[实用新型]智能型太阳能跟踪系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能设备，特别涉及一种智能型太阳能跟踪系统。

背景技术

由于太阳光的间歇性，以及日照强度和方向的不确定性，导致整个光伏发电系统呈非线性，若太阳能电池板能够始终和太阳光线垂直，其接受日照强度最佳。然而目前的太阳能跟踪系统主要采用平板固定式架构，其太阳能电池板固定朝向天空中某一方向，并不随着太阳的移动而偏向，接受日照强度较低，太阳能利用率低；也有通过蒸汽压力来实现的，但系统比较笨重，使用不方面；也有GPS卫星定位的“向日葵”式跟踪的，但造价昂贵，不利于推广。跟踪控制器一般采用PI、PID等控制方法，控制算法简单，跟踪控制效果差，发电效率较低。

发明内容

本实用新型是针对现有太阳能设备跟踪太阳效果差的问题，提出了一种智能型太阳能跟踪系统，系统双轴跟踪、智能控制、跟踪精度高。

本实用新型的技术方案为：一种智能型太阳能跟踪系统，包括智能控制器、太阳能电池板、双轴传动机构、光电传感器装置、A/D转换器、两个步进电机及其驱动组成，光电传感器装置包括光电传感器和固定支架，光电传感器是由四个光敏电阻组成，四个光敏电阻分别按四个方向固定在固定支架的水平基座上，光敏电阻与基座成45度角朝向光源处，每个光敏电阻两边有两块垂直与基座的竖直挡板，以将光敏电阻面对的方向以外的光线隔离，基座与太阳能电池板平行连接，光电传感器信号通过A/D转换器将采集信号送入FPGA智能控制器，FPGA智能控制器计算处理后分别输出两路控制信号到两个步进电机，两个步进电机驱动双轴传动机构带动太阳能电池板转动。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型智能型太阳能跟踪系统，解决了系统非线性带来的控制困难等问题，能够让电池板在空间中做接近半球面的立体转动，准确地跟踪太阳在天空的位置，极大地提高了太阳能利用率。

附图说明

图1为本实用新型智能型太阳能跟踪系统电路框图；

图2为本实用新型智能型太阳能跟踪系统光电传感器装置图；

图3为本实用新型智能型太阳能跟踪系统双轴传动装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示系统电路框图，智能型太阳能跟踪系统，包括FPGA智能控制器8、太阳能电池板1、双轴传动机构2、光电传感器装置7、四路A/D转换器9、两个步进电机3、5及其对应的驱动器4、6组成。

在白天或光照强度一定情况下，光电传感器7把太阳光与太阳能电池板的角度信号转化为直流电压信号，再通过A/D转换器9转换为数字信号送给FPGA智能控制器8，FPGA智能控制器8分析后产生两路脉冲信号分别给驱动器A4和B6，驱动器A4和B6分别驱动步进电机A3和B5做相应动作。步进电机A3和B5通过双轴传动机构2调整太阳能电池板1与太阳光的角度，使他们相互垂直，从而完成太阳光的智能跟踪。

系统采用间歇性工作，每5分钟跟踪一次，步进电机工作一次，以节省电能消耗。

在夜间或光照强度不足发电的情况下，系统能够自动沿原路恢复到初始状态，并等待下一次跟踪。

如图2所示光电传感器装置图，光电传感器装置包括光电传感器7和固定支架，所用的光电传感器是由四个光敏电阻组成，负责侦测东西南北四个方向的光照强度，于各方向均有一个光敏电阻，并以45度角朝向光源处，四个光敏电阻按方向固定在固定支架的基座10上，基座10与太阳能电池板1平行连接，每个光敏电阻两边有两块垂直与基座的竖直挡板11，以将该方向以外的光线隔离，以达到快速判别太阳位置的广角式搜索。

四个光敏电阻按方位分为两组，分别为东西向和南北向，每组有两个光敏电阻。东西向两光敏电阻用以比较东西向受光强度的差异，当东西向的两光敏电阻接受到的光源强度不一致时，系统会依据东西向两光敏电阻输出两个不相等的电压信号，通过FPGA智能控制器判断受光强弱方向，并输出脉冲信号驱动步进电机做相应动作，调整太阳能电池板角度，使得太阳在东西向上与太阳能电池板垂直；当东西向两光敏电阻输出值相等时，则太阳在东西向上与太阳能电池板垂直。南北向两光敏电阻用以比较南北向受光强度的差异，其工作原理同东西向。

本实用新型所用双轴传动机构由两个步进电机来驱动。双轴传动机构如图3所示。此机构能驱动电池板做接近半球面立体转动，使得光电转换效率高，产能多，并且机构控制简单。

本实用新型所用的FPGA智能控制器8是基于模糊控制理论和Altera Cyclone II 2C70 FPGA可编程控制器来实现的，在Altera Cyclone II 2C70 FPGA开发板中，通过硬件描述语言VHDL把控制程序加载到NiosII微处理器中作为控制核心，控制程序通过C语言和模糊控制算法实现，再搭配传感器、译码器等，形成完整的控制回路，这样的安排可以使得控制器性能达到最佳。控制器采用模糊控制算法来提高控制精度，准确处理电池板与太阳的角度偏差值，并输出相应的脉冲信号以准确驱动步进电机工作。