[发明专利]一种光伏阵列最大功率点跟踪随动系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏控制系统，本发明涉及光伏系统最大功率点跟踪控制技术及方法。

背景技术

光伏发电是一种洁净无污染的可再生能源，发展前景非常广阔，光伏发电已成为全球发展速度最快的技术。然而它也存在着间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题，这就对太阳能的收集和利用提出了更高的要求。目前很多光伏电池板阵列基本上都是固定的，未采用随动系统的光伏发电系统存在无法保持太阳光始终垂直于电池板的缺点，其最大功率跟踪（MPPT）只是采用纯算法控制来实现，光伏发电受自然条件及日照的影响比较大，没有充分利用太阳能资源，发电效率较低。

目前光伏发电系统的缺陷和不足之处，可归结为以下几个方面：

第一、光照强度随时间、天气等条件的变化差异很大，对系统发电量有很大的影响。现有的太阳能最大功率点跟踪（MPPT）控制技术多采用单纯的控制算法来实现，而光伏电池本身是固定的，从而使得光伏电池接收的太阳辐射度与太阳光入射角是被动的。使得系统发电量无法最大化。

第二、 随动系统多采用单轴随动系统，跟踪效率低。

第三、已有的随动系统未对太阳辐射与环境亮度作比较校核，自动随动系统的准确性较低、可靠性较差，容易因季节变化而产生累积误差。

第四、已有的随动系统基本上采用被动式跟踪控制，即采用利用这两个独立的光传感器感测太阳辐射强度，并利用获得的两个信号差值对电池板的位置进行调整，直至太阳光直射太阳电池板。

被动式跟踪控制思路简单，控制器设计容易，但是一般的光敏传感器都具有较宽的感光角度，由于阳光的散射，使这种方式对太阳光角度的偏离并不敏感。另外，随动系统是安装在户外，光敏元件常被灰尘遮盖，将使光敏元件感光能力减弱， 导致系统动作迟钝，起始跟踪的偏差角度变大或者当两个光敏元件被污染的程度不同时，它们的输出将形成一个固有的偏差，这将导致太阳电池板无法准确跟踪太阳位置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提高太阳能利用率，本发明设计了一种结构简单、成本低廉、免维护、具广泛应用价值的光伏阵列最大功率点跟踪随动系统，可实现各种天气状况下的太阳跟踪，精度较高，并能使太阳能电池板始终对准太阳，保持最大的发电效率。

    本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下面所描述：

    一种光伏阵列最大功率点跟踪随动系统，包括分别与单片机控制系统连接的时钟电路、双轴机械跟踪定位系统以及光电检测装置，其中，所述双轴机械跟踪定位系统包括连接电池板支架的第一跟踪部件以及第二跟踪部件，所述电池板以及光电检测装置设置在电池板支架上面，并且，所述单片机控制系统分别控制并驱动第一跟踪部件以及第二跟踪部件，带动上述电池板以及光电检测装置在垂直方向和水平方向上运动。

进一步地，优选的结构是，所述光电检测装置包括光电光敏传感器以及光电编码电路，并且，所述光电光敏传感器和电池板面互相平行。

进一步地，优选的结构是，所述第一跟踪部件包括第一电动马达与电动推杆，所述第二跟踪部件包括第二电动马达和回转驱动系统，并且，第一跟踪部件控制电池板在垂直方向上0~90??运动，第二跟踪部件控制电池板在水平面上360??旋转。

进一步地，优选的结构是，所述第一电动马达与第二电动马达连接单片机控制系统，并且，在第一电动马达、第二电动马达与单片机控制系统之间设置有马达驱动器。

进一步地，优选的结构是，所述第一电动马达与电动推杆之间以及第二电动马达和回转驱动系统之间都分别设置有减速机构。

进一步地，优选的结构是，所述减速机构为涡轮减速机构或者行星减速器。

进一步地，优选的结构是，所述回转驱动机构包括转动轴、在转动轴上固定的大齿轮以及小齿轮，第二电动马达通过行星减速机构、联轴机构与上述齿轮连接。

进一步地，优选的结构是，还设置有限位机构，所述限位机构限制双轴机械跟踪定位系统的极限位置，并在双轴机械跟踪定位系统到达极限位置的时候，输送信号给上述单片机控制系统。

此外，本发明还公开了一种光伏阵列最大功率点跟踪随动系统的控制方法，包括下列步骤：（a） 通过太阳视日运动轨迹跟踪，将系统带入一个预定的足够小的范围内，再启动光电跟踪或视日运动轨迹跟踪;（b）开机后光电检测电路检测白天还是黑夜；当检测为黑夜时系统停止运行；若检测为白天，系统进行初始化；（c）初始化完成后进入视日运动轨迹跟踪，使其到达光电跟踪的视场范围内，再根据光电传感器的检测结果启动光电跟踪或视日运动轨迹跟踪。