一种主动向日跟踪式太阳能资源评估装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光电子技术领域，更进一步涉及太阳能资源测量技术领域中的一种主动向日跟踪式太阳能资源评估装置。本实用新型可用于测量电站所在地区太阳能资源的丰富程度，为光伏电站的设计提供必要的基础数据，为光伏电站的运营、调度及发电效率的计算提供科学的评价依据。
【背景技术】
[0002]目前太阳能资源测量设备的测量误差都很大，约为5%。由于地球按椭圆轨道绕太阳做周期性运动，太阳与地球之间存在一个高度角和方位角，并且太阳与地球之间的高度角和方位角每时每刻都在变化。因此，目前的辐射测量设备在测量总辐射和散辐射时，都会存在以下问题:
[0003]在测量总辐射时，由于总辐射传感器是固定安装在一个水平面上，太阳光与传感器的测量面之间存在高度角H、方位角A，H、A会随时间的变化而变化，H、A的变化会带来测量结果的误差，称之为余弦误差，并且夹角越大，误差也越大。通常厂家提供太阳高度角为10度时的测量误差，此测量误差值通常为5%。
[0004]在测量散辐射时，目前的测量设备是利用遮光物体，遮挡太阳的直接辐射。其具体是利用一个环形遮挡物，放置在辐射传感器前面，保证一天中每时每刻都能遮挡太阳。由于太阳每一天的运行轨迹都不同，因此，为了保证遮挡效果，每一天都必须手动调节这光环的角度和位置，确保对太阳直接辐射的完全遮挡。
[0005]国家电网公司拥有的专利技术“一种太阳能资源评估方法”(申请号:2014101639987，授权公告号:CN104156776)中公开一种太阳能资源评估方法。该方法主要讨论如何根据某区域太阳辐射量的历史数据和当前测量数据得到未来24小时的预测数据，属于一种辐射量预测的方法。该方法通过建立区域太阳能资源图谱，得到区域内太阳能辐射照度数据集S，构建实测数据集Q，构建数据子集，计算各个网格点的加权系数，修正数值天气预报模式生成的未来24h的辐射照度数据集Sp，建立太阳能资源实时分布图。该专利技术存在的不足是，仅用于太阳辐射量的预测，而不能对太阳辐射量进行实时测量，提供实际的太阳辐射量。
[0006]锦州阳光气象科技有限公司申请的专利技术“四要素太阳辐射仪”(申请号CN201320600296，公开号CN203455074U)公开了一种太阳辐射四要素的测量方法和装置。该装置包括底盘和设于底盘上的支架，其特殊之处是:支架上安装有电机和太阳总辐射表，电机的输出轴对应太阳总辐射表位置固定有不间断旋转并每旋转一周遮挡太阳总辐射表一次的遮光环，太阳总辐射表的信号输出端连接有用于测量出太阳总辐射值、散射辐射值，并根据安装地点的经玮度和当前时间计算出太阳直接辐射值与日照时数的数据采集器。该专利技术存在的不足是，由于该方法在测量太阳辐射时，传感器所在平面不跟随太阳光照方向进行调整，测量过程中会产生余弦误差。同时在测量散辐射时，该方法使用不间断旋转的遮光环来遮挡太阳光直接辐射。由于遮光环位置的变化，必然造成遮光环每次遮挡面积的变化，造成散辐射的测量误差。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种主动向日跟踪式太阳能资源评估装置，提高系统控制精度，从而提高太阳辐射测量的精度；该装置可用于指导太阳光伏电站的规划与设计，也可用于指导光伏电站的生产调度。
[0008]本实用新型的具体思路是:以高性能嵌入式处理器为核心，选用高性能的位置检测器检测阳光的入射角度；对各个传感器通道采用同一套高精度信号处理电路，消除各路信号的系统误差，保证信号处理的一致性；选用可调节增益放大器保证在输入信号较弱时系统控制的灵敏和稳定；选用双轴控制电机实时调节控制平台的倾斜角度，使控制平台时刻对准太阳；选用三轴角度检测器，与双轴控制电机形成闭环控制系统，精确控制控制平台的倾斜角度；选用太阳辐射传感器，对太阳总辐射、散辐射和直接辐射进行测量；选用高精度的电量测量芯片测量太阳能发电设备的发电效率；选用串口通讯实现系统实时远程监控；选用点阵液晶显示器实现对系统状态的实时现场监控。
[0009]为实现上述目的，本实用新型一种主动向日跟踪式太阳能资源评估装置，包括通过总线连接的控制模块、四象限检测模块、双轴控制模块、辐射量测量模块、角度测量模块、电量测量模块、实时显示模块、远程通讯模块和实时钟模块。其中:
[0010]控制模块用于对接收的四象限检测模块中的位置检测器信号进行转换，计算太阳光线的偏差角。接收辐射量测量模块测量的太阳辐射量。接收处理角度测量模块测量的倾斜角度数据。接收电量测量模块测量的发电参数。控制双轴控制模块调节控制平台的倾斜角度。通过实时显示模块显示测量数据。接收实时钟模块产生的时间数据和秒中断信号。控制远程通讯模块发送测量数据。
