本發(fā)明涉及太陽能同步跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說涉及一種太陽同步跟蹤器。
背景技術(shù)：
太陽能是由太陽內(nèi)部氫原子發(fā)生氫氦聚變釋放出巨大核能而產(chǎn)生的，來自太陽的輻射能量。
人類所需能量的絕大部分都直接或間接地來自太陽。植物通過光合作用釋放氧氣、吸收二氧化碳，并把太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能在植物體內(nèi)貯存下來。煤炭、石油、天然氣等化石燃料也是由古代埋在地下的動植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代演變形成的一次能源。地球本身蘊(yùn)藏的能量通常指與地球內(nèi)部的熱能有關(guān)的能源和與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源。
與原子核反應(yīng)有關(guān)的能源正是核能。原子核的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時能釋放出大量的能量，稱為原子核能，簡稱核能，俗稱原子能。它則來自于地殼中儲存的鈾、钚等發(fā)生裂變反應(yīng)時的核裂變能資源，以及海洋中貯藏的氘、氚、鋰等發(fā)生聚變反應(yīng)時的核聚變能資源。這些物質(zhì)在發(fā)生原子核反應(yīng)時釋放出能量。目前核能最大的用途是發(fā)電。此外，還可以用作其它類型的動力源、熱源等。
太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量。地球軌道上的平均太陽輻射強(qiáng)度為1,369w/m2。地球赤道周長為40,076千米，從而可計算出，地球獲得的能量可達(dá)173,000TW。在海平面上的標(biāo)準(zhǔn)峰值強(qiáng)度為1kw/m2，地球表面某一點(diǎn)24h的年平均輻射強(qiáng)度為0.20kw/m2，相當(dāng)于有102,000TW的能量。
地球上的風(fēng)能、水能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能都是來源于太陽；即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然氣等)從根本上說也是遠(yuǎn)古以來貯存下來的太陽能，所以廣義的太陽能所包括的范圍非常大，狹義的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學(xué)的直接轉(zhuǎn)換。
目前，公知的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，安裝后，太陽能電池板只能向一個方向，當(dāng)太陽偏移到與太陽能電池板正對時，才能達(dá)到最佳效果，早晨和下午采光率低，從而導(dǎo)致發(fā)電量低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種太陽同步跟蹤器。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
太陽同步跟蹤器,包括嵌入式微處理單元、GPS單元、角度檢測單元、通訊單元、顯示單元、按鍵控制單元和執(zhí)行驅(qū)動單元，所述嵌入式微處理單元與所述GPS單元相連，所述GPS單元通過所述角度檢測單元與所述通訊單元相連，所述通訊單元通過所述顯示單元依次與所述按鍵控制單元和所述執(zhí)行驅(qū)動單元相連，其跟蹤算法處理過程包括如下步驟：
步驟1，微處理器單元與GPS單元通訊，通過“AT”指令獲取當(dāng)?shù)亟?jīng)度數(shù)據(jù)和緯度數(shù)據(jù)。
步驟2，獲取當(dāng)前時間，并計算當(dāng)前時間的積日N和參數(shù)N’，然后根據(jù)公式θ＝2π(N-N’)/365.2422計算日角。
步驟3，正確計算出日角后，由公式E＝0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2θ-0.1712sin3θ-0.758cosθ+0.3656cos2θ+0.0201cos3θ計算太陽赤緯角。
步驟4，根據(jù)公式t＝(S0-12)x15計算太陽時角，其中，S0為真太陽時。
步驟5，在上述4個過程正確計算后，根據(jù)h＝arcsin(sinE*sinψ+cosE*cosψ*cost)和A＝arcos[(sinh*sinψ-sinE)/(cosh*cosψ)]分別計算太陽高度角和方位角，其中ψ為當(dāng)?shù)鼐暥葦?shù)值。最后由β＝arctan(sinA/tanh)得到跟蹤裝置的理論偏移角度。
