一种太阳能电池板自动跟踪定位控制方法和系统与流程

本发明涉及太阳能电池板，具体涉及一种太阳能电池板自动跟踪定位控制方法和系统。

背景技术：

1、现代工业的飞速发展让人们的生活质量有了极大的提高，但同时也导致了全球的能源危机与自然环境的过度污染。太阳能作为无污染的可再生能源受到了广泛的应用，但大多数情况下太阳能的利用率偏低。为了提高太阳能的利用率，现有技术中通过光电跟踪法使得太阳能电池板能够随着太阳光的照射方向进行转动，以使得太阳光能够实时垂直照射到太阳能电池板上，进而提高了太阳能的利用率。但是由于光电跟踪法比较依赖于天气，也即，只有在天气晴朗，阳光充足的情况下光电跟踪法才能够更好的实现对光照的跟踪，这就使得在多云天气时不不能完成太阳能电池板对太阳光的追踪。并且，由于现有技术中通常是直接通过plc控制电机进行转动，这样会使得在转动次数较多时会产生累计误差，进而导致对太阳能电池板的控制精度降低。

2、上述问题是目前亟待解决的。

技术实现思路

1、本发明的目的是旨在克服现有技术中存在的太阳能利用率低以及控制精度较低的缺点。

2、第一方面，本发明提供了一种太阳能电池板自动跟踪定位控制方法，所述太阳能电池板安装在太阳能发电装置上，所述太阳能发电装置包括传动结构和限位开关，所述传动结构与所述太阳能电池板连接，用于调整所述太阳能电池板的旋转角度，所述方法包括：采用硅光电池器件作为光强检测传感器得到光强信号，并将光强信号流经转换电路变成电压信号传入到plc控制器中；基于所述电压信号判断当前天气状况；当天气状况为晴天时，采用光电跟踪法通过光电传感器采集光强偏差识别方位，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度；当天气状况为多云时，先采用光电跟踪法进行粗调节，包括通过光电传感器采集光强偏差识别方位，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度；和再采用视日运动轨迹跟踪法进行精调节，包括通过采集时间信息和观测点经纬度信息得到当时当地的高度角与方位角，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度；通过plc控制器中集成的模糊pid控制算法驱动太阳能发电装置上的传动结构，以使得安装在太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动；当天气状况为阴雨天时，控制所述太阳能电池板停止转动；当所述太阳能电池板在旋转的过程中触发到限位开关时，进入限位保护程序。

3、进一步的，所述基于所述电压信号判断当前天气状况包括：计算光强检测传感器得到的电压信号的平均值；获取太阳光强的波动情况；基于所述电压信号的平均值和所述太阳光强的波动情况得到当前天气状况。

4、进一步的，所述基于所述电压信号的平均值和所述太阳光强的波动情况得到当前天气状况包括：当电压信号的平均值大于光强阈值u0，且太阳光强的波动情况λ小于光强波动阈值e0时，为晴朗天气；当电压信号的平均值大于光强阈值u0，且太阳光强的波动情况λ大于或等于光强波动阈值e0时，为多云天气；当电压信号的平均值小于或等于光强阈值u0时，为阴雨天气。

5、进一步的，所述当天气状况为多云时，采用视日运动轨迹跟踪法进行精调节，包括通过采集时间信息和观测点经纬度信息得到当时当地的高度角与方位角，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度包括：

6、太阳方位角的计算公式为：cos a＝(sin h sinφ-sinδ)/cos hcosφ；

7、太阳高度角的计算公式为：sin h＝sinδsinφ+cosδcosφcosτ；

8、式中，a为观测点的太阳方位角，h为观测点的太阳高度角，δ为太阳的赤纬角，φ为观测点的地理纬度，τ为观测点的真太阳时角。

9、进一步的，太阳的赤纬角计算公式为：

10、δ＝0.3723+23.2567sinθ+0.1149sin2θ-0.1712sin3θ-0.7580cosθ+0.3656cos2θ+0.0201cos3θ；

11、其中，t＝n-n0，n为积日，n0＝79.6764+0.2422*(year-1985)-int[(year-1985)/4]；int为取整符号。

12、太阳时角的计算公式为：

13、τ＝15*(st-12)；

14、st为真太阳时，计算公式为st＝平太阳时+时差；

15、

16、时差的计算公式为：

17、式中，ak、bk为已知时间权值，n为积日。

18、进一步的，所述采用视日运动轨迹跟踪法进行精调节，包括通过采集时间信息和观测点经纬度信息得到当时当地的高度角与方位角，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度包括：存储当时当地的高度角和方位角，继续采集时间信息计算高度角与方位角；与上一时刻存储的角度值做差，求出角度差；当高度角角度差和/或方位角角度差超过预设角度时，对新的高度角与方位角进行存储，所述角度差为太阳能电池板需要旋转的角度。

