專利名稱：一種太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追 蹤裝置和方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能被視為是全世界最豐富和最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉?，其具有清潔無(wú)污染 的優(yōu)點(diǎn)，其開發(fā)利用一直受到世界各國(guó)的廣泛重視。太陽(yáng)能利用系統(tǒng)主要通過(guò)收集、儲(chǔ)存和 轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的利用，然而在實(shí)際應(yīng)用中它存在著間隙性光照方向強(qiáng)度隨時(shí)間不斷變 化的問題，這就對(duì)太陽(yáng)能的收集和利用裝置提出了更高的要求。目前很多太陽(yáng)能電池板陣 列基本上都是固定的，不能充分利用太陽(yáng)能資源，發(fā)電效率低下。據(jù)試驗(yàn)，在太陽(yáng)能發(fā)電中， 相同條件下，采用自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35%，成本下 降25%。因此，在太陽(yáng)能利用中，使用跟蹤系統(tǒng)是很有必要的，這也使太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)成為 近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。申請(qǐng)?zhí)枮?01020130889.2的中國(guó)實(shí)用新型專利公開了一種太陽(yáng)光自動(dòng)追蹤系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括底座、支柱、定位軸輪、太陽(yáng)能電池板、電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、太陽(yáng)光檢測(cè)器件、控 制模塊及儲(chǔ)能裝置，支柱固設(shè)于底座上，該支柱頂部設(shè)有定位軸輪，電動(dòng)機(jī)亦設(shè)置于底座 上，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)軸與太陽(yáng)能電池板固定連接，太陽(yáng)光檢測(cè) 器件包括外部檢測(cè)器和內(nèi)部檢測(cè)器，控制模塊設(shè)置于太陽(yáng)能電池板下部并通過(guò)導(dǎo)線與太陽(yáng) 光檢測(cè)器件、電動(dòng)機(jī)及定位軸輪相連接，并通過(guò)導(dǎo)線將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的電能傳導(dǎo)到外部的儲(chǔ) 能裝置內(nèi)。在該專利中，當(dāng)放置在太陽(yáng)能電池板外面的外部檢測(cè)器檢測(cè)到有太陽(yáng)光時(shí)，即發(fā) 出信號(hào)給控制模塊，再由控制模塊發(fā)出控制信號(hào)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 軸，從而帶動(dòng)太陽(yáng)能電池板也一起轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而改變太陽(yáng)能電池板的朝向。采用本裝置存在以 下問題(1)該裝置僅能在方位角上進(jìn)行跟蹤，不能在太陽(yáng)和地平面之間的高度角上進(jìn)行 調(diào)整，存在著跟蹤精度不高、累積誤差大的缺點(diǎn)；( 該裝置在太陽(yáng)位置調(diào)整完畢后，就開 始太陽(yáng)能的采集，不再對(duì)太陽(yáng)能板輸出功率進(jìn)行跟蹤，采用這種方法并沒有實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板 輸出功率的最大化。因此，研究一種跟蹤精度高、應(yīng)用效果穩(wěn)定且能將太陽(yáng)能最大化轉(zhuǎn)化的太陽(yáng)能板 最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置和方法具有極高的理論和實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種太陽(yáng)能板最大功率 點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其具有跟蹤精度高、應(yīng)用效果穩(wěn)定，能將太陽(yáng)能最大化轉(zhuǎn)化的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種基于上述裝置的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng) 