[發(fā)明專利]一種太陽(yáng)能跟蹤裝置及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710126303.1
• 申請(qǐng)日: 2017-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN106774456B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛振喜;張磊;王文東;史儀凱;龐明;李金哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D3/12
• 分類號(hào): G05D3/12;H02S20/32
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

1.一種太陽(yáng)能跟蹤裝置，其特征在于，包括光伏板、高度角旋轉(zhuǎn)軸、高度角旋轉(zhuǎn)組件、高度角電機(jī)、支撐軸、方位角組件、方位角主動(dòng)輪、方位角電機(jī)、方位角從動(dòng)輪、高度角主動(dòng)輪、高度角從動(dòng)輪、高度角傳感器和方位角傳感器；其中：所述方位角組件套裝在所述支撐軸上，并位于該支撐軸的底板上表面；該方位角組件包括方位角組件殼體、兩個(gè)方位角圓柱滾子軸承和方位角推力球軸承，并且所述方位角圓柱滾子軸承和方位角推力球軸承自上至下依次安裝在方位角組件殼體內(nèi)；

方位角從動(dòng)輪套裝所述支撐軸上，并使該方位角從動(dòng)輪位于所述方位角組件的上方；所述方位角電機(jī)固定在所述支撐軸的底板上表面，方位角主動(dòng)輪套裝在該方位角電機(jī)的輸出軸上，并使該方位角主動(dòng)輪與所述方位角從動(dòng)輪嚙合；高度角旋轉(zhuǎn)組件的殼體固定在所述支撐軸的頂端端面，并使所述殼體的中心線與所述支撐軸的中心線相互垂直；所述高度角旋轉(zhuǎn)組件中的高度角旋轉(zhuǎn)軸的兩端端面分別安裝有光伏板；高度角從動(dòng)輪套裝在所述高度角旋轉(zhuǎn)軸上；所述高度角電機(jī)安裝在所述支撐軸上并位于高度角旋轉(zhuǎn)組件的下方；所述高度角電機(jī)輸出軸上安裝有高度角主動(dòng)輪，并使該高度角主動(dòng)輪與所述高度角從動(dòng)輪嚙合；高度角傳感器安裝在所述光伏板下表面的一側(cè)；所述方位角傳感器固定在所述支撐軸的底板上表面一側(cè)。

2.如權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能跟蹤裝置，其特征在于，所述高度角旋轉(zhuǎn)組件包括高度角套筒、兩個(gè)圓柱滾子軸承和軸端彈性擋圈；所述兩個(gè)圓柱滾子軸承分別安裝在所述高度角套筒兩端的內(nèi)表面，并通過(guò)軸端彈性擋圈定位。

3.如權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能跟蹤裝置，其特征在于，所述支撐軸的下部有徑向凸出的凸臺(tái)，形成了該支撐軸的軸肩；所述軸肩的直徑略小于方位角組件殼體的內(nèi)徑，并且當(dāng)所述方位角組件殼體與支撐軸裝配后，該軸肩位于所述方位角組件殼體內(nèi)的上端。

4.如權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能跟蹤裝置，其特征在于，所述方位角傳感器距底板中心的距離為150mm。

5.一種權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能跟蹤裝置的跟蹤控制方法，其特征在于，具體過(guò)程是：

步驟1，確定太陽(yáng)的位置；所述太陽(yáng)的位置包括太陽(yáng)的高度角和方位角；

其中：h為高度角、A為方位角、δ為赤緯角、為當(dāng)?shù)氐木暥取為時(shí)角；

通過(guò)公式(1)和公式(2)分別得到太陽(yáng)的高度角和太陽(yáng)的方位角；

步驟2，確定跟蹤時(shí)段與跟蹤時(shí)長(zhǎng)；

根據(jù)時(shí)區(qū)確定跟蹤時(shí)段；所述的跟蹤時(shí)段根據(jù)太陽(yáng)在該時(shí)區(qū)的方位角確定；當(dāng)所述太陽(yáng)的方位角在51°～93°之間為第一時(shí)段，所述太陽(yáng)的方位角在-85°～51°之間為第二時(shí)段，所述太陽(yáng)的方位角在-108°～-85°之間為第三時(shí)段；

