基于光伏发电的双轴自动跟踪系统
PLC在光伏发电追光系统中的应用
• 130•太阳能光伏发电电池阵列的发电量与光线入射角角度有关，光线与光伏阵列平面垂直时，发电量最大。
提出基于PLC 的光伏电池板自动追光系统，使光伏电池板能实时跟踪太阳光照，从而提高光伏阵列的发电量，提高太阳能的利用率。
系统采用双轴跟踪，包括硬件部分和软件部分，硬件部分有光线检测电路、PLC 控制电路及双轴跟踪电路；软件部分有PLC 的控制程序。
1 方案提出太阳能具有取之不尽、用之不竭、绿色环保和分布广泛等优点，是新能源的重要组成部分，越来越受到人们的关注和青睐。
太阳能光伏发电系统的应用越来越普遍，光伏发电系统的发电量自然也成为行业内关注的焦点。
太阳能光伏发电系统通常分为固定式和跟踪式两种。
由于太阳具有间歇性及强度和方向时变等特性，光线与光伏阵列平面垂直时，发电量最大，采用固定式光伏发电系统无法达到对太阳能的利用最大化，因此自动检测太阳光线，并控制光伏发电板自动跟踪太阳方向，使光伏电池板始终保持与太阳光垂直，可以大大提高太阳能利用率。
本文所设计的光伏发电系统是基于PLC 控制的光伏发电双轴自动跟踪系统，能达到提高光伏发电电池阵列的发电量，有效提高太阳能利用率的目的。
2 方案设计光伏发电双轴跟踪系统包括硬件部分和软件部分，硬件部分有光线检测电路、PLC 控制电路及双轴跟踪电路；软件部分有PLC 的控制程序。
系统工作原理：四个光敏传感器和信号比较电路检测太阳光线的方位，并送入PLC ，PLC 按照事先下载好的程序进行逻辑判断、计时和计数等运算，输出控制信号到继电器，控制两个直流电机正反转，从而控制光伏电池板东西南北的运动，达到光伏电池板实时跟踪太阳光线的效果。
（系统整体结构框图如图1所示）图1 系统整体结构框图2.1 光线检测设计光线检测部分包括光敏传感器模块和比较电路两部分组成。
设计采用的是光敏电阻光强比较法，利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将两对光敏传感器分别放置在东-西、南-北四个方位，并且两两之间用档光板隔开（传感器模块如图2所示），将该传感器模块安装在四块光伏电池板正中间位置。
光伏发电自动跟踪系统的设计
光伏发电自动跟踪系统的设计一、本文概述随着全球能源危机和环境问题的日益严重，可再生能源的开发和利用受到了越来越多的关注。
其中，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，具有广泛的应用前景。
然而，传统的光伏发电系统往往存在固定安装、无法有效跟踪太阳位置的问题，导致能量接收效率不高。
因此，本文旨在设计一种光伏发电自动跟踪系统，以提高光伏电池板的能量接收效率，从而推动光伏发电技术的发展和应用。
本文首先介绍了光伏发电的基本原理和现状，分析了传统光伏发电系统存在的问题和不足。
然后，详细阐述了光伏发电自动跟踪系统的设计原理和实现方法，包括硬件设计和软件编程两个方面。
在硬件设计方面，介绍了系统的主要组成部分，如传感器、电机驱动器等，并阐述了它们的工作原理和选型依据。
在软件编程方面，介绍了系统的控制算法和程序流程，包括太阳位置计算、电机控制等。
本文对所设计的光伏发电自动跟踪系统进行了实验验证和性能分析，证明了该系统的有效性和优越性。
也指出了该系统存在的不足之处和改进方向，为未来的研究提供了参考和借鉴。
通过本文的研究和设计，旨在为光伏发电领域提供一种高效、可靠的自动跟踪系统解决方案，推动光伏发电技术的进一步发展和应用，为实现可持续发展和环境保护做出贡献。
二、光伏发电原理及关键技术光伏发电是利用光生伏特效应将光能直接转换为电能的发电方式。
当太阳光照射到光伏电池上时，光子与光伏电池内的半导体材料相互作用，激发出电子-空穴对。
这些被激发的电子和空穴在光伏电池内部电场的作用下分离，形成光生电流，从而实现光能向电能的转换。
光伏发电的关键技术主要包括光伏电池材料的选择、光伏电池的结构设计、光电转换效率的提升以及系统的集成与优化。
光伏电池材料是光伏发电的基础，常用的材料有单晶硅、多晶硅、非晶硅以及薄膜光伏材料等。
