[发明专利]太阳能跟踪控制器及其跟踪方法

摘要

一种太阳能跟踪控制器及其跟踪方法，太阳能跟踪控制器包括PLC控制器和电源，PLC控制器的输入端分别与四象限光电传感器、风速传感器、触摸显示屏、方位角度编码器及高度角度编码器的输出端连接，PLC控制器的输出端分别与方位电机驱动器和高度电机驱动器的输入端连接,并且PLC控制器分别与触摸显示屏、方位角度编码器及高度角度编码器以RS485的方式进行通信。太阳能跟踪控制器的跟踪方法包括采集信号及参数；风速保护；检测太阳的具体位置，控制方位电机和高度电机转动；检测太阳光的强度,自动切换跟踪状态。本发明具有跟踪精度高、稳定性好、不受天气影响的特点。

主权项

1.一种太阳能跟踪控制器的跟踪方法，其中太阳能跟踪控制器包括PLC 控制器和电源，PLC 控制器的输入端分别与四象限光电传感器、风速传感器、触摸显示屏、方位角度编码器及高度角度编码器的输出端连接，PLC控制器的输出端分别与方位电机驱动器和高度电机驱动器的输入端连接,其特征在于 PLC 控制器分别与触摸显示屏、方位角度编码器及高度角度编码器以 RS485 的方式进行通信；所述四象限光电传感器为由同一片硅光电池用激光切割而成的硅光电池片 e、硅光电池片 f、硅光电池片 g 和硅光电池片 h组成；所述四象限光电传感器的外围还设有由硅光电池片 a、硅光电池片b、硅光电池片 c 和硅光电池片 d 组成的光电传感器；定义各硅光电池片的电压分别为Vn，Vn为Va~Vh，同时定义外方位偏差电压为Vlr，外高度偏差电压为Vbr，外光强电压为Vm，内方位偏差电压为Vlrn，内高度偏差电压为Vbrn，内光强电压为Vmn，则有Vlr=Vc‑Vd,Vbr=Va‑Vb,Vm=Va+Vb+Vc+Vd,Vlrn= （Ve+Vg） ‑ （Vf+Vh） ,Vbrn=（Ve+Vf） ‑（Vg+Vh）,Vmn=Ve +Vf +Vg +Vh；跟踪方法包括以下几个步骤：1）参数初始化后分别采集风速传感器的信号、四象限光电传感器 的信号、触摸显示屏设定的参数和方位角度编码器的角度值以及高度角度编码器的角度值；2）判断风速是否大于设定值且持续时间超过20 秒，当风速大于设定值且持续时间超过20 秒，则控制高度电机快速的把风速保护支架打到水平位置，以免大风把支架损坏，直到持续10 分钟内没有检测到有风速超过预先设定值时,重新起动跟踪；当风速没有超过预先设定值时跟踪太阳；3）通过四象限光电传感器检测太阳的具体位置,当太阳光不能垂直的射入到四象限光电传感器上时,四象限光电传感器会输出方位偏差的电压值和高度偏差的电压值,然后PLC 控制器采集这二个偏差值并控制方位电机和高度电机转动,直到方位偏差和高度偏差输出为0 ；4）通过四象限光电传感器检测太阳光的强度,当太阳光的强度不大于设定值时,太阳能跟踪控制器自动切换到轨迹跟踪的状态；四象限光电传感器是采用同一片硅光电池片分割成片做成信号检测,然后通过放大电路进行放大并且做差分运算,最后输出方位偏差和高度偏差；所述四象限光电传感器的外围设置的光电传感器用于跟踪控制器粗调跟踪太阳时作信号采集用,当外围的光电传感器的外方位偏差电压Vlr 和外高度偏差电压Vbr 输出均等于0 时,太阳能跟踪控制器自动切换到用内部的四象限光电传感器的信号来作精细跟踪控制,当四象限光电传感器的内方位偏差电压Vlrn 和内高度偏差电压Vbrn 都为0时,跟踪停止,使得跟踪精度达到0.1 度的范围；外部光电传感器检测到太阳的位置驱动电机转动使太阳光始终能射到内部的四象限光电传感器上,射到四象限光电传感器上的光斑直径设计为3mm,当光斑没有射在中心点上时,会有偏差电压输出,当射在中心点上时偏差电压输出为 0,这样 PLC 控制器驱动电机,使四象限光电传感器安装到跟踪支架上并一起转动并保持光斑射在中心点上,这样跟踪支架的安装面就一直随着太阳转动且可以达到0.1 度的跟踪精度；跟踪控制器状态的切换是根据四象限光电传感器检测到太阳光的强度与通过触摸显示屏预先设定的光强值进行比较，轨迹跟踪是采用高精度的 SPA 太阳位置算法,通过触摸显示屏输入当地的经纬度和当地的时间来计算太阳的具体位置,并根据计算出来的太阳方位角和太阳高度角，通过方位角度编码器和高度角度编码器把支架转动的具体位置反馈给 PLC 控制器，PLC 控制器控制方位电机驱动器和高度电机驱动器，分别驱动方位电机和高度电机转动,直至安装在支架上的方位角度编码器和高度角度编码器反馈的角度和计算的太阳的方位角和太阳的高度角一致时停止电机转动；轨迹跟踪的方式为当计算的太阳方位角度‑支架方位角度编码器的角度大于等于0.1 度时, PLC 控制器控制方位电机驱动器驱动方位电机向西转动,直至太阳方位角度‑支架方位角度编码器的角度小于0.1 度,当计算的太阳方位角度‑支架方位角度编码器的角度小于‑0.1 度时, PLC 控制器控制方位电机驱动器驱动方位电机向东转动,直至太阳方位角度‑支架方位角度编码器的角度大于‑0.1 度；当计算的太阳高度角度‑支架高度角度编码器的角度大于等于0.1 度时, PLC 控制器控制高度电机驱动器驱动高度电机向下转动,直至太阳高度角度‑支架高度角度编码器的角度小于0.1 度,当计算的太阳高度角度‑支架高度角度编码器的角度小于‑0.1 度时, PLC 控制器控制高度电机驱动器驱动高度电机向上转动,直至太阳高度角度‑支架高度角度编码器的角度大于‑0.1 度；光电跟踪的方式为当采集到四象光电传感器的方位偏差电压值大于dEl值时,PLC 控制器控制方位电机驱动器驱动方位电机向西转动,直至方位偏差电压小于dEl值，当方位偏差电压值小于‑dEl值时, PLC 控制器控制方位电机驱动器驱动方位电机向东转动,直至方位偏差电压值大于‑dEl值；当采集到四象限光电传感器的高度偏差电压值大于dEh值时,PLC 控制器控制高度电机驱动器电机驱动高度电机向下转动,直至高度偏差电压值小于dEh值,当高度偏差电压值小于‑dEh 值时, PLC 控制器控制高度电机驱动器驱动高度电机向上转动,直至高度偏差电压值大于‑dEh值；其中，所述dE1 为方位偏差的允许误差，dEh 为高度偏差的允许误差。