[0011]四象限检测模块用于检测光斑在位置检测器上位置，确定光斑中心点相对于位置检测器中心的水平偏移量和垂直偏移量。
[0012]辐射量测量模块用于测量太阳总辐射量、太阳直接辐射量和太阳散辐射量。
[0013]角度测量模块用于测量控制平台当前的倾斜角度，与双轴控制模块形成闭环控制系统。
[0014]电量测量模块用于测量太阳能发电设备的电压、电流、功率、发电量，判断太阳能发电设备的性能。
[0015]双轴控制模块用于控制该模块中的双轴控制电机，实时调节控制平台的倾斜角度。
[0016]实时显示模块用于实时显示光斑中心点的坐标、四象限检测模块输出信号的电压值、信号自动增益倍数、太阳总辐射量、太阳直接辐射量和太阳散辐射量。
[0017]实时钟模块用于记录、更新设备时间，实现定时开、关机，并产生用于实时控制的秒中断信号。
[0018]远程通讯模块用于将其他模块所产生的所有数据实时上传到远程计算机中，集中监测多台设备的运行状态，实现系统远程控制和集群控制。
[0019]本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
[0020]第一，本实用新型采用双轴控制电机，实时调节控制平台的倾斜角度，使总辐射传感器、散福射传感器和直接福射传感器时刻正对太阳光线。
[0021]第二，本实用新型采用高精度的辐射传感器，用于总辐射、散辐射和直接辐射的测量；所有辐射传感器都固定在控制平台上，并且控制平台始终正对太阳光线，保证辐射传感器正对太阳光线；消除了现在总辐射测量过程中存在的余弦误差，提高总辐射量的测量精度；使用遮光罩去除太阳直接辐射，消除现在使用遮光环去除太阳直接辐射所带来的误差，提高散辐射量的测量精度；使用滤光筒去除太阳散辐射，并且由于滤光筒时刻正对太阳，保证太阳直接辐射不被遮挡，提高直接辐射量的测量精度。
[0022]第三，本实用新型采用高精度位置检测器，该器件具有很高的检测精度，分辨率可以达到I ym，响应时间〈0.8 μ s，克服了现有技术中跟踪精度低的缺点，可用于设计高精度、自适应快速智能定位系统。
[0023]第四，本实用新型采用可调节增益放大器，克服了现有技术中当检测信号较弱时难以分辨出光斑是否位于中心点的缺点，确保系统调整精度；当检测信号都小于某个额定值时，自动提高信号放大增益，使位置检测器的输出信号增大，提高系统测量精度，保证系统控制精度。
[0024]第五，本实用新型采用精确电量测量芯片，对太阳能发电设备的发电电压、电流、功率、发电量进行测量；利用这些基础测量数据可以判定太阳能发电设备的发电效率。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型的方框图；
[0026]图2为本实用新型的四象限检测模块的电路原理图；
[0027]图3为本实用新型的辐射量测量模块的电路原理图；
[0028]图4为本实用新型的电量测量模块的电路原理图；
[0029]图5为本实用新型的双轴控制模块的电路原理图；
[0030]图6为本实用新型的实时显示模块的电路原理图；
[0031]图7为本实用新型的实时钟模块的电路原理图；
[0032]图8为本实用新型的远程通讯模块的电路原理图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图，对本实用新型做进一步描述。
[0034]参照附图1，本实用新型包括控制模块1、四象限检测模块2、辐射量测量模块3、角度测量模块4、电量测量模块5、双轴控制模块6、实时显示模块7、实时钟模块8、远程通讯模块9。其中，控制模块I采用单片机C8051F020芯片，控制模块I对接收的四象限检测模块2中的位置检测器信号进行转换，计算太阳光线的偏差角；接收辐射量测量模块3测量的太阳辐射量；接收处理角度测量模块4测量的倾斜角度数据；接收电量测量模块5测量的发电参数；控制双轴控制模块6调节控制平台的倾斜角度；通过实时显示模块7显示测量数据；接收实时钟模块8产生的时间数据和秒中断信号；控制远程通讯模块9发送测量数据。
[0035]参照附图2，四象限检测模块2包括位置检测器、多路开关和可调节增益放大器。其中，位置检测器采用2CR81-4芯片，多路开关采用⑶4051芯片。位置检测器2CR81-4芯片划分的Ι、Π、ΙΙΙ、?ν象限的输出端分别与多路开关CD4051芯片的S2、S1、S4和S3输入端对应相连，多路开关⑶4051芯片的输出端Sout与可调节增益放大器的输入端IN相连，可调节增益放大器的输出端OUT与单片机C8051F020芯片的输入端Ain相连。
[0036]参照附图