[发明专利]一种基于闭环多模式的太阳跟踪系统及其方法

说明书

本发明公开一种基于闭环多模式的太阳跟踪系统及其方法，该太阳跟踪系统包括GPS定位模块、可编程逻辑控制器、第一角度传感器、第二角度传感器、第一步进电机驱动器、第二步进电机驱动器、第一光电编码器、第二光电编码器、本地数据备份模块、第一步进电机和第二步进电机。本发明不仅可以借助GPS获取精准信息，而且可以根据天气情况实现视日轨迹及光电跟踪两种模式的自动切换，并利用闭环控制系统实现跟踪精度的提高。

技术领域

本发明涉及一种太阳自动跟踪系统，尤其是一种基于闭环多模式的太阳跟踪系统及其方法。

背景技术

随着社会现代化进程的不断发展，经济的快速推进，人类对化石能源的需求越来越大。然而，大量的开采已使化石能源的储量减少，并且以化石能源为主的能源结构造成了环境污染和温室效应，导致了人类面临资源和环境的双重压力，实现能源的可持续发展是急需解决的主要矛盾之一。可再生能源的开发利用日益受到国际社会的重视，根据联合国开发计划署对新能源的分类，可再生能源包括水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能以及海洋能等。与风能以及生物能等相比，太阳能具有储量无限、存在普遍、利用清洁以及开发经济的优势，太阳能的开发利用成为了新能源的研究热点。

我国太阳能资源丰富,全国大部分地区在北讳45°以南，2/3的国土面积全年日照小时在2200小时以上，每平方米太阳能年福射总量为3350-8400MJ，均值是5860MJ，相当于199Kg标准煤；全年陆地表面每年接收到的太阳能福射量约为5X1024J，相当于2.4亿万吨标准煤。由此可以看出合理的利用太阳能资源不仅节省了成本，还能利用清洁的太阳能转化的电力来缓解我国日益严重的资源和环境问题。太阳能发电主要有光伏发电和热发电两种形式，光伏发电能耗高以及污染高，难以实现低碳社会的要求，而且能量分散以及间歇性大，限制了其大规模并网发电的能力。而热发电稳定性好以及发电效率高，可以方便地并入区域电网，但是，目前热发电中还存在太阳能转换效率低以及复杂环境适应力差等问题。为提高太阳能的利用效率，增强对太阳的跟踪能力成为太阳能发电的关注重点。

利用太阳能自动跟踪系统可以调整定日镜与太阳的照射角度，提高太阳能的发电效率。太阳自动跟踪系统一般有单轴式和双轴式两种形式。已有文献资料的讨论对象大多针对单轴跟踪技术，如申请号为 201710152826.3的专利，提出了一种手动单轴跟踪太阳能光伏发电系统，包括太阳能电池板及其线路、支座、角度调节支架、电池板固定支架、支撑横梁和太阳方位跟踪器等，支座由槽钢构成“T”结构，角度调节支架由半圆支杆、横梁固定座、角材、加强杆和中空轴等组成，该系统通过调节角度调节支架实现太阳的单轴跟踪，但只能实现一个角度的追踪，太阳能的收集效率较低，跟踪精度较差。双轴跟踪技术可以根据高度角及方位角的变化，通过双轴转动调整姿态，对太阳光实现跟踪。如申请号为201610664810.6的专利，提出了太阳能装置及其控制方法，该太阳能装置包括太阳能面板、检测部和调整部，检测部检测太阳能光板朝向和当时太阳光对太阳能光伏面板照射方向是否相对；调整部根据检测部触发，调整太阳能面板朝向，直至太阳能光伏面板朝向和当时太阳光对太阳能光伏面板照射方向相对。该太阳能装置通过双轴调整太阳能光板朝向，提高了太阳光的利用率，但是由于是开环的控制方法，太阳的跟踪精度不够。

太阳能热发电将成为未来五年大力扶持与推广的能源工程，到2020年底，太阳能发电装机达到1.1亿千瓦以上，太阳能热利用集热面积达到8 亿平方米，太阳能年利用量达到1.4亿吨标准煤以上。因此，现阶段在发展太阳能，提高太阳跟踪精度，进而提高太阳能利用率，对实施能源战略及完善能源结构具有重大意义。

发明内容

为解决现有技术存在的太阳跟踪精度不够的问题，本发明提供一种对太阳跟踪的精度高以及太阳能利用率高的基于闭环多模式的太阳跟踪系统及其方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：