一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統的制作方法

專利名稱：一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光伏發電技術領域，具體為一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統。
背景技術：
現有的光伏發電單軸太陽能對日跟蹤裝置，國外大部分采用依跟蹤器安裝位置作對經緯度給定選擇的方式作對日的跟蹤，國內大都采用復雜多路陰天、夜間、水平方位傳感器的識別與處理、定時跟蹤處理或對光斑偏移作精細檢測的計算處理的跟蹤方式，上述皆存在控制系統復雜、驅動電機處于頻繁驅動的激勵之中、也都存在季節轉換時無法保證系統轉軸平面上的太陽能電池組件與太陽光入射角垂直的同步，從而影響光伏發電組件發電效率，同時其都需要給跟蹤器外配置蓄電池及其充放電控制器，其系統設備成本高。專利 號為ZL200710020572. 6的中國專利公開了一種用于光伏發電的自適應對日跟蹤裝置，其由兩塊分別沿轉動軸背向安裝的光伏組件作為光伏驅動器，該兩組光伏組件輸出端串聯后再與減速電機相連，該兩組光伏組件既充當了太陽光電傳感器又同時作為減速電機的驅動控制器與電源，因而其不需要再外配蓄電池與充放電控制器，也無需配置電子控制元器件，從而減少了控制、驅動的許多中間環節，具有系統結構簡單、元器件少、成本不高的優點。但是，由于其采用的也是傳統形式的在線連續比對操作的方式進行電機的驅動控制，運行在在線比對中的對日跟蹤驅動電機往往工作激勵在高于數赫茲，甚至接近數拾赫茲的比對振蕩中，驅動電機及機械結構在這種電流的激勵振蕩運行中不僅會弓I起錯誤的機械振動，而且由于這種電機電流(激勵電流)的大幅度振蕩，而產生轉軸角度嚴重的振動式偏轉，導致產生機械結構的慣性磨損，使嚙合間隙逐步增大，甚至超過原有設計的嚙合間隙，使得跟蹤機械精度偏差增大。更有危害的是這種振蕩激勵縮短了電機壽命、減速機齒輪的壽命和作為偏轉驅動使用的太陽能電池板(驅動電源)的使用壽命；其次，由兩端軸承作支點的單軸太陽能跟蹤裝置其跟蹤驅動的角偏轉角度較小，因而其轉軸作偏轉所需的轉動力矩也較小，而目前行業內自適應單軸太陽能跟蹤裝置所采用的光伏驅動器多為兩塊輸出功率達到20W以上的光伏組件，其系統成本以及運行成本均較高；再則，由于該兩組光伏組件串接導致其中一組光伏組件成為另一組光伏組件的反壓偏置電源，見圖13，使得工作在反偏置狀態下的一組光伏組件電池極有可能接近甚至臨界于反向偏壓的轉折區，而造成永久性傷害、失效而縮短系統壽命。
發明內容根據上述問題，本實用新型提供了一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其能有效解決現有自適應對日跟蹤裝置系統工作狀態不穩定、使用壽命短、系統成本及運行成本偏高的問題。其技術方案是這樣的，其包括太陽能電池板組件和驅動電機，所述太陽能電池板組件的電力輸出端連接入逆變發電系統，其特征在于其還包括座式減速機，所述太陽能電池板組件安裝于托架，所述托架通過托架連接板安裝于轉軸，所述轉軸通過軸向法蘭與所述座式減速機的輸出軸連接，所述座式減速機通過減速機機座安裝于支架，所述驅動電機通過所述蝸輪蝸桿傳動變換器連接并驅動所述座式減速機運轉，所述太陽能電池板組件平面的東西兩側垂直面分別安裝有角度光強傳感器，所述太陽能電池板組件的電力輸出端還連接有自助電源發生器，所述自助電源發生器的電力輸出端分別連接追日跟蹤處理器與1°電機驅動器，所述自助電源發生器分別為所述追日跟蹤處理器、1°電機驅動器以及所述驅動電機提供工作電源，所述驅動電機與所述1°電機驅動器電控連接，所述角度光強傳感器、1°電機驅動器與所述追日跟蹤處理器邏輯電控連接。其進一步特征在于所述轉軸包括主軸與次軸，所述軸向法蘭包括主軸法蘭與次軸法蘭，所述主軸法蘭和次軸法蘭分別安裝于所述座式減速機的主軸輸出端和次軸輸出端，所述主軸的一端套接于所述主軸法蘭外周、另一端通過軸承座安裝于所述支架的立柱，所述次軸懸挑安裝于所述座式減速機的次軸輸出端、所述次軸套接于所述座式減速機的次軸輸出端的次軸法蘭外周，所述座式減速機與減速機座為一體結構，所述座式減速機座安裝于所述支架的三角 