專利名稱：帶天氣感應裝置的太陽能自動跟蹤器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，特別是一種帶天氣感應裝置的太陽能自動 足艮S宗i ο
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已日趨成熟，不論是離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)還是并網(wǎng)光伏發(fā)電系 統(tǒng)都有較大規(guī)模的應用和實踐。上個世紀90年代以來，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)特別是屋頂并網(wǎng) 光伏發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和運行成功，使其成為分散式發(fā)電系統(tǒng)的一個良好選擇，歐盟、美國和 日本等國家相繼制定了一系列的計劃和規(guī)劃，并頒布了相應的激勵政策促進光伏發(fā)電技術(shù) 的推廣和應用。屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電模式在國外已經(jīng)得到電力部門的認可，預計50年后，僅 屋頂能源一項就可提供全世界1/4電能。傳統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能跟蹤器由于可實現(xiàn)對 太陽入射角的自動跟蹤，可實現(xiàn)光伏系統(tǒng)30% 40%的電能增加。但是，當遇到惡劣天氣 (如大風、陰雨)時，不能及時做出反應，光伏發(fā)電裝置容易被強風損害而破壞，或在陰雨天 氣時仍保持運轉(zhuǎn)，造成不必要的能源浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種帶天氣感應裝置的太陽能自動跟蹤器，可根據(jù)天氣狀況 自動調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)，把惡劣天氣對光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響減少到最小，實現(xiàn)光伏系 統(tǒng)的電能增加。帶天氣感應裝置的太陽能自動跟蹤器包括太陽能電池板(1)，自動陰雨天保護系 統(tǒng)⑵，強風保護裝置⑶，ARM嵌入式微處理系統(tǒng)⑷，陽光跟蹤傳動系統(tǒng)(5)，電動機(6) 及強風級別顯示器(7)。光伏電池(1)連接自動陰雨天保護系統(tǒng)(2)、強風保護裝置(3)，并 通過自動陰雨天保護系統(tǒng)(2)、強風保護裝置(3)連接ARM嵌入式微處理系統(tǒng)(4)，ARM嵌 入式微處理系統(tǒng)⑷分別連接電動機(6)和強風級別顯示器(7)，電動機(6)通過陽光跟蹤 傳動系統(tǒng)(5)連接光伏電池⑴(如圖1所示)。太陽能自動跟蹤器的控制原理為將所在地太陽入射角度變化歷史數(shù)據(jù)存入ARM 嵌入式微處理系統(tǒng)(4)，同時實時采集電動機(6)的轉(zhuǎn)動角度；將存儲的所在地當前時刻太 陽入射角數(shù)據(jù)與電動機(6)轉(zhuǎn)動角度進行再線比較，控制電動機(6)轉(zhuǎn)動角度，實時調(diào)整太 陽能電池板⑴角度，使太陽能電池板⑴自動跟蹤太陽入射角，達到最大限度利用太陽能 的目的。系統(tǒng)控制流程為清晨太陽升起，當光強達到能使得光伏電池可輸出有效功率時， 啟動閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)，電動機(6)帶動光伏電池(1)開始“跟蹤搜索”使其逐漸對準太陽；隨 后進入“監(jiān)測等待”狀態(tài)，這時電動機(6)停止工作；當太陽偏離一個特定角度后再次開始 “跟蹤”過程。如果天空有云霧，或有大風天氣，為節(jié)約驅(qū)動能量，系統(tǒng)處于“暫停等待”狀態(tài)， 電動機(6)停止工作；當天黑后，電機(6)先帶動光伏電池1由面向西方“返回初態(tài)”到面 向東方的初始位置，然后將整個系統(tǒng)“斷電停機”，只需為ARM嵌入式微處理系統(tǒng)(4)留有一 個弱電控制電源即可。
