太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)包括單片機(jī)，控制電路模塊，全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，太陽(yáng)能板，藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊，計(jì)算機(jī)以及最大平均功率算法軟件,太陽(yáng)能板安裝在全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)上，其特征在于：所述單片機(jī)通過(guò)控制電路控制全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)旋轉(zhuǎn)和太陽(yáng)能板的輸出功率采集；采用水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的方式控制云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊發(fā)送給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)通過(guò)設(shè)計(jì)的最大平均功率算法軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析得出太陽(yáng)能板的最佳安裝方位角和傾斜角。本發(fā)明采用實(shí)地測(cè)量的方法，直接得出太陽(yáng)能板安裝的兩個(gè)最佳角度：方位角和傾斜角，所得結(jié)果更加準(zhǔn)確，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行的光伏陣列和氣象研究具有極大價(jià)值。
【專利說(shuō)明】太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及太陽(yáng)能利用領(lǐng)域，具體涉及一種太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能是地球上最主要的可再生能源之一，是未來(lái)社會(huì)發(fā)展最重要的能源來(lái)源.它作為一種清潔、無(wú)污染的新能源，近年來(lái)受到廣泛的關(guān)注和使用。
[0003]目前，在太陽(yáng)能熱利用和光伏發(fā)電的地面應(yīng)用中，通常將太陽(yáng)能板朝向赤道固定放置，并且與水平面形成一定的傾斜角的安裝方式，通常認(rèn)為其最佳傾斜角為當(dāng)?shù)鼐暥然蚴蔷暥燃有拚禂?shù)。但這一方法受地理環(huán)境和氣候影響較大，不能適用于所有地區(qū)。現(xiàn)有技術(shù)中也有采用太陽(yáng)能跟蹤裝置，來(lái)實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)和跟蹤太陽(yáng)光角度，使太陽(yáng)光始終垂直照射到太陽(yáng)能聚光板上，最大限度地利用太陽(yáng)能，使吸熱體達(dá)到較佳的太陽(yáng)能吸收率和轉(zhuǎn)化率，這種方法能有效的利用太陽(yáng)能。但是這種跟蹤系統(tǒng)本身就需耗能，裝置復(fù)雜增加成本，跟蹤控制系統(tǒng)的精度較低，跟蹤控制誤差較大，而且容易受天氣等因素的影響，使系統(tǒng)的適應(yīng)性較差，同時(shí)系統(tǒng)不能自動(dòng)糾正誤差。所以當(dāng)前采用最多的還是固定式太陽(yáng)能板安裝方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)地測(cè)量、數(shù)據(jù)采集及測(cè)算的太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)包括單片機(jī)，控制電路模塊，全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，太陽(yáng)能板，藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊，計(jì)算機(jī)以及最大平均功率算法軟件，太陽(yáng)能板安裝在全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)上，所述單片機(jī)通過(guò)控制電路控制全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)旋轉(zhuǎn)和太陽(yáng)能板的輸出功率采集；采用水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的方式控制全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊發(fā)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)結(jié)合設(shè)定的最大平均功率算法軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析得出太陽(yáng)能板的最佳安裝方位角和傾斜角。
[0006]所述最大平均功率算法軟件是把測(cè)得的每個(gè)方位坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的天/季度/年數(shù)據(jù)分別取平均值，然后繪圖找出其中最大的平均功率，此時(shí)最大的平均功率對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)即為最佳的天/季度/年太陽(yáng)能板安裝角度；其中方位坐標(biāo)定義和太陽(yáng)能板旋轉(zhuǎn)步法為:全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)方向?yàn)闁|一南一西，垂直旋轉(zhuǎn)改變傾斜角大小，方位角設(shè)定正東方向?yàn)?°，正南為90°，正西為180°，傾斜角設(shè)定水平為0°，垂直為90°，把方位角作為橫坐標(biāo)，傾斜角作為縱坐標(biāo)，這樣就可以用一個(gè)二維坐標(biāo)確定太陽(yáng)能板的具體旋轉(zhuǎn)位置；太陽(yáng)能板起始位置為(0°，0° )，終點(diǎn)位置為(180°，90° )，方位角每次向西旋轉(zhuǎn)1°，傾斜角依次增加1°，直到傾斜角轉(zhuǎn)到90°位置，然后方位角再向西旋轉(zhuǎn)1°，傾斜角依次減小1°，直到0°位置，依此法步進(jìn)旋轉(zhuǎn)每到一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集直到終點(diǎn)位置，然后再回到起始位置循環(huán)采集；這樣就可以得到每個(gè)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能板的各個(gè)時(shí)刻的功率輸出數(shù)據(jù)。
