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(shí)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(yùn)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(dú)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(huì)經(jīng)濟(jì)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(dú)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(diǎn)，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(yùn)而生。據(jù)測算，在太陽能光發(fā)電中，相同條件下，單軸自動(dòng)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(jìn)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(qiáng)控制方法以及時(shí)空控制方法等，采用電子控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)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(dòng)進(jìn)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(shí)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(shí)監(jiān)測太陽能陣列跟蹤控制效果和自動(dòng)識(shí)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(shí)用新型內(nèi)容針對上述問題，本實(shí)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(jìn)行高效高精度的跟蹤，并且具有跟蹤控制效果的實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障及遮擋物識(shí)別報(bào)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(shí)別模塊、控制電路模塊、機(jī)械傳動(dòng)跟蹤控制模塊、傳感器和光伏陣列，其中圖像識(shí)別模塊由攝像機(jī)串接計(jì)算機(jī)構(gòu)成，控制電路模塊由微處理器構(gòu)成，機(jī)械傳動(dòng)跟蹤控制模塊包括風(fēng)速儀、變頻器、電機(jī)和調(diào)速機(jī)構(gòu)，攝像機(jī)采集光伏陣列的圖像信息，計(jì)算機(jī)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(jī)和調(diào)速機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)別模塊中的攝像機(jī)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(jī)的輸出端分
別接監(jiān)控中心和計(jì)算機(jī)的輸入端，計(jì)算機(jī)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(jī)
之間還串接變頻器。 本實(shí)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(shí)別與圖像處理系統(tǒng)、微處理器電子控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)相結(jié)合，通過微處理器內(nèi)置太陽位置計(jì)算程序控制電機(jī)動(dòng)作，準(zhǔn)確跟蹤太陽的時(shí)角；通過攝像機(jī)采集的光伏陣列場的圖像信息識(shí)別雨、雪天氣，結(jié)合風(fēng)速儀監(jiān)測風(fēng)速信息，實(shí)時(shí)分析天氣狀況，根據(jù)天氣狀況，自動(dòng)分析風(fēng)速、雪量、雨水速度和角度等信息，當(dāng)風(fēng)速較大會(huì)影響到太陽能電池板的安全時(shí)，通過微處理器系統(tǒng)及時(shí)控制跟蹤系統(tǒng)動(dòng)作采取保護(hù)措施；當(dāng)積雪覆蓋太陽能電池組件時(shí)，及時(shí)控制跟蹤系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)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(jī)采集的光伏陣列場的圖像信息識(shí)別太陽能電池板的姿態(tài)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測跟蹤系統(tǒng)控制效果并及時(shí)發(fā)現(xiàn)光伏陣列故障；通過攝像機(jī)采集的光伏陣列場的圖像信息識(shí)別光伏陣列的遮擋情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)太陽能電池板上的遮擋異物，發(fā)出警報(bào)通知相關(guān)人員；將攝像機(jī)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(shí)降低成本。 本實(shí)用新型的有益成果是在精確跟蹤太陽運(yùn)行時(shí)角的同時(shí)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(qiáng)故障和遮擋物的自動(dòng)識(shí)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(qiáng)了光伏電站的安全性和可靠性。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理框圖。
具體實(shí)施方式為使本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)特征和有益效果更易于理解，以下結(jié)合實(shí)例及附圖對其進(jìn)
行詳細(xì)說明。