支架上；所述主軸與次軸均為方形管軸，所述主軸與次軸的內周分別與所述主軸法蘭外周、所述次軸法蘭外周相匹配，所述主軸與所述主軸法蘭之間、所述次軸與所述次軸法蘭之間均為套接連接后通過螺絲緊固；所述軸承座設置有軸向外引出軸，所述支架的立柱上安裝有支耳座，所述支耳座上對稱安裝有兩個支耳，所述兩個支耳之間通過支耳螺栓連接，所述外引出軸上設置有一個徑向通孔，所述支耳螺栓穿過所述外引出軸上的徑向通孔后通過鎖緊螺母鎖定；所述自助電源發生器包括預啟動PWM發生器、BUCK降壓變換器和LM78系列降壓模塊；所述預啟動PWM發生器的輸入端與所述太陽能電池組件的輸出PA+、PA —相連接，所述預啟動PWM發生器的輸出端連接所述BUCK降壓變換器輸入端，Buck降壓變換器的輸出端Vcc2°分別連接所述LM78系列降壓模塊的輸入端和驅動電源控制器的電源輸入端，所述LM78系列降壓模塊的電源輸出端分別向所述追日跟蹤處理器、所述1°電機驅動器的邏輯處理電路提供工作電源Vccl，所述驅動電源控制器的電源輸出端Vcc2連接所述I °電機驅動器的驅動電源端(Vcc2 )，所述驅動電源控制器的控制輸入端與所述追日控制處理器電源控制輸出端(DYKZ)作電控連接；所述追日跟蹤處理器包括光強甄別處理模塊與邏輯控制單元，所述邏輯控制單元包括I/O 口、邏輯總控處理模塊、1°特征觸發模塊和1°脈沖發生器模塊，所述角度光強傳感器與所述光強甄別處理模塊電控信號連接，所述光強甄別處理模塊將甄別處理后形成的光強傳感特征值通過I/o 口傳遞給所述總控處理模塊，所述總控處理模塊根據所述光強傳感特征及系統(邏輯控制單元)的工作流程作電源驅動器控制器的控制信號DYKZ的輸出給定，并且同時還確定所述1°特征觸發模塊的邏輯工作狀態，所述1°特征觸發模塊根據所處的邏輯工作狀態驅動所述1°脈沖發生器模塊輸出一個使所述座式減速機作偏轉1°的電脈沖寬度信號1°脈寬(1° MK)、以及兩位邏輯判斷信號A、B;所述1°特征觸發模塊的邏輯工作狀態包括置“ I ”狀態與置“O”狀態，所述置“ I ”狀態下，所述總控處理模塊控制所述1°脈沖發生器連續輸出使所述減速電機偏轉1°的電脈沖寬度的電脈沖，所述置“O”狀態下，所述總控處理模塊控制所述1°脈沖發生器每隔4分鐘輸出一個使所述座式減速機偏轉1°的電脈沖寬度的電脈沖；所述追日跟蹤處理器采用模擬、數字電路以及MCU微芯片組成；所述角度光強傳感器與所述太陽能電池板組件平面垂直；所述角度光強傳感器為微型條狀太陽能電池片，所述微型條狀太陽能電池片貼裝于所述太陽能電池板組件平面的東西兩側的垂直面；所述角度光強傳感器通過所述光強甄別處理模塊與所述邏輯控制單元邏輯電控連接；所述1°電機驅動器包括驅動模塊IC2及保護二極管Dl、D2、D3、D4，所述驅動模塊的Vcc2輸入端與所述自助電源 發生器的電機驅動電源Vcc2連接，所述I °電機驅動器邏輯電路工作電源電壓Vccl與所述自助電源發生器輸出Vccl相連，電機驅動器操作輸入邏輯A、B以及1° MK也皆與追日跟蹤處理器輸出邏輯A、B及1° MK相連。所述自助電源發生器的輸出地線(參考地線)GND與驅動模塊的GND相連的同時還與保護二極管D2、D4的b端相連，保護二極管Dl、D3的a端在互連以后與驅動模塊的Vcc2相連、并與所述自助電源發生器Vcc2輸出端相連，驅動模塊的輸出端OUTl與保護二極管D2的a端和Dl的b端相連后作為驅動輸出QDl外引線，驅動模塊的輸出端0UT2與保護二極管D4的a端和D3的b端相連后作為驅動輸出QD2外引線，1°電機驅動器輸出QD1、QD2分別與電機的驅動繞組外引至接線盒中的端子MD1、MD2相連。其更進一步特征在于所述預啟動PWM發生器是一個對太陽能電池組件產生的電壓作DC/DC Buck降壓變換的功率管工作的PWM脈沖，通過對可調PWM的諧調，所述Buck降壓變換器方可才能產生提供給追日跟蹤處理器的邏輯控制單元以及所述驅動電機工作所需的電源電壓，其組成包括穩壓參考降壓電阻R、便于選擇自助電源啟動電壓的可調電阻鼎、穩壓二極管DW、濾波電容C以及用標準IC芯片組成的可調PWM脈沖發生器；所述BUCK降壓變換器是一種輸出電壓低于輸入電壓，輸出電流為連續電流，且輸入電流是脈動的單管不隔離直流變換器，其包括功率開關管Q、續流功率二極管D、電感L、儲能濾波電容Cf ;穩壓參考降壓電阻R與便于選擇自助電源啟動電壓的可調電阻RW作串聯的a端接PA+的同時又作為輸出端與所述Buck降壓變換器的功率開關管Q的a相連，穩壓參考降壓電阻R與便于選擇自助電源啟動電壓的可調電阻RW作串聯的b端又與穩壓二極管DW的a及濾波電容C的a和可調PWM IC標準芯片的Vcc相連，輸入PA-與穩壓二極管DW的b端相連，又同時與濾波電容C的b端和可調PWM