太阳能追踪装置及方法与流程

本发明涉及光伏设备技术领域，具体而言，涉及一种太阳能追踪装置及方法。

背景技术：

随着全球石化能源的消耗带来的污染加剧，光伏作为一种清洁能源，以及得到了广泛的应用。

目前，光伏设备能够将太阳能转换为电能，并将电能存储或提供给负载使用。但随着地球的自转和围绕太阳的公转，太阳在天空中的位置也在实时变化，太阳的位置变化则会严重的影响光伏设备的转换太阳能的效率。因此，如何有效的控制太阳位置变化对光伏设备的太阳能转换效率的影响，以提高对光伏能源的利用率是目前业界一大难题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种太阳能追踪装置及方法，其能够有效改善上述问题。

本发明实施例的实现方式如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种太阳能追踪装置。包括：太阳位置检测模块、太阳能板组件和主控模块，所述太阳位置检测模块安装在所述太阳能板组件上，所述太阳位置检测模块与所述主控模块连接，所述主控模块与所述太阳能板组件。所述主控模块，用于获取所述太阳位置检测模块输出的太阳位置信息，根据所述太阳位置信息，控制所述太阳能板组件转动至所述太阳位置信息所对应的目标位置，以使太阳的阳光直射所述太阳能板组件的板面。

第二方面，本发明实施例提供了一种太阳能追踪方法，所述太阳能追踪方法所述的太阳能追踪装置的主控模块。所述方法包括：获取太阳位置检测模块输出的太阳位置信息；根据所述太阳位置信息，控制太阳能板组件转动至所述太阳位置信息所对应的目标位置，以使太阳的阳光直射所述太阳能板组件的板面。

本发明实施例的有益效果是：

主控模块获取太阳位置检测模块检测并输出的太阳位置信息，主控模块通过解析该太阳位置信息，以根据该太阳位置信息来控制太阳能板组件转动至太阳位置信息所对应的目标位置。进而使得太阳能板组件的板面能够实时的被太阳的阳光能够直射。因此，通过主控模块的自动控制，使得太阳能板组件实时保持在目标位置，进而防止了太阳位置变化对光伏设备的太阳能转换效率的影响，并提高了对光伏能源的利用率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明第一实施例提供的一种太阳能追踪装置的第一结构框图；

图2示出了本发明第一实施例提供的一种太阳能追踪装置的第二结构框图；

图3示出了本发明第一实施例提供的一种太阳能追踪装置中检测单元的电路图；

图4示出了本发明第二实施例提供的一种太阳能追踪方法的流程图。

图标：100-太阳能追踪装置；110-太阳位置检测模块；111-检测单元；112-信号转换单元；120-太阳能板组件；121-太阳能电池板组件；122-步进电机；130-电池模块；140-逆变输出模块；141-三电平逆变器；142-波形变换器；143-变压器；150-主控模块；151-第一控制器；152-第二控制器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种太阳能追踪装置100，该太阳能追踪装置100包括：太阳位置检测模块110、太阳能板组件120、电池模块130、逆变输出模块140和主控模块150。

本实施例中，太阳位置检测模块110安装在太阳能板组件120上，太阳位置检测模块110与主控模块150连接，电池模块130分别与太阳能板组件120和逆变输出模块140连接，主控模块150分别与太阳能板组件120与逆变输出模块140连接，逆变输出模块140和主控模块150均与外部负载连接。

太阳位置检测模块110，用于通过光敏电阻检测太阳的位置，并将获取到的太阳位置信息输出至主控模块150。

太阳能板组件120，用于根据主控模块150输出的目标位置数据转动至该太阳位置信息所对应的目标位置，以使太阳能板组件120的板面被太阳的阳光直射。还用于将获取的太阳能转换为电能，并将电能的直流信号输出至电源模块。

电池模块130，用于获取升压模块输出的直流信号，并将该直流信号的电能储存或输出至逆变输出模块140。

逆变输出模块140，用于获取主控模块150发送的逆变控制信号，以根据该逆变控制信号将电池模块130输出的直流信号逆变为交流信号，并根据逆变控制信号，以预先匹配外部负载的输出功率将该交流信号输出至外部负载。

主控模块150，获取太阳位置检测模块110输出的太阳位置信息，根据太阳位置信息查找到预先存储的目标位置数据，并将该目标位置数据发送至太阳能板组件120，以控制太阳能板组件120转动至太阳位置信息所对应的目标位置。主控模块150还获取外部负载的功率信息，当根据功率信息预先判定外部负载的功率变化情况为增加时，根据功率变化情况生成逆变控制信号至逆变输出模块140，以控制逆变输出模块140的输出功率增大。

请参阅图2和图3，太阳位置检测模块110包括：检测单元111和信号转换单元112。其中，检测单元111与信号转换单元112连接，信号转换单元112与主控模块150连接。

