一種太陽能追蹤和定位控制系統及其控制方法技術方案

本發明專利技術涉及一種太陽能追蹤和定位控制系統及其控制方法。該太陽能追蹤和定位控制系統包括視覺定位裝置和太陽能平臺控制裝置；視覺定位裝置包括至少三個不在同一直線上的固定式的參考光源、全景圖像采集器以及處理分析器；太陽能平臺控制裝置包括承載平臺和偏轉驅動單元；全景圖像采集器設置于承載平臺上，承載平臺上還設置有太陽能面板，全景圖像采集器與太陽能面板聯動；參考光源設置于承載平臺的外部；處理分析器分別和全景圖像采集器以及偏轉驅動單元通信連接。該太陽能追蹤和定位控制系統及其控制方法采用視覺識別技術同時實現三維定位和太陽光線角度追蹤，不僅可提高控制定位和跟蹤的準確度和抗干擾能力，還可降低建設和維護的成本。

【技術實現步驟摘要】
一種太陽能追蹤和定位控制系統及其控制方法
本專利技術涉及一種太陽能追蹤和定位控制系統及其控制方法，屬于太陽能發電領域。
技術介紹
現有太陽能跟蹤控制系統通常利用測量太陽輻射傳感器的光強數據來取得太陽光入射方位角和仰角，或者采用捕捉太陽圖像的變化從而分析太陽光入射角和方位角。以上控制系統對于放置在不穩定平面（如水面）或整體在運動的承載平臺（如光伏發電系統），則會因為跟蹤參照物少（只跟蹤太陽），導致跟蹤結果頻繁抖動甚至結果無法收斂。如公開號為CN103840757A的中國專利公開了用于光伏發電設備的太陽跟蹤方法及裝置，該用于光伏發電設備的太陽跟蹤方法及裝置即采用了通過采集太陽圖像信息后計算來取得太陽光入射方位角和仰角。對于可整體運動的承載平臺（如水面浮動式光伏發電系統），還需要設置一套三維定位系統，以實時測量裝置本處所處的位置及方向，現有技術通常采用衛星定位，超聲波或激光測距等技術手段實現，但是衛星定位技術存在精度較低和容易漂移抖動的問題，而超聲波測距定位技術存在易受環境噪聲干擾的問題。定位一般是通過捕捉激光、超聲波、無線電的反饋信號的強弱來測量距離，測量精度容易受到霧霾、風速、溫度、濕度等外部因素影響，需要引入復雜的補償機制。綜上所述，如果要同時實現太陽光線角度跟蹤和承載平臺三維定位這兩種功能，則需要分別獨立建設兩套系統。這樣的重復建設不僅導致系統建設和維護成本的上升，也會導致因為設備的增加而帶來系統整體可靠性的下降。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術提供一種太陽能追蹤和定位控制系統及其控制方法，該太陽能追蹤和定位控制系統及其控制方法采用視覺識別技術同時實現三維定位和太陽光線角度追蹤，不僅可提高控制定位和跟蹤的準確度和抗干擾能力，還可降低建設和維護的成本。本專利技術的技術方案如下：一種太陽能追蹤和定位控制系統，包括視覺定位裝置和太陽能平臺控制裝置；視覺定位裝置包括至少三個不在同一直線上的固定式的參考光源、全景圖像采集器以及處理分析器；太陽能平臺控制裝置包括承載平臺和偏轉驅動單元；全景圖像采集器設置于承載平臺上，承載平臺上還設置有太陽能面板，全景圖像采集器與太陽能面板聯動；參考光源設置于承載平臺的外部；處理分析器分別和全景圖像采集器以及偏轉驅動單元通信連接；全景圖像采集器采集自身四周的圖像信息；處理分析器接收全景圖像采集器發送的圖像信息并在計算后發送跟蹤控制指令信息給偏轉驅動單元；偏轉驅動單元驅動太陽能面板的雙軸轉動或太陽能面板的單軸轉動及承載平臺的自身轉動來追蹤太陽入射角和太陽方位角。其中，所述處理分析器包括數字處理分析硬件、標準時間系統以及計算分析軟件，數字處理分析硬件用于支撐計算分析算法的軟件運行；處理分析裝置根據標準時間系統和計算分析軟件計算分析得出太陽能吸收面板所需偏轉角度。其中，所述偏轉驅動單元包括設置在太陽能面板下部的雙軸追光支架設備。其中，所述偏轉驅動單元包括設置在太陽能面板下部的單軸追光支架設備以及設置于承載平臺下方的動力裝置，單軸追光支架設備和動力裝置共同實現太陽能面板對太陽光的雙軸追蹤。其中，所述全景圖像采集器設置于雙軸追光支架上或設置于單軸追光支架設備上，以實現與太陽能面板的聯動。