IC標準芯片的GND相連后又作為輸出端與GND相連；預啟動PWM發生器產生的預啟動脈沖MF與Buck降壓變換器的功率開關管Q的輸入端相連，以驅動Buck降壓變換器產生輸出Vcc2°的同時，還提供了產生輸出Vccl的LM78系列降壓電路的輸入端所需的預處理電壓；所述產生Vccl的降壓電路采用LM78系列的降壓IC組成；所述驅動電源控制器由驅動電源功率開關管KG、恒流源LM317、恒流限定采樣電阻R1、光電I禹合器G0、光電稱合器輸入端限流電阻RD、輸出上拉電阻RO及輸出下拉電阻RKG組成；所述Buck降壓變換器的輸出端Vcc2°連接驅動電源功率開關KG的a端的同時還連接光電耦合器GO輸出上拉電阻RO的a端，所述驅動電源功率開關KG的輸出b端連接恒流源電路輸入端i端的同時連接濾波電容CLl的a端、恒流電路輸出端u端與恒流限定采樣電阻Rl串聯后的OU端在作電機驅動源輸出的同時又與恒流電路的調整端j相連接的同時連接儲能濾波電容CL2的a端，所述恒流源電路包括所述恒流源LM317及恒流限定采樣電阻Rl，所述光電I禹合器GO輸出上拉電阻RO的b端再連接光電I禹合器GO輸出端的4腳，光電耦合器GO另一個輸出端的3腳直接連接驅動電源功率開關管KG的輸入D端的同時再連接下拉偏置電阻RKG的a端；所述邏輯控制單元的驅動電源控制信號DYKZ輸出連接到光電率禹合器GO的輸入端的I腳，光電稱合器GO輸入光電二極管限流電阻RD的a端與光電率禹合器GO輸入光電二極管的負極引出端的2腳相連,光電稱合器GO輸入限流電阻RD的b與驅動電源功率開關KG的下拉偏置電阻RKG的b端相連的同時再與濾波電容CU、儲能濾波電容CL2的b端及LM78系列電路參考CK端相連并作為Vcc2的參考地線GND輸出。與現有的用于光伏發電的自適應跟蹤裝置相比較，本實用新型的有益效果在于其設置有與邏輯控制單元邏輯電控連接的角度光強傳感器與1°電機驅動器，其中角度光強傳感器設置有兩個、分別安裝在太陽能電池板組件平面的東西兩側的垂直面，通過該兩個傳感器輸出光強作甄別后輸出的特征并通過邏輯控制單元控制驅動電機及轉軸進行早晨系統啟動時、傍晚系統停步時太陽能電池組件定位；而1°電機驅動器用于系統啟動、太
陽能電池組件的初始化定位后，系統與太陽自東向西偏轉時間位置同步的追日跟蹤動作，其依照地球繞極軸以15° /h的速度自西向東的自轉速度為標準，在邏輯控制單元設置1°脈沖發生器模塊，其每隔4分鐘發出一個使所述驅動電機帶動所述轉軸作1°偏轉跟蹤的電脈沖寬度的電脈沖，從而實現全天侯的單軸追日跟蹤，使跟蹤裝置主軸平面上的太陽能陣列能在自東向西的追日跟蹤中實現與太陽光垂直同步偏轉。為保持系統追日跟蹤的精度以及適應在惡劣氣候(如雷雨及沙塵暴等)嚴酷環境下的可靠運行，本系統設置了在太陽能電池組件自助追日跟蹤過程中每隔三個驅動脈沖(追日跟蹤驅動偏轉3° )后，再次借助角度光強傳感器對太陽能電池板組件進行跟蹤位置的校正定位的初始化操作，從而進一步保證系統在自助追日跟蹤過程中太陽能電池組件平面始終與太陽光保持垂直狀態。另外其兩個角度光強傳感器僅在早晨系統啟動返程操作中、傍晚系統停步以及太陽能電池組件自助式跟蹤過程中每隔三個驅動脈沖(約為每12分鐘)時進行作初始化的短時在線比對，其他時間皆為座式減速機在1°脈沖發生器的驅動下僅作每4分鐘1°的轉軸偏轉的驅動，因而其系統不再需要做長期連續的在線比對的電機頻繁驅動控制，有效提高了系統的跟蹤裝置與減速機的使用壽命和工作的可靠性；此外，系統設置有自助電源發生器，其將跟蹤裝置自體太陽能電池組件產生的太陽能電力作降壓處理后為邏輯控制單元、1°電機驅動器提供工作電源，因而其也不需要另外配置驅動電源，實現了系統工作的電源的自助供給；此外，本實用新型的角度光強傳感器采用微型條狀太陽能電池片，其功率小使系統硬件成本與運行成本皆較低。

圖I為本實用新型光伏發電自助式追日跟蹤系統結構示意圖；圖2為本實用新型光伏發電自助式追日跟蹤系統中轉軸與減速機、驅動電機安裝示意圖；圖3為圖I中A處放大結構示意圖；圖4為本實用新型光伏發電自助式追日跟蹤系統的控制結構示意圖；圖5為本實用新型垂直于太陽光的跟蹤啟步定位(早晨)與跟蹤停步定位(傍晚)方位示意圖；[0019]圖6為本實用新型中光強甄別及追日跟蹤處理器連接圖；圖7為本實用新型中自助電源發生器框圖；圖8為本實用新型中自助電源發生器電路原理圖；圖9為圖7中驅動電源控制器電路原理圖；圖10為本實用新型中1°電機驅動器結構示意圖；圖11為本實用新型中1°電機驅動器工作真值表；圖12為本實用新型光伏發電自助式追日跟蹤系統的系統工作流程控制示意圖； 圖13為太陽能電池板反偏特征曲線。
具體實施方式
