本發(fā)明屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種光伏發(fā)電雙軸跟蹤系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，在人們對(duì)能源需求急劇增加,而化石能源日益匱乏的背景下,開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能等可再生能源越來(lái)越受到重視。世界各國(guó)政府紛紛把充分開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能作為可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略決策,其中光伏發(fā)電最受矚目。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是新能源的重要組成部分,被認(rèn)為是當(dāng)前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù),各發(fā)達(dá)國(guó)家均投入巨額資金競(jìng)相研究開(kāi)發(fā),并積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程,大力拓市場(chǎng)應(yīng)用。

太陽(yáng)能作為一種清潔無(wú)污染的能源，發(fā)展前景非常廣闊，太陽(yáng)能發(fā)電已成為全球發(fā)展速度最快的技術(shù)。但是太陽(yáng)能的利用受地形、地勢(shì)、位置、云雨等自然條件的影響很大，存在著間歇性和光照方向、強(qiáng)度隨時(shí)間不斷變化的問(wèn)題，這就對(duì)太陽(yáng)能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多太陽(yáng)能電池板陣列基本上都是固定的，沒(méi)有充分利用太陽(yáng)能資源，發(fā)電效率低下。

目前，大型光伏電站的設(shè)計(jì)，特別是在國(guó)內(nèi)，很多太陽(yáng)能電池板陣列基本上是采用固定式結(jié)構(gòu)，存在余弦效應(yīng)影響，無(wú)法保證太陽(yáng)光垂直照射，光伏電池不能充分利用太陽(yáng)能資源，發(fā)電效率低下無(wú)法保證獲得全年的最大光電轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述背景技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種光伏發(fā)電雙軸跟蹤系統(tǒng)，采用雙軸智能跟蹤控制，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能電池板與太陽(yáng)的實(shí)時(shí)跟蹤，保證太陽(yáng)光線垂直照射在太陽(yáng)能電池板表面，降低電量損耗，提高光伏發(fā)電效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實(shí)施的：

一種光伏發(fā)電雙軸跟蹤系統(tǒng)，所述的光伏發(fā)電雙軸跟蹤系統(tǒng)包括太陽(yáng)軌跡跟蹤系統(tǒng)和光電跟蹤系統(tǒng)；太陽(yáng)軌跡跟蹤系統(tǒng)包括時(shí)鐘模塊、單片機(jī)Ⅰ、驅(qū)動(dòng)裝置、角度編碼器，光電跟蹤系統(tǒng)包括4個(gè)分布在太陽(yáng)能電池板正東、正西、正北、正南位置上的光電二極管、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)Ⅱ、驅(qū)動(dòng)裝置。

進(jìn)一步地，所述的太陽(yáng)軌跡跟蹤系統(tǒng)通過(guò)時(shí)鐘模塊向單片機(jī)Ⅰ提供時(shí)間參數(shù)，單片機(jī)Ⅰ得到需要偏轉(zhuǎn)的角度值，單片機(jī)Ⅰ發(fā)出指令給驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置與光伏發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的角度調(diào)節(jié)，角度編碼器給出太陽(yáng)能電池板實(shí)際位置，并負(fù)反饋給單片機(jī)Ⅰ。

進(jìn)一步地，所述的光電跟蹤系統(tǒng)通過(guò)光電二極管檢測(cè)光強(qiáng)偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后傳輸給單片機(jī)Ⅱ，單片機(jī)Ⅱ輸出控制指令給驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置與光伏發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的角度調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步地，所述的驅(qū)動(dòng)裝置包括方向軸步進(jìn)電機(jī)和高度軸步進(jìn)電機(jī)。

進(jìn)一步地，所述的單片機(jī)Ⅰ內(nèi)編寫(xiě)有太陽(yáng)位置算法公式。

太陽(yáng)位置一般需要用太陽(yáng)高度角H和方位角A來(lái)標(biāo)定，由太陽(yáng)赤緯角和時(shí)角能換算出太陽(yáng)高度角H和太陽(yáng)方位角A，其計(jì)算方法為：

1、提供已知量：

當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度(longitude)和緯度(latitude)

日期：年(year)月(month)日(day)

時(shí)間：時(shí)(hour)分(minute)秒(second)

2、太陽(yáng)赤緯角α的計(jì)算公式：

其中，θ角稱(chēng)為日角，θ＝2π(N-N0)/365.2422，N稱(chēng)為積日，即某一日在一年當(dāng)中的第幾天，因此1≤N≤366，注意：只有閏年的12月31日積日才為366。N0可以通過(guò)如下的公式來(lái)計(jì)算其積日：

N_U＝79.6764+0.2422(year-1985)-INT[(year-1985)/4]

其中INT是取整的意思，均時(shí)差Et也可以通過(guò)相似的公式計(jì)算得到：

E_f＝0.0028-0.19857sinθ+9.9059sin2θ-7.0924cosθ-0.6882cos2θ

3、太陽(yáng)時(shí)角b的計(jì)算公式如下：

b＝{(Hou-12)+[Min-(2π/2-Lon)×4+E_t]/60+Sec/3600}×π/12

由已知量得到太陽(yáng)的赤緯角a和時(shí)角b，接下來(lái)再換算得到地平坐標(biāo)系中的太陽(yáng)高度角H與方位角A：

sin H＝sina×sin(Lat)+cosa×cos(Lat)×cos b

cosA＝(sin H×sin(Lat)-sin a)/(cos H×cos(Lat))

