專利名稱：一種光伏發(fā)電陣列的智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，尤其涉及一種光伏發(fā)電陣列的智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
普通硅基平板式光伏板的主要結(jié)構(gòu)僅為光伏電池，結(jié)構(gòu)固定且較為簡單，而聚光式光伏板由高轉(zhuǎn)換率光伏電池、聚光器(透鏡或反射鏡)、散熱器、太陽能自動追蹤器和惡劣天氣應(yīng)對裝置組成，需要實時地調(diào)整光伏板的傾角與轉(zhuǎn)角，最大程度地將入射太陽光聚集到光伏電池上，使系統(tǒng)發(fā)電量最大化，同時兼顧光伏板長期使用時的穩(wěn)定性及使用壽命等問題。目前用于聚光式光伏電板的控制系統(tǒng)通常由太陽能自動追蹤器和惡劣天氣應(yīng)對控制器組成。太陽能自動追蹤器由太陽位置傳感器、數(shù)據(jù)存儲器及相應(yīng)的控制電路組成。 從追蹤控制的方法上可分為光強(qiáng)控制、時空控制和光強(qiáng)時空混合控制這三大類。惡劣天氣應(yīng)對控制器是由風(fēng)向風(fēng)速傳感器及相應(yīng)的反饋控制電路組成，當(dāng)所測得的風(fēng)速大于光伏電板機(jī)械結(jié)構(gòu)所能承受的極限，控制電路將光伏電板調(diào)整到水平或其他受大風(fēng)壓力最小的位置。采用光強(qiáng)控制的太陽自動追蹤器由一組光敏電阻或電池及其相應(yīng)的電流平衡電路構(gòu)成，通過反饋電路實時地調(diào)整電板的機(jī)械狀態(tài)，使得相對方向的光敏電阻或電池所測得的光電流完全相同。這種方法具有測量快、電路簡單和易于實現(xiàn)等優(yōu)點，但在多云和陰天、清晨和傍晚會出現(xiàn)無法跟蹤或誤追蹤的問題。戶外長期使用時，一旦光敏電阻或電池表面落入灰塵，光強(qiáng)測量的結(jié)果將出現(xiàn)嚴(yán)重誤差。由于控制器計算能力和速度的限制，采用時空控制的追蹤器預(yù)先將一年365天太陽位置的數(shù)據(jù)存入控制器，運行時控制器根據(jù)當(dāng)前時間，對存儲器中數(shù)據(jù)進(jìn)行查表和擬合，得到當(dāng)前太陽的位置。但太陽的位置與年份有關(guān)，簡單地以一年為周期重復(fù)使用這些存入控制器的數(shù)據(jù)，會導(dǎo)致較大的追蹤誤差。采用光強(qiáng)時空混合控制的追蹤器則使用光強(qiáng)測量與太陽位置數(shù)據(jù)相結(jié)合的辦法，在太陽位置數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上引入光強(qiáng)反饋，通過該光強(qiáng)反饋在天文數(shù)據(jù)附近做微調(diào)節(jié)，以此減小查表擬合法的長期誤差。但光強(qiáng)測量部分仍然不能避免戶外長期使用時穩(wěn)定性與可靠性欠佳的問題，包括光敏電阻或電池長期使用時性能衰減的問題，因此這種方法并不能顯著地降低追蹤誤差。惡劣天氣應(yīng)對控制器方面，目前已知的系統(tǒng)只考慮了強(qiáng)風(fēng)天氣的因素。而在我國， 太陽能資源豐富且適合安裝聚光式光伏電站的地區(qū)大部分位于西北荒漠地帶，這些地方沙塵暴天氣頻繁，這種沙塵對聚光式電板中的聚光器(透射鏡或反射鏡)會有很強(qiáng)的磨損，從而降低聚光效率。因此，惡劣天氣應(yīng)對控制器還需要對這類沙塵暴天氣做出響應(yīng)并給出合理的控制措施。特別指出的是，降低聚光式光伏發(fā)電成本的首要條件是光伏板的規(guī)?；瘧?yīng)用，也就是組建聚光式光伏發(fā)電陣列。目前已知的控制系統(tǒng)都是針對單個光伏板設(shè)計的，應(yīng)用于大規(guī)模光伏發(fā)電陣列時，只簡單地進(jìn)行光伏電板數(shù)量的倍增，如圖1所示。使用時，每個光伏電板都裝有上述的太陽能自動追蹤器和惡劣天氣應(yīng)對控制器，這樣的結(jié)構(gòu)增加了光伏發(fā)電站的硬件成本和維護(hù)費用。而為了控制成本，不得不采用低精度的控制器及傳感器，使得太陽能自動追蹤器和惡劣天氣應(yīng)對控制器在技術(shù)和最終性能上都受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的欠缺，針對大規(guī)模光伏發(fā)電陣列，本發(fā)明從整個陣列的角度來構(gòu)建控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化與綜合管理。