[0007]所述全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)內(nèi)部集成了兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，一臺(tái)用于控制水平方向左右旋轉(zhuǎn)，另一臺(tái)用于控制垂直方向上下旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)能板安裝在旋轉(zhuǎn)全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的上支架上，全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)范圍為0° -180°，垂直旋轉(zhuǎn)范圍為0° -90°。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:首先實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)以及數(shù)據(jù)采集，并且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線發(fā)送，這解決了計(jì)算機(jī)與全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的距離限制，方便了測(cè)量系統(tǒng)的安裝；采用實(shí)地測(cè)量的方法，直接得出太陽(yáng)能板安裝的兩個(gè)最佳角度:方位角和傾斜角，避免了傳統(tǒng)的理論計(jì)算受地理環(huán)境和氣候的影響，測(cè)量過(guò)程自動(dòng)控制，所得結(jié)果更加準(zhǔn)確，對(duì)于長(zhǎng)期運(yùn)行的光伏陣列更具參考價(jià)值，所測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)于氣象研究亦具有極大價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0010]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)太陽(yáng)能板旋轉(zhuǎn)步法示意圖。
[0011]圖中:單片機(jī)1，控制電路模塊2，全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)3，太陽(yáng)能板4，藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊5，計(jì)算機(jī)6，最大平均功率算法軟件7。圖2中帶箭頭的實(shí)線表示太陽(yáng)能板每個(gè)周期的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)方向，此方向上需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，虛線表示太陽(yáng)能板直接回到起始位置，此過(guò)程不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本實(shí)施例1
所述太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示，包括單片機(jī)1，控制電路模塊2，全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)3，太陽(yáng)能板4，藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊5，計(jì)算機(jī)6，最大平均功率算法軟件7。
[0013]單片機(jī)I是自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心主要實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能:一是控制全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，二是對(duì)太陽(yáng)能板采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，三是控制藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊5將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)6。
[0014]控制電路模塊2是單片機(jī)外圍的控制電路，是連接單片機(jī)I和藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊
5、太陽(yáng)能板4、全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)3之間的橋梁，其主要部件包括電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，四個(gè)手動(dòng)按鍵控制開關(guān)，用來(lái)手動(dòng)控制太陽(yáng)能板的上下左右旋轉(zhuǎn)以確定起始位置。
[0015]計(jì)算機(jī)6的功能是用來(lái)接收藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊5發(fā)送的數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算機(jī)6使用最大平均功率算法軟件7，繪圖得到最佳安裝角。
[0016]將太陽(yáng)能板安裝在全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)上,全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)內(nèi)部安裝有兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)水平左右旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)方位角，另一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)垂直上下旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)傾斜角。然后將太陽(yáng)能板固定在全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)上，把全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)和太陽(yáng)能板放在樓頂或太陽(yáng)能光線好的地方，確保太陽(yáng)能板不會(huì)被其他任何物體遮擋，影響太陽(yáng)能板對(duì)太陽(yáng)能光線的采集。
[0017]全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)各個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)既可以通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制，也可以通過(guò)手動(dòng)控制按鍵來(lái)調(diào)整全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)方向。首先用控制電路模塊里的四個(gè)手動(dòng)按鍵根據(jù)角度測(cè)量?jī)x器把太陽(yáng)能板的起始位置調(diào)整到水平方位角為正東，垂直傾斜角為O度的位置，此時(shí)把全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)位置固定下來(lái)，打開單片機(jī)開始進(jìn)行全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的步進(jìn)旋轉(zhuǎn)與數(shù)據(jù)采集。太陽(yáng)能板在全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡為:從(0°，0° )開始，也就是水平方位角為正東，垂直傾斜角為O度的位置，然后每隔3秒鐘太陽(yáng)能板的垂直傾斜角增加I度，水平方位角不變，即變?yōu)?0°，1° )、(0°，2° )、(0°，3° )……一直到太陽(yáng)能板的垂直傾斜角變?yōu)?0度，水平方位角為O度，即(0° ,90° )。