一种实现太阳能跟踪系统运行误差自消除与抗风功能的硬限位装置以及控制方法

技术领域

本发明涉及光伏发电技术设备传动机构设计的技术领域，尤其是一种实现太阳能跟踪系统运行误差自消除与抗风功能的硬限位装置以及控制方法。

背景技术

太阳能跟踪系统可以适时跟踪太阳的方位角和高度角的变化，保证太阳能电池组件与太阳光呈最佳照射角度，提高发电量。目前大部分太阳能跟踪系统采用角度传感器确保跟踪的准确度和限制跟踪范围，但是，角度传感器成本较高且存在由于传感器失灵造成光伏组件以及架体损坏的风险；大部分抗风设计采用控制系统与风速传感器相连以得到风速信息，这需要购买风速传感器并铺设电缆，消耗大量的人力物力。本发明将清除运行误差与驱动系统的硬限位完美的结合在一起，限位和清除误差更准确、可靠，且无需风速传感器实现跟踪系统抗风功能，成本低并能节约铺设线缆浪费的人力物力。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现太阳能跟踪系统运行误差自消除与抗风功能的硬限位装置以及控制方法，无需借助其他设备可实现太阳能跟踪系统的运行误差自修正和避风状态两大功能，且限位和清除误差更准确、可靠，可以有效降低跟踪系统的自身成本和节约安装成本。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种实现太阳能跟踪系统运行误差自消除与抗风功能的硬限位装置，包括驱动系统支撑框架、输出齿轮、按照太阳能跟踪系统的运行角度需要而设置在输出齿轮的齿面上或设置在驱动系统支撑框架上用来限制输出齿轮过度旋转的限位结构、输出轴、蜗轮蜗杆减速结构、驱动电机和与驱动电机连接的控制回路；其中，输出齿轮固定连接在输出轴上，输出轴可旋转的安装在驱动系统支撑框架上，蜗轮蜗杆减速结构固定安装在驱动系统支撑框架上，蜗轮蜗杆减速结构的动力输出轴上的齿轮与所述输出齿轮啮合；固定安装在驱动系统支撑框架上或蜗轮蜗杆减速结构壳体上的驱动电机与涡轮蜗杆减速结构的动力输入轴传动连接；控制回路包括控制单元、电机驱动单元、电机电流检测单元、直流电源；电机电流检测单元分别与控制单元、驱动电机的电流输入端连接，电机驱动单元的输入端与控制单元的电机控制输出端连接，电机驱动单元的输出端与驱动电机连接，直流电源分别与控制单元、电机电流检测单元和电机驱动单元连接。

一种实现太阳能跟踪系统运行误差自消除与抗风功能的控制方法，根据驱动电机的功率设定一个最大保护电流值Io，控制单元检测驱动电机的工作电流I并与设定的最大保护电流值Io比较，当驱动电机的工作电流I达到设定的最大保护电流值Io时，控制单元控制驱动电机停止当前跟踪运行，并反向运转一定转数后，再转为跟踪方向，同时检测驱动电机的工作电流I，并与Io对比，确定太阳能跟踪系统是处于硬限位状态还是因外力作用而导致的驱动电机工作电流瞬时增大状态；

当确定太阳能跟踪系统是处在硬限位状态时，控制单元将重新获取基准角度参数Ao，清除运行过程中产生的误差；对于因外力作用而引起的驱动电机工作电流增大，即认定为抗风状态，控制单元控制驱动电机返回最佳抗风角度。

进一步地，在太阳能跟踪系统跟踪太阳运行的过程中，当控制单元检测到驱动电机的工作电流I＝Io时，控制单元将控制驱动电机停止跟踪运行，控制驱动电机反向运转一定转数，然后再转为跟踪方向运行；

若太阳能跟踪系统运行至原停止跟踪位置时，控制单元再次检测到驱动电机的工作电流I＝Io，则确定太阳能跟踪系统处于硬限位状态，控制单元重新获取基准角度参数Ao，清除系统运行过程中产生的误差，并控制驱动电机旋转至跟踪系统当前应该所在的准确位置；

若太阳能跟踪系统未运行至原停止跟踪位置时，控制单元检测到驱动电机的工作电流I＝Io，或太阳能跟踪系统运行超出了原停止跟踪位置一定角度后，不管控制单元是否检测到驱动电机的工作电流I＝Io，控制单元皆判断是由于外部的瞬时大风造成驱动电机的工作电流I增大至Io，控制单元控制驱动电机回退太阳能跟踪系统目前所在角度值，转至相对水平状态，从而达到抗风的目的。

进一步地，对于因控制单元、太阳能驱动系统连接线路等故障造成的较大误差，通过当天控制驱动电机运行至硬限位角度清除；对于因控制精度、机械间隙产生的较小的累计误差，通过每隔一定天数控制驱动电机运行至硬限位角度清除。