見圖I、圖2、圖3、圖4，本實用新型包括太陽能電池板組件I、座式減速機5和驅動電機15，太陽能電池板組件I安裝于托架4，托架4通過托架連接板16安裝于轉軸2，轉軸2通過軸向法蘭與座式減速機5的輸出軸連接，座式減速機5通過減速機座12安裝于支架7，轉軸2上連接安裝有座式減速機5，驅動電機15通過蝸輪蝸桿傳動變換器8連接并驅動座式減速機5運轉，太陽能電池板組件I的電力輸出端連接入逆變發電系統，太陽能電池板組件I平面的東西兩側的垂直面分別安裝有角度光強傳感器6，太陽能電池板組件I的電力輸出端還連接有自助電源發生器的輸入端，自助電源發生器的電力輸出端分別連接追日跟蹤處理器與1°電機驅動器、其為所述追日跟蹤處理器、1°電機驅動器以及驅動電機15提供工作電源，驅動電機繞組外引至接線盒14中的端子MD1、MD2與1°電機驅動器輸出QD1、QD2電控連接，角度光強傳感器6、1°電機驅動器與追日跟蹤處理器邏輯電控連接。轉軸2包括主軸9與次軸10,軸向法蘭包括主軸法蘭11與次軸法蘭13,主軸法蘭11和次軸法蘭13分別安裝于座式減速機5的主軸輸出端和次軸輸出端，主軸9的一端套接于主軸法蘭11外周、另一端通過軸承座17安裝于支架7的立柱18，次軸10懸挑安裝于座式減速機5的次軸輸出端、次軸10套接于次軸法蘭13外周，座式減速機5與減速機座12為一體結構，減速機座12安裝于支架7的三角支架19上；主軸9與次軸10均為方形管軸，主軸9、次軸10的內周分別與主軸法蘭11、次軸法蘭13的外周相匹配，主軸9與主軸法蘭11之間、次軸10與次軸法蘭13之間均為套接連接后通過螺絲緊固；軸承座17設置有軸向外引出軸20，支架7的立柱18上安裝有支耳座21，支耳座21上對稱安裝有兩個支耳3，兩個支耳3之間通過支耳螺栓23連接，外引出軸20上設置有一個徑向通孔24，支耳螺栓23穿過外引出軸20上的徑向通孔24后通過鎖緊螺母22鎖定；圖2中，14為接線盒。見圖7和圖8，自助電源發生器包括預啟動PWM發生器、BUCK降壓變換裝置和LM78系列降壓模塊；預啟動PWM發生器的輸入端與太陽能電池組件的輸出PA+、PA —相連接，預啟動PWM發生器的輸出端連接BUCK降壓變換器輸入端，Buck降壓變換器的輸出端Vcc2°分別連接LM78系列降壓模塊的輸入端和驅動電源控制器的電源輸入端，LM78系列降壓模塊的電源輸出端分別向追日跟蹤處理器、I °電機驅動器的邏輯處理電路提供工作電源Vccl，驅動電源控制器的電源輸出端Vcc2連接1°電機驅動器的驅動電源端(Vcc2)，驅動電源控制器的控制輸入端與追日控制處理器電源控制輸出端(DYKZ)作電控連接；預啟動PWM發生器是一個對太陽能電池組件產生的電壓作DC/DC Buck變換的功率管工作的PWM脈沖，通過對可調PWM的諧調方可使Buck降壓變換器產生Buck變換電壓為追日跟蹤處理器的邏輯控制單元以及所述驅動電機工作所需提供電源，其輸出電壓可通過調諧PWM的占空比作選擇與調整，其組成包括穩壓參考降壓電阻R、便于選擇自助電源啟動電壓的可調電阻鼎、穩壓二極管DW、濾波電容C以及用標準IC芯片組成的可調PWM脈沖發生器；BUCK降壓變換器是一種輸出電壓低于輸入電壓，輸出電流為連續電流，輸入電流是脈動的單管不隔離直流變換器，其包括功率開關管Q、續流功率二極管D、電感L、儲能濾波電容Cf ;穩壓參考降壓電阻R與便于選擇自助電源啟動電壓的可調電阻RW作串聯的a端接PA+的同時又作為輸出端與下級Buck的功率開關管Q的a相連，穩壓參考降壓電阻R與便于選擇自助電源啟動電壓的可調電阻RW作串聯的b端相連的同時又與穩壓二極管DW的a及濾波電容C的a和可調PWM IC標準芯片的Vcc相連，輸入PA-與穩壓二極管DW的b端相連，又同時與儲能濾波電容Cf的b端和可調PWM IC標準芯片的GND相連后又作為輸出端與下及Buck降壓變換器的GND相連；預啟動PWM發生器產生的預啟動脈沖MF與Buck的功率開關管Q的輸入端相連，以驅動Buck產生輸出Vcc2°的同時，還與驅動電源控制器的RO的a端與驅動 電源功率開關KG的a端和驅動電源控制器的輸入端相連。