不同材料具有不同的光电转换效率和成本，因此在选择时需要综合考虑性能和经济性。
光伏电池的结构设计也是影响光伏发电效率的重要因素。
光伏发电自动跟踪系统的改进与分析
李
莘
日 时， 自动跟踪器即时响应， 找到太阳并跟踪到位。傍晚光线
消失 ， 已不能发电时 ， 传感器会发出信号 ， 夜问停止 电路启动 ， 并
转 回到东方 。
加， 使太 阳能 、 绿色生物能 、 燃料电池 、 海洋能源等新能源的研究
与应用 ， 引起 全 世 界 的 极 大 关 注 。尤 其 是 太 阳能 因其 具 有 普遍
起 系统输 出信 号产生偏差 ， 到一定 幅度 时 ， 达 方向开关 电路启 动， 执行机构开始进行纠正 ， 使光 电传感器重新达到平衡 ， 即太
阳能 电池 板 方 阵 平 面 与 光 线 构 成 ９ 度 角 而停 止 转动 ， 完 成 一 ０ 并
分 主要 由电池板支架 、 底座和直流 电机构成 ； 控制部分驱动电机
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许 昌市科学 技术情 报研 究所
能源是人类不断发展 和进 步的动力 ， 能源利 用的水平映 人类文明发展 的程度。一次性 能源 的 日益枯竭和环境压力的增
复 杂 、 护 困难 ， 用 双轴 自动 跟 踪 系 统 不 现 实 。针 对 这 一 实 际 维 利 情 况 ， 据太 阳能 发 电 自动 跟 踪 系 统 的原 理 与 基 本方 法 ， 双 轴 根 对
国家 。 因此 ， 广 普 及 光伏 发 电 技 术 对 人 类 经 济 的 可 持 续 发 展 推
千 瓦 ， 阳能 电池 年 产 量 达 到 ｌｌ８ 千 瓦 ， 超 过 日本 和 欧 洲 太 ８万 已
二、 光伏 发 电 自动跟 踪 系统 的 改进 与 发 展 我 国 目前 使 用 的无 跟 踪 装 置 的用 户 太 阳 能 光 伏 系 统 ， 由于
光伏发电站跟踪系统及支架监造导则
光伏发电站跟踪系统及支架监造导则光伏发电是一种利用太阳能转换为电能的可再生能源技术。
光伏发电站是由多个太阳能电池组成的，这些电池将太阳能转化为直流电能，然后通过逆变器将其转换为交流电能。
为了确保光伏发电站能够正常运行并实现最大的发电效率，需要有一个可靠的跟踪系统和支架监造导则。
光伏发电站跟踪系统是指能够跟踪太阳运动并根据太阳位置自动调整光伏组件角度的系统。
它可以确保光伏组件始终面向太阳，最大程度地接收太阳辐射能量。
跟踪系统通常分为单轴和双轴两种类型。
单轴跟踪系统能够实现水平方向的跟踪，而双轴跟踪系统则可以实现水平和垂直方向的跟踪。
选择适合的跟踪系统取决于光伏发电站的具体需求和经济效益。
支架监造导则是指对光伏发电站支架的监造和管理规范。
支架是支撑光伏组件的重要组成部分，其质量和稳定性直接影响到光伏发电站的安全和稳定运行。
支架监造导则包括了支架材料的选择、支架的设计和制造、支架的安装和调试等方面的要求。
其中，支架的材料选择要考虑到其抗风、抗腐蚀和耐久性能，以确保支架在恶劣环境下仍然能够保持稳定。
支架的设计和制造要符合国家相关标准和规范，确保其结构牢固，并能够承受光伏组件的重量和风载荷。
支架的安装和调试要按照规定的程序进行，并进行必要的检测和测试，以确保安装质量和性能。
光伏发电站跟踪系统和支架监造导则的实施可以提高光伏发电站的发电效率和运行可靠性。
跟踪系统可以使光伏组件始终面向太阳，最大限度地接收太阳能量，从而提高发电量。
支架监造导则可以确保支架的质量和稳定性，防止因支架失稳而导致光伏组件损坏或发电站运行中断。
此外，跟踪系统和支架监造导则还可以提供对光伏发电站运行状态的实时监测和管理，及时发现和解决问题，确保光伏发电站的正常运行。
在实施光伏发电站跟踪系统和支架监造导则时，需要考虑到光伏发电站的具体情况和要求。
不同地区的太阳辐射强度和光伏发电站的布置方式可能会对跟踪系统和支架的选择和设计产生影响。
因此，在选择和设计跟踪系统和支架时，需要进行充分的工程分析和评估，确保其能够满足光伏发电站的实际需求。