一種太陽能追蹤和定位控制方法，包括以下依序進行的步驟：S1、全景圖像采集器實時采集圖像信息，全景圖像采集器將采集到的圖像信息發送到處理分析器；S2、處理分析器接收全景圖像采集器發送的圖像信息，即時計算得出任選的三個參考光源與全景圖像采集器的連線的夾角α,β,γ；S3、根據已選擇的預知的三個參考光源的地理坐標，處理分析器得到三個參考光源之間的相對距離，再根據步驟S2得到的三個參考光源與全景圖像采集器連線的夾角，處理分析器計算得出承載平臺上的全景圖像采集器的實時地理坐標；S4、多次重復S2至S3，以求得多種情況的平均值，實現精確定位；S5、根據標準時間系統取得即時時間，和步驟S3得出的承載平臺實時地理坐標，處理分析器通過計算得出承載平臺所處地理位置當前的太陽入射角和方位角；S6、處理分析器計算得出太陽能吸收面板的取向信息；S7、根據步驟S3得出的太陽的入射角和方位角以及步驟S6得出的太陽能吸收面板的取向，處理分析器計算得出太陽能吸收面板的偏轉角度；S8、處理分析器將計算出的太陽能吸收面板的偏轉角度信息發送給偏轉驅動單元，偏轉驅動單元控制太陽能吸收面板轉動，使太陽能吸收面板始終與太陽光線垂直。其中，步驟S2中的計算三個參考光源與全景圖像采集器的連線的夾角；包括以下依序進行的子步驟：S2-1、處理分析器已知全景圖象采集器的視場信息，可以確定圖片在觀察坐標系中的投影位置；S2-2、處理分析器利用視覺識別技術，識別和區別出各參考光源在圖像中的位置，從而確定參考光源在圖像上的投影點在觀察坐標系中的位置A’,B’,C’；S2-3、處理分析器確定各參考光源與全景圖像采集器所在直線在觀察坐標系中的取向；可以由此確定各參考光源與全景圖像采集器連線的夾角α,β,γ。其中，步驟S6中得出太陽能吸收面板的取向信息；包括以下依序進行的子步驟：S6-1、根據步驟S3得到的各參考光源與全景圖像采集器的距離，以及參考光源在圖像上的投影點在觀察坐標系中的位置，處理分析器可以得到參考光源在觀察坐標系中坐標A,B,C；S6-2、結合已知的各參考光源的實際地理坐標和所得參考光源在觀察坐標系中坐標，處理分析器可以標定全景圖像采集器在實際地理坐標系中的位置以及觀察坐標系在實際地理坐標系中的取向，太陽能吸收面板與全景圖像采集器聯動，處理分析器計算得出太陽能吸收面板的取向信息。其中，步驟S3中的全景圖像采集器獲取實時地理坐標；包括以下依序進行的子步驟：S3-1、參考光源包括第一光線發生設備、第二光線發生設備和第三光線發生設備；第一光線發生設備、第二光線發生設備和第三光線發生設備的定位點坐標分別為A、B、C，由A、B、C三點構成唯一一個平面三角形ABC；S3-2、處理分析器獲得全景圖像采集器所在點坐標O，通過步驟S2得出O點與A、B、C三點的夾角，即角∠AOC=γ、∠AOB=α、∠BOC=β；S3-3、處理分析器獲得第一光線發生設備和第三光線發生設備的距離AC=c，第一光線發生設備和第三光線發生設備的距離AB=a、第二光線發生設備和第三光線發生設備的距離BC=b；S3-4、設全景圖像采集器與第一光線發生設備距離AO=a1，全景圖像采集器與第三光線發生設備距離CO=c1，全景圖像采集器與第二光線發生設備距離BO=b1，根據公式：；；；處理分析器計算從而求得a1的值,c1的值,b1的值；S3-5、根據步驟S3-4得到的a1、b1和c1的值，又已知第一光線發生設備、第二光線發生設備和第三光線發生設備的定位點坐標分別為A、B、C,根據空間中兩點距離公式列方程，可得出全景圖像采集器的實時地理坐標。本專利技術具有如下有益效果：1、本專利技術采用視覺識別技術同時實現三維定位和太陽光角度追蹤，不僅可提高控制定位和跟蹤的準確度和抗干擾能力，還可降低建設和維護的成本。2、本專利技術將定位系統與跟蹤系統合二為一,避免分別建設兩套系統以實現太陽光線角度跟蹤和承載平臺三維定位這兩種功能，不僅降低系統建設和維護成本，也因設備的減少增加系統整體的可靠性。