另外Vcc2輸出的同時，還作為預處理電壓供給輸出Vccl的LM78系列降壓模塊的輸入端；見圖9，驅動電源控制器由驅動電源功率開關管KG、恒流源LM317、恒流限定采樣電阻R1、光電耦合器GO、光電耦合器輸入端限流電阻RD、輸出上拉電阻RO及輸出下拉電阻RKG組成；Buck輸出的Vcc2°連接驅動電源功率開關KG的a端的同時還連接光電耦合器GO輸出上拉電阻RO的a端，驅動電源功率開關KG的輸出b端連接恒流源電路輸入端i端的同時連接濾波電容CLl的a端、恒流電路輸出端u端與恒流限定采樣電阻Rl串聯后的OU端在作電機驅動源輸出的同時又與恒流電路的調整端j相連接的同時連接儲能濾波電容CL2的a端，恒流源電路包括恒流源LM317及恒流限定采樣電阻R1，其中恒流源電路的LM317輸出電流U=(基準電壓U恒流限定采樣電阻Rl)+調整端電流IAdj=1.25V/Rl，且IOmA彡Iout ^ I. 5A，光電耦合器GO輸出上拉電阻RO的b端連接光電I禹合器GO輸出端的4腳,光電I禹合器GO另一個輸出端的3腳直接連接驅動電源功率開關管KG的輸入D端的同時再連接下拉偏置電阻RKG的a端。從邏輯單元控制過來的驅動電源控制信號DYKZ連接到光電耦合器GO的輸入端的I腳，光電耦合器GO輸入限流電阻RD的a端與光電稱合器GO另一個輸入端2腳相連,光電稱合器GO輸入限流電阻RD的b與驅動電源功率開關KG的下拉偏置電阻RKG的b端相連的同時再與濾波電容CL1、儲能濾波電容CL2的b端及LM78系列電路參考CK端相連并作為Vcc2的參考地線GND輸出，具體工作過程是當光電耦合器GO輸入端I腳的電源控制(DYKZ)電平為“I”時(高電平時)，光電耦合器GO輸出端的4腳與3腳呈低阻值狀態，驅動電源功率開關KG輸入由于上拉偏置電阻RO的作用使驅動電源功率開關KG導通，使Vcc2有驅動電壓輸出(驅動電源合閘打開)使LM317恒流源進入可恒流輸出的工作狀態，有恒流的Vcc2輸出；當光電率禹合器GO輸入端I腳的電源控制(DYKZ)電平為“O”時(低電平時)，光電稱合器GO輸出端的4腳與3腳呈高阻值狀態，又由于驅動電源功率開關KG的下拉電阻RKG接在GND上，使驅動電源功率開關KG的a與b端呈高阻值狀態上，使驅動電源功率開關KG處于關斷狀態，使Vcc2無驅動電壓輸出(驅動電源拉閘關斷)使LM317恒流源處于無恒流的Vcc2輸出狀態。自助電源發生功率開關管Q、KG包括但不限于MOSFET、IGBT等。追日跟蹤處理器包括光強甄別處理模塊與邏輯控制單元，見圖6，邏輯控制單元包括邏輯總控處理模塊ΖΚ、Γ特征觸發模塊1° TZ和1°脈沖發生器模塊，角度光強傳感器6 (CG)與光強甄別處理模塊A/D ICl電控信號連接，光強甄別處理模塊A/D ICl將甄別處理后形成的光強傳感特征值通過I/o 口傳遞給總控處理模塊ZK，總控處理模塊根據所述光強傳感特征及系統(邏輯控制單元)的工作流程作電源驅動器控制器的控制信號DYKZ的輸出給定，并且同時還確定1°特征觸發模塊的邏輯工作狀態，1°特征觸發模塊根據所處的工作狀態驅動1°脈沖發生器輸出一個使減速電機5作偏轉1°的電脈沖寬度信號1°脈寬(1° MK)、以及2位邏輯判斷信號Α、Β;Γ特征觸發模塊的邏輯工作狀態包括置“I”狀態與置“O”狀態，在置“I”狀態下，總控處理模塊ZK控制1°脈沖發生器連續輸出使減速電機偏轉1°的電脈沖寬度的電脈沖，置“O”狀態下，總控處理模塊控制1°脈沖發生器每隔4分鐘輸出一個使減速電機偏轉1°的電脈沖寬度的電脈沖；追日跟蹤處理器采用模擬、數字電路以及MCU微芯片組成；角度光強傳感器6與太陽能電池板組件平面垂直；角度光強傳感器CG為微型條狀太陽能電池片，微型條狀太陽能電池片貼裝于太陽能電池板組件平面的東西兩側的垂直邊；角度光強傳感器6通過光強甄別處理模塊A/D ICl與邏輯控制單元邏輯電控連接； 1°電機驅動器包括驅動模塊IC2及保護二極管Dl、D2、D3、D4，見圖10和圖11，驅動模塊IC2的引腳Α、B分別為2位邏輯判斷位的輸入端，1° MK為推動減速電機作1°轉軸偏轉的脈沖1°發生器的脈寬輸入端，Vcc2為驅動電源輸入端；VcclSr電機驅動器邏輯電路工作電源；GND為共用地線(零電位參考)；0UT1、0UT2為推動電機運轉的輸出端。I °電機驅動器的Vcc2與自助電源發生器、驅動電源控制器輸出的電機驅動電源Vcc2連接，電機驅動器邏輯電路工作電源電壓Vccl與自助電源發生器輸出Vccl相連，電機驅動器操作輸入邏輯A、B以及1°脈寬(1° MK)也皆與追日跟蹤處理器輸出邏輯A、B及1°脈寬(1° MK)相連。自助電源發生器的輸出地線(參考地線)GND與IC2 GND相連以外，還與D2、D4的b端相連，D1、D3的a端在互連以后與驅動模塊Vcc2相連，并與自助電源發生器Vcc2輸出端相連，電機驅動器模塊IC2的輸出端OUTl與D2的a端和Dl的b端相連后作為驅動輸出QDl外引線，電機驅動器模塊IC2的輸出端0UT2與D4的a端和D3的b端相連后作為驅動輸出QD2外引線，1°電機驅動器輸出QD1、QD2分別與電機的驅動繞組的外引至接線盒中的端子MD1、MD2相連。