一种基于视日运动轨迹和图像采集的太阳跟踪控制器及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于视日运动轨迹和图像采集的太阳跟踪控制器及方法，属于太阳能应用技术领域。
【背景技术】
[0002]太阳能作为一种清洁无污染的能源，发展前景非常广泛，利用太阳能光伏、光热发电已成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在着缺点，如能量密度低、不易收集、不稳定、随着季节的气候和天气昼夜变化而变化等，因此对太阳能的利用提出了更高的要求。在太阳能光伏发电领域，相同条件下，采用自动太阳跟踪发电系统要比固定式发电系统的发电量提高35% ;在太阳能热发电领域，槽式太阳能、塔式太阳能以及蝶式太阳能发电系统都必须进行太阳精确跟踪。
[0003]在本发明之前，国内外现有的太阳跟踪系统，按不同的标准分类，有很多种跟踪控制方式，但从总体上看，主要包括以下2种:(1)光电跟踪方式；(2)视日运动轨迹跟踪方式。
[0004]光电跟踪系统通常利用光敏传感器(如硅光电管)来检测太阳光，安装时光电管紧靠遮光板，遮光板正对着太阳，硅光电池位于遮光板的阴影处；当太阳光入射角度发生变化时，遮光板后的阴影也发生偏移，光电管在太阳直射下产生的微电流也发生相应的变化，其偏差值在放大电路的放大作用下送往伺服电机，使其调整相应的角度，让装置对准太阳，从而进行太阳跟踪。常用的光电跟踪主要包括重力式、电磁式和电动式三种。光电跟踪的优点是灵敏度高，跟踪精度较高，制作简单。但受天气影响较大，当出现阴天或云层遮住太阳时，太阳辐照度较弱，光敏传感器难以响应太阳光的变化，使得跟踪装置不能正常工作，甚至引发机械执行装置的误动作。
[0005]视日运动轨迹跟踪的工作原理是:根据天文学公式，计算出不同经玮度、日期和时间对应太阳的位置，再计算出跟踪装置需要调整的角度，驱动电机运转，使执行机构达到要求的位置，进而实现太阳跟踪。
[0006]视日运动轨迹跟踪系统是一个开环的系统，对天文学计算公式有很高要求。世界通用的太阳运行轨迹算法在不同月份、不同季节，误差变化较大，导致系统跟踪精度发生季节性变化。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种基于视日运动轨迹和图像采集的太阳跟踪控制器及方法。
[0008]本发明提出一种基于视日运动轨迹和图像采集的太阳跟踪控制器，其特征在于，包括液晶显示屏、可编程逻辑控制器、电机驱动电路、方位角电机、高度角电机、机械跟踪装置、图像采集器、图像处理器，所述液晶显示屏与所述可编程逻辑控制器相连接，所述可编程逻辑控制器与所述电机驱动电路相连接，所述电机驱动电路分别与所述方位角电机、所述高度角电机相连接后，再与所述机械跟踪装置相连接，所述机械跟踪装置与所述图像采集器相连接，所述图像采集器与所述图像处理器相连接，所述图像处理器与所述可编程逻辑控制器相连接。
[0009]优选地，机械跟踪装置6使用视日运动轨迹进行太阳的初跟踪，图像采集器7用来采集太阳光斑的图像和机械跟踪装置6的图像；图像处理器8用来根据图像采集器7采集的太阳光斑的图像和机械跟踪装置6的图像产生像素坐标；液晶显示屏I用来设置跟踪时间，实现全天候、全自动的太阳跟踪。
[0010]优选地，机械跟踪装置6为聚光器。
[0011]本发明还提出一种基于视日运动轨迹和图像采集的太阳跟踪控制器的方法，其特征在于，具体包括如下步骤:
[0012]SSl启动液晶显示屏I进行跟踪，设置跟踪待机时间，进行系统初始化，使用视日运动轨迹进行太阳的初跟踪；
[0013]SS2初跟踪完成后启动图像跟踪模式进行精确跟踪，判定太阳定位是否完成，若完成则启动图像采集器7，图像采集器7采集太阳光斑位置图像和聚光器6的位置图像，否则继续进行太阳定位；
[0014]SS3判定太阳光斑是否在图像采集器7的坐标范围内，若在坐标范围内，则将图像采集器7进行定位，将图像采集器7采集太阳光斑位置图像和聚光器6的位置图像输入图像处理器8进行处理，获取聚光器6、太阳光斑在图像处理器8中的像素坐标，否则返回步骤SS2 ；
[0015]SS4将步骤SS3中的像素坐标送入到可编程序逻辑控制器2进行求取偏差，产生聚光器6的高度角和方位角需要旋转的角度，并转换成高度角电机5、方位角电机4的位置信号，控制电机的转动距离，若高度角电机5、方位角电机4运转到位置则进行跟踪待机时间判定，否则高度角电机5、方位角电机4继续运转；
[0016]SS5判断跟踪待机时间是否到达设定值，若跟踪待机时间到达液晶显示屏I设定的跟踪待机时间，则跟踪结束，等到次日再进行跟踪，否则返回步骤SS2继续运行。
[0017]本发明所达到的有益效果:本发明采用视日运动轨迹与图像采集相结合的太阳跟踪方式，克服了单一视日运动轨迹跟踪太阳需要计算太阳高度角和方位角的计算误差，同时采用视日运动轨迹完成太阳的初跟踪，采用图像采集完成太阳的精确跟踪，具有成本低、跟踪误差小、性能稳定，能够全天候、全自动的运行的优点。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的一种基于视日运动轨迹和图像采集的太阳跟踪控制器的结构示意图。
[0019]图2是本发明的一种基于视日运动轨迹和图像采集的太阳跟踪控制器的方法的流程图。
[0020]图3是本发明的图像采集器采集的坐标示意图。
[0021]图4是本发明的坐标计算算法示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0023]图1是本发明的一种基于视日运动轨迹和图像采集的太阳跟踪控制器的结构示意图，本发明提出一种基于视日运动轨迹和图像采集的太阳跟踪控制器，包括液晶显示屏
1、可编程逻辑控制器2、电机驱动电路3、方位角电机4、高度角电机5、机械跟踪装置6、图像采集器7、图像处理器8，液晶显示屏I与可编程逻辑控制器2相连接，可编程逻辑控制器2与电机驱动电路3相连接，电机驱动电路3分别与方位角电机4、高度角电机5相连接后，再与机械跟踪装置6相连接，机械跟踪装置6与图像采集器7相连接，图像采集器7与图像处理器8相连接，图像处理器8与可编程逻辑控制器2相连接。
[0024]机械跟踪装置6使用视日运动轨迹进行太阳的初跟踪，图像采集器7用来采