追蹤方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤 裝置，包括用于確定是否啟動(dòng)追蹤系統(tǒng)的預(yù)啟動(dòng)模塊、用于檢測(cè)當(dāng)前太陽(yáng)位置和光強(qiáng)度的太陽(yáng)檢測(cè)模塊、用于根據(jù)太陽(yáng)檢測(cè)模塊信息對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出控制信號(hào)的位置控制模塊、用 于驅(qū)動(dòng)外部機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)使太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)光線垂直的驅(qū)動(dòng)模塊、用于接收位置控制 模塊所發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào)并控制太陽(yáng)能電池板僅在其最大功率點(diǎn)處對(duì)外輸出電能的最大功 率點(diǎn)控制模塊、用于太陽(yáng)能電池板輸出功率最大點(diǎn)跟蹤的最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、用于對(duì)各 模塊進(jìn)行供電的電源模塊，所述預(yù)啟動(dòng)模塊和太陽(yáng)檢測(cè)模塊均由光探頭電路組成；所述位 置控制模塊和最大功率點(diǎn)控制模塊均由單片機(jī)電路和16位中斷電路組成；所述驅(qū)動(dòng)模塊 由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成；所述最大功率點(diǎn)跟蹤模塊由太陽(yáng)能電池板電路和具有MPPT功 能的電路組成；所述電源模塊由電源開關(guān)電路組成；預(yù)啟動(dòng)模塊、太陽(yáng)檢測(cè)模塊、位置控制 模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和外部機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)依次連接，位置控制模塊、最大功率點(diǎn)控制模塊和最大 功率點(diǎn)跟蹤模塊依次連接，電源模塊與各模塊連接；所述最大功率點(diǎn)控制模塊通過(guò)導(dǎo)線與 外部?jī)?chǔ)能裝置相連。所述預(yù)啟動(dòng)模塊中的光探頭電路由四個(gè)光敏二極管組成，用于在光線照到任意一 個(gè)光敏二極管上時(shí)，向外輸出低電平信號(hào)給電源模塊和太陽(yáng)檢測(cè)模塊。所述太陽(yáng)檢測(cè)模塊中的光探頭電路的主電路由光敏電阻組成，分為九個(gè)區(qū)域，每 一區(qū)域并聯(lián)若干個(gè)光敏電阻，相鄰區(qū)域的光敏電阻互相獨(dú)立；該電路的電路板為圓形封閉 裝置，只在圓心處開有一垂直的孔。當(dāng)光線通過(guò)該孔照到區(qū)域內(nèi)任一電阻上時(shí)，會(huì)造成該區(qū) 域電阻迅速減小，從而使總電阻迅速減小，從而引起電壓的變化。所述位置控制模塊和最大功率點(diǎn)控制模塊中的單片機(jī)采用ATMegaie單片機(jī)，16 位中斷電路采用74LS148和74LS08兩種芯片。采用上述單片機(jī)和中斷電路可以使中斷數(shù) 量能夠滿足應(yīng)用的要求。所述16位中斷電路中的74LS148芯片是8_3線優(yōu)先編碼器，74LS08芯片是四個(gè)二 輸入與門，該中斷電路的優(yōu)先級(jí)從16-1端依次遞減。所述驅(qū)動(dòng)模塊中的直流電機(jī)采用NE555D和TLP559為核心的驅(qū)動(dòng)電路，其具有帶 負(fù)荷能力強(qiáng)、調(diào)節(jié)控制方便等特點(diǎn)。所述最大功率點(diǎn)跟蹤模塊中具有MPPT功能的電路由BOOST電路和BOOST-BUCK 電路串聯(lián)組成，包括電流取樣、電壓取樣及驅(qū)動(dòng)電路和PWM控制器，用兩路PWM控制串聯(lián)的 BOOST電路和BOOST-BUCK電路，從其中第一級(jí)BOOST電路進(jìn)行電流取樣，并分別驅(qū)動(dòng)BOOST 電路和BOOST-BUCK電路。所述電源模塊由電源開關(guān)電路組成，電源開關(guān)電路包括蓄電池和與蓄電池連接的 穩(wěn)壓電路。