智能太阳能光线自动追踪光线系统的制作方法

1.本实用新型涉及太阳能发电技术领域，具体说是一种智能太阳能光线自动追踪光线系统。


背景技术：

2.目前，随着环保意识的逐渐增强，以及各种不可再生能源的危机意识，有关太阳能应用的各项研究得到了极高的关注。太阳能的利用率对于太阳能发电的输出功率非常相关，为使太阳能得到充分了利用，针对太阳能方位追踪技术越来越受到重视。常见的方位跟踪通常采用定点定时追踪方式，即在特定的时间里，在特定的方位进行跟踪，这种跟踪方式使得太阳能电池板无法根据当天实际天气进行有效精准的跟踪太阳光线，使得太阳能电池板的利用率得不到保障，进而使得太阳能发电功率得不到保障。


技术实现要素：

3.（一）要解决的技术问题
4.本实用新型提供了一种智能太阳能光线自动追踪光线系统，以克服现有技术中的太阳能电池板不能精准有效地追踪太阳光，导致跟踪太阳光线的精确不高，且稳定性较差等缺陷。
5.（二）技术方案
6.为解决上述问题，本实用新型提供一种智能太阳能光线自动追踪光线系统，包括：单片机、光照强度传感器、光电传感器、步进电机、机械执行装置、风速传感器以及太阳能电池板；
7.所述单片机与光照强度传感器、步进电机、风速传感器连接；
8.所述机械执行装置分别与步进电机和太阳能电池板连接；
9.所述单片机接收到符合晴天的光照强度且接收到跟踪或恢复跟踪信号，驱动步进电机带动光电传感器和太阳能电池板运动，确保太阳能电池板对准太阳，跟踪完成步进电机停止，后续进入待机状态；
10.单片机接收到符合阴雨天的光照强度且接收到跟踪或恢复跟踪信号，控制太阳能电池板在水平和竖直方向上各转动 1
°
后进入待机状态；
11.其中，所述跟踪或恢复跟踪信号为风速传感器采集到的风速小于阈值时所产生的；
12.单片机接收到符合真实黑夜的光照强度，控制太阳能电池板向下和向东转动，恢复至起始位置，断开步进电机电机。
13.优选地，还包括用于实时采集当前时间数据的时钟模块，时钟模块与单片机连接，单片机根据工作启动信号启动控制跟踪动作，所述工作启动信号为时钟模块采集到的时间数据满足预设工作时间时所产生的。
14.优选地，所述风速传感器采集风速信号，并向单片机发送中断跟踪信号，所述中断
跟踪信号为风速大于阈值时所产生的。
15.优选地，所述单片机输出脉冲信号，经脉冲分配器和功率放大器将控制脉冲信号转化为步进电机驱动信号，控制步进电机的启停和正反转。
16.优选地，所述符合真实黑夜的光照强度的条件包括黑夜计数为2的光照强度；具体包括第一周期内光照强度传感器检测到的光照强度满足黑夜条件，黑夜计数为1，第二周期内光照强度传感器检测到的光照强度仍然满足黑夜条件，则黑夜计数为2，满足真实黑夜的光照强度条件。
17.优选地，单片机每4分钟控制光照强度传感器采集一次光照强度以及每4分钟控制风速传感器采集一次风速。
18.优选地，所述黑夜的光照强度为小于3000lux，阴雨天的光照强度为大于3000lux小于30000lux，晴天的光照强度为大于30000lux。
19.优选地，所述机械执行装置包括垂直舵机和水平转向舵机，所述垂直舵机和水平转向舵机与太阳能电池板连接，用于调整太阳能电池板的角度。
20.（三）有益效果