太阳能双轴跟踪系统原理解析
太阳能双轴跟踪系统原理解析太阳能双轴跟踪系统原理解析1. 引言太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了越来越多的关注和应用。
为了更高效地收集太阳能，提高太阳能发电系统的效率，太阳能双轴跟踪系统应运而生。
本文将深入探讨太阳能双轴跟踪系统的原理及其在太阳能发电领域的应用。
2. 太阳能双轴跟踪系统的基本原理太阳能双轴跟踪系统是一种能够根据太阳的位置来调整太阳能发电设备角度的系统。
它通过使用两个轴（水平轴和垂直轴）来实现对太阳能接收器的定位，以确保太阳能始终垂直照射到接收器上。
这种追踪方式与传统的固定式太阳能系统相比，能够使得接收器相对于太阳的角度始终保持最佳状态，从而提高太阳能发电的效率。
3. 太阳能双轴跟踪系统的构成太阳能双轴跟踪系统主要由以下几个组成部分构成：3.1 太阳能追踪控制器：该控制器根据预设的追踪算法和传感器采集的数据，来计算并控制太阳能发电设备的运动。
它可以通过控制执行机构，调整发电设备的角度和方向。
3.2 电动机或执行机构：太阳能双轴跟踪系统通过电动机或其它执行机构来实现设备的角度调整。
这些电动机或执行机构通过接收控制器的指令，将设备转动到正确的位置上。
3.3 传感器：为了准确地获取太阳的位置信息，太阳能双轴跟踪系统通常会配备多个传感器。
这些传感器可以是太阳光电传感器、倾斜传感器等。
它们通过检测太阳的位置和周围环境的变化，向控制器提供实时的反馈信息，以确保设备能够准确追踪太阳。
3.4 太阳能接收器：太阳能双轴跟踪系统最关键的一部分是太阳能接收器。
它通常由太阳能电池板或聚光器组成，用于将太阳光转化为电能。
通过精确地追踪太阳，太阳能接收器可以最大限度地吸收太阳的能量，提高太阳能的利用效率。
4. 太阳能双轴跟踪系统的优势相较于固定式太阳能系统，太阳能双轴跟踪系统具有以下几个优势：4.1 提高发电效率：通过追踪太阳的位置并使接收器始终垂直照射，太阳能双轴跟踪系统可以最大限度地吸收太阳能，提高发电效率。
平单轴、斜单轴、双轴自动跟踪技术选择分析方法
平单轴、斜单轴、双轴自动跟踪技术选择分析方法众所周知，为提高光伏电站的发电量，降低度电成本，增加投资的经济效益，可以采用光伏自动跟踪技术。
从国内技术来讲，对非聚光形式有双轴跟踪、斜单轴、平单轴以下3种跟踪技术。
对各种跟踪方式优缺点比较如下：(1)双轴跟踪范围大的同时占地面积大，安装容量容易受安装环境影响；安 装相对复杂、抗风能力一般，一次性投入相对较高，在电池板价格低的情况下，经 济价值一般。
安装结构示意图参见图5-7。
(2)斜单轴单元安装容量、跟踪范围一方面受环境影响另一方面受顶杆电机 行程约束，抗风能力较好、安装比较简单，整个性价比较高，如果安装在斜坡上则 优势更明显。
(3)平单轴跟踪范围大、安装简单、容易扩展容量，容量大时造价低、抗风 能力强，经济性能高，更适合在赤道附近地区应用同时对地基平面要求高。
西限位开关水平电机东限位开关光强检测装置东西方向侧视图正视图图5-7 双轴跟踪示意图从发电效率来看：平单轴：发电量提高10%～20%，成本增加3%～5%，单机最大功率50kW (2008年底)。
斜单轴：发电量提高20%～30%，成本增加10%，单机最大功率3.3kW （2006年底）。
双轴：发电量提高30%～40%，成本增加15%，单机最大功率l0kW （2008年底）。
在光伏电站设计中，要不要跟踪，应因地而异，完全由综合技术经济性来判定。
从以上3种跟踪技术比较来说，通常是斜单轴跟踪费效比较好，平单轴适合于低纬度地区(30度内)。
对平板太阳电池方阵，在太阳电池组件已大幅降价之后，一般不必选择双轴跟踪。
因为双轴跟踪往往可靠性并不高，给维护带来麻烦，结果所谓得不偿失。
图5-8所示分别为斜单轴跟踪系统的原理图和前视图。
Z=维度Z=维度图5-8 斜单轴跟踪系统原理图。
太阳能双轴跟踪系统原理
太阳能双轴跟踪系统原理一、前言太阳能作为一种清洁、可再生的能源，越来越受到人们的关注和重视。
