[发明专利]一种任意天气情况下精确跟踪太阳的太阳能自动跟踪装置

说明书

本发明公开了一种任意天气情况下精确跟踪太阳的太阳能自动跟踪装置，包括底座、转动支架、固定支架、太阳能板、X转轴、Z转轴、步进电机、舵机、霍尔传感器和控制电路板。其中控制电路板包括主控制系统、光敏测量系统电路、外置EEPROM电路、RTC系统(实时时钟系统电路)、步进电机驱动电路、舵机控制电路、霍尔传感器电路、复位按键SW2、场效应管IRF3205、电源输入接口CON2。本发明采用传感器跟随和自主学习数据对比跟随相结合的控制方法，可实现任意天气太阳的精确跟踪；同时由于系统采用白天间断式跟踪，夜间进入睡眠模式等措施，在保证跟踪精度的同时，可降低系统自身的功耗。

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，具体涉及一种任意天气情况下精确跟踪太阳的太阳能自动装置。

背景技术

太阳能是目前人们认可的可利用的最佳清洁可再生新能源之一，而太阳跟踪系统是提高太阳能发电效率最简单和最有效的方法。普通阳光跟随系统会受阴、雨、云等恶劣天气和环境杂光的影响，导致系统无法正常对太阳进行跟踪。而为了解决这一问题，目前主要采用的方法是视日运动轨迹跟踪方法。视日运动轨迹跟踪是一种基于天文学参数的开环式主动跟踪，跟踪控制单元利用GPS模块得到当前的经纬度及时间等信息，根据相应的计算公式和参数，计算出当前时刻太阳高度角和方位角的理论值。控制单元根据当前跟踪装置的位置和理论值的误差，计算出高度角步进电机和方位角步进电机应该转动的脉冲数，并向步进电机驱动器发出相应的信号，驱动步进电机转动，完成对太阳的实时跟踪。使用这种方法的系统的稳定性很高，但是跟踪精度较低，且装置与地面的相对安装位置要求很严格，这个方法大多用于大型光伏发电网，对于中小型光伏发电装置不适用。因而一种适用于中小型光伏发电系统的简便、经济、通用性强、效率高、能稳定应对各种天气情况的太阳跟踪系统是人们的热切期望。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种任意天气情况下精确跟踪太阳的太阳能自动装置，用来解决上述技术问题。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种任意天气情况下精确跟踪太阳的太阳能自动跟踪装置，其特征在于：包括底座、转动支架、固定支架、太阳能板、步进电机、舵机、霍尔传感器、光准直传感器、控制电路板和转动装置，所述固定支架设置在所述底座上，所述转动装置设计为双转轴机械结构，所述转动装置设计为双转轴机械结构，所述转动装置包括X转轴和Z转轴，所述X转轴设置在所述转动支架的上端，所述太阳能板安装在所述X转轴上且可随X转轴转动，所述X转轴通过所述舵机控制转动，所述光准直传感器设置在所述X转轴的一端，所述Z转轴设置在所述转动支架的下端，所述Z转轴通过所述步进电机控制转动；所述控制电路板包括主控制系统、光敏测量系统电路、外置EEPROM电路、RTC系统、步进电机驱动电路、控制所述舵机的舵机控制电路、霍尔传感器电路、复位按键SW2、场效应管IRF3205、电源输入接口CON2；所述主控制系统分别与光敏测量系统电路、外置EEPROM电路、RTC系统、步进电机驱动电路、舵机控制电路、霍尔传感器电路、场效应管IRF3205、复位按键SW2、电源输入接口CON2电相连；所述场效应管IRF3205分别与主控制系统、光敏测量系统电路、外置EEPROM电路、步进电机驱动电路、舵机控制电路和霍尔传感器电路、电源输入接口CON2电相连，实现间断式阳光跟随方案，以降低系统的功耗；RTC系统分别与电源输入接口CON2、外置EEPROM电路和主控制系统电连接，用于实时提供时间信息，实现天黑时整个系统进入夜间睡眠模式，天亮时，RTC系统将通过闹钟唤醒整个系统，起到降低系统功耗的作用；外置EEPROM电路分别电连接主控制系统、RTC系统、电源输入接口CON2和场效应管IRF3205，用于存储前一个晴天一天的太阳照射角度与时间对应关系的信息数据，当系统遇到恶劣天气或环境杂光影响而无法稳定跟踪运行时，可以通过参照系统记录的前一个晴天太阳角度信息或者电机角度信息进行无传感器反馈的自我控制，实现通过自主学习装置可在恶劣天气的情况下精确跟踪太阳的方案；复位按键SW2分别与电源输入接口CON2和主控制系统相连，用于对EEPROM中的数据进行初始化；霍尔传感器分别与主控制系统、电源输入接口CON2和场效应管IRF3205相连，实现步进电机零角度校准，以消除步进电机每天积累的丢步累积误差，保证系统的跟随精度。