21.本实用新型提供的智能太阳能光线自动追踪光线系统，可实现周期性循环控制太阳能电池板跟踪太阳，保证在晴天的情况下迅速追踪到太阳，接受最大的光能，阴雨天时也能按太阳的运动规律大致的进行跟踪，避免恢复晴天时电池板快速和剧烈的旋转，减少机械损耗。本系统采用光电式跟踪与时控跟踪相结合，保证了系统的跟踪精度和稳定性，提高了响应速度，降低了设备成本，使经济性和可靠性大大提高。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例智能太阳能光线自动追踪光线系统结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明如下。
24.如图1所示，本实用新型提供一种智能太阳能光线自动追踪光线系统，该系统包括：单片机（控制器1）、光照强度传感器、光电传感器2、步进电机3、机械执行装置、风速传感器以及太阳能电池板4；
25.所述单片机与光照强度传感器、步进电机3、风速传感器连接；
26.所述机械执行装置分别与步进电机、太阳能电池板和时钟模块连接；
27.时钟模块用于实时采集当前时间数据的；单片机根据工作启动信号启动控制跟踪动作，所述工作启动信号为时钟模块采集到的时间数据满足预设工作时间时所产生的。
28.所述单片机接收到符合晴天的光照强度且接收到跟踪或恢复跟踪信号，驱动步进电机带动光电探测器和太阳能电池板运动，确保电池板对准太阳，跟踪完成步进电机停止，后续进入待机状态；
29.单片机接收到符合阴雨天的光照强度且接收到跟踪或恢复跟踪信号，控制太阳能电池板在水平和竖直方向上各转动 1
°
后进入待机状态；
30.其中，所述跟踪或恢复跟踪信号为风速传感器采集到的风速小于阈值时所产生的；
31.单片机接收到符合真实黑夜的光照强度，控制太阳能电池板向下和向东转动，恢复至起始位置，断开步进电机电机。
32.所述风速传感器采集风速信号，并向单片机发送中断跟踪信号，所述中断跟踪信号为风速大于阈值时所产生的。
33.所述单片机输出脉冲信号，经脉冲分配器和功率放大器将控制脉冲信号转化为步进电机驱动信号，分别控制两台步进电机的启停和正反转。
34.所述符合真实黑夜的光照强度的条件包括黑夜计数为2的光照强度；具体包括第一周期内光照强度传感器检测到的光照强度满足黑夜条件，黑夜计数为1，第二周期内光照强度传感器检测到的光照强度仍然满足黑夜条件，则黑夜计数为2，满足真实黑夜的光照强度条件。
35.具体的，单片机作为控制核心，通过设计的跟踪方法及检测到的参数按照设定的程 序输出脉冲信号，经脉冲分配器和功率放大器将控制脉冲信号转化为足够大的步进电机驱动信号，分别控制步进电机的启停和正反转。
36.光照强度传感器所采集到的光照强度为单片机判断工作方式的重要依据，本实施例中的光照强度传感器采用tsl2561光强数字转换芯片，采用数字信号输出，抗干扰能力强。由于tsl2561采用16位数字输出，其访问遵循标准的i2c总线协议，且 stc89c52带有i2c总线控制器，所以将stc89c52的i2c总线的时 钟线scl（pb6）和数据线sda（pb7）直接与tsl2561的scl和sda相连。int 引脚接单片机带外部中断功能的pb5引脚。本实施例中，光线强时，采用光电比较跟踪，光照差时采用时控跟踪， 光照微弱时自动复位。
37.为了减少能耗，预先按照日出时间的变化规律设置跟踪工作开始的时间， 根据时钟模块实时采集到的时间数据与预设工作时间进行对比，进而判断是否到达工作时间。若达到工作时间则跟踪程序启动，开始控制光照强度传感器采集当前太阳能电池板表面的光照强度。
38.由于太阳“绕地球一周”耗时24小时，平均每4分钟转动 1
°
，为了减少太阳能电池板微小角度的反复调整和降低能耗，单片机每4分钟读取一次光照强度传感器的数据，根据光照强度的大小判断当前时刻为白天、阴雨天或黑夜，直到判断为非黑夜时进入下 一步。其中，黑夜标准为光照强度小于3000lux，大于3000lux小于30000lux 的范围为阴雨天，光照强度大于30000lux时为晴天。