而太阳能跟踪系统则是提高太阳能利用效率的重要手段之一。
本文将详细介绍太阳能双轴跟踪系统的原理。
二、太阳能双轴跟踪系统的概述太阳能双轴跟踪系统是指通过控制电机驱动，使得光伏板始终朝向太阳，并保持与太阳光线垂直，从而最大限度地提高光伏板的发电效率。
该系统由控制器、电机、传感器和支架等组成。
三、控制器控制器是整个系统的核心部件，它负责接收传感器采集到的数据，并根据预设算法计算出正确的电机转动角度和方向，从而实现对光伏板的精确跟踪。
控制器还可以设置参数，如时间间隔、角度误差等。
四、电机电机是实现光伏板转动的关键部件，通常采用直流电机或步进电机。
在工作时，控制器会根据传感器采集到的数据计算出电机需要转动的角度和方向，并通过控制电流来驱动电机转动。
五、传感器传感器是实现太阳能跟踪的关键部件，它可以测量太阳的位置和光线的强度。
常用的传感器有光敏电阻、光电二极管、太阳能光伏电池等。
传感器采集到的数据将被送往控制器进行处理。
六、支架支架是安装在地面或屋顶上，用于支撑光伏板并实现转动的设备。
通常采用钢材或铝合金材料制成，具有足够强度和稳定性。
七、原理太阳能双轴跟踪系统的原理基于日地运动学原理。
地球绕着太阳公转，同时自转，因此在任何时刻都会有一个方向与太阳相对应。
通过精确测量这个方向，就可以实现对光伏板的精确跟踪。
具体来说，系统中安装有两个传感器：一个用于测量水平方向上的角度（俯仰角），另一个用于测量垂直方向上的角度（方位角）。
根据这两个角度以及当前时间和地理位置等信息，控制器可以计算出太阳的位置，并确定光伏板需要转动的角度和方向。
控制器通过驱动电机来实现光伏板的转动，使其始终朝向太阳，并保持与太阳光线垂直。
八、总结太阳能双轴跟踪系统是提高太阳能利用效率的重要手段之一，其原理基于日地运动学原理。
系统由控制器、电机、传感器和支架等组成，通过精确测量太阳位置和光线强度来实现对光伏板的精确跟踪。
光伏发电双轴智能跟踪系统设计
光伏发电双轴智能跟踪系统设计摘要：随着经济与技术的共同发展，人们对于能源的需求越来越大，使得目前对于能源的消耗量逐渐增长，但是目前大多数能源还都是采用以往的化石燃料焚烧的方法来都得到。
因此，为了能够使得能源进行一定的优化与改善，就需要不断的探索并开发出新能源。
通过光伏发电双轴智能跟踪系统的应用，能够有效的实现将太阳能转化为电能，在该系统中采用了单片机、锂电池、光电传感器、电机等设备，通过这些设备的应用能够实现智能化的跟踪光源，充分的获取所需的太阳能，并将其合理的利用，有效的发挥该系统的作用。
本篇文章就对于光伏发底单双轴智能跟踪系统进行研究与分析，从而促进该系统的推广与应用，实现新能源的开发与应用。
关键词：光伏发电；智能跟踪系统；在光伏发电的实际应用过程中，其太阳能的有效利用成为了一大难题，因此，为了能够有效的获取充足的太阳能，并且提高电能生产的效率，需要对发电效率以及光能的获取这两项内容进行研究与分析。
对于地球而言，其每个地方所受到太阳照射的时间、程度都是不一样的，且其变化的速度非常快。
因此，为了能够保证光伏发电能够不受该问题的影响，能够获取充足的光能，需要设计出一种特殊的光伏发电系统，并且保证该系统的应用过程中太阳的位置光能发电板的位置能够相互匹配，提高光能的收集效率。
根据相关的研究发现，采用追踪模式能够有效的追踪光能的位置，从而提高光能获取的效率，因此光伏发电双轴智能跟踪系统的研发与应用是非常必要的。
1双轴智能跟踪系统的作用原理在双轴智能跟踪系统的应用过程中，需要相关设备及装置的支持，其中双轴智能跟踪装置发挥重要的作用，在该装置的内部通过应用两个同种类型的电机，能够实现对于高度以及角度的控制，从而保证光伏发电所使用的发电板能够时刻与太阳照射之间的角度保持在90度，在应用的过程中电机通过旋转来时刻的追踪太阳位置的变化情况。
在光伏发电双轴智能跟踪系统中还会利用光电传感器设备，通过该设备的应用能够有效的将光信号转化为电信号。
基于STM32的太阳能双轴跟踪控制系统
