一種強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板模糊全自動(dòng)跟蹤控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板模糊全自動(dòng)跟蹤控制方法，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。它由模糊全自動(dòng)跟蹤控制電路和自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成基本物理構(gòu)件，模糊控制軟件通過(guò)控制單片機(jī)內(nèi)部集成的高精度A/D轉(zhuǎn)換功能，檢測(cè)當(dāng)前強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電流值，并通過(guò)模糊的方法進(jìn)行比較、處理，然后通過(guò)輸出控制接口電路控制自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使當(dāng)前的電流電壓值達(dá)到最大，最終達(dá)到強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板始終對(duì)太陽(yáng)光保持直射的目的。
【專利說(shuō)明】
一種強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板模糊全自動(dòng)跟蹤控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明提供一種用于強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板的模糊全自動(dòng)跟蹤控制方法，特別適合于單、多晶硅太陽(yáng)能電池板組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，由于高純度單、多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)壟斷在幾個(gè)國(guó)外高技術(shù)企業(yè)手中，晶體硅的價(jià)格高居不下，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)需要大量的單、多晶硅，因而目前太陽(yáng)能發(fā)電大面積推廣應(yīng)用受阻，國(guó)內(nèi)很多市場(chǎng)都是因?yàn)樘?yáng)能電池板的價(jià)格太貴而無(wú)法接受；同時(shí)，國(guó)內(nèi)外專家們已經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，晶體硅光伏電池在正常的太陽(yáng)光強(qiáng)下使用實(shí)際上是大材小用，因?yàn)楣夥姵乜梢猿惺芨叩墓鈴?qiáng)，發(fā)出的電流成比例增加而又不至于影響光伏電池壽命，如果通過(guò)幾十倍甚至幾百倍的聚光來(lái)提高光伏電池區(qū)域的光強(qiáng)，輸出相同功率電流的光伏電池面積就能夠大幅度縮小，這樣一來(lái)，太陽(yáng)能電池板晶體硅的使用量就能大幅度減少，太陽(yáng)能電池的價(jià)格可以大幅度下降，達(dá)到用戶能夠接收的水平。
[0003]通過(guò)聚光提高太陽(yáng)能發(fā)電的效益，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有過(guò)一些工業(yè)化嘗試。比如利用菲涅爾透鏡實(shí)現(xiàn)3?7倍的聚光，一種八面體聚光漏斗等等;這些技術(shù)都是通過(guò)將直射在強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板周圍的陽(yáng)光聚集到電池板上達(dá)到聚光效果，但是由于地球自轉(zhuǎn)的原因，太陽(yáng)光的照射時(shí)時(shí)刻刻都在變化，要想太陽(yáng)光時(shí)時(shí)刻刻直射在強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板上，就必須設(shè)計(jì)一種能夠自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)的設(shè)備，跟著太陽(yáng)的移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)晶體硅電池板。但是，我國(guó)幅員遼闊，南北向跨度非常大，東西向的跨度也非常大，每個(gè)地方太陽(yáng)照射的角度都不一樣，每個(gè)點(diǎn)需要調(diào)節(jié)成不同的角度才能做到陽(yáng)光直射狀態(tài)，而且不同時(shí)間需要進(jìn)行不同的調(diào)節(jié)，要做到用一個(gè)產(chǎn)品適應(yīng)全國(guó)范圍需要，難度非常大，因此，目前市場(chǎng)上急需一種能夠解決這個(gè)問(wèn)題地技術(shù)。
[0004]由于強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板的面積大幅度縮小，其體積、重量都將有非常明顯的下降，為微電腦控制自動(dòng)調(diào)節(jié)其角度提供了有利條件，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多這方面的設(shè)計(jì)，有根據(jù)時(shí)間而設(shè)計(jì)的，也有用人工控制微調(diào)半自動(dòng)化的等，目的都是要提供既實(shí)用又簡(jiǎn)單還要便宜的自動(dòng)跟蹤控制，這里提供一種實(shí)用的、價(jià)格低廉的采用一種全新的模糊技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的全自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光的控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、全球通用而且易于生產(chǎn)的強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板模糊全自動(dòng)跟蹤控制方法。
