[发明专利]一种全天候自适应双轴太阳能跟踪系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能光伏发电技术，特别涉及一种用于跟踪太阳运行及辐射角度的太阳能电池板全天候自适应双轴跟踪系统及其方法，可以广泛的用于地面独立光伏电站及大型并网光伏电站。

背景技术

在全球气候变暖，生态环境的恶化以及随着社会经济高速发展所带来的常规能源资源短缺和环境污染的紧迫形势下，加快可再生能源的开发利用成为解决能源和环境问题的重要途径和措施。太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力，太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，近年来受到了各国政府的重视和支持，得到了迅速发展。

但是由于太阳能密度低，具有间歇性和空间分布不断变化的特点，固定式太阳能电池板无法跟随太阳位置的变化，无法保证太阳光始终垂直太阳能电池板，光电转换效率低，因此太阳能跟踪系统应运而生。由于单轴跟踪只是在方位角跟踪太阳，高度角作季节性调整，而双轴跟踪是在方位角和高度角2个方向跟踪太阳轨迹，因此双轴跟踪系统的效果优于单轴跟踪系统。据测算，在太阳能光发电中，相同条件下，双轴自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高40～50％左右。因此在太阳能利用中，进行全天候、自适应跟踪是非常必要的。常用的太阳能跟踪控制方法主要有匀速控制方法、光强控制方法以及时空控制方法等，采用电子控制系统和机械系统相结合的方式进行太阳的跟踪定位。但是这类跟踪系统成本较高，能耗较大，且具有一定的局限性，没有防积雪覆盖以及利用雨水清洗组件等功能尤其是在恶劣天气(如大风、雨、雪等)及环境条件下，不能有效的自动进行跟踪控制，在恶劣天气条件下由于跟踪系统反应不及时甚至会造成太阳能电池阵列的损坏；另外常规的跟踪系统不能及时监测太阳能阵列跟踪控制效果和自动识别太阳能方阵故障及遮挡物，在一定程度上影响了太阳能的利用效率，限制了太阳能跟踪系统的推广和应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种全天候自适应双轴太阳能跟踪系统及其控制方法，该系统和方法能耗低，可以在恶劣天气条件下进行高效高精度的跟踪，并且具有跟踪控制效果的实时监测、故障及遮挡物分析、防积雪覆盖和利用雨水清洗组件等功能。

一种全天候自适应双轴太阳能跟踪系统，其特征在于包括图像识别模块、控制电路模块、机械传动跟踪控制模块、传感器和光伏阵列，其中图像识别模块由摄像机串接计算机构成，控制电路模块微处理器构成，机械传动跟踪控制模块包括风速仪、第一、第二变频器、第一、第二电机和第一、第二调速机构，摄像机采集光伏阵列的图像信息，接计算机的输出端接微处理器的输入端，微处理器的第一输出端依次串接第一变频器、第一电机和第一调速机构后与光伏阵列中太阳电池方阵垂直轴相连，微处理器的第二输出端依次串接第二变频器、第二电机和第二调速机构后与光伏阵列中太阳电池方阵水平轴相连，风速仪和传感器设置于光伏阵列中，风速仪的输出端接计算机的输入端，传感器的输出端接微处理器的输入端。

所述的一种全天候自适应双轴太阳能跟踪系统，其特征在于所述传感器为光敏传感器等。

所述的一种全天候自适应双轴太阳能跟踪系统，其特征在于所述图像识别模块中的摄像机还与电站安防系统共用，所述电站安防系统还包括监控中心，所述摄像机的输出端分别接监控中心和计算机的输入端，计算机的输出端接监控中心的输入端。

所述的一种全天候自适应单轴太阳能跟踪系统，其特征在于所述微处理器与第一电机之间串接第一变频器，所述微处理器与第二电机之间串接第二变频器。

所述的一种全天候自适应双轴太阳能跟踪系统的控制方法，其特征是摄像机实时采集光伏阵列的图像信息，并将所述图像信息传送至计算机中进行图像分析和图像识别获得天气信息，结合风速仪得到的风速信息进行分析处理：在恶劣天气条件下，采用微处理器依次通过控制第一变频器、第一电机和第一调速机构后调节与光伏阵列中太阳电池方阵垂直轴，同时采用微处理器依次通过控制第二变频器、第二电机和第二调速机构后调节光伏阵列中太阳电池方阵水平轴，采取保护措施；可以根据天气信息调整，通过微处理器依次通过控制第一变频器、第一电机、第一调速机构以及第二变频器、第二电机、第二调速机构分别调节光伏阵列中太阳电池方阵垂直轴和水平轴，从而调整光伏阵列的姿态，实现防积雪覆盖，清理遮挡物，雨水清洗组件。

所述的一种全天候自适应单轴太阳能跟踪系统的控制方法，其特征在于所述图像识别模块中计算机控制摄像机识别光伏阵列上面的遮挡物或者跟踪运动故障，并且通过控制电机动作或者实施报警，通知现场人员进行处置。