圖1示出了本實(shí)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(shí)用新型的單軸跟蹤系統(tǒng)包括攝像機(jī)1、計(jì)算機(jī)2、微處理器3、風(fēng)速儀4、傳感器5、變頻器6、電機(jī)7、調(diào)速機(jī)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(jī)、DSP等。[0014] 所述傳感器5為光敏傳感器等。 所述圖像識(shí)別模塊中攝像機(jī)可以與電站安防系統(tǒng)12共用，所述攝像機(jī)一個(gè)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(yùn)行軌跡是與時(shí)間、季節(jié)、當(dāng)?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(shí)鐘芯片和太陽位置計(jì)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(jìn)行太陽時(shí)角的計(jì)算，得出給定時(shí)間太陽的位置，然后計(jì)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(jī)7轉(zhuǎn)動(dòng)。由于電機(jī)7轉(zhuǎn)速較高，首先通過變頻器6變頻降速，然后在電機(jī)7后增加調(diào)速機(jī)構(gòu)8，調(diào)速機(jī)構(gòu)8將轉(zhuǎn)動(dòng)變成平動(dòng)，然后通過電動(dòng)推桿推動(dòng)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(dòng)，從而準(zhǔn)確跟蹤太陽的時(shí)角，傳感器5用于檢測光伏陣列是否對準(zhǔn)太陽，當(dāng)太陽光偏離垂直照射傳感器時(shí)，傳感器能檢測出當(dāng)前太陽偏離傳感器的方位，同時(shí)在傳感器相應(yīng)方位的輸出端，會(huì)有信號(hào)輸出，信號(hào)反饋給微處理器，進(jìn)行方位矯正以實(shí)現(xiàn)精確的控制。微處理器3內(nèi)置時(shí)鐘芯片，在夜間時(shí)，通過處理器發(fā)出指令控制電機(jī)7動(dòng)作，使太陽能電池板回歸初始位置。[0017] 攝像機(jī)1可以實(shí)時(shí)采集光伏陣列10的圖像信息，并將其傳送至計(jì)算機(jī)2中進(jìn)行圖像分析和圖像識(shí)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(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)實(shí)時(shí)天氣條件，判斷風(fēng)速，通過微處理器3及時(shí)控制跟蹤系統(tǒng)動(dòng)作采取保護(hù)措施；識(shí)別太陽能電池組件的積雪覆蓋問題，通過微處理器3及時(shí)控制跟蹤系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)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(hù)光伏陣列的安全和高效可靠的運(yùn)行；計(jì)算機(jī)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(jìn)一步地，攝像機(jī)1可以實(shí)時(shí)采集光伏陣列10的圖像信息，并將其傳送至計(jì)算機(jī)2中進(jìn)行圖像分析和圖像識(shí)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(dòng)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(jī)動(dòng)作采取措施消除故障或發(fā)出警告通知現(xiàn)場人員進(jìn)行處置，提高光伏陣列的安全可靠性。 進(jìn)一步地，攝像機(jī)1也可以實(shí)時(shí)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(shí)別模塊、控制電路模塊、機(jī)械傳動(dòng)跟蹤控制模塊、傳感器(5)和光伏陣列(10)，其中圖像識(shí)別模塊由攝像機(jī)(1)串接計(jì)算機(jī)(2)構(gòu)成，控制電路模塊微處理器(3)構(gòu)成，機(jī)械傳動(dòng)跟蹤控制模塊包括風(fēng)速儀(4)、電機(jī)(7)和調(diào)速機(jī)構(gòu)(8)，攝像機(jī)(1)采集光伏陣列(10)的圖像信息，計(jì)算機(jī)(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(jī)(7)和調(diào)速機(jī)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(jì)算機(jī)(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(shí)別模塊中的攝像機(jī)(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(jī)(1)的輸出端分別接監(jiān)控中心(11)和計(jì)算機(jī)(2)的輸入端，計(jì)算機(jī)(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(jī)(7)之間還串接變頻器(6)。
專利摘要本實(shí)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(shí)用新型系統(tǒng)包括圖像識(shí)別模塊、控制電路模塊、機(jī)械傳動(dòng)跟蹤控制模塊、傳感器和光伏陣列，其中圖像識(shí)別模塊由攝像機(jī)串接計(jì)算機(jī)構(gòu)成，控制電路模塊由微處理器構(gòu)成，機(jī)械傳動(dòng)跟蹤控制模塊包括風(fēng)速儀、變頻器、電機(jī)和調(diào)速機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型將圖像識(shí)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(jī)采集圖像進(jìn)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(shí)現(xiàn)全天候太陽跟蹤提高太陽能利用效率的同時(shí)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(qiáng)光伏電站的故障和遮擋物的自動(dòng)識(shí)別效率，并起到防盜作用，增強(qiáng)了光伏電站的安全性和可靠性。
文檔編號(hào)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