[实用新型]一种采用数字化光强采集的双轴太阳能自动跟踪控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能自动跟踪装置，特别是涉及一种采用数字化光强采集的双轴太阳能自动跟踪控制装置。

背景技术

太阳能作为一种清洁无污染的绿色能源，发展前景非常广阔。太阳能自动跟踪系统能增加太阳集能器或光伏模块接收的太阳能、提高日用功率和年输出功率，虽然比固定式系统成本高，且更复杂，但是太阳能自动跟踪系统能增加年输出功率而有效地降低发电成本。据国外研究，单轴太阳能追踪系统比固定式系统能增加25%的功率输出，而双轴太阳能跟踪系统比固定式系统能增加41%的功率输出。另一方面，太阳能自动跟踪系统多采用视日式、光电式、混合式等跟踪方法，无论哪一种都没有很好地解决视日轨迹运动误差问题，同时成本和功耗也比较大。

光强信号采集通常采用光敏电阻元件。在不同光强下，光敏电阻阻值发生变化，入射光增强，光敏电阻阻值减小，入射光减弱，光敏电阻阻值增大。

目前双轴太阳能自动跟踪系统采用水平和垂直两个电机控制太阳能板进行跟踪。系统一般采用上、下、左、右四路采集光强。其中，根据上下光强信号，控制垂直电机运行；根据左右光强信号，控制水平电机运行。原来的采控方式一般采用硬件比较器方式对双轴太阳能自动跟踪系统进行控制。如图1所示，当左面的光强大于右面光强时，比较器输出电平控制水平电机控制太阳能板向左翻转，否则，控制太阳能板向右翻转。同样的，当上面的光强大于下面光强时，垂直电机应该控制太阳能板向上翻转，否则，控制太阳能板向下翻转。

硬件比较器方案的电路设计简单，不需要MCU控制，但存在很多不足之处：

1效率不高，容易产生误动和拒动。硬件比较器一般不能控制档位，分压电阻选取在动作光强下光敏电阻的阻值基本相同时，比较器灵敏度最高。但光敏电阻随着光照强度的变化，是非线性关系。比如夏天和冬天的日照光强就差别比较大，纬度对光强也有同样的影响。由于硬件比较器不能实现档位的切换，无法使分压电阻适应光强的变化，导致在不同的光照强度下不能准确地调节控制。

2电机动作会消耗一定的能量，需要设定一定的门限，保证跟踪得到的太阳能效率最高。并且需要有一定的延时和软件滤波，避免意外环境散光引起跟踪系统的频繁误动。该情况，硬件比较器方案无法实现。

3当遇到大风天气，为保证系统安全，应该把太阳能板保持水平，以减少风阻。该情况，硬件比较器方案无法实现。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种采用数字化光强采集的双轴太阳能自动跟踪控制装置，驱动垂直方向电机向上转动，使太阳板最终达到水平放置，以减少风阻，从而起到保护作用；分压产生的电压信号可以更精确的体现光强的大小，进而使双轴跟踪系统的跟踪精度更高，提高发电效率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种采用数字化光强采集的双轴太阳能自动跟踪控制装置，所述装置的电路中U1为ARM内核的主控芯片STM32，片内具有12位A/D转换器，具有内置的实时时钟，U2、U3是CD4052双路4选1模拟开关，与光敏电阻、分压电阻构成上下左右四路光强检测电路，U4是ULN2003达林顿管芯片，JFS为风速传感器的接口；JDQ1、JDQ2、JDQ3、JDQ4四路继电器引脚与太阳能电池板相连；MCU的第25、26和27、28引脚分别与U2、U3的10、9引脚连接；MCU的第15、16、17、18引脚分别与U3、U2的引出引脚ADI0、ADI1、ADI2、ADI3连接；MCU的第19、20引脚分别与U4的引出引脚JDQ1、JDQ2连接；MCU的第21、22引脚分别与U4的引出引脚JDQ3、JDQ4连接；MCU第24引脚与NEC2501的引出引脚FS连接。

本实用新型的优点与效果是：

1.本实用新型采用数字化光强采集的双轴太阳能自动跟踪控制装置，驱动垂直方向电机向上转动，使太阳板最终达到水平放置，以减少风阻，从而起到保护作用。

2.本实用新型对光敏传感器进行高精度采样，保证了测量的精确性；同时还具有内置的实时时钟，便于判断系统的启动时间，减少不必要的能量损耗。

3.本实用新型具有风速传感器接口，当风速超过设定值时，系统会进入紧急保护模式，主控芯片会输出信号驱动电机，将太阳能电池板放水平，以减少风阻，避免大风使光伏发电装置发生损坏。

4.本实用新型存储控制器在该安装纬度的一年中每天日常日落时间，MCU通过读取实时时钟的时间，对照该天日出日落时间表，判别是否是电机启动的时间段，避免由于车辆或照明灯光产生的系统误判断，引起电机的误动作，消耗存储的能量。