本發(fā)明公開這種智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括智能控制中心模塊、傳感器組和由至少兩個光伏電板模塊組成的陣列組，所述智能控制中心模塊通過有線或無線的方式與光伏電板陣列模塊連接，還通過網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)連接，通過互聯(lián)網(wǎng)對光伏電板陣列模塊發(fā)出控制信號或查詢工作狀態(tài)，所述智能控制中心模塊從一個高精度傳感器組接收風(fēng)速、風(fēng)向、沙塵濃度、地理經(jīng)緯度和時間的數(shù)據(jù)；
所述傳感器組包括風(fēng)速風(fēng)向傳感器、空氣沙塵傳感器和GPS模塊，所述傳感器組通過 SPI、RS232或ADC采樣口與智能控制中心模塊連接，所述空氣沙塵傳感器用激光散射的方法，將測得的散射激光強(qiáng)度轉(zhuǎn)化成空氣中沙塵濃度的數(shù)據(jù)，所述GPS模塊獲取光伏電板陣列模塊的地理經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并與衛(wèi)星上的原子鐘同步，得到時間數(shù)據(jù)；
所述光伏電板控制模塊包括機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置、微控制器、驅(qū)動電路和角度傳感器，所述微控制器通過SPI或RS232方式分別與角度傳感器及驅(qū)動電路連接，所述微控制器接收智能控制中心模塊發(fā)出的控制信號后，結(jié)合所述角度傳感器測得的角度位置，對驅(qū)動電路進(jìn)行反饋控制，驅(qū)動機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置。所述智能控制中心模塊具有雙精度浮點型數(shù)據(jù)的運算和處理能力，所述智能控制中心模塊為數(shù)字信號處理器、高性能微控制器或高性能可編程邏輯控制器的一種。所述智能控制中心模塊與光伏電板連接方式為工業(yè)現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)，通訊協(xié)議為 RS232、RS485、Modbus、Zigbee 或 CAN。所述光伏電板上的微控制器為普通性能的微控制器或普通性能的可編程邏輯控制器。所述角度傳感器為地磁傳感器、霍爾傳感器、加速度傳感器或陀螺儀中的一種或多種。本發(fā)明的優(yōu)點是，通過一個智能控制中心模塊同時控制一個光伏電板陣列模塊， 根據(jù)天氣條件及太陽位置，實時調(diào)整每個光伏電板的機(jī)械狀態(tài)，使得整個光伏電板陣列模塊的發(fā)電量達(dá)到最大，同時兼顧設(shè)備的工作壽命與長期穩(wěn)定性，降低了設(shè)備成本和維護(hù)成本。更具體地表現(xiàn)在以下幾個方面
1、采用高性能數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行實時的天文學(xué)計算，在兩千年范圍數(shù)據(jù)精度高達(dá)0. 0003 度，極大的提高了數(shù)據(jù)的精確性，為光伏電板在任意時刻精確地正對太陽提供了前提條件， 從而增加了光伏電站的發(fā)電量。2、使用角度傳感器對機(jī)械轉(zhuǎn)動進(jìn)行反饋控制，提高了機(jī)械轉(zhuǎn)動的精度，也就是追蹤太陽的精度，從而增加了光伏電站的發(fā)電量。3、在惡劣天氣尤其是沙塵暴天氣，通過調(diào)整光伏電板的角度，減少了沙塵對聚光器的磨損，延長了光伏電板的工作壽命，增加了聚光式光伏電板在我國西北荒漠地區(qū)使用的長期穩(wěn)定性和可靠性，從而降低了光伏電站的維護(hù)費用。4、智能控制中心采模塊用高性能處理器，高速地進(jìn)行雙精度浮點型數(shù)據(jù)的運算， 而光伏電板采用普通性能的微處理器，進(jìn)行簡單的信號收發(fā)與控制，這樣的硬件配置及集約式分工大大地降低了整個光伏電站控制系統(tǒng)的硬件成本。