文章编号 ： １ ０ ０ ９— ２ ５ ５ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ｏ ４—０ １ １ ３一 Ｏ ３ 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ
基于 Ｓ Ｔ Ｍ ３ ２的 太 阳 能 双 轴 跟 踪 控 制 系统
秦 兴盛 ，陈晓荣 ，聂道林
（ １ ．上海交通大学光 电信息与计算机工程学院 ，上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３ ；２ ．上海驭领机电有限公司 ，上海 ２ ０１ ３ ６ ）
摘
要 ：利 用太 阳能跟 踪 支架 ，使 太 阳能 电池始 终 能 被 太 阳光 直射 以提 高发 电效 率 ，降低 太 阳
能电池板 的尺 寸并 节省成本 。文 中设计 以 ｓ Ｔ Ｍ３ ２ Ｆ ｌ ０ ３ ｚ Ｅ Ｔ ６为控 制核 心 的 太 阳支架 双轴 跟踪 控 制 系统 ， 系统根 据 支架所在地 的经 纬 度 与 时 间 ，计 算 出蜗轮 蜗杆 与推 杆 的相 应 位 置 ，改 变 支架 的 高度 角与方位 角 ，实现 双轴跟 踪 ；并且 利 用照度 传 感 器与 风速 传感 器 ，使 支架 能适 应 不 同天 气 ；
加入 软件 自动修 复等技 术 ，降低 系统 功耗 、提 高 系统稳 定性 。该 产 品在 实际应 用 中能较 好地 满
足精 度与稳 定性要 求 。
关键 词 ：Ｓ Ｔ Ｍ３ ２ ；双轴跟 踪 ；光 伏发 电
Ｄｕ ａ ｌ — ａ ｘ ｉ ｓ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｓ ＴＭ ３ ２
０ 引 言
人 类社 会进入 ２ ｌ 世纪， 正 面临着 化石燃 料短 缺
１ 算 法 简介
如何实 现太 阳高 度 角 和方 位 角 的准确 定 位 ， 是 设 计 的核心 。但是 即 使跟 踪误 差 在 ５ 。 ～１ ０ ０ 。 之间，
光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计与应用
及 方 位 角 ％。该 数 据 值 由 天 文 算 法 [M)计 算 得 到 ：
sin y 0 = sin^?sin5 + cos^cos^cosw
( 1)
sin^?siny0 - sin5
c o s r〇= ------------------------
(2)
cos^>cosy0
式中:％ 为太阳光初始高度角； 为太阳光初始方位
本文的研究对象是新型光伏电池板双轴跟踪系 统 其 系 统 外 观 结 构 如 图 1 所示。
图 1 中 ：电 机 1 控 制 电 池 板 的 水 平 方 向 （东 、西方 向 ）转 动 ，跟 踪 太 阳光的方位角；电 机 2 控制光伏电池 板垂直方向（南 、北 方 向 ）转 动 ，跟 踪 太 阳 光 的 高 度 角 ， 最 终 使 得 电 池 板 平 面 与 太 阳 光 实 时 保 持 垂 直 ，提 升 光 伏电站的发电量。该 双 轴 跟 踪 支 架 结 构 设 计 简 单 、巧 妙 ，具有控制灵活、精度高的优点。 1 . 2 系统工作原理
A b stra c t：With the continuous development of photovoltaic industry, in order to improve the power generation of photovoltaic panels and power stations, the tracking control system based on field programmable gate array ( FPGA) control chip is proposed based on a new type of photovoltaic panel dual axis automatic tracking bracket. The azimuth and altitude angles of sunlight are calculated by