一種強聚光太陽能電池板模糊全自動跟蹤控制方法
【專利摘要】本發明提供一種強聚光太陽能電池板模糊全自動跟蹤控制方法，屬于自動控制領域。它由模糊全自動跟蹤控制電路和自動控制執行機構組成基本物理構件，模糊控制軟件通過控制單片機內部集成的高精度A/D轉換功能，檢測當前強聚光太陽能電池板產生的電流值，并通過模糊的方法進行比較、處理，然后通過輸出控制接口電路控制自動控制執行機構動作，使當前的電流電壓值達到最大，最終達到強聚光太陽能電池板始終對太陽光保持直射的目的。
【專利說明】
一種強聚光太陽能電池板模糊全自動跟蹤控制方法
技術領域
[0001]本發明提供一種用于強聚光太陽能電池板的模糊全自動跟蹤控制方法，特別適合于單、多晶硅太陽能電池板組成的光伏發電系統，屬于自動控制領域。
【背景技術】
[0002]目前，由于高純度單、多晶硅的生產技術壟斷在幾個國外高技術企業手中，晶體硅的價格高居不下，而太陽能光伏發電系統需要大量的單、多晶硅，因而目前太陽能發電大面積推廣應用受阻，國內很多市場都是因為太陽能電池板的價格太貴而無法接受；同時，國內外專家們已經研究發現，晶體硅光伏電池在正常的太陽光強下使用實際上是大材小用，因為光伏電池可以承受更高的光強，發出的電流成比例增加而又不至于影響光伏電池壽命，如果通過幾十倍甚至幾百倍的聚光來提高光伏電池區域的光強，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，太陽能電池板晶體硅的使用量就能大幅度減少，太陽能電池的價格可以大幅度下降，達到用戶能夠接收的水平。
[0003]通過聚光提高太陽能發電的效益，國內外已經有過一些工業化嘗試。比如利用菲涅爾透鏡實現3?7倍的聚光，一種八面體聚光漏斗等等;這些技術都是通過將直射在強聚光太陽能電池板周圍的陽光聚集到電池板上達到聚光效果，但是由于地球自轉的原因，太陽光的照射時時刻刻都在變化，要想太陽光時時刻刻直射在強聚光太陽能電池板上，就必須設計一種能夠自動跟蹤太陽的設備，跟著太陽的移動而轉動晶體硅電池板。但是，我國幅員遼闊，南北向跨度非常大，東西向的跨度也非常大，每個地方太陽照射的角度都不一樣，每個點需要調節成不同的角度才能做到陽光直射狀態，而且不同時間需要進行不同的調節，要做到用一個產品適應全國范圍需要，難度非常大，因此，目前市場上急需一種能夠解決這個問題地技術。
[0004]由于強聚光太陽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，為微電腦控制自動調節其角度提供了有利條件，國內已經有很多這方面的設計，有根據時間而設計的，也有用人工控制微調半自動化的等，目的都是要提供既實用又簡單還要便宜的自動跟蹤控制，這里提供一種實用的、價格低廉的采用一種全新的模糊技術來實現的全自動跟蹤太陽光的控制方法。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種結構簡單、造價低廉、全球通用而且易于生產的強聚光太陽能電池板模糊全自動跟蹤控制方法。
[0006]本發明所提供的強聚光太陽能電池板模糊自動跟蹤控制方法，由模糊全自動跟蹤控制電路和自動控制執行機構組成基本的物理構件。
[0007]它的特點是:模糊全自動控制電路采用單片機及其外圍芯片構成的單片機電路、輸出控制接口電路組成；自動控制執行機構由兩個雙向直流小功率電機及變速箱和一個通過電機I帶動能夠180°旋轉的軸承、一個豎向伸縮桿的傳動機構以及安裝基板、活動合葉、軸承瑋度微調旋鈕組合而成;模糊全自動控制跟蹤控制方法是通過控制單片機內部集成的高精度A/D轉換功能，檢測當前強聚光太陽能電池板產生的電流值，通過模糊的方法進行比較、處理，并根據目前的狀態通過單片機內部的脈沖寬度調制器(PWM)控制調節輸出控制接
