[发明专利]双轴跟踪太阳位置装置及其预测扰动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双轴跟踪太阳位置装置及其控制方法，具体的是一种双轴跟踪太阳位置装置及其预测结合扰动的控制方法。

背景技术

目前，可再生能源的开发和利用日益得到各国政府的关注，在不久的将来通过光伏将太阳能转换成电能具有很大的开发潜力。据 2004年欧盟联合研究中心预测，到本世纪末，光伏发电在整个世界能源供应中的比率将超过30%。

现有的光伏发电系统大多采用固定安装光伏组件方式，仅能保证在每年的某一天的某一时刻，太阳光以最佳角度照射到光伏组件，所以太阳光的利用率相对较低。如果光伏组件采用双轴跟踪方式跟踪太阳位置，可以使光伏发电系统发电效率提高30%~50%。如公开号为：CN102075117A所公开的一种“双轴跟踪太阳光装置及其控制方法”，包括电池板固定架、支撑架、俯仰角旋转驱动构件和左右角旋转驱动构件。电池板固定架通过由十字状布置的俯仰角旋转轴和左右角旋转轴组成的三维旋转结构与支撑架连接；俯仰角旋转驱动构。再如公开号为：CN102073325A所公开的 “一种太阳能板最大功率点双轴自动装置及其方法”，该装置包括预启动模块、太阳检测模块、位置控制模块、驱动模块、最大功率点控制模块、最大功率点跟踪模块和电源模块，预启动模块和太阳检测模块均由光探头电路组成；位置控制模块和最大功率点控制模块均由单片机电路和16位中断电路组成；驱动模块由直流电机驱动电路组成；最大功率点跟踪模块由太阳能电池板电路和具有MPPT功能的电路组成。该方法是在垂直和水平方向上跟踪太阳位置，驱动太阳能电池板与光线垂直，再采用扰动观察法来跟踪太阳能电池板输出功率最大点，将转化出来的太阳能最大化利用。

上述能够获得的现有技术，其一是只关注跟踪太阳位置装置的结构改进，均未考虑其装置的跟踪控制方法，使得跟踪太阳位置装置与太阳实际运行变化位置相差较大，太阳能的吸收及其利用效率较低。其二是均未考虑太阳的日升方位角、日落方位角、当地经度与时区经度间的经度差、太阳时角和真太阳时角间的误差等因素对太阳位置判断的影响，导致其装置跟踪太阳位置的偏差较大，光伏发电系统输出的效率较低。其三是由于现有双轴跟踪装置的运行机构和理论公式计算存在误差，在实际运行中，导致预测太阳位置与实际太阳位置偏差较大，未能有效实时地跟踪太阳位置变化而变化，最大程度地吸收太阳能，有效地利用太阳能。

因此，设计开发一种跟踪太阳运行位置装置及其预测扰动控制方法，实时地跟踪太阳变化位置，最大程度地吸收太阳能，利用太阳能具有现实的经济实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种双轴跟踪太阳位置装置及其预测扰动控制方法，用以解决现有技术中跟踪太阳位置不够实时准确的问题。

基于上述问题与目的，本发明通过以下技术方案得以实现。

一种双轴跟踪太阳位置装置，包括光伏组件支架、连接支架、上部步进电动机及齿轮组合件、中部支架、下部步进电动机及齿轮组合件、下部支架、数据采集控制模块和底座；其特征是：  

在双轴跟踪太阳位置装置的下部支架上设置有直角支架，并在直角支架的端头安设有一相应结构尺寸的预测扰动小系统；

所述双轴跟踪太阳位置装置是其在底座上设置有数据采集控制模块、固定连接有下部支架，并在下部支架的端头设置有下部步进电动机及齿轮组合件，通过中部支架连接有上部步进电动机及齿轮组合件，再由连接支架连接有光伏组件支架；

所述一相应结构尺寸的预测扰动小系统是在直角支架的端头安设有小系统下部步进电动机及齿轮组合件，通过小系统中部支架连接有小系统上部步进电动机及齿轮组合件，再由小系统连接支架连接有小系统光伏组件支架。

其中，所述数据采集和控制模块是采集预测扰动装置的高度角、方位角、光伏输出电压和电流信息，并输出控制和驱动信号，改变预测扰动装置的高度角和方位角；所述步进电动机及齿轮组合件是根据来自数据采集和控制模块（8）的驱动信号来控制发电机的转动，进而带动齿轮的转动，改变预测扰动装置的高度角和方位角；所述的双轴跟踪太阳位置装置与预测扰动小系统的相应结构尺寸比为10~100：1。

本发明一种用于上述的双轴跟踪太阳位置装置的预测扰动控制方法，其所述方法是按下列步骤进行的：

（1）设定太阳位置双轴跟踪装置的初始值：扰动                                                ，确定和，确定每次运行间隔时间，当地经度和维度，当地标准时间所在地的经度；

（2）计算某一天在一年中的天数n，计算出当天的太阳赤纬角；