下面具體描述一下本實用新型的追日跟蹤系統的工作過程見圖5和圖12，當太陽西邊落下后，太陽能電池板組件處于西側靠太陽西邊落下位置，由太陽能電池板組件所供給電能的驅動器電源在漸失電壓的同時，位于太陽能電池板組件陣列的西側角度光強傳感器將逐漸等于或小于東側角度光強傳感器，邏輯控制單元的總控處理模塊ZK使驅動電源控制器斷開，并禁止座式減速機繼續作向西方向的驅動操作，當第二天清晨太陽升起后，由于太陽光直接照射或在多云時的太陽方向位置的方位光強的漫射作用，使單軸平面上的太陽能電池板組件輸出電壓隨太陽的升起而升高，致使自助電源發生器輸出端產生自助電壓向追日跟蹤處理器的邏輯控制單元、I °電機驅動器以及驅動電機提供工作電源，即作電機的驅動使轉軸平面上的太陽能電池板處于與陽光入射角方位垂直的初始化的追日位置定位的校正操作，首先，總控處理模塊ZK發出電源控制信號DYKZ使驅動電源控制器接通，并同時將1°特征觸發器置“I”作轉軸追日位置定位的初始化操作。也即此時從東方升起的太陽使得位于東側的角度光強傳感器光強大于西側角度光強傳感器的光強，邏輯控制單元控制1°脈沖發生器模塊向1°電機驅動器連續發出1°脈沖信號，1°電機驅動器則連續驅動座式減速機帶動轉軸自西向東以1°間隔的連續偏轉方式向東邊日出方向作返程，直到西側角度光強傳感器光強大于東側角度光強傳感器后，此時太陽能陣列平面垂直陽光入射角略向東偏過1°，邏輯控制單元將1°特征觸發模塊置“O”狀態，即而完成系統初始化的追日跟蹤的轉軸位置定位的校正，此后邏輯控制單元的總控處理模塊ZK及已被置“O”的1°特征觸發器控制1°脈沖發生器模塊進入每隔4分鐘就發出一個1°脈沖使驅動電機帶動轉軸作1°偏轉的跟蹤，考慮到每4分鐘作1°追日操作驅動1°的動態的可靠性與誤差基準，每送出I個1°驅動脈沖的會自動查詢是否未滿三次(3° )的詢問，若未滿即可繼續作每4分鐘作1°驅動的輸出，若滿三次則再一次作初始化的追日跟蹤位置定位的校正，以保障陽光入射角與跟蹤裝置平面上的太陽能電池板垂直的追蹤效果。同時此法也能適應和覆蓋因雷陣雨、沙塵暴造成短時間太陽被遮蓋、天暗下來，而使裝置追日跟蹤停止的狀況，一旦太陽有一定光強的照射后系統會自動實現電力的恢復、復位到從初始化開始的追日跟蹤的轉軸位置定位的校正后進入正常的工作狀態，跟蹤系統就這樣周而復始地以每隔4分鐘間隔的方式發出1°追日操作的驅動脈沖，并在每3個驅動脈沖后作一次初始化的追日位置定位的校正操作，使驅動器始終是使平板向著太陽光強的方向(沿太陽升起運行的自東向西的方向)作每4分鐘步進1°的跟蹤，直至太陽近于落下，致使西側角度光強傳感器輸出等于或小于東側角度光強傳感器時(此時意味著太陽西邊落下或天黑狀態)系統·邏輯控制單元的總控處理模塊ZK將使驅動電源控制器斷開，并禁止座式減速機繼續作向西方向的驅動操作，此時太陽能電池板組件平面處于側向西側靠太陽落山的方向位置系統進入夜間休眠狀態，直至第二天清晨太陽升起后，再次使自助電源輸出端產生自助電壓和跟蹤裝置轉軸追日位置定位的初始化操作，再而完成早晨驅動電機自西向東的返程，進入繼續對太陽追蹤的操作狀態。
權利要求1.一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其包括太陽能電池板組件和驅動電機，所述太陽能電池板組件的電力輸出端連接入逆變發電系統，其特征在于其還包括座式減速機，所述太陽能電池板組件安裝于托架，所述托架通過托架連接板安裝于轉軸，所述轉軸通過軸向法蘭與所述座式減速機的輸出軸連接，所述座式減速機通過減速機機座安裝于支架，所述驅動電機通過所述蝸輪蝸桿傳動變換器連接并驅動所述座式減速機運轉，所述太陽能電池板組件平面的東西兩側垂直面分別安裝有角度光強傳感器，所述太陽能電池板組件的電力輸出端還連接有自助電源發生器，所述自助電源發生器的電力輸出端分別連接追日跟蹤處理器與1°電機驅動器，所述自助電源發生器分別為所述追日跟蹤處理器、1°電機驅動器以及所述驅動電機提供工作電源，所述驅動電機與所述1°電機驅動器電控連接，所述角度光強傳感器、1°電機驅動器與所述追日跟蹤處理器邏輯電控連接。