[0006]本發(fā)明所提供的強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板模糊自動(dòng)跟蹤控制方法，由模糊全自動(dòng)跟蹤控制電路和自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成基本的物理構(gòu)件。
[0007]它的特點(diǎn)是:模糊全自動(dòng)控制電路采用單片機(jī)及其外圍芯片構(gòu)成的單片機(jī)電路、輸出控制接口電路組成；自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由兩個(gè)雙向直流小功率電機(jī)及變速箱和一個(gè)通過(guò)電機(jī)I帶動(dòng)能夠180°旋轉(zhuǎn)的軸承、一個(gè)豎向伸縮桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及安裝基板、活動(dòng)合葉、軸承瑋度微調(diào)旋鈕組合而成;模糊全自動(dòng)控制跟蹤控制方法是通過(guò)控制單片機(jī)內(nèi)部集成的高精度A/D轉(zhuǎn)換功能，檢測(cè)當(dāng)前強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電流值，通過(guò)模糊的方法進(jìn)行比較、處理，并根據(jù)目前的狀態(tài)通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)控制調(diào)節(jié)輸出控制接
□ O
[0008]本發(fā)明中的單片機(jī)電路由單片機(jī)、太陽(yáng)能電壓檢測(cè)輸入接口電路、太陽(yáng)能電流檢測(cè)輸入接口電路、精確基準(zhǔn)電源產(chǎn)生電路、充電電壓檢測(cè)輸入接口電路以及兩個(gè)到位開(kāi)關(guān)輸入接口電路組成，輸出控制接口電路由兩組開(kāi)關(guān)控制輸出接口電路組成，每組都能夠控制一個(gè)電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。其中，單片機(jī)是控制核心，必須選擇具有8位多路A/D轉(zhuǎn)換器、兩個(gè)脈沖寬度調(diào)制器(P麗)等基本功能的單片機(jī)，比如臺(tái)灣義隆公司的EM78P458或PIC16C72等等型號(hào)的，負(fù)責(zé)對(duì)外圍器件的電壓、電流等模擬量信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換檢測(cè)和利用PWM進(jìn)行輸出控制，精確基準(zhǔn)電源產(chǎn)生電路產(chǎn)生精密的電壓進(jìn)入單片機(jī)的Vref端，模糊控制軟件也存放在單片機(jī)的FLASH內(nèi)，單片機(jī)內(nèi)部有看門狗電路，自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兩個(gè)直流電機(jī)都有兩組正負(fù)電極，分別由模糊全自動(dòng)控制電路的兩組開(kāi)關(guān)控制輸出接口電路控制，如果接通其中一組的正負(fù)電極電機(jī)為正轉(zhuǎn)，反之，如果接通另一組的正負(fù)電極則反轉(zhuǎn);而電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)齒輪變速箱將其變成慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，接180°旋轉(zhuǎn)軸承的電機(jī)I轉(zhuǎn)速控制在6分鐘內(nèi)完成整個(gè)從左到右(或從右到左)的180°旋轉(zhuǎn)過(guò)程，接豎向移動(dòng)伸縮桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的仰角電機(jī)轉(zhuǎn)速控制為2圈/分鐘，將能夠180°旋轉(zhuǎn)的軸承朝正南北方向安裝；當(dāng)太陽(yáng)從東邊升起的時(shí)候，陽(yáng)光照射到強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板上，電池板開(kāi)始產(chǎn)生電流，模糊全自動(dòng)控制系統(tǒng)開(kāi)機(jī)，接通電機(jī)正轉(zhuǎn)電源，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)軸承到達(dá)最右邊時(shí)，右邊的開(kāi)關(guān)接通，單片機(jī)檢測(cè)到信號(hào)，馬上斷開(kāi)電機(jī)電源，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)(防止機(jī)械到位已經(jīng)卡死，電機(jī)繼續(xù)通電而燒毀電機(jī))，此時(shí)旋轉(zhuǎn)的軸承帶動(dòng)強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板面向右邊剛剛升起的太陽(yáng)，此時(shí)強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板只是大概地對(duì)準(zhǔn)了太陽(yáng)，下面模糊全自動(dòng)控制系統(tǒng)將進(jìn)行進(jìn)一步的微調(diào)，太陽(yáng)光照射在電池板上，單片機(jī)可以檢測(cè)到電池板的電流，隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