所述處理方法得到當(dāng)前太陽理論角度位置，利用單軸角度傳感器，并通過4～20mA信號和AD采集獲取跟蹤裝置的當(dāng)前實(shí)際角度位置。
微處理單元通過位置式PID算法對權(quán)利要求2中的跟蹤裝置當(dāng)前角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制精度不大于0.05°。
驅(qū)動跟蹤裝置的跟蹤角度范圍為-120°～120°，其中，地面法線為0°。
正常模式太陽同步跟蹤器控制的跟蹤速度為0～2.5°/min，安全模式時太陽同步跟蹤器控制的跟蹤速度不小于28°/min。
本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的太陽同步跟蹤器采用GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，利用太陽同步跟蹤算法計算理論太陽角度位置，通過消耗軟件資源，節(jié)省了跟蹤裝置的硬件成本，且該跟蹤方法不受天氣變化等的影響；另外，在進(jìn)行角度調(diào)節(jié)時，本跟蹤器引入PID算法實(shí)現(xiàn)對跟蹤角度的精確控制，控制精度高、穩(wěn)定性好，提高了跟蹤裝置的跟蹤效果。
具體實(shí)施方式
下面通過具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
太陽同步跟蹤器,包括嵌入式微處理單元、GPS單元、角度檢測單元、通訊單元、顯示單元、按鍵控制單元和執(zhí)行驅(qū)動單元，嵌入式微處理單元與GPS單元相連，GPS單元通過角度檢測單元與通訊單元相連，通訊單元通過顯示單元依次與按鍵控制單元和執(zhí)行驅(qū)動單元相連，其跟蹤算法處理過程包括如下步驟：
步驟1，微處理器單元與GPS單元通訊，通過“AT”指令獲取當(dāng)?shù)亟?jīng)度數(shù)據(jù)和緯度數(shù)據(jù)。
步驟2，獲取當(dāng)前時間，并計算當(dāng)前時間的積日N和參數(shù)N’，然后根據(jù)公式θ＝2π(N-N’)/365.2422計算日角。
步驟3，正確計算出日角后，由公式E＝0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2θ-0.1712sin3θ-0.758cosθ+0.3656cos2θ+0.0201cos3θ計算太陽赤緯角。
步驟4，根據(jù)公式t＝(S0-12)x15計算太陽時角，其中，S0為真太陽時。
步驟5，在上述4個過程正確計算后，根據(jù)h＝arcsin(sinE*sinψ+cosE*cosψ*cost)和A＝arcos[(sinh*sinψ-sinE)/(cosh*cosψ)]分別計算太陽高度角和方位角，其中ψ為當(dāng)?shù)鼐暥葦?shù)值。最后由β＝arctan(sinA/tanh)得到跟蹤裝置的理論偏移角度。
所述處理方法得到當(dāng)前太陽理論角度位置，利用單軸角度傳感器，并通過4～20mA信號和AD采集獲取跟蹤裝置的當(dāng)前實(shí)際角度位置。
微處理單元通過位置式PID算法對權(quán)利要求2中的跟蹤裝置當(dāng)前角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制精度不大于0.05°。
驅(qū)動跟蹤裝置的跟蹤角度范圍為-120°～120°，其中，地面法線為0°。
正常模式太陽同步跟蹤器控制的跟蹤速度為0～2.5°/min，安全模式時太陽同步跟蹤器控制的跟蹤速度不小于28°/min。
本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的太陽同步跟蹤器采用GPS經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，利用太陽同步跟蹤算法計算理論太陽角度位置，通過消耗軟件資源，節(jié)省了跟蹤裝置的硬件成本，且該跟蹤方法不受天氣變化等的影響；另外，在進(jìn)行角度調(diào)節(jié)時，本跟蹤器引入PID算法實(shí)現(xiàn)對跟蹤角度的精確控制，控制精度高、穩(wěn)定性好，提高了跟蹤裝置的跟蹤效果。
以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下， 任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。