世界未来重要的替代能源。
[0003]太阳能光伏发电是通过太阳能电池组件接收太阳辐射能量，并将其转换为电能的一个过程，太阳能电池组件接收太阳辐射能量的多少直接关系到太阳电池的发电量，而太阳能电池组件与太阳光的照射角度直接影响到太阳能电池组件接收到的太阳辐射能量的多少，当太阳光直射在太阳能电池组件时，太阳能电池组件单位面积的太阳辐射能量就最高，当太阳光斜射在太阳能电池组件时，太阳能电池组件单位面积的太阳辐射能量会相应减弱，倾斜的角度越大就越弱。
[0004]因此随着太阳的东升西落，采取固定方位安装太阳电池组件的方式势必会影响太阳电池组件接收的太阳能辐射量，从而影响发电量。大量的实践证明，采取太阳能轨迹跟踪的方式较固定方式可增发20%?30%的电量，效益明显。太阳轨迹的检测与随动控制系统的复杂性和效率对这种技术的应用至关重要，因此人们需要一种既能检测太阳轨迹，又能根据太阳轨迹的变化来控制太阳能电池组件转动的控制系统，同时这种系统最好成本较低、易于广泛推广应用。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统。
[0006]本实用新型的目的通过以下的技术方案实现:
[0007]一种光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统，包括:
[0008]太阳方位检测装置，包括垂直于光伏阵列平面设置的遮光板、分列于遮光板两侧的光敏元件，两侧的光敏元件分别将信号传输至组合逻辑控制电路，当光敏元件受光导通时输出低电平，当光敏兀件无光截止时输出高电平；所述的光敏兀件为光敏三极管或光敏二极管；
[0009]组合逻辑控制电路，包括一个与非门、两个与门，其中与非门的两个输入端分别接遮光板两侧的光敏元件，与非门的输出端同时接两个与门的一个输入端，两个与门的另一个输入端分别接遮光板两侧的光敏元件，两个与门的输出端与电机驱动电路相连；
[0010]电机驱动电路，根据两个与门的输出端的信号，对电机进行驱动:当一个与门输出的为高电平、另一个与门输出的为低电平时，驱动电机正转或反转；当两个与门输出的同时为低电平时，不驱动电机工作；
[0011]以及电机，接收电机驱动电路发出的信号，并执行相应动作，带动光伏阵列板随阳光的移动而移动。
[0012]所述的电机驱动电路，包括四个晶体管驱动的继电器J1、J2、J3、J4，其中J1、J4的输入端接其中一个与门的输出端，J2、J3的输入端接另外一个与门的输出端，J1、J2、J3、J4的输出端接电机。当与J1、J4相连的与门输出高电平、与J2、J3相连的与门输出低电平时，J1、J4闭合，J2、J3断开，电机正转；当与Jl、J4相连的与门输出低电平、与J2、J3相连的与门输出高电平时，Jl、J4断开，J2、J3闭合，电机反转。
[0013]所述的光敏元件周围设置有挡光板，光敏元件的正上方开有小孔。设置遮光板的目的是减弱散射光对检测结果产生的影响，提高检测的准确度。
[0014]所述的两侧的光敏元件垂直于遮光板的距离大小相等，记为L。
[0015]所述的遮光板的高度记为H，根据光伏阵列平面调整的频率来设置L、H的大小。L越小、H越大，其中一侧的光敏元件由受光到不受光所需要的时间的就越短，控制系统调整光伏阵列平面的频率就越高；反之，频率就越低。
[0016]本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0017]1、本实用新型采用了简易的太阳轨迹检测跟踪装置，不使用任何可编程控制器，完全由组合逻辑电路实现，极大的降低成本，适于户外的长期运行工作。
[0018]2、结构简单、成本较低:本实用新型的光敏元件为光敏二极管或光敏三极管，满足受光导通，输出低电平，不受光截止，输出高电平；而对于受光截止、不受光导通的光敏元件，也可以通过设计相应的组合逻辑电路、电机驱动电路来驱动电机的正转或反转，来满足需求，但此时组合逻辑电路、电机驱动电路设计的复杂程度要增加很多，实现过程较复杂，不利于成本的降低。在目前情况下，本实用新型的技术方案最精简，实施起来最方便，且能很好地控制光伏阵列板随阳光的移动而移动。
[0019]3、为了降低随动控制机构的能耗，本实用新型的跟踪控制系统采取了直接、有效的转动策略，即电机的转动只出现在跟踪过程中，跟踪过程以外的转动被禁止。
[0020]4、本实用新型采用分段转动方位的策略，即一天中只进行有限个数方位的调节，调节的精度和角度由太阳轨迹检测装置的结构尺寸决定。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型所述的一种光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统的电路图；
[0022]图2为图1所述系统的太阳方位检测装置的结构图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0024]如图1、2，一种光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统，包括:
[0025]太阳方位检测装置，如图2，包括垂直于光伏阵列平面设置的遮光板1，分列于遮光板I两侧的光敏元件2、3，两侧的光敏元件2、3分别将信号传输至组合逻辑控制电路，当光敏兀件2、3受光导通时输出低电平，当光敏兀件2、3无光截止时输出高电平；所述的光敏元件2、3为光敏三极管，光敏元件周围设置有挡光板4，光敏元件2、3的正上方开有小孔5，两侧的光敏元件2、3垂直于遮光板I的距离大小相等，记为L ;所述的遮光板I的高度记为H，根据光伏阵列平面调整的频率来设置L、H的大小；太阳光能照射到光敏三极管的情况下与垂直遮光板的极限夹角为Θ，因为跟踪精度角度δ不小于Θ，则有
[0026]L/Η ≤ tan δ
[0027]在考虑到器件的导通时间、机械传动比例以及机械惯性时，光伏阵列的最小转动角度Y应该小于2 Θ，则有
[0028]L/H > tan ( Y /2)
[0029]因此有
[0030]tan ( Y /2) < L/H ^ tan δ
[0031]以此为依据来设定L与H的值；
[0032]组合逻辑控制电路，如图1，包括一个与非门、两个与门，其中与非门的两个输入端分别接遮光板两侧的光敏元件，与非门的输出端同时接两个与门的一个输入端，两个与门的另一个输入端分别接遮光板两侧的光敏元件，两个与门的输出端与电机驱动电路相连；
[0033]电机驱动电路，根据两个与门的输出端的信号，对电机进行驱动:当一个与门输出的为高电平、另一个与门输出的为低电平时，驱动电机正转或反转；当两个与门输出的同时为低电平时，不驱动电机工作；如图1，所述的电机驱动电路，包括四个晶体管驱动的继电器Jl、J2、J3、J4，其中Jl、J4的输入端接其中一个与门的输出端，J2、J3的输入端接另外一个与门的输出端，JU J2、J3、J4的输出端接电机；所述的晶体管包括一个电阻和一个三极管，电阻的一端与组合逻辑电路的输出端相连，另一端与三极管的基极相连，三极管的集电极与继电器相连，三极管的发射极接地；
[0034]以及电机，接收电机驱动电路发出的信号，并执行相应动作，带动光伏阵列板随阳光的移动而移动。
[0035]在本实施方式中，由于光敏三极管属于开关器件，当其受光时，光敏三极管导通，导通电阻非常小，接近导线；当其不受光时，光敏三极管截止，电阻非常大。如果不添加RUR2，当光敏三极管受光导通时，电源通过光敏三极管直接接地，会造成电源的短路。添加R1、R2后，主要是用到它的限流与分压作用:当光敏三极管不受光截止时，中间点输出为高电平，当光敏三极管受光导通时，中间点的输出电压被拉低，输出为低电平。这样既能区分开高低电平，又能保证电源安全。另外，由于增加了 R1、R2，增加了光敏元件串联支路的电阻，也在一定程度上减小了耗费功率，达到节能的目的。
[0036]实施例中所述的光敏元件还可以为光敏二极管。
[0037]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统，其特征在于:包括 太阳方位检测装置，包括垂直于光伏阵列平面设置的遮光板、分列于遮光板两侧的光敏元件，两侧的光敏元件分别将信号传输至组合逻辑控制电路，当光敏元件受光导通时输出低电平，当光敏元件无光截止时输出高电平；所述的光敏元件为光敏三极管或光敏二极管； 组合逻辑控制电路，包括一个与非门、两个与门，其中与非门的两个输入端分别接遮光板两侧的光敏元件，与非门的输出端同时接两个与门的一个输入端，两个与门的另一个输入端分别接遮光板两侧的光敏元件，两个与门的输出端与电机驱动电路相连； 电机驱动电路，根据两个与门的输出端的信号，对电机进行驱动:当一个与门输出的为高电平、另一个与门输出的为低电平时，驱动电机正转或反转；当两个与门输出的同时为低电平时，不驱动电机工作； 以及电机，接收电机驱动电路发出的信号，并执行相应动作，带动光伏阵列板随阳光的移动而移动。
2.根据权利要求1所述的光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统，其特征在于:所述的电机驱动电路，包括四个晶体管驱动的继电器J1、J2、J3、J4，其中J1、J4的输入端接其中一个与门的输出端，J2、J3的输入端接另外一个与门的输出端，Jl、J2、J3、J4的输出端接电机。
3.根据权利要求1所述的光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统，其特征在于:所述的光敏元件周围设置有挡光板，光敏元件的正上方开有小孔。
4.根据权利要求1所述的光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统，其特征在于:所述的两侧的光敏元件垂直于遮光板的距离大小相等，记为L。
5.根据权利要求4所述的光伏发电太阳轨迹跟踪控制系统，其特征在于:所述的遮光板的高度记为H，根据光伏阵列平面调整的频率来设置L、H的大小。
【文档编号】H02S20/32GK203645614SQ201320833702
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】杨金明, 王京 申请人:华南理工大学