一種基于上述裝置的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤方法，包括以下步驟(1)預(yù)啟動(dòng)判斷預(yù)啟動(dòng)模塊中的光探頭電路是否有低電平信號(hào)輸出，若有，則將 信號(hào)傳遞給電源模塊，電源模塊開始對(duì)整個(gè)追蹤系統(tǒng)進(jìn)行供電，同時(shí)開始啟動(dòng)太陽(yáng)檢測(cè)模 塊；(2)太陽(yáng)位置跟蹤太陽(yáng)檢測(cè)模塊將檢測(cè)到的當(dāng)前太陽(yáng)的位置和光照強(qiáng)度信息傳 遞給位置控制模塊，位置控制模塊將這些信息與當(dāng)前太陽(yáng)能板的位置信息進(jìn)行比對(duì)，得到 使太陽(yáng)能板垂直于太陽(yáng)光線所需移動(dòng)的水平方向和垂直方向上的位移信息，然后將該信息 發(fā)送至驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊分別根據(jù)水平方向和垂直方向上的位移信息驅(qū)動(dòng)水平和垂直兩 個(gè)方向上的直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，從而帶動(dòng)外部機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)；待移動(dòng)完畢實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板垂直于太陽(yáng)光線后，驅(qū)動(dòng)模塊將直流電機(jī)停止移動(dòng)的信號(hào)反饋給位置控制模塊，位 置控制模塊將此信號(hào)傳遞給最大功率點(diǎn)控制模塊，用于開始最大功率點(diǎn)的跟蹤；(3)最大功率點(diǎn)跟蹤最大功率點(diǎn)控制模塊在收到位置控制模塊傳送來(lái)的直流電 機(jī)停止移動(dòng)信號(hào)后，最大功率點(diǎn)跟蹤模塊開始進(jìn)行控制，采用的控制方法為擾動(dòng)觀察法，具 體為通過(guò)對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤模塊中具有MPPT功能的電路施加擾動(dòng)，改變太陽(yáng)能電池板的 工作狀態(tài)，然后實(shí)時(shí)觀察和計(jì)算太陽(yáng)能電池板輸出功率的大小，將計(jì)算結(jié)果與前一時(shí)間點(diǎn) 進(jìn)行比較，以此為依據(jù)或維持或改變控制下一步擾動(dòng)的方向，從而使得太陽(yáng)能電池板的輸 出最終穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近；待輸出功率穩(wěn)定后，最大功率點(diǎn)控制模塊控制太陽(yáng)能電池 板僅在其最大功率點(diǎn)處對(duì)外輸出電能；(4)電能輸出在太陽(yáng)能電池板的輸出穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近時(shí)，最大功率點(diǎn)控 制模塊通過(guò)導(dǎo)線將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的電能傳到到外部的儲(chǔ)能裝置內(nèi)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果1、本發(fā)明能自動(dòng)根據(jù)太陽(yáng)光方向來(lái)調(diào)整太陽(yáng)能電池板方向，在垂直方向軸跟蹤太 陽(yáng)方位角，水平方向軸跟蹤太陽(yáng)高度角，將太陽(yáng)能最大化轉(zhuǎn)化，提高太陽(yáng)能的采集率。2、本發(fā)明利用具有MPPT功能的電路采用擾動(dòng)觀察法來(lái)跟蹤最大功率點(diǎn)，可以使 系統(tǒng)在任何溫度和日照條件下都能跟蹤太陽(yáng)能電池的最大功率，將轉(zhuǎn)化出來(lái)的太陽(yáng)能最大 化利用，并且可以較靈活的設(shè)置占空比大小，并可容易的選取器件。另外即使在輸入電壓瞬 間過(guò)低時(shí)，本電路也能輸出正常電壓，滿足需要大功率的開關(guān)電源電路。3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，適用于山地果園、農(nóng)業(yè)生態(tài)園區(qū)以及其它缺乏有源電 源供給，可以利用太陽(yáng)能資源應(yīng)用的領(lǐng)域，特別適合天氣變化比較復(fù)雜和無(wú)人值守的環(huán)境， 有很高的推廣價(jià)值。