，強(qiáng)聚光電池板上照射的太陽(yáng)光也越來(lái)越多，那么太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電流也將越來(lái)越大，單片機(jī)隨時(shí)將檢測(cè)到的當(dāng)前太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電流和電壓值記錄下來(lái)并與前次數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果檢測(cè)的電流、電壓值比上一次大，表示電池板正在朝太陽(yáng)光直射的方向旋轉(zhuǎn)，電機(jī)將進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，并重復(fù)上面的檢測(cè)和比較過(guò)程;如果聚光的光線全部聚集在太陽(yáng)能電池板上，那么電流、電壓將會(huì)達(dá)到最大，當(dāng)檢測(cè)到的電流電壓值突然變小時(shí)，表示電池板已經(jīng)越過(guò)太陽(yáng)光的直射，單片機(jī)將馬上停止電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始接通另一組電極，電機(jī)反轉(zhuǎn)，使電流、電壓值達(dá)到最大，并在電流電壓值最大時(shí)停止電機(jī)I，隨著太陽(yáng)的相對(duì)移動(dòng)，太陽(yáng)光線將漸漸偏離電池板的直射角度，因?yàn)閺?qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板的強(qiáng)聚光特性，如果太陽(yáng)光不是直射在聚光電池板上，則數(shù)十倍的強(qiáng)聚光肯定會(huì)偏離太陽(yáng)能電池板，因而太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電流、電壓值將會(huì)非常明顯的急劇變??；因此，單片機(jī)隨時(shí)監(jiān)測(cè)電池板的電流、電壓值，如果發(fā)現(xiàn)電流、電壓值突然急劇變小，則又一次同方向(因?yàn)榈厍蛑荒芟蛲环较蜃赞D(zhuǎn)，而不能反轉(zhuǎn))啟動(dòng)電機(jī)I轉(zhuǎn)動(dòng)，使電池板又一次對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，重復(fù)上面的檢測(cè)、比較過(guò)程，一直使聚光電池板跟隨太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保持電池板產(chǎn)生的電流、電壓值一直最大。直到軸承旋轉(zhuǎn)到最左邊的位置，接通了左邊的到位開(kāi)關(guān)，單片機(jī)關(guān)閉電機(jī)I的電源，而且隨著太陽(yáng)的下山，太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電流、電壓越來(lái)越小，單片機(jī)將執(zhí)行關(guān)閉對(duì)太陽(yáng)能電池板對(duì)蓄電池的充電，或打開(kāi)直流節(jié)能燈開(kāi)始照明等等動(dòng)作。
[0009]由于設(shè)計(jì)的變速箱的傳動(dòng)轉(zhuǎn)速比非常大，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)的速度非常慢，模糊全自動(dòng)控制系統(tǒng)將有充足的時(shí)間來(lái)執(zhí)行檢測(cè)過(guò)程，并有非常精確的微調(diào)精度。
[0010]隨著時(shí)間一天一天過(guò)去，太陽(yáng)也將在南北回歸線之間移動(dòng)，而且，我國(guó)幅員遼闊，全國(guó)各地對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)光直射的仰角角度也不相同，這個(gè)微小仰角角度也必須通過(guò)模糊全自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，否則，產(chǎn)品沒(méi)有地區(qū)適應(yīng)能力，也將大大受到限制。這個(gè)調(diào)節(jié)就是通過(guò)一個(gè)垂直安裝在基板上的豎向伸縮桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，豎向伸縮桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一頭固定安裝在正南北方向的180°旋轉(zhuǎn)的軸承的一端，另一端通過(guò)電機(jī)及變速箱驅(qū)動(dòng)伸出或收縮；當(dāng)豎向伸縮桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)伸出(或收縮)時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸承另一端不動(dòng)，則相當(dāng)于使旋轉(zhuǎn)軸承改變了仰角方向，帶動(dòng)軸承上的聚光太陽(yáng)能電池板改變仰角角度，一天時(shí)間內(nèi)太陽(yáng)的仰角角度變化不大，系統(tǒng)只需要在通電開(kāi)機(jī)時(shí)調(diào)節(jié)一次即可，只要調(diào)節(jié)好伸縮的高度，一定可以調(diào)節(jié)到直射的方向。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1模糊全自動(dòng)控制系統(tǒng)方框原理圖。
[0012]圖2模糊全自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件流程圖之一:模糊控制程序段。