自動陰雨天保護系統(tǒng)(2)如圖2所示，在太陽能電池板⑴的四個角上分別安裝 四個光敏二極管(12)，光敏二極管(12)通過A/D轉(zhuǎn)換與采集系統(tǒng)(11)與ARM嵌入式微處 理系統(tǒng)(4)連接。當四個光敏二極管(12)所測量光照強度均小于發(fā)電閾值時，自動關(guān)閉陽 光跟蹤傳動系統(tǒng)(5)，避免電能的浪費；當兩個以上光敏二極管(12)所測量光照強度大于 等于發(fā)電閾值時，重新開啟陽光跟蹤傳動系統(tǒng)(5)，并將其對準太陽發(fā)射角。強風保護裝置(3)由風速液位測壓計(9)、紅外定位環(huán)(21)及紅外觸發(fā)開關(guān)(10) 組成；風速液位測壓計(9)主要構(gòu)成有儲液罐(13)、受風斗⑶及測壓管(15)，受風斗⑶ 位于儲液罐(13)的頂部入口、測壓管(15)位于儲液罐(13)的底部、測壓管浮標(20)位于 測壓管(15)的內(nèi)部、紅外定位環(huán)(21)位于測壓管(15)外的外邊；儲液罐(13)固定在底 盤(14)上與測壓管(15)用膠管連通，測壓管外層裝有金屬套管(16)，底盤安裝有可由0° 至90°轉(zhuǎn)動的鉸(17)上，另外底盤還裝有一彎臂，彎臂中間開有可以將裝有測壓管的金屬 套管與水平方向夾角θ由0°至90°轉(zhuǎn)動的角度定位槽；當轉(zhuǎn)動到選定角度θ ^時，通過 螺桿定位卡(19)固定。設風速液位測壓計儲液罐截面積為S1，測風管截面積為S2，儲液罐 又裝有密度為P的液體與測壓管連通，作用于儲液罐液位表面壓力為P1，測壓管液位表面 壓力為P2，AP = P1-P2稱為兩液位壓力差。測壓管已傾斜與水平方向夾角為Θ。，在壓力差 Δ P作用下，測壓管液位變化為L。根據(jù)流體力學壓力平衡和流體質(zhì)量連續(xù)性原理以及直角
三角形些便于直角邊的關(guān)系，可以列出如下算式 L— ^p- /W’ S, /、 p-g.sin0o(l+ ys)式中P——液體的密度；g——重力加速度，9.8米/秒2 ；θ 0—測壓管與水平方向夾角。Κ~. η η , S,/,
p.g.sin0o(l+ ys)K稱為測壓管液柱(高度)讀數(shù)的放大系數(shù)。它與傾斜測壓管的角度θ ^、截面積 S2和儲液罐截面積S1以及選擇的液體密度P有關(guān)。流體力學測量使用的傾斜微壓計是根 據(jù)上述原理制成的，通常使用乙醇(P = 810kg/m3)以提高放大系數(shù)。風速液位測壓計創(chuàng)新點如下1.風速液位測壓計根據(jù)實際測量需要設計儲液罐(13)與測壓管(15)的面積比 (S1 S2)為100與150，測壓管傾斜角θ ^在18° 70°，再選用水為介質(zhì)，由此可確定K 值在1. 07 3. 23范圍變化。2.在選定某一 K值后，根據(jù)氣象資料可以得到3級到10級大風風速值Ui。將風速 液位測壓計受風斗放置在風洞中，另一端接入儲液罐，儲液罐液位上方裝有經(jīng)校準的數(shù)字 式測壓計探頭，儲液罐下方與傾斜測壓管連接，標出測壓管初始讀數(shù)。開啟風洞，速度調(diào)節(jié) 到一系列大風風速值Ui,分別記下每次儲液罐液位上方壓力APi,同時在測壓管記下液柱 上升位置Li,以此作為測壓管的計量標記。該標記Li與大氣中強風級別相對應，簡要地說， 測壓管計量標記Li是與經(jīng)風洞校正大氣強風級別相對應的。3.在上述風洞校正實驗過程中，每輸出風速值Ui,測量測壓管液柱內(nèi)電阻值Ri,再
(1)
