專利名稱：一種全天候自適應(yīng)單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，特別涉及一種用于跟蹤太陽運行及輻射角
度的太陽能電池板全天候自適應(yīng)單軸跟蹤系統(tǒng)，可以廣泛的用于地面獨立光伏電站及大型并網(wǎng)光伏電站。
背景技術(shù)：
在全球氣候變暖，生態(tài)環(huán)境的惡化以及隨著社會經(jīng)濟高速發(fā)展所帶來的常規(guī)能源資源短缺和環(huán)境污染的緊迫形勢下，加快可再生能源的開發(fā)利用成為解決能源和環(huán)境問題的重要途徑和措施。太陽能是資源最豐富的可再生能源，具有獨特的優(yōu)勢和巨大的開發(fā)利用潛力，太陽能光伏發(fā)電作為一種可持續(xù)的能源替代方式，近年來受到了各國政府的重視和支持，得到了迅速發(fā)展。 但是由于太陽能密度低，具有間歇性和空間分布不斷變化的特點，固定式太陽能電池板無法跟隨太陽位置的變化，無法保證太陽光始終垂直太陽能電池板，光電轉(zhuǎn)換效率低，因此太陽能跟蹤系統(tǒng)應(yīng)運而生。據(jù)測算，在太陽能光發(fā)電中，相同條件下，單軸自動跟蹤發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高20 35%左右。因此在太陽能利用中，進行全天候、自適應(yīng)跟蹤是非常必要的。常用的太陽能跟蹤控制方法主要有勻速控制方法、光強控制方法以及時空控制方法等，采用電子控制系統(tǒng)和機械系統(tǒng)相結(jié)合的方式進行太陽的跟蹤定位。但是這類跟蹤系統(tǒng)成本較高，能耗較大，且具有一定的局限性，沒有防積雪覆蓋以及利用雨水清洗組件等功能尤其是在惡劣天氣(如大風(fēng)、雨、雪等)及環(huán)境條件下，不能有效的自動進行跟蹤控制，在惡劣天氣條件下由于跟蹤系統(tǒng)反應(yīng)不及時甚至?xí)斐商柲茈姵仃嚵械膿p壞；另外常規(guī)的跟蹤系統(tǒng)不能及時監(jiān)測太陽能陣列跟蹤控制效果和自動識別太陽能方陣故障及遮擋物，在一定程度上影響了太陽能的利用效率，限制了太陽能跟蹤系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。

實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型提供了一種全天候自適應(yīng)單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)能耗低，可以在惡劣天氣條件下進行高效高精度的跟蹤，并且具有跟蹤控制效果的實時監(jiān)測、故障及遮擋物識別報警、防積雪覆蓋和利用雨水清洗組件等功能。 —種全天候自適應(yīng)單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包括圖像識別模塊、控制電路模塊、機械傳動跟蹤控制模塊、傳感器和光伏陣列，其中圖像識別模塊由攝像機串接計算機構(gòu)成，控制電路模塊由微處理器構(gòu)成，機械傳動跟蹤控制模塊包括風(fēng)速儀、變頻器、電機和調(diào)速機構(gòu)，攝像機采集光伏陣列的圖像信息，計算機的輸出端接微處理器的輸入端，微處理器的輸出端依次串接變頻器、電機和調(diào)速機構(gòu)后與光伏陣列中太陽電池方陣主軸相連，風(fēng)速儀和傳感器設(shè)置于光伏陣列中，風(fēng)速儀的輸出端接計算機的輸入端，傳感器的輸出端接微處理器的輸入端。 所述的一種全天候自適應(yīng)單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述圖像識別模塊中的攝像機還可以與電站安防系統(tǒng)共用，安防系統(tǒng)還包括監(jiān)控中心，所述攝像機的輸出端分
別接監(jiān)控中心和計算機的輸入端，計算機的輸出端接監(jiān)控中心的輸入端。 所述的一種全天候自適應(yīng)單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器與電機