astronomical calculation method and photoelectric sensor analog correction method. Then, according to the mathematical relationship between the positions of photovotaic ( P V ) panel and feedback, three phase pulse control signal is obtained. The forward and reverse rotation of the two motors are controlled by time sharing in the working process. The sunlight is always perpendicular to the plane of the panel, which realizes the real-time tracking of the sunlight angle. Finally, a project in Xinjiang is taken as an example, the measured data results are compared with the simulation results based on PVsyst software. The Comparison results show that the control system can accurately track the sunlight, which verifies the effectiveness of the system design. Compared with the fixed mode, the photovoltaic power generation can be increased by more than 30% using the dual axis automatic tracking system. The system can be applied in the following engineering projects, and can increase the revenue of photovoltaic power station. Keywords ：Field programmable gate array ( FPG A ) ； Photoelectric sensor; Time sharing control； Propotion integral ( PI ) regulator；Pulse width modulation( PWM) ；Three phase full bridge circuit；PVsyst；Dual axis automatic tracking system
双轴光伏跟踪机械系统设计
发 电模组长宽高 （ ｍ ｍ Ｘ ｍ ｍ Ｘ ｍ ｍ）
透镜 面积 Ｌ ｘ Ｗ（ ｍ ｍ× ｍｍ） 发 电模 组 内透 镜 块 数 日照 强度 ｗ ． ／ ｍ （ ｋ Ｗ／ ｍ ）
第２ ６卷第 ４期
２ ０ １ ３年 ７月
潍 坊 工 程 职 业 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｗ ＥＩ ＦＡＮＧ Ｅ ＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ Ｖ０ＣＡＴ１ ０ＮＡＬ Ｃ ０Ｌ ＬＥ ＧＥ
Ｖ０ １ ． ２ ６ Ｎｏ ． ４
Ｊ ｕ １ ．２ ０１ ３
Ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９—２ ０ ８ ０ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ ２ ２