所述的跟蹤時(shí)長(zhǎng)根據(jù)太陽(yáng)高度角變化的速度確定；設(shè)定在所述三個(gè)時(shí)段的跟蹤時(shí)長(zhǎng)分別為15min、10min、15min；

步驟3，確定光伏板的位置信息，所述光伏板的位置信息包括該光伏板的高度角和方位角；通過(guò)采集所述方位角傳感器的電信號(hào)和高度角傳感器的電信號(hào)，確定光伏板的位置信息；

步驟4，第一時(shí)段第一次跟蹤太陽(yáng)；

采集第一時(shí)段的方位角電信號(hào)和高度角電信號(hào)，開始第一時(shí)段的第一次跟蹤；具體是：

分別采集方位角傳感器的電信號(hào)和高度角傳感器的電信號(hào)，并將采集到的方位角電信號(hào)和高度角電信號(hào)分別傳輸至下位機(jī)；采集時(shí)長(zhǎng)均為15min；

將采集到的該時(shí)刻的方位角電信號(hào)和高度角電信號(hào)轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，將所得到的高度角數(shù)字信號(hào)與通過(guò)公式(1)得到的該時(shí)刻的太陽(yáng)高度角進(jìn)行對(duì)比；同時(shí)將所得到的方位角數(shù)字信號(hào)與通過(guò)公式(2)得到的該時(shí)刻的太陽(yáng)方位角進(jìn)行對(duì)比，分別得到所述太陽(yáng)能跟蹤裝置高度角與太陽(yáng)的高度角的差值和太陽(yáng)能跟蹤裝置方位角與太陽(yáng)的方位角的差值；

步驟5，第一時(shí)段第一次跟蹤控制；根據(jù)得到的所述太陽(yáng)能跟蹤裝置高度角與太陽(yáng)的高度角的差值和太陽(yáng)能跟蹤裝置方位角與太陽(yáng)的方位角的差值，實(shí)施對(duì)太陽(yáng)的跟蹤控制：

當(dāng)太陽(yáng)能跟蹤裝置高度角與太陽(yáng)的高度角的差值φ0.5°時(shí)，將差值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳給DSP控制器18，DSP控制器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)PWM數(shù)以及占空比；啟動(dòng)高度角電機(jī)，并通過(guò)該高度角電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)高度角旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)光伏板高度角的改變，即使其與太陽(yáng)的高度角保持一致；

當(dāng)太陽(yáng)能跟蹤裝置方位角與太陽(yáng)的差值φ0.5°時(shí)，將差值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳給DSP控制器18，DSP控制器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)PWM數(shù)以及占空比，啟動(dòng)方位角電機(jī)，并通過(guò)該方位角電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)高度角旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)光伏板方位角的改變，即使其與太陽(yáng)的方位角保持一致；

跟蹤控制中，所有的高度角和方位角值通過(guò)無(wú)線傳輸模塊傳給上位機(jī)，并在上位機(jī)模塊上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示具體光伏板高度角和方位角值以及調(diào)整后的值；

至此，完成了第一時(shí)段、第一次對(duì)太陽(yáng)的跟蹤及跟蹤控制；

重復(fù)所述第一時(shí)段、第一次對(duì)太陽(yáng)的跟蹤的過(guò)程，逐次完成第一時(shí)段的跟蹤全過(guò)程；

步驟6，各時(shí)段的跟蹤

當(dāng)完成第一時(shí)段的跟蹤過(guò)程后，重復(fù)所述第一時(shí)段的跟蹤過(guò)程，依次完成第二時(shí)段和第三時(shí)段的跟蹤；

當(dāng)實(shí)施第二時(shí)段的跟蹤時(shí)，將所述跟蹤時(shí)長(zhǎng)調(diào)整為10min；

當(dāng)實(shí)施第三時(shí)段的跟蹤時(shí)，將所述跟蹤時(shí)長(zhǎng)調(diào)整為15min；

至此，完成各時(shí)段對(duì)太陽(yáng)的跟蹤過(guò)程。