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[0008]本發明中的單片機電路由單片機、太陽能電壓檢測輸入接口電路、太陽能電流檢測輸入接口電路、精確基準電源產生電路、充電電壓檢測輸入接口電路以及兩個到位開關輸入接口電路組成，輸出控制接口電路由兩組開關控制輸出接口電路組成，每組都能夠控制一個電機正轉和反轉。其中，單片機是控制核心，必須選擇具有8位多路A/D轉換器、兩個脈沖寬度調制器(P麗)等基本功能的單片機，比如臺灣義隆公司的EM78P458或PIC16C72等等型號的，負責對外圍器件的電壓、電流等模擬量信號進行A/D轉換檢測和利用PWM進行輸出控制，精確基準電源產生電路產生精密的電壓進入單片機的Vref端，模糊控制軟件也存放在單片機的FLASH內，單片機內部有看門狗電路，自動控制執行機構的兩個直流電機都有兩組正負電極，分別由模糊全自動控制電路的兩組開關控制輸出接口電路控制，如果接通其中一組的正負電極電機為正轉，反之，如果接通另一組的正負電極則反轉;而電機的轉速通過齒輪變速箱將其變成慢速轉動，接180°旋轉軸承的電機I轉速控制在6分鐘內完成整個從左到右(或從右到左)的180°旋轉過程，接豎向移動伸縮桿傳動機構的仰角電機轉速控制為2圈/分鐘，將能夠180°旋轉的軸承朝正南北方向安裝；當太陽從東邊升起的時候，陽光照射到強聚光太陽能電池板上，電池板開始產生電流，模糊全自動控制系統開機，接通電機正轉電源，當電機帶動軸承到達最右邊時，右邊的開關接通，單片機檢測到信號，馬上斷開電機電源，電機停止轉動(防止機械到位已經卡死，電機繼續通電而燒毀電機)，此時旋轉的軸承帶動強聚光太陽能電池板面向右邊剛剛升起的太陽，此時強聚光太陽能電池板只是大概地對準了太陽，下面模糊全自動控制系統將進行進一步的微調，太陽光照射在電池板上，單片機可以檢測到電池板的電流，隨著電機的轉動，強聚光電池板上照射的太陽光也越來越多，那么太陽能電池板產生的電流也將越來越大，單片機隨時將檢測到的當前太陽能電池板產生的電流和電壓值記錄下來并與前次數據進行比較，如果檢測的電流、電壓值比上一次大，表示電池板正在朝太陽光直射的方向旋轉，電機將進一步旋轉，并重復上面的檢測和比較過程;如果聚光的光線全部聚集在太陽能電池板上，那么電流、電壓將會達到最大，當檢測到的電流電壓值突然變小時，表示電池板已經越過太陽光的直射，單片機將馬上停止電機的轉動，開始接通另一組電極，電機反轉，使電流、電壓值達到最大，并在電流電壓值最大時停止電機I，隨著太陽的相對移動，太陽光線將漸漸偏離電池板的直射角度，因為強聚光太陽能電池板的強聚光特性，如果太陽光不是直射在聚光電池板上，則數十倍的強聚光肯定會偏離太陽能電池板，因而太陽能電池板產生的電流、電壓值將會非常明顯的急劇變小；因此，單片機隨時監測電池板的電流、電壓值，如果發現電流、電壓值突然急劇變小，則又一次同方向(因為地球只能向同一方向自轉，而不能反轉)啟動電機I轉動，使電池板又一次對準太陽，重復上面的檢測、比較過程，一直使聚光電池板跟隨太陽的運動而轉動，從而保持電池板產生的電流、電壓值一直最大。直到軸承旋轉到最左邊的位置，接通了左邊的到位開關，單片機關閉電機I的電源，而且隨著太陽的下山，太陽能電池板產生的電流、電壓越來越小，單片機將執行關閉對太陽能電池板對蓄電池的充電，或打開直流節能燈開始照明等等動作。
[0009]由于設計的變速箱的傳動轉速比非常大，軸承轉動的速度非常慢，模糊全自動控制系統將有充足的時間來執行檢測過程，并有非常精確的微調精度。