5、智能控制中心與互聯(lián)網(wǎng)連接，光伏電站的工作人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程地控制每個光伏電板，優(yōu)化系統(tǒng)工作狀態(tài)，只有當(dāng)光伏電板發(fā)生嚴(yán)重故障時，才需要前往現(xiàn)場進(jìn)行修理與維護(hù)，進(jìn)一步降低了整個光伏電站的維護(hù)費用。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1為背景技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明中傳感器組的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明中光伏電板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。參照圖2至圖4，本發(fā)明的一種智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括智能控制中心模塊、傳感器組和由1 個光伏電板陣列模塊組成的陣列組，傳感器組包括風(fēng)速風(fēng)向傳感器、空氣沙塵傳感器和GPS模塊，光伏電板陣列模塊包括安裝有機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置、微控制器、驅(qū)動電路和角度傳感器的光伏電板，智能控制中心模塊采用TMS320系列的DSP，DSP通過SPI 口與GPS 模塊連接，獲取經(jīng)緯度和時間數(shù)據(jù)，通過RS232 口與風(fēng)速風(fēng)向傳感器連接，獲取風(fēng)速、風(fēng)向的數(shù)據(jù)，通過ADC 口與空氣沙塵傳感器連接，獲取沙塵濃度的數(shù)據(jù)，DSP的CAN總線接口與光伏電板上的微控制器的CAN接口連接，而每個光伏電板上的微控制器之間也以CAN接口連接，構(gòu)成串行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；DSP的以太網(wǎng)口通過網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)連接；控制器通過SPI分別與角度傳感器及驅(qū)動電路連接，驅(qū)動電路與機(jī)械轉(zhuǎn)動的動力裝置連接；光伏電板上的微控制器采用C8051系列單片機(jī)，角度傳感器采用一個二維各向異性的磁阻傳感器和一個微機(jī)電結(jié)構(gòu)的陀螺儀，磁阻傳感器根據(jù)測量地磁的方向得到轉(zhuǎn)角的絕對量，陀螺儀測量角加速度， 然后通過C8051系列單片機(jī)對角加速度進(jìn)行二次積分后得到傾角的絕對量。下面對本發(fā)明的工作過程做進(jìn)一步說明DSP從GPS模塊獲取當(dāng)前的時間，根據(jù)當(dāng)前的時間計算出太陽的位置及光伏電板的轉(zhuǎn)角和傾角的改變量，然后每個光伏電板上的微控制器發(fā)送控制信號，微控制器接收到信號后，給驅(qū)動電路發(fā)送信號，驅(qū)動機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置改變光伏電板的轉(zhuǎn)角和傾角。另一方面，DSP從風(fēng)速風(fēng)向傳感器和空氣沙塵傳感器獲取風(fēng)速、 風(fēng)向和沙塵濃度的數(shù)據(jù)，當(dāng)風(fēng)速大于DSP預(yù)設(shè)風(fēng)速值時，DSP發(fā)出信號將光伏電板放平，以減小電板所受的風(fēng)力，當(dāng)沙塵濃度超過DSP預(yù)設(shè)沙塵濃度值時，DSP結(jié)合風(fēng)向的信號，將光伏電板調(diào)整為背對沙塵運動的方向，以減少沙塵對聚光器的磨損。由此可見，本發(fā)明通過一個智能控制中心模塊同時控制一個含有數(shù)十個或數(shù)百個光伏電板的陣列，根據(jù)天氣條件及太陽位置，實時調(diào)整每個光伏電板的機(jī)械狀態(tài)，使得整個光伏電板陣列的發(fā)電量達(dá)到最大，同時兼顧設(shè)備的工作壽命與長期穩(wěn)定性，降低了設(shè)備成本和維護(hù)成本。
權(quán)利要求
