專利名稱：一種太陽能電池板追日光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子信息領(lǐng)域，特指一種太陽能電池板追日光伏發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對太陽軌跡自動跟蹤的研究，目前國內(nèi)外所采用的跟蹤方法主要有以下幾種:1、光電跟蹤；2、太陽的視運動軌跡跟蹤；或二者結(jié)合。光電跟蹤是利用Wheatstone電橋平衡方法，即當電橋四臂上的光電傳感器受光相同時電橋輸出為零，此時光電傳感器所在平面垂直于太陽光入射方向。當太陽能電池板的法平面和光電傳感器所在平面處于同一方向時就對準了太陽，這樣就可實現(xiàn)了對太陽位置的跟蹤。這種方法的缺點是帶有盲目性，響應(yīng)慢，并且采用的是模擬電路，精度差，壽命短，穩(wěn)定性差，易受照度，溫度，濕度等氣候因素的影響及外部物體的干擾，而且對光敏傳感器間性能的一致性要求很高。在天文學上太陽相對地球上某一點的視位置(由太陽的方位角和高度角決定)是可以近似計算的，是根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)緯度坐標和時刻來確定太陽的位置。這種方法不需要測量裝置，但計算相對比較復(fù)雜，對運算器的要求比較高；而且跟蹤系統(tǒng)是開環(huán)的，一段時間后會產(chǎn)生累積誤差，需要人工介入來消除；同時在不同的地方需要知道和輸入不同的緯度值，所以這種方法在使用過程中會給用戶帶來一定的不便。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是開發(fā)一種依據(jù)太陽視位置實現(xiàn)太陽能電池板對太陽軌跡進行自動跟蹤的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽的視運動軌跡跟蹤部件、微處理器、步進電機、變速齒輪、太陽能電池板及其垂直軸和水平軸組成，所述太陽的視運動軌跡跟蹤部件包括圓錐體I，半透明圓盤2,暗箱3,照相機4,圓錐體I垂直豎立在一個半透明圓盤2中心,半透明圓盤2底下安照相機4，半透明圓盤2—周為360°。該系統(tǒng)的計算量小，并且是實時控制，不存在累積誤差的問題，同時可大大提高了太陽能光伏發(fā)電的效率。

圖1太陽的視運動軌跡跟蹤系統(tǒng)的示意圖；圖2圓錐體投影產(chǎn)生的等邊三角形。
具體實施方式
將一個高為H，底部直徑為D的圓錐體垂直豎立在一個半透明的圓盤中心，圓盤底下安一個數(shù)碼相機，圓盤一周為360°。圓錐體經(jīng)太陽照射后的投影為一個等邊三角形，投影的長度，即三角形的高為L，一直線通過圓錐體頂端和圓錐體投影頂端與圓盤平面間的夾角，即太陽射線與圓盤平面間的夾角為Θ (見圖1)。太陽的定位可分為二步，[0010]第一步:根據(jù)由圓錐體投影產(chǎn)生的等邊三角形的中線在圓盤平面上的位置轉(zhuǎn)180°就是太陽入射的方位。第二步:太陽射線與圓盤平面間的夾角可以由Θ = atan (H/L) (I)得到，也就是太陽的入射角。太陽能電池板跟蹤太陽時可以根據(jù)以上的第一步來確定太陽入射的方位，轉(zhuǎn)動垂直軸將太陽能電池板轉(zhuǎn)到這一方位，然后根據(jù)第二步得到的Θ角來轉(zhuǎn)動水平軸使太陽能電池板平面的法向量和圓盤平面間的夾角為Θ，這樣太陽能電池板就可準確地對準太陽。圓錐體投影可分二種情況，第一種是投影較短，整個投影都落在圓盤上，這種情況下投影長度L可直接通過測量得到。第二種情況是投影較長，這往往當太陽比較接近于地平面時(即Θ較小)，一部分投影會落在圓盤外面，這樣就無法直接測出投影長度L，因而無法算出太陽的入射角Θ。然而利用三角形的相似性可以根據(jù)圓盤部分的投影來推算投影長度L。