根据 发 电 模 组 的长 度 和 宽 度 ， 考 虑 布 置 的对 称 速 为 ３ ． ２ ２ ｍ ／ ｓ 。本 文 在 计 算所 需要 的静 力 和 静 力 距
时， 取设 计 风速 和破坏 风速 分别 为 １ ７ ｍ ／ ｓ 和２ ７ ｍ ／ ｓ 。
在进 行风 载计 算 时取总 发 电模 组 的长 度为 ５米 ， ３ ． ２ 风 载计算 公 式 宽度 为 ４米 ； 而 当跟 踪装 置 的 高 度角 为 ０ 。 时， 总 发 电 平 均风 产生 的阻力 Ｆ ｘ 、 升力 Ｆ ｙ 、 侧力 Ｆ ｚ 、 滚转 力
光的转化效率 １ １ 仰俯 主梁 最大变形 角度 （ 。 ）
１ 现有 光伏 跟踪装 置工作 性 能分析
预期寿命 （ 年）
２ ０
光伏 跟踪 机械 系统按 照旋 转轴数 的不 同跟 踪系 布置方式
跟踪式光伏支架原理
跟踪式光伏支架原理跟踪式光伏支架是一种用于太阳能发电系统的先进技术，它可以使光伏组件跟随太阳的运动，最大限度地提高能量产出。
在本篇文章中，我将深入探讨跟踪式光伏支架的原理以及其在太阳能发电领域的应用。
首先，让我们来了解一下跟踪式光伏支架的原理。
跟踪式光伏支架通过使用一组传感器和电动驱动系统，实现太阳能板的自动转向，以跟随太阳的轨迹。
传感器负责检测太阳的位置和光照强度，然后通过电动驱动系统改变光伏组件的方向和角度，使其始终保持与太阳光线的垂直。
跟踪式光伏支架有两种常见的类型：单轴跟踪和双轴跟踪。
单轴跟踪系统只能在一个平面上旋转，通常是水平平面，以保证光伏组件始终面向太阳。
而双轴跟踪系统能够在水平和垂直平面上进行旋转，以适应太阳在天空中的运动。
跟踪式光伏支架的原理基于太阳能辐射的特性。
太阳能辐射在一个固定的角度下，与光伏组件的表面相互作用，所产生的能量最大化。
跟踪式光伏支架可以根据太阳位置的变化，动态地调整光伏组件的角度和方向，从而使其始终处于最佳接收太阳能的位置。
跟踪式光伏支架在太阳能发电领域有着广泛的应用。
通过使用跟踪式光伏支架，太阳能系统的能量产出可以增加约20％至40％，相比于传统的固定式支架系统。
这是因为跟踪式光伏支架能够实现对太阳光线的跟踪，充分利用太阳能辐射，同时减少了功率损失和光伏组件表面的污染。
此外，跟踪式光伏支架还可以提供更好的节约和环保效益。
通过最大化能量产出，可以降低太阳能系统的总体成本，并减少对传统能源的依赖。
同时，跟踪式光伏支架的使用还可以减少对土地资源的需求，因为同样面积下的光伏组件数量更少。
总结起来，跟踪式光伏支架是一项关键的技术，可以提高太阳能系统的能量产出。
它通过自动跟踪太阳的运动，使光伏组件始终保持最佳的角度和方向，最大限度地利用太阳能辐射。
跟踪式光伏支架在太阳能发电领域得到了广泛的应用，并为能源行业带来了显著的节约和环保效益。
对于我个人而言，我认为跟踪式光伏支架是一个非常有前景的技术。
基于单片机的双轴太阳能跟踪系统的设计
ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｅ ｓ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌｌ ａ ｙ ａ ｎ ｄ ｋ ｅ ｅ ｐ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｎ ｒ ａ ｄ ｉ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｅ ｌ ｌ Ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｙ ｄ ａ ｙ ｏ ｒ ｎ ｉ ｇ ｈ ｔ ａ ｎ ｄ ｌ ｏ ｗ－ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ， ｔ ｈ ｅ
第２ １ 卷 第 ｌ ５期
Ｖｏ １ ． ２ １
Ｎｏ ． １ ５
电子设 计 工程
Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
２ ０ １ ３年 ８月
Ａｕ ｇ ．２ ０１ ３
基于单 片机 的双轴太阳能跟踪系统的设计