[0013]圖3模糊全自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件流程圖之二:時(shí)間控制程序段。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0015]當(dāng)接上蓄電池時(shí)，上電復(fù)位電路輸出200毫秒的高電平，使單片機(jī)復(fù)位，程序開(kāi)始初始化內(nèi)部單元，然后讀取太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電壓信號(hào)，如果有較高電壓，則開(kāi)始檢測(cè)太陽(yáng)能電池的電流值，如果電流非常大，則進(jìn)入模糊控制程序段，否則進(jìn)入時(shí)間控制程序段；
如果進(jìn)入模糊控制程序段，啟動(dòng)電機(jī)I電源，使電流達(dá)到最大，啟動(dòng)仰角電機(jī)電源，調(diào)整仰角角度，記錄下電流最大值，如果當(dāng)檢測(cè)到太陽(yáng)能電流非常大時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)的電流值突然變小，則啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，直到電流值恢復(fù)到上次的狀態(tài)時(shí)停止；如果當(dāng)檢測(cè)到太陽(yáng)能電流非常大時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)的電流值突然變小，則啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，但電流值如果不能恢復(fù)直到上次的狀態(tài)時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)電機(jī)必須停止，同時(shí)進(jìn)入時(shí)間控制程序段；如果當(dāng)檢測(cè)到太陽(yáng)能電流一直都非常小時(shí)，則進(jìn)入時(shí)間控制程序段，單片機(jī)則根據(jù)時(shí)間段來(lái)起、停電機(jī)旋轉(zhuǎn)，而如果檢測(cè)電流值突然變大，則啟動(dòng)電機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使電流越來(lái)越大，直到電流最大，同時(shí)進(jìn)入模糊控制程序段；如果單片機(jī)檢測(cè)到旁邊的到位開(kāi)關(guān)閉合，則停止旋轉(zhuǎn)，如果檢測(cè)到太陽(yáng)能電池板的電流電壓已經(jīng)很小，表示已經(jīng)天黑，則接通節(jié)能燈的電源，開(kāi)始亮燈，同時(shí)將電機(jī)反轉(zhuǎn)，利用蓄電池還是充滿電的狀態(tài)使太陽(yáng)能電池板朝向太陽(yáng)升起的位置，等待第二天重新開(kāi)始上述步驟。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種強(qiáng)聚光太陽(yáng)能電池板模糊全自動(dòng)跟蹤控制方法，其特征在于采用下列步驟: 將欲執(zhí)行任務(wù)的控制程序存入單片機(jī)系統(tǒng)的程序存貯器中；啟動(dòng)該單片機(jī)系統(tǒng)工作，單片機(jī)按程序計(jì)數(shù)器順序讀取太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電流值操作，并根據(jù)電流值的大小及變化趨勢(shì)控制電機(jī)的動(dòng)作:當(dāng)檢測(cè)到太陽(yáng)能電流非常大時(shí)，單片機(jī)則在開(kāi)機(jī)時(shí)調(diào)整I次仰角電機(jī)，使電流達(dá)到最大；如果太陽(yáng)能電流非常小，仰角電機(jī)不調(diào)整；當(dāng)檢測(cè)到太陽(yáng)能電流非常大時(shí)，進(jìn)入模糊控制程序段，單片機(jī)如果檢測(cè)的電流值突然變小，則啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，直到電流值恢復(fù)到上次的狀態(tài)時(shí)停止；當(dāng)檢測(cè)到太陽(yáng)能電流非常大時(shí)，單片機(jī)如果檢測(cè)的電流值突然變小，則啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，但電流值如果不能恢復(fù)直到上次的狀態(tài)時(shí)，則在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)電機(jī)必須停止，同時(shí)進(jìn)入時(shí)間控制程序段;當(dāng)檢測(cè)到太陽(yáng)能電流非常小時(shí)，單片機(jī)則根據(jù)時(shí)間來(lái)起、停電機(jī)旋轉(zhuǎn)，而如果檢測(cè)電流值突然變大，則進(jìn)一步啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使電機(jī)在電流最大時(shí)停止，同時(shí)進(jìn)入模糊控制程序段；當(dāng)檢測(cè)到左邊的開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，單片機(jī)如果檢測(cè)的電流已經(jīng)非常小，則切斷太陽(yáng)能的開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到最右邊，等待第二天重新開(kāi)始上述步驟。
【文檔編號(hào)】G05D3/12GK106020243SQ201610419250
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】沈喜榮
【申請(qǐng)人】昆山訶德新能源科技有限公司