這也是本設(shè)計之所以采用圓錐體的原因。已知投影等邊三角形底邊長度等于圓錐體的底部直徑D，從等邊三角形在圓盤部分上取一條平行于底邊的直線將三角形分成二個部分(見圖2)，直線的長度為d，離底邊的距離為1，根據(jù)三角形的相似關(guān)系可得到圓錐體投影長度為，L = Dl/(D-d) (2)這樣即使圓錐體部分投影落在了圓盤之外也沒關(guān)系，只需要根據(jù)圓錐體在圓盤部分的投影任意取一對應(yīng)的d和I再用上式即可推算出投影長度L。參數(shù)d和I的提取可以用數(shù)碼相機對圓錐體在圓盤上的投影部分進行拍攝經(jīng)圖象處理后得到。圖像處理是對用數(shù)碼相機拍攝下來的圓錐體在圓盤上的投影進行處理以獲取投影長度和等邊三角形的中線位置。這同樣可分為二種情況，(I)當投影全部落在圓盤內(nèi)時，投影長度L及等邊三角形中線的位置可直接通過Hough變換來獲得。(2)當投影部分落在圓盤內(nèi)時，需要先獲取I和d，實際應(yīng)用中可先固定參數(shù)1(1位于圓盤內(nèi))，然后用用Hough變換獲得d和中線的位置，有了 d，I和已知的D，根據(jù)式(2)就可求得投影長度L。(3)當太陽射線趨于與圓盤平面垂直時，圓錐體在圓盤上的投影漸變成橢圓或圓(當太陽射線完全垂直于圓盤平面時)，此時用Hough變換獲得橢圓長軸和離原點的位置來判斷太陽射線的入射方向。太陽能電池板是用雙軸傳動，即一垂直軸來跟蹤太陽光的入射方位(水平位置)和一水平軸來跟蹤太陽光的入射角或仰角(垂直位置)。垂直軸一天轉(zhuǎn)動的角度在0-180度之間，水平軸一天轉(zhuǎn)動的角度在-90-+90度之間(假設(shè)水平軸在O度時太陽能電池板與地面平行)。軸的傳動通過步進電機和變速齒輪來實現(xiàn)。圖像的拍攝控制，圖像處理和步進電機的驅(qū)動控制主要由帶有DSP芯片的微處理器來實現(xiàn)。微處理器根據(jù)給定的時間間隔對圓盤上的太陽投影進行拍攝，然后對相片進行圖像處理和計算得到太陽光的入射方位和入射角(仰角)，根據(jù)所得的入射方位和入射角由微處理器內(nèi)部的PWM波發(fā)生器產(chǎn)生驅(qū)動脈沖給步進電機經(jīng)變速齒輪來轉(zhuǎn)動太陽能電池板的垂直軸和水平軸。
權(quán)利要求1.一種太陽能電池板追日光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于包括太陽的視運動軌跡跟蹤部件、微處理器、步進電機、變速齒輪、太陽能電池板及其垂直軸和水平軸組成，所述太陽的視運動軌跡跟蹤部件包括圓錐體(1)，半透明圓盤(2)，暗箱(3)，照相機(4)，圓錐體(I)垂直豎立在一個半透明圓盤(2)中心，半透明圓盤(2)底下安照相機(4)，半透明圓盤(2)—周為360。。
專利摘要本實用新型是開發(fā)一種太陽能電池板追日光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括太陽的視運動軌跡跟蹤部件、微處理器、步進電機、變速齒輪、太陽能電池板及其垂直軸和水平軸組成，所述太陽的視運動軌跡跟蹤部件包括圓錐體，半透明圓盤，暗箱，照相機，圓錐體垂直豎立在一個半透明圓盤中心，半透明圓盤底下安照相機，半透明圓盤一周為360°。技術(shù)特征是對因太陽光照射圓錐體在半透明玻璃上的投影進行拍照，照相經(jīng)圖像處理和微處理器計算得出太陽視位置的入射方位和入射角。根據(jù)入射方位和入射角由微處理器產(chǎn)生驅(qū)動脈沖給步進電機，經(jīng)變速齒輪來轉(zhuǎn)動太陽能電池板的垂直軸和水平軸，實現(xiàn)對太陽軌跡進行實時跟蹤。
文檔編號H02N6/00GK203012516SQ20122073584
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者周成林 申請人:周成林