一种单轴光伏跟踪控制装置的制作方法

本实用新型涉及一种光伏跟踪控制装置，尤其涉及一种单轴光伏跟踪控制装置，属于光伏发电领域。

背景技术：

太阳能光伏发电在能源领域具有重要的战略地位，据预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。随着传统能源的消耗及碳排放的增加，太阳能作为一种清洁能源，以其安全可靠、无枯竭危险、低污染等优势，成为国内外发电的重要来源。

传统太阳能发电采用光伏板固定轴方式安装，根据其所在地理位置选择一定的倾角，朝向阳面安装，其位置不会随着太阳位置的变化而变化。固定轴安装方式以其安装简便，成本较低等优势成为目前太阳能光伏发电的主要安装方式。

但是，太阳能光伏发电存在光照方向和强度随时间不断变化的状况，据推算当光伏板与太阳光照存在25度偏差时，其光伏发电的转换效率将下降10%以上。太阳能单轴光伏发电跟踪系统根据所在地理外置，将光伏板安装于一个固定倾角的支架，光伏板可以通过控制装置控制其转动角度，实现太阳光线垂直于光伏板强度最大化的最佳旋转角度，有效提高太阳能发电的效率。根据测算如果使用有效的跟踪控制装置，其发电效率可以提升30%以上，因此单轴光伏控制装置成为单轴光伏发电系统的最重要组件，直接关系光伏发电的转换效率。

现有的单轴光伏控制装置通常智能化程度不高、装配使用复杂，而且往往无法经受恶劣天气，导致生命周期短、维护成本高。

例如专利号为CN201520197406.3的实用新型公开了一种智能单轴跟踪 系统，包括底座、立柱、固定板、转动器、轴承、支架、太阳能电池板框架、太阳能电池板、传感器，所述底座上端连接有立柱，所述立柱通过螺栓连接有固定板，所述固定板上连接有转动器，所述转动器内部连接有轴承，所述轴承外侧安装有支架，所述支架上安装有太阳能电池板框架，所述太阳能电池板框架上安装有太阳能电池板与传感器，这种单轴跟踪系统结构较为简单，但是自动化程度不高，而且缺少对光伏板的保护，大风、雨雪天气会对太阳能光伏板造成较大的损害。

综上所述，如何提供一种自动化程度高、发电效率高、维护成本低的单轴光伏跟踪控制装置，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种自动化程度高、发电效率高、维护成本低的单轴光伏跟踪控制装置。

本实用新型的技术解决方案是：

一种单轴光伏跟踪控制装置，包括控制单元、驱动单元、供电单元、限位单元以及信息采集单元，所述控制单元包括防护模块、电源模块、转接模块和主控模块，所述供电单元、所述驱动单元、所述限位单元、所述防护模块和所述电源模块均与所述转接模块电性连接，所述电源模块和所述主控模块均与所述防护模块电性连接，所述电源模块与所述主控模块电性连接，所述信息采集单元与所述主控模块电性连接。

优选的，所述主控模块的主控制器芯片为单片机。

优选的，所述转接模块包括转接板，所述转接板上设置有第一电源接口、第二电源接口、第三电源接口以及第四电源接口。

优选的，所述供电单元包括外电源，所述外电源与所述第一电源接口电性连接。

优选的，所述驱动单元包括变频器和异步电机，所述异步电机通过所述变频器与所述第四电源接口电性连接。

优选的，所述防护模块包括空气断开器和浪涌保护器，所述空气断开器和所述浪涌保护器均与所述第二电源接口电性连接，所述浪涌保护器接地。

优选的，所述电源模块包括开关电源。

优选的，所述开关电源上设置有减压入口和减压出口，所述空气断开器与所述减压入口电性连接，所述主控模块与所述减压出口电性连接。

优选的，所述限位单元包括东限位器和西限位器。自动模式下，设备向东或向西，支架运转到设置的最大行程时，设备将自动停止运行进行软限位保护，以防设备损坏。此时设备将不能继续向同方向运转，而反方向的运转不受限制。

优选的，所述信息采集单元包括倾角传感器、风速传感器和GPS。

本实用新型提供了一种单轴光伏跟踪控制装置，其优点主要体现在以下几个方面：

（1）自动化程度高，自带夜返功能、反阴影跟踪功能、跟踪系统硬限位等功能，整个控制过程无需人工操作，智能调节光伏板的倾斜角度。

（2）发电效率高，通过天文算法与时间控制方法相结合的方式，最大程度的利用太阳能，在太阳高度角度较低的非跟踪阶段，为规避支架的阴影遮挡，系统进入反阴影跟踪阶段，提高发电效率。

