光伏发电智能追日系统 论文

0 引言
在新能源发展中,太阳能发电储量丰富,无污染,因此太阳能的开发利用具有重大的现实意义。

在太阳能电池板发电的相同条件下,采用自动追踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高 35%,因此有必要实行太阳追踪。

1 光伏发电智能追日系统的组成
光伏发电智能追日系统主要组成：双轴机械跟踪系统，单片机控制系统，光电检测系统等。

1.1、双轴机械跟踪系统
机械部分采用双轴跟踪方法，如图1，实
光伏发电智能追日系统
马西沛赵佳庆
（上海电机学院机械学院）
摘要：目的制作一种新型、高精度的光伏发电智能追日系统，提高太阳能光伏电池发
电效率。

方法控制系统采用单片机控制；机械结构采用双轴跟踪系统。

结论笔者制作的光伏发电智能追日系统具有可靠性较高，精度高，对太阳能利用率高等优点。

关键词：双轴跟踪；光电检测；单片机；
现对太阳光的高度角和入射角的调节，实现太阳能板在水平方向的360°和在垂直方向的90°自由旋转。

转动轴的部位安装轴承，使摩擦减少，降低电机功率的损耗。

电机采用步进电机，连接减速机，实现速度、转矩 的变化，通过弹性联轴器与转动轴连接。

在垂直方向转动设置限位开关，防止太阳能板由于各方面的误差而导致偏出规定范围。

采用角度编码器对轴的转动检测，反馈检测数据到单片机，控制电机作相应的调整，以使得误差最小。

图1
1.2、单片机控制系统
根据地理位置、当地时间实时计算给定
的太阳方位指令角和太阳高度指令角．通过角度传感器测量实际角度位置，分别构成高度角和方位角位置闭环系统．单片机控制适合多云天气，但是要经常消除由机械部分带来的累积误差，否则直接影响系统跟踪精度．
1.3、光电检测系统
采用四块太阳能电池板，分别称为A 、B 、C 、D 象限，如图2，其中AB 与CD 两组用于比较方位角,AC 与BD 两组用于比较高度角。

在调整前首先要找出受光面积比较大的那一组( 假设为AB 组) ,然后比较这一组2 个象限的电压值, 如果A 与B 的电压差值大于阈值, 调整方位角电机, 再比较A 与B 的值, 直到两个电压的差值小于阈值为止。

当A 与B 的电压差值小于阈值时,C 与D 的电压差值也一定是小于阈值的。

这样在经过方位角的调整
之后，两组用于比较高度角的光电池AC 和BD 均处于同样的状态下，然后任选AC 与BD 任意一组来比较( 选AC)电压, 如果电压差值大于阈值,调整高度角电机, 再比较A 与C 的值, 直到两个电压的差值小于阈值为止。

过程如图3所示。

经过实际测试, 证实这种跟踪算法比较高效。

2 系统电路及其工作原理
2.1系统电路
本系统采用24V 电压，由蓄电池供电，这样可满足自身的能耗需要。

整个电路由单片机控制，使用C 语言对单片机编程。

本系
D C B A
步进电机
电池板
比较A 和C
比较A 和B 比较C 和D
方位角步进电机
图2
图3
单片机
高度角步进电机
统电路控制如图4所示。

图4
2.2工作原理
在太阳能板上采集的数据传输到单片机上，对数据采用光电检测系统分析，在把分析出的结果分别传输给水平和垂直方向转动的步进电机，步进电机接受指令做相应的调整，进而带动太阳能板的转动，安装在水平转动和垂直转动方向的编码器对太阳能板的转动进行检测，把检测数据反馈给单片机，单片机再进行比较，若不在初设定的误差范围内，则再把差值传输给步进电机做相应的调整。

太阳每天转动360°，假设跟踪装置每N分钟转动一次，则每次应转动
（15N/60）°，一般N取5-15分钟，本系统中N=10min，即每10分钟跟踪装置转动
2.5°。

在实际情况下，8:00之前或18:00之后，上海地区太阳光辐照量比较弱，跟踪装置在固定位置采集太阳能，与在跟踪模式下采集量基本相同，并且采用固定式方式节约了能源，因此，在此时间段跟踪装置固定不动。

同时可以根据地区不同，时间可以由软件改动，到18:00之后，太阳跟踪装置会在原位置等到20:00，之后复位，使得早上太阳出来到8:00这段时间，也可以采集太阳能。

如果时间介于8：00到18:00之间，由光敏二极管判断环境光辐照量是否大于10000Lux，若光辐照量大于10000Lux，采用自动比较控制式跟踪，否则按预先设定好的时间间隔转动，即每10分钟转动2.5°。

3 结语
此系统可以实现对太阳入射角的高精度追踪，使得对太阳能的利用率大大
提高，该系统可用于城市公共设施照明
等耗电量大的场所。

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单片机
水平转动控制步进电机垂直转动控制步进电机
编码器A
编码器B
太阳能板
光电检测系统。