检测单元111用于获取太阳位置的电信号，将太阳位置的电信号输出至信号转换单元112。

具体的，检测单元111包括：多个光敏电阻组。每个光敏电阻组均为两个光敏电阻串联构成，每个光敏电阻组中串联的连接点均与信号转换单元112连接，每个光敏电阻组的一端均与其它光敏电阻组的一端连接，每个光敏电阻组的另一端均与其它光敏电阻组的另一端连接。

本实施例中，若光敏电阻组数量过多，则会造成整体成本增加，并使得运算复杂，增加主控模块150的负荷。但若光敏电阻组数量过少，则会造成采集数据的精度不够，进而降低控制准确度。优选地，光敏电阻组数量为4组，每个光敏电阻组中光敏电阻为2个。

在本实施例的检测单元111中：

第一光敏电阻r1的一端和第二光敏电阻r2的一端连接构成第一光敏电阻组，并设有与信号转换单元112连接的连接端口a1。第三光敏电阻r3的一端和第四光敏电阻r4的一端连接构成第二光敏电阻组，并设有与信号转换单元112连接的连接端口a2。第五光敏电阻r5的一端和第六光敏电阻r6的一端连接构成第三光敏电阻组，并设有与信号转换单元112连接的连接端口a3。第七光敏电阻r7的一端和第八光敏电阻r8的一端连接构成第四光敏电阻组，并设有与信号转换单元112连接的连接端口a4。此外，第一光敏电阻r1的另一端、第三光敏电阻r3的另一端、第五光敏电阻r5的另一端和第七光敏电阻r7的另一端均与外部电源连接，而第二光敏电阻r2的另一端、第四光敏电阻r4的另一端、第六光敏电阻r6的另一端和第八光敏电阻r8的另一端则均接地。

在实际安装时，第一光敏电阻组的安装位置朝向西方，第三光敏电阻组的安装位置朝向东方，第二光敏电阻组和第四光敏电阻组的安装位置均位于第一光敏电阻组和第三光敏电阻组之间，且第二光敏电阻组的安装位置高于第四光敏电阻组的安装位置。

通过检测单元111的上述连接关系，以及实际安装情况，通过第一光敏电阻组和第三光敏电阻能够检测太阳位于东西的相对位置，而通过第二光敏电阻组和第四光敏电阻能够检测太阳在天空位置的高低。例如，若第三光敏电阻组输出的电压低于第一光敏电阻组输出的电压时，且第二光敏电阻组输出的电压高于第四光敏电阻组输出的电压时，说明太阳位于太阳能板组件120的东西方位靠东并靠上的位置。又例如，当第一光敏电阻组输出的电压和第三光敏电阻组输出的电压相等时，说明太阳位于太阳能板组件120的正上方，即太阳的光线直射太阳能板组件120。

信号转换单元112用于将太阳位置的电信号转换为太阳位置信息，并将太阳位置信息输出至主控模块150。具体的，信号转换单元112可以为模数转换芯片，其型号可以为adc0909n。

在本实施例中，信号转换单元112通过其ino引脚与连接端口a1连接、in1引脚与连接端口a2连接，in2引脚与连接端口a3连接、以及in3引脚与连接端口a4连接，故信号转换单元112获取检测单元111输出的太阳位置的电信号。信号转换单元112将太阳位置的电信号转换为数字信号的太阳位置信息。当信号转换单元112的eoc引脚被置为高电平时，信号转换单元112通过其adda引脚、addb引脚和addc引脚均与主控模块150连接，信号转换单元112则将数字信号的太阳位置信息均输出至主控模块150。

请参阅图2，太阳能板组件120：太阳能电池板组件121和步进电机122。其中，太阳能电池板组件121安装在步进电机122上。

太阳能电池板组件121包括：多个太阳能电池板，多个太阳能电池板串联构成太阳能电池板组件121。本实施例中，并不对太阳能电池板的具体数量进行限定，其数量可根据实际需求进行选择。每个太阳能电池板的型号可以为xtm-100w。当多个太阳能电池板串联构成太阳能电池板组件121后，每个太阳能电池板均和其它太阳能电池板平行，并位于同一平面。

在太阳能电池板组件121的串联结构中，位于其中串联结构一端的太阳能电池板的正极作为太阳能电池板组件121的正极，位于其中串联结构另一端的太阳能电池板的负极作为太阳能电池板组件121的负极。每个太阳能电池板在太阳光的垂直照射下，均能够以最高的效率将太阳能转换为电能，并将电能输出给相邻的太阳能电池板，进而位于太阳能电池板组件121正极端的太阳能电池板则将所有太阳能电池板的电能以直流的方式输出给电池模块130。