圖1是本發(fā)明裝置的功能結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明裝置的外部機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明裝置中預(yù)啟動(dòng)模塊的電路圖；圖4是本發(fā)明裝置中太陽(yáng)檢測(cè)模塊的光探頭電路圖；圖5是本發(fā)明裝置中太陽(yáng)檢測(cè)模塊的光探頭電路模型圖；圖6是本發(fā)明裝置中控制模塊的單片機(jī)工作電路圖；圖7是本發(fā)明裝置中控制模塊的16位中斷電路圖；圖8是本發(fā)明裝置中驅(qū)動(dòng)模塊的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖；圖9是本發(fā)明裝置中跟蹤模塊的MPPT電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。實(shí)施例1如圖1所示，一種太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，包括用于確定是否啟 動(dòng)追蹤系統(tǒng)的預(yù)啟動(dòng)模塊、用于檢測(cè)當(dāng)前太陽(yáng)位置和光強(qiáng)度的太陽(yáng)檢測(cè)模塊、用于根據(jù)太陽(yáng)檢測(cè)模塊信息對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出控制信號(hào)的位置控制模塊、用于驅(qū)動(dòng)外部機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)使 太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)光線垂直的驅(qū)動(dòng)模塊、用于接收位置控制模塊所發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào)并控 制太陽(yáng)能電池板僅在其最大功率點(diǎn)處對(duì)外輸出電能的最大功率點(diǎn)控制模塊、用于太陽(yáng)能電 池板輸出功率最大點(diǎn)跟蹤的最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、用于對(duì)各模塊進(jìn)行供電的電源模塊，所 述預(yù)啟動(dòng)模塊和太陽(yáng)檢測(cè)模塊均由光探頭電路組成；所述位置控制模塊和最大功率點(diǎn)控制 模塊均由單片機(jī)電路和16位中斷電路組成；所述驅(qū)動(dòng)模塊由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成；所述 最大功率點(diǎn)跟蹤模塊由太陽(yáng)能電池板電路和具有MPPT功能的電路組成；所述電源模塊由 電源開關(guān)電路組成；預(yù)啟動(dòng)模塊、太陽(yáng)檢測(cè)模塊、位置控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和外部機(jī)械執(zhí)行 機(jī)構(gòu)依次連接，位置控制模塊、最大功率點(diǎn)控制模塊和最大功率點(diǎn)跟蹤模塊依次連接，電源 模塊與各模塊連接；所述最大功率點(diǎn)控制模塊通過(guò)導(dǎo)線與外部?jī)?chǔ)能裝置相連。如圖2所示，為本發(fā)明裝置驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)的外部機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，該 裝置的底板11上設(shè)置有4個(gè)安裝孔9，底板11通過(guò)這些安裝孔9與地面固定連接，在底板 11上放置有水平圓周方向調(diào)整直流電機(jī)8，該電機(jī)與水平方向旋轉(zhuǎn)軸6連接，用于使頂部的 太陽(yáng)能電池板1進(jìn)行水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)能電池板1設(shè)置在水平方向旋轉(zhuǎn)軸6的頂端，在 太陽(yáng)能電池板1背對(duì)太陽(yáng)的一側(cè)安裝有垂直方向調(diào)整直流電機(jī)5、垂直方向旋轉(zhuǎn)軸2、垂直 方向旋轉(zhuǎn)限位固定桿3和半圓形齒輪條4。在位置控制模塊將所需調(diào)整位置信息傳遞給驅(qū) 動(dòng)模塊后，驅(qū)動(dòng)模塊分別將水平方向和垂直方向信息傳遞給水平圓周方向調(diào)整直流電機(jī)8 和垂直方向調(diào)整直流電機(jī)5，水平圓周方向調(diào)整直流電機(jī)8驅(qū)動(dòng)水平方向旋轉(zhuǎn)軸6進(jìn)行轉(zhuǎn) 動(dòng)，從而移動(dòng)到指定位置；垂直方向調(diào)整直流電機(jī)5驅(qū)動(dòng)垂直方向旋轉(zhuǎn)軸2進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng) 半圓形齒輪條4進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使上部的太陽(yáng)能電池板1產(chǎn)生俯仰運(yùn)動(dòng)，待旋轉(zhuǎn)到指定位置 后，通過(guò)垂直方向旋轉(zhuǎn)限位固定桿3對(duì)太陽(yáng)能電池板1進(jìn)行固定。