[0010]隨著時間一天一天過去，太陽也將在南北回歸線之間移動，而且，我國幅員遼闊，全國各地對準太陽光直射的仰角角度也不相同，這個微小仰角角度也必須通過模糊全自動控制系統進行微調，否則，產品沒有地區適應能力，也將大大受到限制。這個調節就是通過一個垂直安裝在基板上的豎向伸縮桿的傳動機構來實現的，豎向伸縮桿傳動機構一頭固定安裝在正南北方向的180°旋轉的軸承的一端，另一端通過電機及變速箱驅動伸出或收縮；當豎向伸縮桿傳動機構伸出(或收縮)時，旋轉軸承另一端不動，則相當于使旋轉軸承改變了仰角方向，帶動軸承上的聚光太陽能電池板改變仰角角度，一天時間內太陽的仰角角度變化不大，系統只需要在通電開機時調節一次即可，只要調節好伸縮的高度，一定可以調節到直射的方向。
【附圖說明】
[0011 ]圖1模糊全自動控制系統方框原理圖。
[0012]圖2模糊全自動控制系統的軟件流程圖之一:模糊控制程序段。
[0013]圖3模糊全自動控制系統的軟件流程圖之二:時間控制程序段。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0015]當接上蓄電池時，上電復位電路輸出200毫秒的高電平，使單片機復位，程序開始初始化內部單元，然后讀取太陽能電池產生的電壓信號，如果有較高電壓，則開始檢測太陽能電池的電流值，如果電流非常大，則進入模糊控制程序段，否則進入時間控制程序段；
如果進入模糊控制程序段，啟動電機I電源，使電流達到最大，啟動仰角電機電源，調整仰角角度，記錄下電流最大值，如果當檢測到太陽能電流非常大時，單片機檢測的電流值突然變小，則啟動電機旋轉，直到電流值恢復到上次的狀態時停止；如果當檢測到太陽能電流非常大時，單片機檢測的電流值突然變小，則啟動電機旋轉，但電流值如果不能恢復直到上次的狀態時，在規定的時間內電機必須停止，同時進入時間控制程序段；如果當檢測到太陽能電流一直都非常小時，則進入時間控制程序段，單片機則根據時間段來起、停電機旋轉，而如果檢測電流值突然變大，則啟動電機繼續旋轉，使電流越來越大，直到電流最大，同時進入模糊控制程序段；如果單片機檢測到旁邊的到位開關閉合，則停止旋轉，如果檢測到太陽能電池板的電流電壓已經很小，表示已經天黑，則接通節能燈的電源，開始亮燈，同時將電機反轉，利用蓄電池還是充滿電的狀態使太陽能電池板朝向太陽升起的位置，等待第二天重新開始上述步驟。
【主權項】
1.一種強聚光太陽能電池板模糊全自動跟蹤控制方法，其特征在于采用下列步驟: 將欲執行任務的控制程序存入單片機系統的程序存貯器中；啟動該單片機系統工作，單片機按程序計數器順序讀取太陽能電池板產生的電流值操作，并根據電流值的大小及變化趨勢控制電機的動作:當檢測到太陽能電流非常大時，單片機則在開機時調整I次仰角電機，使電流達到最大；如果太陽能電流非常小，仰角電機不調整；當檢測到太陽能電流非常大時，進入模糊控制程序段，單片機如果檢測的電流值突然變小，則啟動電機旋轉，直到電流值恢復到上次的狀態時停止；當檢測到太陽能電流非常大時，單片機如果檢測的電流值突然變小，則啟動電機旋轉，但電流值如果不能恢復直到上次的狀態時，則在規定的時間內電機必須停止，同時進入時間控制程序段;當檢測到太陽能電流非常小時，單片機則根據時間來起、停電機旋轉，而如果檢測電流值突然變大，則進一步啟動電機旋轉，使電機在電流最大時停止，同時進入模糊控制程序段；當檢測到左邊的開關信號時，單片機如果檢測的電流已經非常小，則切斷太陽能的開關，啟動電機旋轉到最右邊，等待第二天重新開始上述步驟。
【文檔編號】G05D3/12GK106020243SQ201610419250
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】沈喜榮
【申請人】昆山訶德新能源科技有限公司