2.根據權利要求I所述的一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其特征在于所述轉軸包括主軸與次軸，所述軸向法蘭包括主軸法蘭與次軸法蘭，所述主軸法蘭和次軸法蘭分別安裝于所述座式減速機的主軸輸出端和次軸輸出端，所述主軸的一端套接于所述主軸法蘭外周、另一端通過軸承座安裝于所述支架的立柱，所述次軸懸挑安裝于所述座式減速機的次軸輸出端、所述次軸套接于所述座式減速機的次軸輸出端的次軸法蘭外周，所述座式減速機與減速機座為一體結構，所述座式減速機座安裝于所述支架的三角支架上。
3.根據權利要求2所述的一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其特征在于所述主軸與次軸均為方形管軸，所述主軸與次軸的內周分別與所述主軸法蘭外周、所述次軸法蘭外周相匹配，所述主軸與所述主軸法蘭之間、所述次軸與所述次軸法蘭之間均為套接連接后通過螺絲緊固。
4.根據權利要求3所述的一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其特征在于所述軸承座設置有軸向外引出軸，所述支架的立柱上安裝有支耳座，所述支耳座上對稱安裝有兩個支耳，所述兩個支耳之間通過支耳螺栓連接，所述外引出軸上設置有一個徑向通孔，所述支耳螺栓穿過所述外引出軸上的徑向通孔后通過鎖緊螺母鎖定。
5.根據權利要求4所述的一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其特征在于所述自助電源發生器包括預啟動PWM發生器、BUCK降壓變換器和LM78系列降壓模塊；所述預啟動PWM發生器的輸入端與所述太陽能電池組件的輸出PA+、PA —相連接，所述預啟動PWM發生器的輸出端連接所述BUCK降壓變換器輸入端，Buck降壓變換器的輸出端Vcc2°分別連接所述LM78系列降壓模塊的輸入端和驅動電源控制器的電源輸入端，所述LM78系列降壓模塊的電源輸出端分別向所述追日跟蹤處理器、所述1°電機驅動器的邏輯處理電路提供工作電源Vccl，所述驅動電源控制器的電源輸出端Vcc2連接所述1°電機驅動器的驅動電源端Vcc2，所述驅動電源控制器的控制輸入端與所述追日控制處理器電源控制輸出端DYKZ作電控連接。
6.根據權利要求5所述的一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其特征在于所述追日跟蹤處理器包括光強甄別處理模塊與邏輯控制單元，所述邏輯控制單元包括I/o口、邏輯總控處理模塊、1°特征觸發模塊和1°脈沖發生器模塊，所述角度光強傳感器與所述光強甄別處理模塊電控信號連接，所述光強甄別處理模塊將甄別處理后形成的光強傳感特征值通過I/o 口傳遞給所述總控處理模塊，所述總控處理模塊根據所述光強傳感特征及系統邏輯控制單元的工作流程作電源驅動器控制器的控制信號DYKZ的輸出給定，并且同時還確定所述1°特征觸發模塊的邏輯工作狀態，所述1°特征觸發模塊根據所處的邏輯工作狀態驅動所述1°脈沖發生器模塊輸出一個使所述座式減速機作偏轉1°的電脈沖寬度信號1°脈寬、以及兩位邏輯判斷信號A、B;所述1°特征觸發模塊的邏輯工作狀態包括置“1”狀態與置“O”狀態，所述置“I”狀態下，所述總控處理模塊控制所述1°脈沖發生器連續輸出使所述減速電機偏轉1°的電脈沖寬度的電脈沖，所述置“O”狀態下，所述總控處理模塊控制所述1°脈沖發生器每隔4分鐘輸出一個使所述座式減速機偏轉1°的電脈沖寬度的電脈沖；所述追日跟蹤處理器采用模擬、數字電路以及MCU微芯片組成。
7.根據權利要求6所述的一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其特征在于所述角度光強傳感器與所述太陽能電池板組件平面垂直；所述角度光強傳感器為微型條狀太陽能電池片，所述微型條狀太陽能電池片貼裝于所述太陽能電池板組件平面的東西兩側的垂直面；所述角度光強傳感器通過所述光強甄別處理模塊與所述邏輯控制單元邏輯電控連接。
8.根據權利要求7所述的一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其特征在于所述1°電機驅動器包括驅動模塊IC2及保護二極管D1、D2、D3、D4，所述驅動模塊的Vcc2輸入端與所述自助電源發生器的電機驅動電源Vcc2連接，所述1°電機驅動器邏輯電路工作電源電壓Vccl與所述自助電源發生器輸出Vccl相連，電機驅動器操作輸入邏輯A、B以及1° MK也皆與追日跟蹤處理器輸出邏輯A、B及1° MK相連，所述自助電源發生器的輸出地線GND與驅動模塊的GND相連的同時還與保護二極管D2、D4的b端相連，保護二極管D1、D3的a端在互連以后與驅動模塊的Vcc2相連、并與所述自助電源發生器Vcc2輸出端相連，驅動模塊的輸出端OUTl與保護二極管D2的a端和Dl的b端相連后作為驅動輸出QDl外引線，驅動模塊的輸出端0UT2與保護二極管D4的a端和D3的b端相連后作為驅動輸出QD2外引線，電機驅動輸出QD1、QD2分別與電機的驅動繞組外引至接線盒中的端子MD1、MD2相連。