39.本实施例中，抗风性能对于在多风地区使用的光伏阵列来说是一个重要指标，本实施例中的风速传感器的作用是根据风力大小选择是否中断跟踪程序。风速传感器采用武汉生产的电压输出型数字风速传感器nhsf45
‑
u，当遇到8级以上大风天气时，跟踪中止，电池板维持不动。风速下降至安全范围后，恢复跟踪，并保证恢复跟踪时不丢失目标。
40.其中，本实施例中的光电传感器分别连接太阳能电池板和信号处理电路，将感应到的光电信号转换成电信号，通过线路传输至单片机，单片机根据当天太阳位置对阴影导致的电流变化进行计算，确定太阳位置，进而判断太阳能电池板是否处于光强最佳角度， 根据判定结果发现未在最佳光强处的情况将向步进电机和机械执行装置发送指令，将信号传递给垂直舵机和水平转向舵机，调整太阳能板的角度，使之与太阳光线垂直达到最佳吸收角度。
41.当判断为非黑夜，即为白天或阴雨天时开始采集风速信号，风速传感器每4 分钟
采集一次信号，当风速大于设定值时，中断跟踪程序，等待下一次采集风速 信号，直到风速下降到设定值以下，恢复跟踪。然后检测光照强度，根据光照强 度选择跟踪方式进行一次跟踪：晴天时启动光电检测跟踪，驱动步进电机带动光电探测器和太阳能板运动，开始搜索跟踪太阳的位置，使电池板对准太阳，完成 后暂停跟踪，步进电机停止工作，系统进入等待状态，直到下一次接收到光照强 度传感器的信号。阴雨天时启动时控跟踪，使电池板在水平和竖直方向上各转动 1
°
，然后进入待机状态。阴雨天转为晴天，则又采用光电跟踪。若判断为黑夜， 则不采取任何行动，直接进入等待状态，连续两次判断为黑夜时，进行复位操作， 输出连续的脉冲信号使太阳能板向下和向东转动，通过限位开关截止并反馈断开 电机电源，然后跟踪控制电路断开，保留时钟子电路电源。
42.时钟电路一直保持开启，到达预先设定的时间后，跟踪程序启动，黑夜计数 为零（该计数用于夜间复位，计数为零不表示白天），开始周期性检测光照强度。
43.判断为黑夜时等待下一次检测，判断为非黑夜时开始检测风速。判断风速，大于等于设定值时返回，小于设定值时继续。再次检测光照强度，判断光照情况:（1）光照强度判定为晴天，黑夜计数清零，光电跟踪启动，跟踪完成后电机 停止，进入等待状态；（2）光照强度判定为阴雨天，黑夜计数清零，时控跟踪启动，跟踪完成后电 机停止，进入等待状态；（3）光照强度判断为黑夜，则黑夜计数加1，然后对黑夜计数进行判断。由 于黑夜计数为1可能是因为遮挡物的干扰，所以电机不动作，等待下一次检测。 黑夜计数大于1即判断为真实黑夜，太阳能电池板开始复位，步进电机驱动方位 轴和俯仰轴使电池板向东并向下旋转至限位截止位置，随后跟踪程序关闭，只保留时钟电路电源。注意安装时限位截止位置对应的高度角为0。，方位角为当地太 阳在一年中方位角最小的位置。
44.系统周期性循环控制电池板跟踪太阳，保证在晴天的情况下迅速追踪到太阳， 接受最大的光能，阴雨天时也能按太阳的运动规律大致的进行跟踪，避免恢复晴天时电池板快速和剧烈的旋转，减少机械损耗。本系统中光电式跟踪与时控跟踪 相结合，取长补短，弥补了单纯光电跟踪的不足，同时又避免了精确视日跟踪的 复杂参数计算，保证了系统的跟踪精度和稳定性，提高了响应速度，降低了设备 成本，使经济性和可靠性大大提高。
45.以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。