[發明專利]一種利用棒影圖像實現太陽光跟蹤的裝置和方法

有效

• 申請號: 201410148077.3
• 申請日: 2014-04-14
• 公開（公告）號: CN103914085A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 陳諾夫;劉虎;弭轍;付蕊;白一鳴;何海洋;辛雅焜;牟瀟野;吳強;楊博;高征;劉海
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于太陽能光伏發電技術領域，特別涉及一種利用棒影圖像實現太陽光跟蹤的裝置和方法，尤其適用于聚光光伏系統對陽光直射輻射的精確追蹤。

背景技術

太陽跟蹤系統的運動控制是太陽跟蹤技術的關鍵，目前太陽跟蹤運動控制方法主要有視日軌跡運動控制（即程序控制）和光電傳感跟蹤運動控制兩種方法。實現太陽的精確跟蹤，理想的運動控制方法應是對太陽運動軌跡的連續跟蹤。

太陽跟蹤器按照追蹤方式分類主要有傳感器追蹤、計算太陽運動軌跡追蹤及混合追蹤方式。傳感器追蹤方式采用光電傳感器檢測太陽光與電池板法線的偏離度，實現反饋跟蹤，但受天氣影響大。太陽運動軌跡追蹤方式是根據太陽的實際運行軌跡按預定的程序調整跟蹤裝置，這種追蹤方式能夠全天候實時跟蹤，但這種追蹤方式無論是否有陽光追蹤系統都按照計算軌跡一直運行。

傳感器追蹤方式中常用的為四象限光敏電阻（或硅光電池）雙軸跟蹤傳感器存在兩個主要問題：第一，光敏電阻（或硅光電池）的誤差比較大，選擇多個參數完全相等的光敏電阻難度較大；第二，此類傳感器無法識別平均光強較大的陰天或多云天氣狀況，遇到此類天氣狀況時系統會不停地尋找光強最大值。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用棒影圖像實現太陽光跟蹤的裝置和方法，不僅能實現光伏系統對太陽光直射輻射的追蹤，還能識別晴天與平均光強較大的陰天或多云天氣狀況。

本發明所述裝置采用的技術方案是：

底座上的中軸位置設置方向角電機；角電機的輸出軸與轉動支架固定連接，帶動轉動支架繞底座的中軸轉動；光伏模組支架的一端與轉動支架鉸接，另一端與高度角電動推桿鉸接；高度角電動推桿的另一端與底座鉸接；光伏模組支架的靠近高度角電動推桿的一端設置錐形棒影探測裝置；

所述錐形棒影探測裝置的上表面為半透明接收屏，在半透明接收屏的中心位置豎直設置錐形棒，并在半透明接收屏的正下方設置攝像頭；

主控板分別與角電機、高度角電動推桿的驅動電機以及攝像頭連接。

所述半透明接收屏由橫向中心軸和縱向中心軸分為4塊面積相等的區域。

所述錐形棒通過底部螺釘固定于半透明接收屏上，并在半透明接收屏底面中心的螺釘孔處粘貼黑色塑料片，黑色塑料片的形狀與錐形棒底面相同且剛好覆蓋錐形棒底面。

本發明提供的利用所述裝置實現太陽光跟蹤的方法，分為以下步驟：

1）將半透明接收屏沿橫向中心軸和縱向中心軸分為4塊面積相等的區域；并設定平均亮度的標準值；

2）主控板讀取攝像頭獲得的錐形棒在半透明接收屏上的陰影圖，經過圖像去噪及灰度處理，計算出四個分區的陰影面積及非陰影區的平均亮度；

3）比較非陰影區的平均亮度與標準值之間的關系，首先對晝或夜進行判斷，然后判定為晝時，判斷當前為陰天、多云或是晴天：如非陰影區的平均亮度小于標準值，則系統判斷當前為陰天或多云，如非陰影區的平均亮度大于標準值，則系統判斷當前為晴天；

4）陰天或多云模式下，系統每10～15分鐘循環一次步驟2）和步驟3）的過程；

5）在晴天模式下，對錐形棒陰影圖在ABCD四個區域內的面積進行排序，根據四個區域陰影面積是否相等判斷出太陽光跟蹤器是否接收到垂直入射的太陽光：如ABCD四個區域內的陰影面積相等，則表示當前系統當前已接收到垂直入射太陽光；如ABCD四個區域內的陰影面積不相等，則繼續判斷哪一個區域的陰影面積最大，根據最大陰影面積所在區域向系統的方位角電機及高度角電動推桿發送信號使跟蹤系統發生相應轉動，使ABCD四個區域內的陰影面積相等；

6）每5～10秒鐘執行步驟5）一次，以使太陽光始終垂直入射跟蹤系統。

本發明的有益效果為：

本發明采用了單個CMOS圖像傳感器，克服了四象限光敏電阻不匹配的問題，同時錐形棒陰影圖法解決了光強較大的陰天和多云天氣的識別問題。基于錐形棒陰影圖形狀判斷的太陽光跟蹤方法，使聚光光伏系統更能精確地跟蹤太陽直射輻射，減少無謂的追蹤動作從而降低追蹤系統自身的功耗。

附圖說明

圖1是本發明給出的系統結構示意圖。

圖2是本發明給出的錐形棒影探測裝置的剖面圖。

圖3是本發明給出的陽光跟蹤流程圖。

圖中標號：

1-錐形棒影探測裝置；2-高度角電動推桿；3-主控板；4-底座；5-方向角電機；6-光伏模組支架；7-錐形棒陰影圖；8-錐形棒；9-半透明接收屏；10-攝像頭；11-接線端子；12-外殼；13-黑色塑料片；14-轉動支架。