之間還串接變頻器。 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將圖像采集、圖像識別與圖像處理系統(tǒng)、微處理器電子控制系統(tǒng)與機械系統(tǒng)相結(jié)合，通過微處理器內(nèi)置太陽位置計算程序控制電機動作，準確跟蹤太陽的時角；通過攝像機采集的光伏陣列場的圖像信息識別雨、雪天氣，結(jié)合風(fēng)速儀監(jiān)測風(fēng)速信息，實時分析天氣狀況，根據(jù)天氣狀況，自動分析風(fēng)速、雪量、雨水速度和角度等信息，當風(fēng)速較大會影響到太陽能電池板的安全時，通過微處理器系統(tǒng)及時控制跟蹤系統(tǒng)動作采取保護措施；當積雪覆蓋太陽能電池組件時，及時控制跟蹤系統(tǒng)動作傾覆組件上的積雪；根據(jù)雨水速度和角度智能控制跟蹤系統(tǒng)動作調(diào)整最佳角度以最利于雨水對太陽能組件的沖刷和清洗。通過攝像機采集的光伏陣列場的圖像信息識別太陽能電池板的姿態(tài)，以實時監(jiān)測跟蹤系統(tǒng)控制效果并及時發(fā)現(xiàn)光伏陣列故障；通過攝像機采集的光伏陣列場的圖像信息識別光伏陣列的遮擋情況，及時發(fā)現(xiàn)太陽能電池板上的遮擋異物，發(fā)出警報通知相關(guān)人員；將攝像機的圖像監(jiān)測與光伏電站的安防系統(tǒng)相結(jié)合替代安防系統(tǒng)中的攝像設(shè)備，起到防盜作用，同時降低成本。 本實用新型的有益成果是在精確跟蹤太陽運行時角的同時提高光伏陣列在全天候特別是在惡劣天氣條件下的自適應(yīng)能力，增強故障和遮擋物的自動識別效率，并可以起到防盜作用，大大提高了光伏電站的太陽能利用效率，增強了光伏電站的安全性和可靠性。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)原理框圖。
具體實施方式為使本實用新型的實質(zhì)特征和有益效果更易于理解，以下結(jié)合實例及附圖對其進
行詳細說明。
圖1示出了本實用新型的單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)的原理流程圖。如圖所示，本實用新型的單軸跟蹤系統(tǒng)包括攝像機1、計算機2、微處理器3、風(fēng)速儀4、傳感器5、變頻器6、電機7、調(diào)速機構(gòu)8、太陽電池方陣主軸9、光伏陣列10、監(jiān)控中心11和電站安防系統(tǒng)12。[0013] 所述微處理器3包括單片機、DSP等。[0014] 所述傳感器5為光敏傳感器等。 所述圖像識別模塊中攝像機可以與電站安防系統(tǒng)12共用，所述攝像機一個輸出端接安防系統(tǒng)監(jiān)控中心11的輸入端。 由于太陽的運行軌跡是與時間、季節(jié)、當?shù)亟?jīng)緯度等諸多復(fù)雜因素有關(guān)的，因此在微處理器3內(nèi)置時鐘芯片和太陽位置計算程序，將上述相關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)先輸入到微處理器中通過程序查表并進行太陽時角的計算，得出給定時間太陽的位置，然后計算出跟蹤裝置所應(yīng)處的位置，通過串口送到處理器發(fā)出指令控制電機7轉(zhuǎn)動。由于電機7轉(zhuǎn)速較高，首先通過變頻器6變頻降速，然后在電機7后增加調(diào)速機構(gòu)8，調(diào)速機構(gòu)8將轉(zhuǎn)動變成平動，然后通過電動推桿推動與太陽電池方陣主軸9相連的杠桿使太陽電池方陣主軸9轉(zhuǎn)動，從而準確跟蹤太陽的時角，傳感器5用于檢測光伏陣列是否對準太陽，當太陽光偏離垂直照射傳感器時，傳感器能檢測出當前太陽偏離傳感器的方位，同時在傳感器相應(yīng)方位的輸出端，會有信號輸出，信號反饋給微處理器，進行方位矯正以實現(xiàn)精確的控制。微處理器3內(nèi)置時鐘芯片，在夜間時，通過處理器發(fā)出指令控制電機7動作，使太陽能電池板回歸初始位置。