(2)轉(zhuǎn)換為電流信號Ii,經(jīng)數(shù)值模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，可以顯示相應的強度級別。4.測壓管內(nèi)裝有輕質(zhì)浮標(20)，管外側(cè)裝有紅外線定位套環(huán)(21)。當強風達到設 定級別時，浮標上升，紅外定位環(huán)發(fā)出信號，輸入ARM微處理系統(tǒng)關(guān)閉陽光跟蹤系統(tǒng)。由于在本太陽能自動跟蹤器中采用傾斜微壓計實時測量臺風對光伏發(fā)電系統(tǒng)的 影響，采用光敏器件實時測量太陽照度情況，可根據(jù)天氣狀況自動調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)， 避免以上兩種不良后果的發(fā)生，實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)電能的增加。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。


圖1為太陽能自動跟蹤器控制原理圖。圖2為太陽能自動跟蹤器的自動陰雨天保護裝置結(jié)構(gòu)圖。圖3為太陽能自動跟蹤器的強風保護裝置圖。圖4為風速液位測壓計結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式圖1中，本太陽能自動跟蹤器包括太陽能電池板1、自動陰雨天保護系統(tǒng)2、強風保 護裝置3、ARM嵌入式微處理系統(tǒng)4、陽光跟蹤傳動系統(tǒng)5、電動機6和強風級別顯示器7組 成。光伏電池1連接自動陰雨天保護系統(tǒng)2、強風保護裝置3，并通過自動陰雨天保護系統(tǒng) 2、強風保護裝置3連接ARM嵌入式微處理系統(tǒng)4，ARM嵌入式微處理系統(tǒng)4分別連接電動機 6和強風級別顯示器7，電動機6通過陽光跟蹤傳動系統(tǒng)5連接光伏電池1。圖2中，自動陰雨天保護系統(tǒng)2在太陽能電池板1的四個角上分別安裝四個光敏 二極管12，光敏二極管12通過A/D轉(zhuǎn)換與采集系統(tǒng)11與ARM嵌入式微處理系統(tǒng)4連接。圖3、4中，強風保護裝置3由風速液位測壓計9、紅外定位環(huán)21及紅外觸發(fā)開關(guān) 10組成；風速液位測壓計9主要構(gòu)成有儲液罐13、受風斗8及測壓管15，受風斗8位于儲 液罐13的頂部入口、測壓管15位于儲液罐13的底部、測壓管浮標20位于測壓管15的內(nèi) 部、紅外定位環(huán)21位于測壓管15外的外邊；儲液罐13固定在底盤14上與測壓管15用膠 管連通，測壓管外層裝有金屬套管16，底盤安裝有可由0°至90°轉(zhuǎn)動的鉸17上，另外底 盤還裝有一彎臂，彎臂中間開有可以將裝有測壓管的金屬套管與水平方向夾角θ由0°至 90°轉(zhuǎn)動的角度定位槽；當轉(zhuǎn)動到選定角度θ ^時，通過螺桿定位卡19固定。風速液位測壓 計9的儲液13的截面積S1與測壓管15的截面積S2之比為100 150 ；測壓管與水平方向 傾斜角9O為18° 70°，測壓管液柱讀數(shù)放大系數(shù)為1.07 3. 23。強風保護裝置3的 風速液位測壓計9在選定K值后，其測壓管計量標記Li是由風洞輸入級強風風速到受壓斗 8測壓管液位上升的位置決定的；同時測量出測壓管液柱電阻值Ri,經(jīng)數(shù)字模擬可顯示強度 等級(i)?？梢允孪冉o出本裝置能承受的強風級別i0，將紅外定位環(huán)固定在測壓管Kui的位 置上，當強風達到設定的級別時，浮標達到Kui位置即觸發(fā)紅外控制開關(guān)10，輸入ARM嵌入 式微處理系統(tǒng)4，ARM微處理系統(tǒng)4檢測到信號，控制器關(guān)閉陽光跟蹤傳動系統(tǒng)5，并鎖死傳 動系統(tǒng)5，避免該系統(tǒng)設備受到強風作用而損壞。由于采用自動陰雨天保護系統(tǒng)(2)和強風保護裝置(3)，實時測量強風對光伏發(fā) 電系統(tǒng)的影響和太陽照度情況，根據(jù)天氣狀況自動調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)，把惡劣天氣對光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響減少到最小，實現(xiàn)光伏系統(tǒng)的電能增加。