然后太陽(yáng)能板的水平方位角增加I度，垂直傾斜角不變?yōu)?0度，即(1° ,90° )。接下來(lái)每隔3秒鐘太陽(yáng)能板的垂直傾斜角減小I度，水平方位角不變，即變?yōu)?1°，90° )、(1° ,89° )、(0° ,88° )……一直到太陽(yáng)能板的垂直傾斜角變?yōu)镺度，水平方位角為I度，即(1°，0° )。，然后太陽(yáng)板的水平方位角增加I度，垂直傾斜角不變?yōu)?0度，即(2°，0° )，接下來(lái)每隔3秒鐘太陽(yáng)能板的垂直傾斜角增加I度，水平方位角不變，即變?yōu)?2°，1° )、(2°，2° )、(2°，3° )……一直到太陽(yáng)能板的垂直傾斜角變?yōu)?0度，水平方位角為2度，即(2° ,90° )。太陽(yáng)能板依此步法運(yùn)動(dòng)一直到水平方位角變?yōu)?80度，垂直傾斜角變?yōu)?0度，即(180° ,90° )，然后太陽(yáng)能板停止運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)能板各個(gè)方位角測(cè)試完畢。
[0018]太陽(yáng)能板旋轉(zhuǎn)到每個(gè)固定的角度后會(huì)停止2秒鐘采集數(shù)據(jù)，太陽(yáng)能板采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。當(dāng)太陽(yáng)能板旋轉(zhuǎn)到終點(diǎn)位置(180°，90° )時(shí)，此時(shí)一個(gè)周期的數(shù)據(jù)采集完畢，單片機(jī)I控制藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊5把數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)6。計(jì)算機(jī)6通過(guò)藍(lán)牙接收到數(shù)據(jù)后將所有數(shù)據(jù)通過(guò)最大平均功率算法軟件7對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算。最大平均功率算法軟件7把太陽(yáng)能板在各個(gè)固定的角度所測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的天/季度/年數(shù)據(jù)取平均值，然后繪出天/季度/年平均功率的動(dòng)態(tài)走勢(shì)圖找出其中最大的平均功率對(duì)應(yīng)的水平方位角和垂直傾斜角的角·度坐標(biāo)即可得到最佳的天/季度/年太陽(yáng)能板安裝角度。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)量系統(tǒng)包括單片機(jī)(1)，控制電路模塊(2)，全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(3)，太陽(yáng)能板(4)，藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊(5)，計(jì)算機(jī)(6)以及最大平均功率算法軟件(7)，太陽(yáng)能板(4)安裝在全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(3)上，其特征在于:所述單片機(jī)(I)通過(guò)控制電路(2)控制全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(3)旋轉(zhuǎn)和太陽(yáng)能板(4)的輸出功率采集；采用水平旋轉(zhuǎn)和垂直旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的方式控制全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(3)旋轉(zhuǎn)，采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送模塊(5 )發(fā)送給計(jì)算機(jī)(6 )，計(jì)算機(jī)(6 )通過(guò)設(shè)計(jì)的最大平均功率算法軟件(7 )進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析得出太陽(yáng)能板的最佳安裝方位角和傾斜角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于所述最大平均功率算法軟件(7 )是把測(cè)得的每個(gè)方位坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的天/季度/年數(shù)據(jù)分別取平均值，然后繪圖找出其中最大的平均功率，此時(shí)最大的平均功率對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)即為最佳的天/季度/年太陽(yáng)能板安裝角度；其中方位坐標(biāo)定義和太陽(yáng)能板旋轉(zhuǎn)步法為:全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(3)水平旋轉(zhuǎn)方向?yàn)闁|一南一西，垂直旋轉(zhuǎn)改變傾斜角大小，方位角設(shè)定正東方向?yàn)?°，正南為90°，正西為180°，傾斜角設(shè)定水平為0°，垂直為90°，把方位角作為橫坐標(biāo)，傾斜角作為縱坐標(biāo)，這樣就可以用一個(gè)二維坐標(biāo)確定太陽(yáng)能板的具體旋轉(zhuǎn)位置；太陽(yáng)能板(4)起始位置為(0° ,0° )，終點(diǎn)位置為(180°，90° )，方位角每次向西旋轉(zhuǎn)1°，傾斜角依次增加1°，直到傾斜角轉(zhuǎn)到90°位置，然后方位角再向西旋轉(zhuǎn)1°，傾斜角依次減小1°，直到0°位置，依此法步進(jìn)旋轉(zhuǎn)每到一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集直到終點(diǎn)位置，然后再回到起始位置循環(huán)采集；這樣就可以得到每個(gè)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能板的各個(gè)時(shí)刻的功率輸出數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述太陽(yáng)能板最佳安裝角度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(3)內(nèi)部集成了兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，一臺(tái)用于控制水平方向左右旋轉(zhuǎn)，另一臺(tái)用于控制垂直方向上下旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)能板(4)安裝在旋轉(zhuǎn)全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)(3)的上支架上，全方位旋轉(zhuǎn)云臺(tái)水平旋轉(zhuǎn)范圍為0° -180°，垂直旋轉(zhuǎn)范圍為0° -90°。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK103631277SQ201310661583
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】汪志成, 周書民, 李鳳臣, 沈俊飛, 葉寶安, 喬國(guó)棟, 余宏濤, 張達(dá)響, 鮑廷義 申請(qǐng)人:東華理工大學(xué)