专利名称：智能型太阳能跟踪系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能设备，特别涉及一种智能型太阳能跟踪系统。
背景技术：
由于太阳光的间歇性，以及日照强度和方向的不确定性，导致整个光伏发电系统呈非线性，若太阳能电池板能够始终和太阳光线垂直，其接受日照强度最佳。然而目前的太阳能跟踪系统主要采用平板固定式架构，其太阳能电池板固定朝向天空中某一方向，并不随着太阳的移动而偏向，接受日照强度较低，太阳能利用率低；也有通过蒸汽压力来实现的，但系统比较笨重，使用不方面；也有GPS卫星定位的“向日葵”式跟踪的，但造价昂贵，不利于推广。跟踪控制器一般采用PI、PID等控制方法，控制算法简单，跟踪控制效果差，发电效率较低。
发明内容本实用新型是针对现有太阳能设备跟踪太阳效果差的问题，提出了一种智能型太阳能跟踪系统，系统双轴跟踪、智能控制、跟踪精度高。本实用新型的技术方案为一种智能型太阳能跟踪系统，包括智能控制器、太阳能电池板、双轴传动机构、光电传感器装置、A/D转换器、两个步进电机及其驱动组成，光电传感器装置包括光电传感器和固定支架，光电传感器是由四个光敏电阻组成，四个光敏电阻分别按四个方向固定在固定支架的水平基座上，光敏电阻与基座成45度角朝向光源处， 每个光敏电阻两边有两块垂直与基座的竖直挡板，以将光敏电阻面对的方向以外的光线隔离，基座与太阳能电池板平行连接，光电传感器信号通过A/D转换器将采集信号送入FPGA 智能控制器，FPGA智能控制器计算处理后分别输出两路控制信号到两个步进电机，两个步进电机驱动双轴传动机构带动太阳能电池板转动。本实用新型的有益效果在于本实用新型智能型太阳能跟踪系统，解决了系统非线性带来的控制困难等问题，能够让电池板在空间中做接近半球面的立体转动，准确地跟踪太阳在天空的位置，极大地提高了太阳能利用率。
图1为本实用新型智能型太阳能跟踪系统电路框图；图2为本实用新型智能型太阳能跟踪系统光电传感器装置图；图3为本实用新型智能型太阳能跟踪系统双轴传动装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示系统电路框图，智能型太阳能跟踪系统，包括FPGA智能控制器8、太阳能电池板1、双轴传动机构2、光电传感器装置7、四路A/D转换器9、两个步进电机3、5及其对应的驱动器4、6组成。
3[0010]在白天或光照强度一定情况下，光电传感器7把太阳光与太阳能电池板的角度信号转化为直流电压信号，再通过A/D转换器9转换为数字信号送给FPGA智能控制器8，FPGA 智能控制器8分析后产生两路脉冲信号分别给驱动器A4和B6，驱动器A4和B6分别驱动步进电机A3和B5做相应动作。步进电机A3和B5通过双轴传动机构2调整太阳能电池板1 与太阳光的角度，使他们相互垂直，从而完成太阳光的智能跟踪。系统采用间歇性工作，每5分钟跟踪一次，步进电机工作一次，以节省电能消耗。在夜间或光照强度不足发电的情况下，系统能够自动沿原路恢复到初始状态，并等待下一次跟踪。如图2所示光电传感器装置图，光电传感器装置包括光电传感器7和固定支架，所用的光电传感器是由四个光敏电阻组成，负责侦测东西南北四个方向的光照强度，于各方向均有一个光敏电阻，并以45度角朝向光源处，四个光敏电阻按方向固定在固定支架的基座10上，基座10与太阳能电池板1平行连接，每个光敏电阻两边有两块垂直与基座的竖直挡板11，以将该方向以外的光线隔离，以达到快速判别太阳位置的广角式搜索。四个光敏电阻按方位分为两组，分别为东西向和南北向，每组有两个光敏电阻。东西向两光敏电阻用以比较东西向受光强度的差异，当东西向的两光敏电阻接受到的光源强度不一致时，系统会依据东西向两光敏电阻输出两个不相等的电压信号，通过FPGA智能控制器判断受光强弱方向，并输出脉冲信号驱动步进电机做相应动作，调整太阳能电池板角度，使得太阳在东西向上与太阳能电池板垂直；当东西向两光敏电阻输出值相等时，则太阳在东西向上与太阳能电池板垂直。南北向两光敏电阻用以比较南北向受光强度的差异，其工作原理同东西向。本实用新型所用双轴传动机构由两个步进电机来驱动。双轴传动机构如图3所示。此机构能驱动电池板做接近半球面立体转动，使得光电转换效率高，产能多，并且机构控制简单。本实用新型所用的FPGA智能控制器8是基于模糊控制理论和Altera Cyclone II 2C70 FPGA可编程控制器来实现的，在Altera Cyclone II 2C70 FPGA开发板中，通过硬件描述语言VHDL把控制程序加载到NiosII微处理器中作为控制核心，控制程序通过C语言和模糊控制算法实现，再搭配传感器、译码器等，形成完整的控制回路，这样的安排可以使得控制器性能达到最佳。控制器采用模糊控制算法来提高控制精度，准确处理电池板与太阳的角度偏差值，并输出相应的脉冲信号以准确驱动步进电机工作。
权利要求1. 一种智能型太阳能跟踪系统，其特征在于，包括智能控制器、太阳能电池板、双轴传动机构、光电传感器装置、A/D转换器、两个步进电机及其驱动组成，光电传感器装置包括光电传感器和固定支架，光电传感器是由四个光敏电阻组成，四个光敏电阻分别按四个方向固定在固定支架的水平基座上，光敏电阻与基座成45度角朝向光源处，每个光敏电阻两边有两块垂直与基座的竖直挡板，以将光敏电阻面对的方向以外的光线隔离，基座与太阳能电池板平行连接，光电传感器信号通过A/D转换器将采集信号送入FPGA智能控制器，FPGA 智能控制器计算处理后分别输出两路控制信号到两个步进电机，两个步进电机驱动双轴传动机构带动太阳能电池板转动。
专利摘要本实用新型涉及一种智能型太阳能跟踪系统，用四个方向的光电电阻采集太阳的光线角度，根据信号，通过智能控制器计算分析后，输出双向控制信号通过步进电机控制双轴传动机构带动太阳能电池板跟踪太阳旋转，达到最好的能量采集，系统双轴跟踪、智能控制、跟踪精度高，解决了系统非线性带来的控制困难等问题，能够让电池板在空间中做接近半球面的立体转动，准确地跟踪太阳在天空的位置，极大地提高了太阳能利用率。
文档编号G05D3/12GK202171748SQ20112028250
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者肖川, 郑益文, 马立新 申请人:上海理工大学