[发明专利]带天气感应装置的太阳能自动跟踪器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能光伏发电技术，特别是一种带天气感应装置的太阳能自动跟踪器。

背景技术

太阳能光伏发电技术已日趋成熟，不论是离网光伏发电系统还是并网光伏发电系统都有较大规模的应用和实践。上个世纪90年代以来，并网光伏发电系统特别是屋顶并网光伏发电系统的开发和运行成功，使其成为分散式发电系统的一个良好选择，欧盟、美国和日本等国家相继制定了一系列的计划和规划，并颁布了相应的激励政策促进光伏发电技术的推广和应用。屋顶并网光伏发电模式在国外已经得到电力部门的认可，预计50年后，仅屋顶能源一项就可提供全世界1/4电能。传统光伏发电系统的太阳能跟踪器由于可实现对太阳入射角的自动跟踪，可实现光伏系统30％～40％的电能增加。但是，当遇到恶劣天气(如大风、阴雨)时，不能及时做出反应，光伏发电装置容易被强风损害而破坏，或在阴雨天气时仍保持运转，造成不必要的能源浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种带天气感应装置的太阳能自动跟踪器，可根据天气状况自动调整光伏发电系统状态，把恶劣天气对光伏发电系统的影响减少到最小，实现光伏系统的电能增加。

带天气感应装置的太阳能自动跟踪器包括太阳能电池板(1)，自动阴雨天保护系统(2)，强风保护装置(3)，ARM嵌入式微处理系统(4)，阳光跟踪传动系统(5)，电动机(6)及强风级别显示器(7)。光伏电池(1)连接自动阴雨天保护系统(2)、强风保护装置(3)，并通过自动阴雨天保护系统(2)、强风保护装置(3)连接ARM嵌入式微处理系统(4)，ARM嵌入式微处理系统(4)分别连接电动机(6)和强风级别显示器(7)，电动机(6)通过阳光跟踪传动系统(5)连接光伏电池(1)(如图1所示)。

太阳能自动跟踪器的控制原理为：将所在地太阳入射角度变化历史数据存入ARM嵌入式微处理系统(4)，同时实时采集电动机(6)的转动角度；将存储的所在地当前时刻太阳入射角数据与电动机(6)转动角度进行再线比较，控制电动机(6)转动角度，实时调整太阳能电池板(1)角度，使太阳能电池板(1)自动跟踪太阳入射角，达到最大限度利用太阳能的目的。系统控制流程为：清晨太阳升起，当光强达到能使得光伏电池可输出有效功率时，启动闭环跟踪系统，电动机(6)带动光伏电池(1)开始“跟踪搜索”使其逐渐对准太阳；随后进入“监测等待”状态，这时电动机(6)停止工作；当太阳偏离一个特定角度后再次开始“跟踪”过程。如果天空有云雾，或有大风天气，为节约驱动能量，系统处于“暂停等待”状态，电动机(6)停止工作；当天黑后，电机(6)先带动光伏电池1由面向西方“返回初态”到面向东方的初始位置，然后将整个系统“断电停机”，只需为ARM嵌入式微处理系统(4)留有一个弱电控制电源即可。

自动阴雨天保护系统(2)如图2所示，在太阳能电池板(1)的四个角上分别安装四个光敏二极管(12)，光敏二极管(12)通过A/D转换与采集系统(11)与ARM嵌入式微处理系统(4)连接。当四个光敏二极管(12)所测量光照强度均小于发电阈值时，自动关闭阳光跟踪传动系统(5)，避免电能的浪费；当两个以上光敏二极管(12)所测量光照强度大于等于发电阈值时，重新开启阳光跟踪传动系统(5)，并将其对准太阳发射角。

强风保护装置(3)由风速液位测压计(9)、红外定位环(21)及红外触发开关(10)组成；风速液位测压计(9)主要构成有储液罐(13)、受风斗(8)及测压管(15)，受风斗(8)位于储液罐(13)的顶部入口、测压管(15)位于储液罐(13)的底部、测压管浮标(20)位于测压管(15)的内部、红外定位环(21)位于测压管(15)外的外边；储液罐(13)固定在底盘(14)上与测压管(15)用胶管连通，测压管外层装有金属套管(16)，底盘安装有可由0°至90°转动的铰(17)上，另外底盘还装有一弯臂，弯臂中间开有可以将装有测压管的金属套管与水平方向夹角θ由0°至90°转动的角度定位槽；当转动到选定角度θ₀时，通过螺杆定位卡(19)固定。设风速液位测压计储液罐截面积为S₁，测风管截面积为S₂，储液罐又装有密度为ρ的液体与测压管连通，作用于储液罐液位表面压力为P₁，测压管液位表面压力为P₂，ΔP＝P₁-P₂称为两液位压力差。测压管已倾斜与水平方向夹角为θ₀，在压力差ΔP作用下，测压管液位变化为L。根据流体力学压力平衡和流体质量连续性原理以及直角三角形些便于直角边的关系，可以列出如下算式：