3、本專利技術有效提高跟蹤控制系統的精本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種太陽能追蹤和定位控制系統，其特征在于：包括視覺定位裝置和太陽能平臺控制裝置；視覺定位裝置包括至少三個不在同一直線上的固定式的參考光源（2）、全景圖像采集器（3）以及處理分析器（4）；太陽能平臺控制裝置包括承載平臺（1）和偏轉驅動單元；全景圖像采集器（3）設置于承載平臺（1）上，承載平臺（1）上還設置有太陽能面板（11），全景圖像采集器（3）與太陽能面板（11）聯動；參考光源（2）設置于承載平臺（1）的外部；處理分析器（4）分別和全景圖像采集器（3）以及偏轉驅動單元通信連接；全景圖像采集器（3）采集自身四周的圖像信息；處理分析器（4）接收全景圖像采集器（3）發送的圖像信息并在計算后發送跟蹤控制指令信息給偏轉驅動單元；偏轉驅動單元驅動太陽能面板（11）的雙軸轉動或太陽能面板（11）的單軸轉動及承載平臺（1）的自身轉動來追蹤太陽入射角和太陽方位角。

【技術特征摘要】
1.一種太陽能追蹤和定位控制系統，其特征在于：包括視覺定位裝置和太陽能平臺控制裝置；視覺定位裝置包括至少三個不在同一直線上的固定式的參考光源（2）、全景圖像采集器（3）以及處理分析器（4）；太陽能平臺控制裝置包括承載平臺（1）和偏轉驅動單元；全景圖像采集器（3）設置于承載平臺（1）上，承載平臺（1）上還設置有太陽能面板（11），全景圖像采集器（3）與太陽能面板（11）聯動；參考光源（2）設置于承載平臺（1）的外部；處理分析器（4）分別和全景圖像采集器（3）以及偏轉驅動單元通信連接；全景圖像采集器（3）采集自身四周的圖像信息；處理分析器（4）接收全景圖像采集器（3）發送的圖像信息并在計算后發送跟蹤控制指令信息給偏轉驅動單元；偏轉驅動單元驅動太陽能面板（11）的雙軸轉動或太陽能面板（11）的單軸轉動及承載平臺（1）的自身轉動來追蹤太陽入射角和太陽方位角。2.根據權利要求1所述的太陽能追蹤和定位控制系統，其特征在于：所述處理分析器（4）包括數字處理分析硬件、標準時間系統以及計算分析軟件，數字處理分析硬件用于支撐計算分析算法的軟件運行；處理分析裝置（4）根據標準時間系統和計算分析軟件計算分析得出太陽能吸收面板（11）所需偏轉角度。3.根據權利要求2所述的太陽能追蹤和定位控制系統，其特征在于：所述偏轉驅動單元包括設置在太陽能面板（11）下部的雙軸追光支架設備（5）。4.根據權利要求2所述的太陽能追蹤和定位控制系統，其特征在于：所述偏轉驅動單元包括設置在太陽能面板（11）下部的單軸追光支架設備（6）以及設置于承載平臺（1）下方的動力裝置（7），單軸追光支架設備（6）和動力裝置（7）共同實現太陽能面板（11）對太陽光的雙軸追蹤。5.根據權利要求3或4所述的太陽能追蹤和定位控制系統，其特征在于：所述全景圖像采集器（3）設置于雙軸追光支架（5）上或設置于單軸追光支架設備（6）上，以實現與太陽能面板（11）的聯動。6.一種太陽能追蹤和定位控制方法，采用如權利要求1-5所述的太陽能追蹤和定位控制系統，其特征在于：包括以下依序進行的步驟：S1、全景圖像采集器（3）實時采集圖像信息，全景圖像采集器（3）將采集到的圖像信息發送到處理分析器（4）；S2、處理分析器（4）接收全景圖像采集器（3）發送的圖像信息，即時計算得出任選的三個參考光源（2）與全景圖像采集器（3）的連線的夾角α,β,γ；S3、根據已選擇的預知的三個參考光源（2）的地理坐標，處理分析器（4）得到三個參考光源（2）之間的相對距離，再根據步驟S2得到的三個參考光源（2）與全景圖像采集器（3）連線的夾角，處理分析器（4）計算得出承載平臺（1）上的全景圖像采集器（3）的實時地理坐標；S4、多次重復S2至S3，以求得多種情況的平均值，實現精確定位；S5、根據標準時間系統取得即時時間，和步驟S3得出的承載平臺（1）實時地理坐標，處理分析器（4）通過計算得出承載平臺（1）所處地理位置當前的太陽入射角和方位角；S6、處理分析器（4）計算得出太陽能吸收面板（11）的取向信息；S7、根據步驟S3得出的太陽的入射角和方位角以及步驟S6得出的太陽能吸收面板...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬強，林堅，郭其秀，莊瑋，張誠力，劉立騰，洪超俤，陳裕炳，黃嘉誠，肖全杰，
申請(專利權)人：郭其秀，
類型：發明
國別省市：福建,35