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用太陽(yáng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合的方式，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砭暥龋{(diào)整太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)水平角，由于太陽(yáng)軌跡跟蹤存在偏差，再采用光電跟蹤對(duì)跟蹤位置校正，進(jìn)一步精確調(diào)整，確保太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)垂直照射，與固定支架光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，發(fā)電效率提高30％-40％。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明太陽(yáng)軌跡跟蹤系統(tǒng)控制框圖；

圖2為本發(fā)明光電跟蹤系統(tǒng)控制框圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-2所示，光伏發(fā)電雙軸跟蹤系統(tǒng)包括太陽(yáng)軌跡跟蹤系統(tǒng)和光電跟蹤系統(tǒng)；太陽(yáng)軌跡跟蹤系統(tǒng)包括時(shí)鐘模塊、單片機(jī)Ⅰ、驅(qū)動(dòng)裝置、角度編碼器，光電跟蹤系統(tǒng)包括4個(gè)分布在太陽(yáng)能電池板正東、正西、正北、正南位置上的光電二極管、信號(hào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)Ⅱ、驅(qū)動(dòng)裝置。

時(shí)鐘模塊的時(shí)間參數(shù)值作為系統(tǒng)的設(shè)定值，設(shè)定值間歇性變化，每隔一段時(shí)間采集并設(shè)定一次，時(shí)鐘模塊向單片機(jī)Ⅰ提供時(shí)間參數(shù)，在單片機(jī)Ⅰ內(nèi)寫(xiě)入太陽(yáng)位置算法公式，單片機(jī)Ⅰ獲得太陽(yáng)能電池板需偏轉(zhuǎn)角度值，單片機(jī)Ⅰ發(fā)送指令給驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置與光伏發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的角度調(diào)節(jié)，角度編碼器給出太陽(yáng)能電池板的實(shí)際位置，并作為負(fù)反饋值傳遞給單片機(jī)Ⅰ，單片機(jī)Ⅰ與設(shè)定值比較后進(jìn)行位置調(diào)整。時(shí)鐘模塊采用時(shí)鐘芯片DSC12C887。

光電跟蹤系統(tǒng)通過(guò)光電二極管檢測(cè)光強(qiáng)偏差信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大電路，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后傳輸給單片機(jī)Ⅱ，單片機(jī)Ⅱ輸出控制指令給驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置與光伏發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的角度調(diào)節(jié)。單片機(jī)Ⅱ內(nèi)設(shè)定一個(gè)延時(shí)，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)行太陽(yáng)軌跡跟蹤，再進(jìn)行光電跟蹤的功能。

實(shí)驗(yàn)分析

進(jìn)行固定支架安裝方式和本發(fā)明提供的雙軸跟蹤方式下發(fā)電量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，所選太陽(yáng)電池陣列兩種安裝方式均是100Wp。在同年中的7月份、8月份、9月份、10月份、11月份分別選擇三天進(jìn)行了光伏發(fā)電實(shí)驗(yàn)，采用太陽(yáng)能電池板對(duì)鉛酸電池充電，三日充電完畢后，將蓄電池連接一個(gè)直流24V，15W的LED節(jié)能燈，將燈點(diǎn)亮的時(shí)間代表蓄電池存儲(chǔ)電量。該實(shí)驗(yàn)可以簡(jiǎn)單直觀的反應(yīng)電能存儲(chǔ)量，方便固定支架安裝和雙軸跟蹤方式發(fā)電效率比較。表2列出了7月份、8月份、9月份、10月份、11月份中一些天的對(duì)比數(shù)據(jù)。

表1典型天氣狀況下發(fā)電量對(duì)比

表2LED燈點(diǎn)亮?xí)r間對(duì)比

根據(jù)上述數(shù)據(jù)測(cè)定，在不同節(jié)氣和不同天氣情況下，與固定支架光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，本發(fā)明提供的雙軸跟蹤發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率均提高30％—40％，考慮充電效率和充電過(guò)程中的損耗，固定支架發(fā)電效率約為0.6，而雙軸跟蹤光伏系統(tǒng)發(fā)電效率約為0.85，發(fā)電效率由于固定支架光伏系統(tǒng)。本發(fā)明提供的雙軸跟蹤系統(tǒng)與固定支架方式相比，太陽(yáng)電池的發(fā)電量有大幅提高，一般情況下，增幅達(dá)35％以上。根據(jù)天氣狀況的不同，提高的幅度有所差別，晴好天氣提高的幅度與陰雨天氣相比差異顯著，在陰雨天氣，二者差異不明顯。

本發(fā)明采用太陽(yáng)軌跡跟蹤和光電跟蹤相結(jié)合的方式，根據(jù)當(dāng)?shù)氐乩砭暥龋{(diào)整太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)水平角，由于太陽(yáng)軌跡跟蹤存在偏差，再采用光電跟蹤對(duì)跟蹤位置校正，進(jìn)一步精確調(diào)整，確保太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)垂直照射，與固定支架光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，發(fā)電效率提高30％—40％。

最終，以上實(shí)施例和附圖僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。