在上述定位過(guò)程中均由 底端設(shè)置的電控箱7對(duì)各部件進(jìn)行供電。另外，為了保證安全和減少外界影響，在水平圓周 方向調(diào)整直流電機(jī)上設(shè)置了防護(hù)罩10。如圖3所示，所述預(yù)啟動(dòng)模塊中的光探頭電路由四個(gè)光敏二極管組成，用于在光 線照到任意一個(gè)光敏二極管上時(shí)，向外輸出低電平信號(hào)給電源模塊和太陽(yáng)檢測(cè)模塊。其工 作原理如下四個(gè)光敏二極管通過(guò)導(dǎo)線分別接在如圖3所示的P19到P22接口。當(dāng)把四個(gè) 電位器的阻值調(diào)到合適時(shí)，一旦光線照到光敏二極管上時(shí)，對(duì)應(yīng)的電位器的電壓就會(huì)大于3 伏，即輸?shù)舰?0106芯片的電壓為高電平，經(jīng)過(guò)⑶40106的整形和反相后，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電平 信號(hào)。然后這四路信號(hào)再經(jīng)過(guò)一個(gè)四輸入的與門——74LS21輸出最終的判斷信號(hào)。四個(gè) 光敏二極管任何一個(gè)被光線照射到，74LS21的輸出都是低電平，表明系統(tǒng)檢測(cè)到陽(yáng)光，開始 供電工作。如圖4和圖5所示，所述太陽(yáng)檢測(cè)模塊中的光探頭電路的主電路由光敏電阻組成， 分為九個(gè)區(qū)域(0，1，2，3，4，A，B, C，D)，每一區(qū)域并聯(lián)若干個(gè)光敏電阻，相鄰區(qū)域的光敏電 阻互相獨(dú)立；該電路的電路板為圓形封閉裝置，只在圓心處(0區(qū)正上方)開有一垂直的孔。 當(dāng)光線通過(guò)該孔照到區(qū)域內(nèi)任一電阻上時(shí)，會(huì)造成該區(qū)域電阻迅速減小，從而使總電阻迅 速減小，從而引起電壓的變化，從而使A點(diǎn)的電勢(shì)發(fā)生變化。當(dāng)把電位器的阻值調(diào)到合適值 時(shí)，光照在光敏電阻上時(shí)，A點(diǎn)的電勢(shì)大于3V。TCL374芯片是一個(gè)電壓比較器。當(dāng)A點(diǎn)的 電勢(shì)大于3V時(shí)，其輸出是一個(gè)高電平。這高電平再經(jīng)過(guò)⑶40106芯片反相，最終在輸出端 輸出一個(gè)低電平。
位置控制模塊和最大功率點(diǎn)控制模塊均由單片機(jī)電路和16位中斷電路組成，單 片機(jī)采用如圖6所示的ATMegaie型單片機(jī)，16位中斷電路采用如圖7所示的74LS148芯片 和74LS08芯片。單片機(jī)的輸出端口與驅(qū)動(dòng)模塊中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸入端口連接。單片機(jī)根據(jù)光探頭電路檢測(cè)出的太陽(yáng)當(dāng)前位置，從而驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)使太陽(yáng)能電池 板正對(duì)著太陽(yáng)，有效地提高了太陽(yáng)能的利用率。本實(shí)施例的核心工作電路采用ATMegaie型 單片機(jī)，其單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖6。其中單片機(jī)I/O輸入端口包括PC0-PC7和PD7九個(gè) 輸入端口，PB0-PB7為輸出端口，連接直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。由于單片機(jī)ATMegaie內(nèi)部的中斷遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到本系統(tǒng)的中斷數(shù)量要求，因此本系 統(tǒng)在單片機(jī)外部需添加一個(gè)中斷控制電路，如圖5所示。該中斷電路采用的是74LS148芯片 和74LS08芯片。74LS148芯片221是8_3線優(yōu)先編碼器，74LS08芯片222是四個(gè)二輸入與 門。該中斷電路的優(yōu)先級(jí)從16-1端依次遞減。