1.一種光伏發(fā)電陣列的智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括智能控制中心模塊、傳感器組和由至少兩個光伏電板模塊組成的陣列組，其特征在于，所述智能控制中心模塊通過有線或無線的方式與光伏發(fā)電陣列中的每個光伏電板模塊連接，所述智能控制中心模塊還與互聯(lián)網(wǎng)連接，通過互聯(lián)網(wǎng)對光伏電板陣列進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和工作狀態(tài)查詢，所述智能控制中心模塊接收傳感器組的風(fēng)速、風(fēng)向、沙塵濃度、地理經(jīng)緯度和時間的數(shù)據(jù)；所述傳感器組包括高精度風(fēng)速風(fēng)向傳感器、空氣沙塵傳感器和GPS模塊，所述傳感器組通過SPI、RS232或ADC采樣口與智能控制中心模塊連接，所述空氣沙塵傳感器用激光散射的方法，測得空氣中沙塵的濃度，所述GPS模塊獲取光伏電板陣列的地理經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，并實時地與衛(wèi)星上的原子鐘同步，得到時間數(shù)據(jù)；所述光伏電板模塊包括機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置、微控制器、驅(qū)動電路和角度傳感器，所述微控制器通過SPI或RS232方式分別與角度傳感器及驅(qū)動電路連接，所述微控制器接收智能控制中心模塊發(fā)出的控制信號，結(jié)合所述角度傳感器測得的角度位置，對驅(qū)動電路進(jìn)行反饋控制，驅(qū)動機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏發(fā)電陣列的智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制中心模塊具有高速雙精度浮點型數(shù)據(jù)的運算和處理能力，所述智能控制中心模塊為數(shù)字信號處理器、高性能微控制器或高性能可編程邏輯控制器的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏發(fā)電陣列的智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制中心模塊與光伏陣列中的每個光伏電板模塊連接方式為工業(yè)現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)， 通訊協(xié)議為 RS232、RS485、Modbus, Zigbee 或 CAN。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏發(fā)電陣列的智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述光伏電板上的微控制器為普通性能的微控制器或普通性能的可編程邏輯控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏發(fā)電陣列的智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器組中的角度傳感器為地磁傳感器、霍爾傳感器、加速度傳感器或陀螺儀中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光伏發(fā)電陣列的智能控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括智能控制中心模塊、傳感器組和由至少兩組光伏電板模塊組成的陣列組。傳感器組包括風(fēng)速風(fēng)向傳感器、空氣沙塵傳感器和GPS模塊。光伏電板模塊包括機(jī)械轉(zhuǎn)動裝置、微控制器、驅(qū)動電路和角度傳感器。傳感器組直接連接到智能控制中心模塊，而光伏電板模塊與智能控制中心用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接。本發(fā)明通過一個智能控制中心模塊和一個高精度傳感器組，同時控制一個由數(shù)十個或數(shù)百個光伏電板組成的光伏發(fā)電陣列，根據(jù)天氣條件及太陽位置，實時調(diào)整每個光伏電板的機(jī)械狀態(tài)，使得整個光伏電板陣列的發(fā)電量達(dá)到最大，同時兼顧設(shè)備的工作壽命與長期穩(wěn)定性，降低了設(shè)備成本和維護(hù)成本。
文檔編號G05B19/418GK102269990SQ20111010051
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者王振中, 陳東敏 申請人:無錫新策科技發(fā)展有限公司