權(quán)利要求
一種帶天氣感應裝置的太陽能自動跟蹤器，其特征是該太陽能自動跟蹤器包括太陽能電池板(1)、自動陰雨天保護系統(tǒng)(2)、強風保護裝置(3)、ARM嵌入式微處理系統(tǒng)(4)、陽光跟蹤傳動系統(tǒng)(5)、電動機(6)和強風級別顯示器(7)；光伏電池(1)連接自動陰雨天保護系統(tǒng)(2)、強風保護裝置(3)，并通過自動陰雨天保護系統(tǒng)(2)、強風保護裝置(3)連接ARM嵌入式微處理系統(tǒng)(4)，ARM嵌入式微處理系統(tǒng)(4)分別連接電動機(6)和強風級別顯示器(7)，電動機(6)通過陽光跟蹤傳動系統(tǒng)(5)連接光伏電池(1)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的帶天氣感應裝置的太陽能自動跟蹤器，其特征是自動陰雨 天保護系統(tǒng)(2)在太陽能電池板(1)的四個角上分別安裝四個光敏二極管(12)，光敏二極 管(12)通過A/D轉(zhuǎn)換與采集系統(tǒng)(11)與ARM嵌入式微處理系統(tǒng)(4)連接。
3.—種如權(quán)利要求1所述的帶天氣感應裝置的太陽能自動跟蹤器，其特征是強風保護 裝置(3)由風速液位測壓計(9)、紅外定位環(huán)(21)及紅外觸發(fā)開關(guān)(10)組成；風速液位測 壓計(9)主要構(gòu)成有儲液罐(13)、受風斗(8)及測壓管(15)，受風斗(8)位于儲液罐(13) 的頂部入口、測壓管(15)位于儲液罐(13)的底部、測壓管浮標(20)位于測壓管(15)的內(nèi) 部、紅外定位環(huán)(21)位于測壓管(15)外的外邊。
4.一種如權(quán)利要求3所述帶天氣感應裝置的太陽能自動跟蹤器，其特征是風速液位測 壓計(9)的儲液罐(13)固定在底盤(14)上與測壓管(15)用膠管連通，測壓管外層裝有金 屬套管(16)，底盤安裝有可由0°至90°轉(zhuǎn)動的鉸(17)上，另外底盤還裝有一彎臂，彎臂中 間開有可以將裝有測壓管的金屬套管與水平方向夾角θ由0°至90°轉(zhuǎn)動的角度定位槽; 當轉(zhuǎn)動到選定角度θ ^時，通過螺桿定位卡(19)固定。
5.一種如權(quán)利要求3所述帶天氣感應裝置的太陽能自動跟蹤器，其特征是風速液位測 壓計(9)的儲液(13)的截面積S1與測壓管(15)的截面積S2之比為100 150 ；測壓管與 水平方向傾斜角9O為18° 70°，測壓管液柱讀數(shù)放大系數(shù)為1.07 3. 23。
全文摘要
一種帶天氣感應裝置的太陽能自動跟蹤器，包括太陽能電池板(1)、自動陰雨天保護系統(tǒng)(2)、強風保護裝置(3)、ARM嵌入式微處理系統(tǒng)(4)、陽光跟蹤傳動系統(tǒng)(5)、電動機(6)和強風級別顯示器(7)。由于采用風速液位測壓計實時測量強風對光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響，采用光敏器件實時測量太陽照度情況，本發(fā)明太陽能自動跟蹤器可根據(jù)天氣狀況自動調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)，把惡劣天氣對光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響減少到最小，實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能增加。
文檔編號G05D3/00GK101907894SQ20101022197
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者何小強, 姜清海, 崔傳芹, 張帆, 張開成, 李小樂, 李良雄, 楊歡軍, 毛伙南, 潘冬, 王秋, 胡如根, 蔡銘, 謝觀健, 郭金基, 陳海, 陳鋒, 隆志軍 申請人:中山盛興股份有限公司