19、进一步的，所述方法还包括：在进行太阳运动轨迹跟踪时，每天自动跟踪结束后，太阳能电池板回到基准位置，以消除计算的累积误差，之后电池板每次转动，都通过水平和垂直方向的两个增量式编码器来向plc控制器反馈太阳能电池板的方位角和高度角；将太阳高度角和太阳方位角的计算值与太阳能电池板的高度角与方位角进行比较，算出差值角度，所述差值角度即为太阳能电池板需要旋转的角度。

20、进一步的，所述方法还包括：在太阳能电池板开始工作之前，进行初始化操作，包括：获取时间参数计算太阳升起的理论位置；通过plc控制器控制传动结构使太阳能电池板转动到理论位置。

21、进一步的，所述通过plc控制器中集成的模糊pid控制算法驱动太阳能发电装置上的传动结构，以使得安装在太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动包括：所述传动结构包括水平步进电机和俯仰步进电机，通过转速检测传感器获取水平步进电机和俯仰步进电机的实时转速；将给定转速和电机的实时转速作差，进而获得偏差变化率，基于该偏差变化率闭环控制水平步进电机和俯仰步进电机的转速使其达到给定转速；所述给定转速基于角度差或差值角度转换得到。

22、第二方面，本发明提供了一种太阳能电池板自动跟踪定位控制系统，所述系统包括：

23、天气状况检测模块，适用于采用硅光电池器件作为光强检测传感器得到光强信号，并将光强信号流经转换电路变成电压信号传入到plc控制器中，基于所述电压信号判断当前天气状况；光电跟踪模块，适用于当天气状况为晴天时，采用光电跟踪法通过光电传感器采集光强偏差识别方位，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度；光电跟踪和视日运动轨迹跟踪结合模块，适用于当天气状况为多云时，结合光电跟踪法和视日运动轨迹跟踪法通过采集时间信息和观测点经纬度信息得到当时当地的高度角与方位角，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度；驱动模块，适用于通过plc控制器中集成的模糊pid控制算法驱动太阳能发电装置上的传动结构，以使得安装在太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动；以及适用于当天气状况为阴雨天时，控制所述太阳能电池板停止转动；限位保护模块，适用于当所述太阳能电池板在旋转的过程中触发到限位开关时，进入限位保护程序。

24、第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有一个或一个以上的指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的太阳能电池板自动跟踪定位控制方法。

25、第四方面，本发明提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器；所述存储器中存储有至少一条程序指令；所述处理器通过加载并执行所述至少一条程序指令以实现上述的太阳能电池板自动跟踪定位控制方法。

26、本发明的有益效果是：本发明提供了一种太阳能电池板自动跟踪定位控制方法，所述太阳能电池板安装在太阳能发电装置上，所述太阳能发电装置包括传动结构和限位开关，所述传动结构与所述太阳能电池板连接，用于调整所述太阳能电池板的旋转角度，所述方法包括：采用硅光电池器件作为光强检测传感器得到光强信号，并将光强信号流经转换电路变成电压信号传入到plc控制器中；基于所述电压信号判断当前天气状况；当天气状况为晴天时，采用光电跟踪法通过光电传感器采集光强偏差识别方位，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度；当天气状况为多云时，先采用光电跟踪法进行粗调节，包括通过光电传感器采集光强偏差识别方位，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度；和再采用视日运动轨迹跟踪法进行精调节，包括通过采集时间信息和观测点经纬度信息得到当时当地的高度角与方位角，进而计算出所述太阳能电池板需要旋转的角度；通过plc控制器中集成的模糊pid控制算法驱动太阳能发电装置上的传动结构，以使得安装在太阳能发电装置上的太阳能电池板能随太阳光转动；当天气状况为阴雨天时，控制所述太阳能电池板停止转动；当所述太阳能电池板在旋转的过程中触发到限位开关时，进入限位保护程序。一方面，通过基于天气状况选取不同的太阳光追踪方法，如，天气晴朗时选用光电跟踪法使太阳能电池板能够跟随太阳光进行转动，在天气多云时，结合光电跟踪法和视日运动轨迹跟踪法使太阳能电池板能够跟随太阳光进行转动，这样可以极大地提高太阳能的利用率。另一方面，通过模糊pid控制算法对太阳能电池板的转动角度进行控制，极大地提高了太阳能电池板转动角度的控制精度。