步进电机122用于通过自身的转动而改变太阳能电池板组件121面对太阳的朝向。本实施例中，步进电机122可以为28byj-48型。步进电机122的电源端能够与外部电源连接，以保证步进电机122自身的正常工作。步进电机122的驱动端能够与主控模块150连接。当步进电机122的驱动端获取到主控模块150发送的目标位置数据后，步进电机122通过解析该目标位置数据以获取该目标位置数据所对应的目标角度。步进电机122根据该目标位置数据转动目标角度，使得太阳能板组件120位于该太阳位置信息所对应的目标位置，并使得太阳能电池板组件121的板面保持实时被太阳的阳光直射。

请参阅图2，电池模块130包括多个相互连接的蓄电池构成，例如，5个蓄电池串联构成电池模块130，5个蓄电池并联构成电池模块130，或2个蓄电池串联后再与3个串联的蓄电池并联构成电池模块130，其每个蓄电池型号可以为太阳能系列的12v70ah型。本实施例并不限定蓄电池的数量，以及多个蓄电池串并联的具体方式，其满足实际的使用需求即可。

多个蓄电池串并联构成所电池模块130后，电池模块130的正极负极均与太阳能电池板组件121连接。故电池模块130获取太阳能电池板组件121输出的直流信号的电能，并将该电能存储。此外，电池模块130的正极和负极也均与逆变输出模块140连接，当外部负载需要供能时，电池模块130则将存储的电能以直流的方式输出至逆变输出模块140。

逆变输出模块140包括：三电平逆变器141、波形变换器142和变压器143。

在本实施例的三电平逆变器141中，三电平逆变器141的输入端与电池模块130的正负极均连接，即三电平逆变器141的正极与电池模块130正极连接，三电平逆变器141的负极与电池模块130负极连接。三电平逆变器141的输出端与波形变换器142的输入端连接，即三电平逆变器141输出端的a相、b相和c相均与波形变换器142的输入端连接。此外，三电平逆变器141的控制端与主控模块150连接，即三电平逆变器141的g端口与主控模块150连接。

通过三电平逆变器141的上述连接关系，三电平逆变器141的g端口能够获取主控模块150发送的逆变控制信号。三电平逆变器141获取电源模块输出的直流信号，并根据逆变控制信号将该直流信号逆变为三相交流信号。其中一相交流信号通过a相输出至波形变换器142，另一相交流信号通过b相输出至波形变换器142，而最后一相交流信号通过c相输出至波形变换器142，且每相交流信号均和其他相交流信号相差120°的相位。此外，根据该逆变控制信号，三电平逆变器141还能够通过控制输出交流信号的电流大小来控制自身的输出功率，以使逆变输出模块140的输出功率能够实时和外部负载的功率变化匹配。

在本实施例的波形变换器142中，波形变换器142的输入端与三电平逆变器141的输出端连接，即波形变换器142输入端的a相与三电平逆变器141输出端的a相连接，波形变换器142输入端的b相与三电平逆变器141输出端的b相连接，而即波形变换器142输入端的c相与三电平逆变器141输出端的c相连接。波形变换器142的输出端与变压器143的一次侧绕组，即波形变换器142输出端的a相、b相和c相均与变压器143的一次侧绕组连接。

通过波形变换器142的上述连接关系，波形变换器142的每一相均获取到三电平逆变器141输出的每一相交流信号。本实施例中，波形变换器142获取的每一相交流信号均可为三角波，进而波形变换器142将每一相三角波的交流信号均变换为正弦波的交流信号。波形变换器142再将每相正弦波的交流信号均输出至变压器143的一次侧绕组。

在本实施例的变压器143中，变压器143为三相变压器143。具体的，变压器143的一次侧绕组与波形变换器142的输出端连接，即变压器143的一次侧绕组的a相与波形变换器142输出端的a相连接，变压器143的一次侧绕组的b相与波形变换器142输出端的b相连接，变压器143的一次侧绕组的c相与波形变换器142输出端的c相连接。而变压器143的二次侧绕组与外部负载连接，即变压器143的二次侧绕组的a相、b相和c相均并网连接到外部负载。

通过变压器143的上述连接关系，变压器143能够将获取到每一相交流信号均进行升压，并升压到电网匹配的电压，例如：10kv。将每一相交流信号升压后，变压器143再将每一相交流信号并网输出至外部负载。

