[發(fā)明專利]一種光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤隨動系統(tǒng)及控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010502937.0
• 申請日: 2010-10-11
• 公開（公告）號: CN102447422A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊建中
• 申請（專利權(quán)）人: 上海悅嘉能源科技有限公司
• 主分類號: H02N6/00
• 分類號: H02N6/00;G05D3/12;G05F1/67;H02P5/74
• 代理公司: 上海碩力知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31251
• 代理人: 郭桂峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏控制系統(tǒng)，本發(fā)明涉及光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)及方法。

背景技術(shù)

光伏發(fā)電是一種潔凈無污染的可再生能源，發(fā)展前景非常廣闊，光伏發(fā)電已成為全球發(fā)展速度最快的技術(shù)。然而它也存在著間歇性、光照方向和強(qiáng)度隨時(shí)間不斷變化的問題，這就對太陽能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多光伏電池板陣列基本上都是固定的，未采用隨動系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)存在無法保持太陽光始終垂直于電池板的缺點(diǎn)，其最大功率跟蹤（MPPT）只是采用純算法控制來實(shí)現(xiàn)，光伏發(fā)電受自然條件及日照的影響比較大，沒有充分利用太陽能資源，發(fā)電效率較低。

目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的缺陷和不足之處，可歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：

第一、光照強(qiáng)度隨時(shí)間、天氣等條件的變化差異很大，對系統(tǒng)發(fā)電量有很大的影響。現(xiàn)有的太陽能最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制技術(shù)多采用單純的控制算法來實(shí)現(xiàn)，而光伏電池本身是固定的，從而使得光伏電池接收的太陽輻射度與太陽光入射角是被動的。使得系統(tǒng)發(fā)電量無法最大化。

第二、?隨動系統(tǒng)多采用單軸隨動系統(tǒng)，跟蹤效率低。

第三、已有的隨動系統(tǒng)未對太陽輻射與環(huán)境亮度作比較校核，自動隨動系統(tǒng)的準(zhǔn)確性較低、可靠性較差，容易因季節(jié)變化而產(chǎn)生累積誤差。

第四、已有的隨動系統(tǒng)基本上采用被動式跟蹤控制，即采用利用這兩個(gè)獨(dú)立的光傳感器感測太陽輻射強(qiáng)度，并利用獲得的兩個(gè)信號差值對電池板的位置進(jìn)行調(diào)整，直至太陽光直射太陽電池板。

被動式跟蹤控制思路簡單，控制器設(shè)計(jì)容易，但是一般的光敏傳感器都具有較寬的感光角度，由于陽光的散射，使這種方式對太陽光角度的偏離并不敏感。另外，隨動系統(tǒng)是安裝在戶外，光敏元件常被灰塵遮蓋，將使光敏元件感光能力減弱，?導(dǎo)致系統(tǒng)動作遲鈍，起始跟蹤的偏差角度變大或者當(dāng)兩個(gè)光敏元件被污染的程度不同時(shí)，它們的輸出將形成一個(gè)固有的偏差，這將導(dǎo)致太陽電池板無法準(zhǔn)確跟蹤太陽位置。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高太陽能利用率，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、免維護(hù)、具廣泛應(yīng)用價(jià)值的光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤隨動系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)各種天氣狀況下的太陽跟蹤，精度較高，并能使太陽能電池板始終對準(zhǔn)太陽，保持最大的發(fā)電效率。

????本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下面所描述：

????一種光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤隨動系統(tǒng)，包括分別與單片機(jī)控制系統(tǒng)連接的時(shí)鐘電路、雙軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng)以及光電檢測裝置，其中，所述雙軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng)包括連接電池板支架的第一跟蹤部件以及第二跟蹤部件，所述電池板以及光電檢測裝置設(shè)置在電池板支架上面，并且，所述單片機(jī)控制系統(tǒng)分別控制并驅(qū)動第一跟蹤部件以及第二跟蹤部件，帶動上述電池板以及光電檢測裝置在垂直方向和水平方向上運(yùn)動。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述光電檢測裝置包括光電光敏傳感器以及光電編碼電路，并且，所述光電光敏傳感器和電池板面互相平行。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述第一跟蹤部件包括第一電動馬達(dá)與電動推桿，所述第二跟蹤部件包括第二電動馬達(dá)和回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)，并且，第一跟蹤部件控制電池板在垂直方向上0~90??運(yùn)動，第二跟蹤部件控制電池板在水平面上360??旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述第一電動馬達(dá)與第二電動馬達(dá)連接單片機(jī)控制系統(tǒng)，并且，在第一電動馬達(dá)、第二電動馬達(dá)與單片機(jī)控制系統(tǒng)之間設(shè)置有馬達(dá)驅(qū)動器。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述第一電動馬達(dá)與電動推桿之間以及第二電動馬達(dá)和回轉(zhuǎn)驅(qū)動系統(tǒng)之間都分別設(shè)置有減速機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述減速機(jī)構(gòu)為渦輪減速機(jī)構(gòu)或者行星減速器。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，所述回轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動軸、在轉(zhuǎn)動軸上固定的大齒輪以及小齒輪，第二電動馬達(dá)通過行星減速機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸機(jī)構(gòu)與上述齒輪連接。

進(jìn)一步地，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，還設(shè)置有限位機(jī)構(gòu)，所述限位機(jī)構(gòu)限制雙軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng)的極限位置，并在雙軸機(jī)械跟蹤定位系統(tǒng)到達(dá)極限位置的時(shí)候，輸送信號給上述單片機(jī)控制系統(tǒng)。

此外，本發(fā)明還公開了一種光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤隨動系統(tǒng)的控制方法，包括下列步驟：（a）?通過太陽視日運(yùn)動軌跡跟蹤，將系統(tǒng)帶入一個(gè)預(yù)定的足夠小的范圍內(nèi)，再啟動光電跟蹤或視日運(yùn)動軌跡跟蹤;（b）開機(jī)后光電檢測電路檢測白天還是黑夜；當(dāng)檢測為黑夜時(shí)系統(tǒng)停止運(yùn)行；若檢測為白天，系統(tǒng)進(jìn)行初始化；（c）初始化完成后進(jìn)入視日運(yùn)動軌跡跟蹤，使其到達(dá)光電跟蹤的視場范圍內(nèi)，再根據(jù)光電傳感器的檢測結(jié)果啟動光電跟蹤或視日運(yùn)動軌跡跟蹤。