[0017] 攝像機1可以實時采集光伏陣列10的圖像信息，并將其傳送至計算機2中進行圖像分析和圖像識別，獲得雨、雪等天氣信息，結(jié)合風(fēng)速儀4得到的風(fēng)速信息，將這些天氣信息進行分析計算，根據(jù)實時天氣條件，判斷風(fēng)速，通過微處理器3及時控制跟蹤系統(tǒng)動作采取保護措施；識別太陽能電池組件的積雪覆蓋問題，通過微處理器3及時控制跟蹤系統(tǒng)動作傾覆組件上的積雪；根據(jù)雨水速度和角度通過微處理器3控制跟蹤系統(tǒng)動作調(diào)整最佳角度以最利于雨水對太陽能組件的沖刷清洗，保護光伏陣列的安全和高效可靠的運行；計算機2也可以將圖像處理的相應(yīng)結(jié)果輸入至監(jiān)控中心ll，供電站安防系統(tǒng)12使用。[0018] 進一步地，攝像機1可以實時采集光伏陣列10的圖像信息，并將其傳送至計算機2中進行圖像分析和圖像識別，獲得光伏陣列10中的故障信息(如某些太陽能電池板未能動作或姿態(tài)不正常等)和遮擋物信息(如異物覆蓋太陽能電池板等)，通過微處理器3控制電機動作采取措施消除故障或發(fā)出警告通知現(xiàn)場人員進行處置，提高光伏陣列的安全可靠性。 進一步地，攝像機1也可以實時采集光伏陣列10的圖像信息，并與電站安防系統(tǒng)12相結(jié)合或替代安防系統(tǒng)12中的圖像采集設(shè)備，起到防盜及降低成本的作用。
權(quán)利要求一種全天候自適應(yīng)單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于包括圖像識別模塊、控制電路模塊、機械傳動跟蹤控制模塊、傳感器(5)和光伏陣列(10)，其中圖像識別模塊由攝像機(1)串接計算機(2)構(gòu)成，控制電路模塊微處理器(3)構(gòu)成，機械傳動跟蹤控制模塊包括風(fēng)速儀(4)、電機(7)和調(diào)速機構(gòu)(8)，攝像機(1)采集光伏陣列(10)的圖像信息，計算機(2)的輸出端接微處理器(3)的輸入端，微處理器(3)的輸出端依次串接電機(7)和調(diào)速機構(gòu)(8)后與光伏陣列(10)中太陽電池方陣主軸(9)相連，風(fēng)速儀(4)和傳感器(5)設(shè)置于光伏陣列(10)中，風(fēng)速儀(4)的輸出端接計算機(2)的輸入端，傳感器(5)的輸出端接微處理器(3)的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全天候自適應(yīng)單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述圖 像識別模塊中的攝像機(1)還與電站安防系統(tǒng)(12)共用，安防系統(tǒng)(12)還包括監(jiān)控中心(II) ，所述攝像機(1)的輸出端分別接監(jiān)控中心(11)和計算機(2)的輸入端，計算機(2) 的輸出端接監(jiān)控中心(11)的輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全天候自適應(yīng)單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)，其特征在于所述微 處理器(3)與電機(7)之間還串接變頻器(6)。
專利摘要本實用新型公開了一種全天候自適應(yīng)單軸太陽能跟蹤系統(tǒng)，本實用新型系統(tǒng)包括圖像識別模塊、控制電路模塊、機械傳動跟蹤控制模塊、傳感器和光伏陣列，其中圖像識別模塊由攝像機串接計算機構(gòu)成，控制電路模塊由微處理器構(gòu)成，機械傳動跟蹤控制模塊包括風(fēng)速儀、變頻器、電機和調(diào)速機構(gòu)。本實用新型將圖像識別圖像處理技術(shù)應(yīng)用于太陽能跟蹤系統(tǒng)，通過攝像機采集圖像進行分析結(jié)合微處理器來精確控制太陽能電池板的姿態(tài)，在實現(xiàn)全天候太陽跟蹤提高太陽能利用效率的同時可以提高光伏陣列在全天候特別是在惡劣天氣條件下的自適應(yīng)能力，增強光伏電站的故障和遮擋物的自動識別效率，并起到防盜作用，增強了光伏電站的安全性和可靠性。
文檔編號H04N7/18GK201540488SQ200920255650
公開日2010年8月4日 申請日期2009年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日
發(fā)明者劉小寶, 劉愛國, 史君海, 徐永邦, 王芳, 鄧霞 申請人:中環(huán)光伏系統(tǒng)有限公司