[发明专利]一种智慧型太阳跟踪器控制系统及其跟踪支架

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能跟踪系统领域，尤其是涉及一种智慧型太阳跟踪器控制系统及其跟踪支架。

背景技术

在地球自转过程中，地表某固定地点的太阳能光伏发电系统受太阳环绕地球相对运动而产生光照角度变化的影。

常规的太阳跟踪器能够有效地保证太阳能电池板时刻正对太阳，使得发电效率达到最佳状态。目前，世界上通用的太阳能跟踪器的工作原理需要根据安放点的经纬度等信息计算一年中的每一天的不同时刻太阳所在的角度，将一年中每个时刻的太阳位置存储到PLC、单片机或电脑软件中，靠计算该固定地点每一时刻的太阳位置以实现跟踪。它是一类基于天文信息计算阳光角度的太阳跟踪控制方法。然而，在阴天、多云、雾霾的天气情况下，太阳直射光不再有优势，常常出现非太阳直射光产生了更高的辐照度。在这些天气情况下，同样功率的太阳能电站，会出现固定式发电比跟踪太阳式的发电不相上下。甚至，固定式产生更大的发电量。人们对基于天文信息计算阳光角度的太阳跟踪器产生质疑。此类控制原理不适用所有地区或天气。

类似地，采用阳光象限传感器的反馈式跟踪方式，也有明显弱点。例如：乌云遮挡太阳，使得其他乌云的反射光强度大于太阳光。那么，采用阳光象限传感器的反馈式跟踪方式就会跟踪乌云反射光。而这种现象不会持久，导致整体发电量水平没有上去，反而跟踪器耗电量变大。类似地，此类控制原理不适用所有地区或天气。

人们渴望发明出更智能的太阳跟踪器，它的控制目标是实现太阳能发电量最大化，而不仅仅跟踪太阳或某束阳光，从而适应各种天气情况，如：晴天、阴天、雾霾天等等。

发明内容

本发明的目的是针对现有太阳跟踪器的不足，提供一种智慧型太阳跟踪器控制系统及其跟踪支架，该系统以光伏方阵最大功率输出为跟踪器角度调节的控制目标，实现了不同天气状况下的自动化、智能化、最优化，在存在漫反射光的情况下，最大程度地发挥太阳跟踪器的工作效率，大幅度地提升了传统太阳跟踪器的控制性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智慧型太阳跟踪器控制系统，包括光伏电池方阵，与光伏电池方阵电路连接的光伏电力输出单元，控制光伏电池方阵转动的驱动源，电机控制器；所述电机控制器接收光伏电池方阵的角度信号，同时控制驱动源带动光伏电池方阵转动；还设置有功率采样器和极值搜索器，所述功率采样器采集光伏电力输出单元的电力信号，并将采集到的电力信号输送给极值搜索器，极值搜索器根据接收到的电力信号计算出光伏电池方阵的最佳摆放角度，并将该角度值反馈给电机控制器；电机控制器比较接收到的光伏电池方阵的角度与最佳摆放角度，再控制驱动源带动光伏电池方阵转动至最佳摆放角度位置处。

为方便控制光伏电池方阵的旋转，所述驱动源包括控制光伏电池方阵高度角方向旋转的第一电机驱动系统和控制光伏电池方阵方位角方向旋转的第二电机驱动系统；所述极值搜索器根据接收到的电力信号计算出光伏电池方阵的最佳高度角和方位角。

所述极值搜索器的计算公式如下：

P^*(t)＝max_θ(t),φ(t){P(θ(t),φ(t),t)}

式中，P^*(t)为最大反馈功率，

θ(t)为光伏电池方阵在t时段的方位角；

φ(t)为光伏电池方阵在t时段的高度角；

t代表时间点；

反馈功率是方位角度和高度角度的乘法函数，该输出函数通过不断调整θ(t)和φ(t)的值，得到一个反馈功率极值；通过反馈功率来判断调整方位角度和高度角度如何一步步逼近最佳角度，找到最大功率输出点，完成一次未知乘法函数搜索极值的自适应控制过程。

采用线搜索迭代方法来实现极值搜索控制，从而获得一组θ(t)和φ(t)，公式如下：

式中：代表功率输出搜索方向，其中为功率的梯度值，β(k)代表搜索步长，式中角度的迭代过程的调整量是由功率输出搜索方向和搜索步长的乘积来确定。