16-1端與光探頭電路的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表表1終端接口與光探頭對(duì)應(yīng)關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，包括用于確定是否啟動(dòng) 追蹤系統(tǒng)的預(yù)啟動(dòng)模塊、用于檢測(cè)當(dāng)前太陽(yáng)位置和光強(qiáng)度的太陽(yáng)檢測(cè)模塊、用于根據(jù)太陽(yáng) 檢測(cè)模塊信息對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出控制信號(hào)的位置控制模塊、用于驅(qū)動(dòng)外部機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)使太 陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)光線垂直的驅(qū)動(dòng)模塊、用于接收位置控制模塊所發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào)并控制 太陽(yáng)能電池板僅在其最大功率點(diǎn)處對(duì)外輸出電能的最大功率點(diǎn)控制模塊、用于太陽(yáng)能電池 板輸出功率最大點(diǎn)跟蹤的最大功率點(diǎn)跟蹤模塊、用于對(duì)各模塊進(jìn)行供電的電源模塊，所述 預(yù)啟動(dòng)模塊和太陽(yáng)檢測(cè)模塊均由光探頭電路組成；所述位置控制模塊和最大功率點(diǎn)控制模 塊均由單片機(jī)電路和16位中斷電路組成；所述驅(qū)動(dòng)模塊由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成；所述最 大功率點(diǎn)跟蹤模塊由太陽(yáng)能電池板電路和具有MPPT功能的電路組成；所述電源模塊由電 源開關(guān)電路組成；預(yù)啟動(dòng)模塊、太陽(yáng)檢測(cè)模塊、位置控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和外部機(jī)械執(zhí)行機(jī) 構(gòu)依次連接，位置控制模塊、最大功率點(diǎn)控制模塊和最大功率點(diǎn)跟蹤模塊依次連接，電源模 塊與各模塊連接；所述最大功率點(diǎn)控制模塊通過(guò)導(dǎo)線與外部?jī)?chǔ)能裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述 預(yù)啟動(dòng)模塊中的光探頭電路由四個(gè)光敏二極管組成，用于在光線照到任意一個(gè)光敏二極管 上時(shí)，向外輸出低電平信號(hào)給電源模塊和太陽(yáng)檢測(cè)模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述 太陽(yáng)檢測(cè)模塊中的光探頭電路的主電路由光敏電阻組成，分為九個(gè)區(qū)域，每一區(qū)域并聯(lián)若 干個(gè)光敏電阻，相鄰區(qū)域的光敏電阻互相獨(dú)立。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述 太陽(yáng)檢測(cè)模塊中的光探頭電路的電路板為圓形封閉裝置，只在圓心處開有一垂直的孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述 位置控制模塊和最大功率點(diǎn)控制模塊中的單片機(jī)采用ATMegaie單片機(jī)，16位中斷電路采 用74LS148和74LS08兩種芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述 16位中斷電路中的74LS148芯片是8_3線優(yōu)先編碼器，74LS08芯片是四個(gè)二輸入與門，該 中斷電路的優(yōu)先級(jí)從16-1端依次遞減。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述 驅(qū)動(dòng)模塊中的直流電機(jī)采用NE555D和TLP559為核心的驅(qū)動(dòng)電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所 述最大功率點(diǎn)跟蹤模塊中具有MPPT功能的電路由BOOST電路和BOOST-BUCK電路串聯(lián)組 成，包括電流取樣、電壓取樣及驅(qū)動(dòng)電路和PWM控制器，用兩路PWM控制串聯(lián)的BOOST電路 和BOOST-BUCK電路，從其中第一級(jí)BOOST電路進(jìn)行電流取樣，并分別驅(qū)動(dòng)BOOST電路和 BOOST-BUCK 電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置，其特征在于，所述 電源模塊由電源開關(guān)電路組成，電源開關(guān)電路包括蓄電池和與蓄電池連接的穩(wěn)壓電路。