9.根據權利要求8所述的一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其特征在于所述預啟動PWM發生器是一個對太陽能電池組件產生的電壓作DC/DC Buck降壓變換的功率管工作的PWM脈沖，通過對可調PWM的諧調，所述Buck降壓變換器方可才能產生Buck變換電壓為追日跟蹤處理器的邏輯控制單元以及所述驅動電機工作所需提供電源，其組成包括穩壓參考降壓電阻R、便于選擇自助電源啟動電壓的可調電阻RW、穩壓二極管DW、濾波電容C以及用標準IC芯片組成的可調PWM脈沖發生器；所述BUCK降壓變換器是一種輸出電壓低于輸入電壓，輸出電流為連續電流，且輸入電流是脈動的單管不隔離直流變換器，其包括功率開關管Q、續流功率二極管D、電感L、儲能濾波電容Cf ;穩壓參考降壓電阻R與便于選擇自助電源啟動電壓的可調電阻RW作串聯的a端接PA+的同時又作為輸出端與所述Buck降壓變換器的功率開關管Q的a相連，穩壓參考降壓電阻R與便于選擇自助電源啟動電壓的可調電阻RW作串聯的b端又與穩壓二極管DW的a及濾波電容C的a和可調PWM IC標準芯片的Vcc相連，輸入PA-與穩壓二極管DW的b端相連，又同時與濾波電容C的b端和可調PWM IC標準芯片的GND相連后又作為輸出端與GND相連；預啟動PWM發生器產生的預啟動脈沖MF與Buck降壓變換器的功率開關管Q的輸入端相連，以驅動Buck降壓變換器產生輸出Vcc2°的同時,供產生輸出Vccl的LM78系列降壓電路的輸入端使用的預處理電壓；所述產生Vccl的降壓電路采用LM78系列的降壓IC組成。
10.根據權利要求9所述的一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其特征在于所述驅動電源控制器由驅動電源功率開關管KG、恒流源LM317、恒流限定采樣電阻R1、光電耦合器GO、光電耦合器輸入端限流電阻RD、輸出上拉電阻RO及輸出下拉電阻RKG組成；所述Buck降壓變換器的輸出端Vcc2°連接驅動電源功率開關KG的a端的同時還連接光電耦合器GO輸出上拉電阻RO的a端，所述驅動電源功率開關KG的輸出b端連接恒流源電路輸入端i端的同時連接濾波電容CLl的a端、恒流電路輸出端u端與恒流限定采樣電阻Rl串聯后的OU端在作電機驅動源輸出的同時又與恒流電路的取樣調整端j相連接的同時連接儲能濾波電容CL2的a端，所述恒流源電路包括所述恒流源LM317及恒流限定采樣電阻Rl，所述光電I禹合器GO輸出上拉電阻RO的b端再連接光電I禹合器GO輸出端的4腳,光電I禹合器GO另一個輸出端的3腳直接連接驅動電源功率開關管KG的輸入D端的同時再連接下拉偏置電阻RKG的a端；所述邏輯控制單元的驅動電源控制信號DYKZ輸出連接到光電耦合器GO的輸入端的I腳，光電稱合器GO輸入光電二極管限流電阻RD的a端與光電稱合器GO輸入光電二極管的負極引出端的2腳相連，光電耦合器GO輸入限流電阻RD的b與驅動電源功率開關KG的下拉偏置電阻RKG的b端相連的同時再與濾波電容CL1、儲能濾波電容CL2的b端及LM78系列電路參考CK端相連并作為Vcc2的參考地線GND輸出。
專利摘要本實用新型提供了一種新型的光伏發電自助式追日跟蹤系統，其能有效解決現有自適應對日跟蹤裝置工作狀態不穩定、使用壽命短、系統成本及運行成本高的問題。太陽能電池板組件通過托架、托架連接板安裝于轉軸，轉軸通過軸向法蘭與座式減速機的輸出軸連接，座式減速機通過減速機機座安裝于支架，驅動電機通過蝸輪蝸桿傳動變換器連接并驅動座式減速機運轉，太陽能電池板組件的電力輸出端連接入逆變發電系統及自助電源發生器，太陽能電池板組件平面東西兩側的垂直面分別安裝有角度光強傳感器，自助電源發生器的電力輸出端分別連接追日跟蹤處理器與1°電機驅動器，驅動電機與1°電機驅動器電控連接，角度光強傳感器、1°電機驅動器與追日跟蹤處理器邏輯電控連接。
文檔編號G05D3/12GK202661881SQ20122011979
公開日2013年1月9日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者茅建生 申請人:江蘇振發新能源科技發展有限公司