（3）维护成本低，在气象恶劣条件下,上位机通信系统告诉控制系统有大风天气，发出指令，告诉控制系统，控制系统推动电机，支架做出相应动作规避恶劣天气。大风保护功能、雨天清洗模式、大雪冰雹保护模式等预设模式使得本装置能够自动减少来自天气因素的损害，大大降低维修维护成本。

综上所述，本实用新型操作自动化程度高、发电效率高、维护成本低，具有很高的使用及推广价值。

以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步的详述，以使本实用新型技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图所示，一种单轴光伏跟踪控制装置，包括控制单元、驱动单元、供电单元、限位单元以及信息采集单元，其特征在于：所述控制单元包括防护模块、电源模块、转接模块和主控模块，所述供电单元、所述驱动单元、所述限位单元、所述防护模块和所述电源模块均与所述转接模块电性连接，所述电源模块和所述主控模块均与所述防护模块电性连接，所述电源模块与所述主控模块电性连接，所述信息采集单元与所述主控模块电性连接。

所述主控模块的主控制器芯片为单片机，在本实施例中，采用STM32F103型单片机。

所述转接模块包括转接板，所述转接板上设置有第一电源接口、第二电源接口、第三电源接口以及第四电源接口。

所述供电单元包括外电源，所述外电源与所述第一电源接口电性连接。

所述驱动单元包括变频器和异步电机，所述异步电机通过所述变频器与所述第四电源接口电性连接，变频器用以软启动异步电机。

所述防护模块包括空气断开器和浪涌保护器，所述空气断开器和所述浪涌保护器均与所述第二电源接口电性连接，所述浪涌保护器接地，以起到防雷的效果。

所述电源模块包括开关电源。

所述开关电源上设置有减压入口和减压出口，所述空气断开器与所述减压入口电性连接，所述主控模块与所述减压出口电性连接。

所述限位单元包括东限位器和西限位器，设备向东或向西，支架运转到设置的最大行程时，设备将自动停止运行进行软限位保护，以防设备损坏。此时设备将不能继续向同方向运转，而反方向的运转不受限制。

所述信息采集单元包括倾角传感器、风速传感器和GPS。若倾角传感器有数据但是数据异常时，可能会突破软限位，进入硬限位保护状态，电机断电，跟踪器停止转动。

本实用新型能够根据GPS定位得到当地的经度、纬度、时间，程序自动计算出任意时刻太阳的运动轨迹与所在地点的方位角与高度角。在跟踪阶段系统根据角度传感器测得的方位角和高度角与太阳实际的方位角和高度角比较后自动发出指令，控制电机执行机构的运行，每隔一段时间调整一次跟踪角度（一般5-10分钟左右），以使光伏组件始终对准当前太阳所处的位置。风速传感器检测当前的风速，在气象恶劣条件下,上位机通信系统告诉控制系统有大风天气，发出指令，告诉控制系统，控制系统推动电机，支架做出相应动作规避恶劣天气。在太阳高度角度较低的非跟踪阶段，为规避支架的阴影遮挡，系统进入反阴影跟踪阶段。整个控制过程均为全自动运行，无需人工干预。

本实用新型提供了一种单轴光伏跟踪控制装置，其优点主要体现在以下几个方面：

（1）自动化程度高，自带夜返功能、反阴影跟踪功能、跟踪系统硬限位等功能，整个控制过程无需人工操作，智能调节光伏板的倾斜角度。

（2）发电效率高，通过天文算法与时间控制方法相结合的方式，最大程度的利用太阳能，在太阳高度角度较低的非跟踪阶段，为规避支架的阴影遮挡，系统进入反阴影跟踪阶段，提高发电效率。

（3）维护成本低，在气象恶劣条件下,上位机通信系统告诉控制系统有大风天气，发出指令，告诉控制系统，控制系统推动电机，支架做出相应动作规避恶劣天气。大风保护功能、雨天清洗模式、大雪冰雹保护模式等预设模式使得本装置能够自动减少来自天气因素的损害，大大降低维修维护成本。

综上所述，本实用新型操作自动化程度高、发电效率高、维护成本低，具有很高的使用及推广价值。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。