10.一種基于上述裝置的太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤方法，其特征在于，包括以 下步驟(1)預(yù)啟動(dòng)判斷預(yù)啟動(dòng)模塊中的光探頭電路是否有低電平信號(hào)輸出，若有，則將信 號(hào)傳遞給電源模塊，電源模塊開始對(duì)整個(gè)追蹤系統(tǒng)進(jìn)行供電，同時(shí)開始啟動(dòng)太陽(yáng)檢測(cè)模塊(2)太陽(yáng)位置跟蹤太陽(yáng)檢測(cè)模塊將檢測(cè)到的當(dāng)前太陽(yáng)的位置和光照強(qiáng)度信息傳遞給 位置控制模塊，位置控制模塊將這些信息與當(dāng)前太陽(yáng)能板的位置信息進(jìn)行比對(duì)，得到使太 陽(yáng)能板垂直于太陽(yáng)光線所需移動(dòng)的水平方向和垂直方向上的位移信息，然后將該信息發(fā)送 至驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)模塊分別根據(jù)水平方向和垂直方向上的位移信息驅(qū)動(dòng)水平和垂直兩個(gè)方 向上的直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，從而帶動(dòng)外部機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)；待移動(dòng)完畢實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能 板垂直于太陽(yáng)光線后，驅(qū)動(dòng)模塊將直流電機(jī)停止移動(dòng)的信號(hào)反饋給位置控制模塊，位置控 制模塊將此信號(hào)傳遞給最大功率點(diǎn)控制模塊，用于開始最大功率點(diǎn)的跟蹤；(3)最大功率點(diǎn)跟蹤最大功率點(diǎn)控制模塊在收到位置控制模塊傳送來(lái)的直流電機(jī)停 止移動(dòng)信號(hào)后，最大功率點(diǎn)跟蹤模塊開始進(jìn)行控制，采用的控制方法為擾動(dòng)觀察法，具體 為通過(guò)對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤模塊中具有MPPT功能的電路施加擾動(dòng)，改變太陽(yáng)能電池板的工 作狀態(tài)，然后實(shí)時(shí)觀察和計(jì)算太陽(yáng)能電池板輸出功率的大小，將計(jì)算結(jié)果與前一時(shí)間點(diǎn)進(jìn) 行比較，以此為依據(jù)或維持或改變控制下一步擾動(dòng)的方向，從而使得太陽(yáng)能電池板的輸出 最終穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近；待輸出功率穩(wěn)定后，最大功率點(diǎn)控制模塊控制太陽(yáng)能電池板 僅在其最大功率點(diǎn)處對(duì)外輸出電能；(4)電能輸出在太陽(yáng)能電池板的輸出穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近時(shí)，最大功率點(diǎn)控制模 塊通過(guò)導(dǎo)線將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的電能傳到到外部的儲(chǔ)能裝置內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種太陽(yáng)能板最大功率點(diǎn)雙軸自動(dòng)追蹤裝置和方法，該裝置包括預(yù)啟動(dòng)模塊、太陽(yáng)檢測(cè)模塊、位置控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、最大功率點(diǎn)控制模塊、最大功率點(diǎn)跟蹤模塊和電源模塊，預(yù)啟動(dòng)模塊和太陽(yáng)檢測(cè)模塊均由光探頭電路組成；位置控制模塊和最大功率點(diǎn)控制模塊均由單片機(jī)電路和16位中斷電路組成；驅(qū)動(dòng)模塊由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成；最大功率點(diǎn)跟蹤模塊由太陽(yáng)能電池板電路和具有MPPT功能的電路組成。該方法是在垂直和水平方向上跟蹤太陽(yáng)位置，驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能電池板與光線垂直，再采用擾動(dòng)觀察法來(lái)跟蹤太陽(yáng)能電池板輸出功率最大點(diǎn)，將轉(zhuǎn)化出來(lái)的太陽(yáng)能最大化利用。本發(fā)明能有效提高太陽(yáng)能的利用效率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)G05D3/12GK102073325SQ20111003071
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者葉智杰, 宋淑然, 岳學(xué)軍, 文韜, 朱余清, 李震, 楊洲, 梁劍龍, 歐陽(yáng)玉平, 洪添勝, 蘇建 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)