如图2所示，主控模块150包括：第一控制器151和第二控制器152。

第一控制器151分别与太阳位置检测模块110和太阳能板组件120连接。本实施例中，第一控制器151可以为具备信号处理能力的集成电路芯片，例如stc89c52单片机。具体的，第一控制器151的i/o端口通过与太阳位置检测模块110中信号转换单元112，故第一控制器151能够接收到数字信号的太阳位置信息。第一控制器151中预先存储了太阳处于各个位置的目标位置数据。其中，每个目标位置数据均为太阳处于某个位置时，该阳能板组件需要调节到的最佳位置。当第一控制器151获取到太阳位置信息后，第一控制器151通过解析获取该太阳位置信息中的标识，第一控制器151根据太阳位置信息中的标识去查找对应的目标位置数据。当太阳位置信息中的标识和目标位置数据中的标识匹配时，则获取到该太阳位置信息所对应的目标位置数据。第一控制器151通过p1.0引脚至p1.7引脚与太阳能板组件120中步进电机122的驱动端连接，将目标位置数据输出至太阳能板组件120中步进电机122，进而控制太阳能板组件120转动至太阳位置信息所对应的目标位置。

第二控制器152分别与逆变输出模块140和外部负载连接。本实施例中，第二控制器152也可以为具备信号处理能力的集成电路芯片，例如stm32系列单片机。具体的，第二控制器152分别与外部负载和逆变输出模块140中三电平逆变器141的控制端连接。本实施例中，第二控制器152按预设时间间隔，在预设时长内持续的外获取部负载的多个功率信息。其中，预设时长可以为：10秒、20秒或30秒等，预设时间间隔可以为：0.1秒、0.2秒或0.5秒等。可以理解到，第二控制器152上一次功率信息获取完成后，再间隔0.1秒、0.2秒或0.5秒再获取下一次的功率信息。故第二控制器152设备在每个预设时长内均能够获取外部负载的多个功率信息。

第二控制器152按照预设的控制程序，在获取到多个功率信息后，根据该多个功率信息获取外部负载在预设时长内的功率变化信息。具体的，第二控制器152获取该预设时长内的多个功率信息的平均值，并将该平均值存储。第二控制器152获取该预设时长的平均值与存储的上一个预设时长的平均值之间的差值，该差值即为第二控制器152所获取的外部负载在该预设时长内的功率变化信息。

第二控制器152能够基于n-gram模型算法进行深度学习。通过n-gram模型算法，第二控制器152能够根据功率变化信息而查找到该功率变化信息所对应的预设变化概率系数。具体的，n-gram模型能够根据该预设时长的功率变化信息查找到在下一个预设时长，外部负载功率变化的预设变化概率系数。例如，该预设时长的功率变化信息为500w，则根据n-gram模型查找到下一个预设时长时，外部负载的功率减小100w的预设变化概率系数0.5，减小200w的预设变化概率系数0.3，而增加100w的预设变化概率系数0.2。第二控制器152对该功率变化信息所对应的预设变化概率系数进行随机选择，进而获取该功率变化信息所对应的预设变化概率系数。

第二控制器152根据获取到的功率变化信息和预设变化概率系数，则预先判断外部负载的功率变化情况是否增加。当预先判定外部负载的功率变化情况为增加时，根据功率变化情况生成逆变控制指令至逆变输出模块140中三电平逆变器141的控制端，以控制逆变输出模块140在外部负载的功率变化前，预先将输出功率增大，以使逆变输出模块140的输出功率能够实时与外部负载的功率变化匹配。当预先判定外部负载的功率变化情况为减小时，则第二控制器152不做控制动作，以保证逆变输出模块140当前的输出功率能够满足外部负载的当前需求，并在外部负载的需求功率实际减小时，再控制调节逆变输出模块140当前的输出功率减小至与外部负载的功率需求匹配。

第二实施例

请参阅图4，本发明第二实施例提供了一种太阳能追踪方法，太阳能追踪方法应用于太阳能追踪装置的主控模块，该太阳能追踪方法包括：步骤s100和步骤s200。

步骤s100：获取太阳位置检测模块输出的太阳位置信息；

步骤s200：根据所述太阳位置信息，控制太阳能板组件转动至所述太阳位置信息所对应的目标位置，其中，所述目标位置为太阳的阳光直射所述太阳能板组件的板面。

需要说明的是，由于所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统、装置和单元的实施例中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供了一种太阳能追踪装置及方法。其中，太阳能追踪装置包括：太阳位置检测模块、太阳能板组件、逆变输出模块和主控模块。太阳位置检测模块安装在太阳能板组件上，太阳位置检测模块与主控模块连接，太阳能板组件与逆变输出模块连接，主控模块分别与太阳能板组件与逆变输出模块连接，逆变输出模块和主控模块均与外部负载连接。

主控模块获取太阳位置检测模块检测并输出的太阳位置信息，主控模块通过解析该太阳位置信息，以根据该太阳位置信息来控制太阳能板组件转动至太阳位置信息所对应的目标位置。进而使得太阳能板组件的板面能够实时的被太阳的阳光能够直射。因此，通过主控模块的自动控制，使得太阳能板组件实时保持在目标位置，进而防止了太阳位置变化对光伏设备的太阳能转换效率的影响，并提高了对光伏能源的利用率。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。