进一步地，所述最大保护电流值Io小于驱动电机的额定工作电流In，所述硬限位角度Ao是按照太阳能跟踪系统的运行角度需要而设置的硬限位所在角度。

本发明的有益效果是，

太阳能跟踪系统的硬限位设计除了实现有效限位之外，结合发明中驱动电机的控制过程，驱动电机的工作电流I等于最大保护电流值Io时，驱动电机反向运转一定转数后，再转为跟踪运转，并进行测试，确定太阳能跟踪系统的状态，当确定太阳能跟踪系统是处在硬限位状态时，控制单元重新获取基准角度参数Ao，清除运行过程中产生的误差；对于因外力作用而引起的驱动电机工作电流增大，即认定为抗风状态，控制单元控制驱动电机返回最佳抗风角度。无需安装角度传感器和风速传感器，便可以实现太阳能跟踪系统的运行误差自修正和避风状态两大功能，且限位和清除误差更准确、可靠，可以有效降低跟踪系统的自身成本和节约安装成本。

附图说明

图1是太阳能跟踪系统限位块位于驱动系统支撑框架上的结构示意图；

图2是太阳能跟踪系统限位块位于驱动系统输出齿轮的齿面上的结构示意图；

图3是电机控制回路结构示意图；

图4是实现消除误差和抗风功能的工作过程图；

其中，1、限位块；2、输出齿轮；3、输出轴；4、驱动系统支撑框架；5、蜗轮蜗杆减速结构；6、驱动电机。

具体实施方式

如图1所示，太阳能跟踪系统硬限位结构，包括按照太阳能跟踪系统的运行角度需要而设置在驱动系统支撑框架4上用来限制输出齿轮2过度旋转的限位块1、输出齿轮2、输出轴3、驱动系统支撑框架4、蜗轮蜗杆减速结构5、驱动电机6，限位块1属于驱动系统支撑框架4的一部分，限制输出齿轮2的可旋转角度，通过限位块1的上、下、左、右的位置调节可以调节输出齿轮2的旋转范围；本实施例的输出齿轮2为扇形轮，输出齿轮2通过焊接的方式与输出轴3连接在一起，输出轴3穿过支撑框架的输出轴孔，可旋转的安装在驱动系统支撑框架4上，蜗轮蜗杆减速结构5固定于驱动器支撑框架4上，蜗轮蜗杆减速结构5的动力输出轴上的齿轮与所述输出齿轮2啮合；固定安装在驱动系统支撑框架4上或蜗轮蜗杆减速结构5壳体上的驱动电机6与涡轮蜗杆减速结构5的动力输入轴传动连接。

如图2所示，本实施例与图1实施例的区别在于，图2中的限位块1设置在输出齿轮2的齿面上，限位块1是一个凸块，当限位块1与蜗轮蜗杆减速结构5的动力输出轴上的齿轮啮合时，在此处形成一个阻挡效果，通过该限位块1可以实现左右限位。

如图3所示，电机控制回路包括控制单元、检测驱动电机电流大小的电机电流检测单元、控制驱动电机转动的电机驱动单元和直流电源，电机控制单元为单片机，电流检测单元分别与单片机、驱动电机的电流输入端连接，电机驱动单元的输入端与单片机的电机控制输出端连接，电机驱动单元的输出端与驱动电机连接，直流电源分别与单片机、电机电流检测单元和电机驱动单元连接。

如图4所示，根据驱动电机的功率设定一个最大保护电流值Io，所述最大保护电流值Io小于驱动电机的额定工作电流In，在太阳能跟踪系统跟踪太阳运行的过程中，控制单元检测驱动电机的工作电流I并与设定的最大保护电流值Io比较，当控制单元检测到驱动电机的工作电流I＝Io时，控制单元将控制驱动电机停止跟踪运行，控制驱动电机反向运转一定转数，然后再控制驱动电机转为跟踪方向运行。

若太阳能跟踪系统运行至原停止跟踪位置时，控制单元再次检测到驱动电机的工作电流I＝Io，则确定太阳能跟踪系统处于硬限位状态，控制单元重新获取基准角度参数Ao(所述硬限位角度Ao是按照太阳能跟踪系统的运行角度需要而设置的硬限位所在角度)，清除太阳能跟踪系统运行过程中产生的误差，并控制驱动电机旋转至太阳能跟踪系统当前应该所在的准确位置。

若太阳能跟踪系统未运行至原停止跟踪位置时，控制单元检测到驱动电机的工作电流I＝Io，或跟踪系统运行超出了原停止跟踪位置一定角度后，不管控制单元是否检测到驱动电机的工作电流I＝Io，控制单元皆判断是由于外部的瞬时大风造成驱动电机电流增大至Io，控制单元控制驱动电机回退太阳能跟踪系统目前所在角度值，转至相对水平状态，从而达到抗风的目的。对于因控制单元、太阳能驱动系统连接线路等故障造成的较大误差通过当天控制单元控制驱动电机运行至硬限位角度清除；对于因控制精度、机械间隙产生的较小的累计误差，通过每隔一定天数控制单元控制驱动电机运行至硬限位角度清除。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。