单轴、双轴太阳能跟踪系统受力分析及计算
单轴、双轴太阳能跟踪系统受力分析及计算暨太阳能电池板受力，仰角和水平方向的驱动扭矩分析及计算公式在太阳能跟踪系统中，受外部风力的影响是在设计时需要考虑的重要环节，决定着整套系统的稳定性和安全性，下面是太阳能光伏跟踪发电系统中一些计算公式和经验，对于初入太阳能或已经从事太阳能跟踪发电的工程技术人员有着很好的借鉴和帮助作用。
太阳能跟踪设计原理简易图：一、太阳能电池板受到风力计算太阳能电池板受到风力也就是支架、立柱及跟踪传动部件的受力情况，在设计时各部件均要克服也就是大于其所承受的力，整套系统在实际使用过程中才能够安全可靠的运行。
太阳能电池板受到风力计算公式如下:F=CA*A*WO*cos(a)式中：F——太阳板上所受的力kg；CA——安全系数，取1.3~1.4；A—太阳板面积平方米（m2）；WO——风压kg/m2，风压WO的标准，通常我们应该考虑其最大、最恶劣的使用工况，要按照30年一遇的11级暴风，风速 30m/s计算，其风压WO=60kg/m2 cos(a) ——太阳能电池板最大工作角度举例：63m2的太阳能电池板受风力是多少？依照公式：F=CA*A*WO*cos(a)带入公式：F=1.4*63*60*0.9063(cos25)=4796kg分析：1、支架的强度支架的轴向负载载荷要大于等于4796kg+太阳能板本身重量kg2、立柱的强度立柱的抗弯曲和剪切力要大于等于4796kg3、跟踪传动部件的强度跟踪传动部件的轴向和径向载荷要大于等于4796kg+系统本身重量二、仰角方向驱动扭矩计算仰角方向的驱动扭矩，即整个跟踪系统驱动仰角方向时所需要的动力。
驱动扭矩的合理选择决定着整套系统的发电效率的高低和系统的正常运行，电机的功率过大会消耗更多的太阳能电池板自身的发电能量，减低整套系统的发电效率；电机功率太小，驱动不了整套系统，不能正常运行。
仰角方向驱动扭矩计算M1=CM*A*WO*D* cos(a) *10式中：M1——太阳板上所受的仰角方向扭力矩Nm；CM——安全系数，取0.02~0.04；A——太阳板面积m2；WO——风压kg/m2；， (按照最大工作状态7级风，风速15m/s计算，WO=15kg/m2) D——太阳能板最大受力方向的尺寸m cos(a) ——太阳能电池板最大工作角度举例：63m2的太阳能电池板仰角方向驱动扭矩是多少？太阳能板受力方向的尺寸7.5m依照公式：M=CM*A*WO*D* cos(a) *10带入公式：M=0.02*63*15*9*0.9063*10=1541 Nm最终经过若干级的减速后，输出扭矩达到1541Nm即可驱动63m2的太阳能仰角方向的电池板。
高精度太阳能聚光双轴定时跟踪控制系统设计
太 阳轨迹跟踪 系统 的运 行原理为 ：依 据天体运行规 律 ，
实 时 计 算 出太 阳 对 应 于 当 地 Байду номын сангаас 间 、 度 、 度 的 与 水 平 面 相 经 纬
基金 项 目 ： 家科 技 型 中小 企业 技 术 创新 基 金 （９ ２ ２ ４ ２ ７ ２ 国 ０ Ｃ ６ ２ １４ ２ ）
Ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｔ ｃ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｓ ｎ ｔｅ ｔ ｏ ａ ｉ ａ ｋｎ ｒ ｍｅ ｒ ｌ ｔ ｒ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｅ ｉ ｅ ｈ ｃ ａ ｒ ｃ ｅ ｅ ｅｒ ｇｔ ｔ ａ ｋｎ ｄ ｌ ｈ ｕ ， ｈ ｗ － ｓｔ ｃ ｉ ｇｆａ ｗｏ ｋ ｐ ａ ｏ ｍ ｔｕ ｔ ｒ ｄ ｓｇ ｄ ｗ ｉ ｈ ｃ ｎ ｔａ ｋ ｔ ｉ ｏｈ ｒ ｏ ｘ ｒ ｆ ｓ ｎ ｈ
Ｗ ＡＮＧ ｈ ｎ ｈ ａ ， ＡＮＧ ａ －ｉ，Ｌ ｉ Ｃ ｕ —ｕ 。 Ｗ Ｘｉｏ ｌ ＩＢ ｎ
（． ｅａｔ ｅｔｆＥｅ ｔｃｌ ｎｉｅｒ ｇ Ｘ ’ｎＡ ｒｔｃｎｃｌ ０ １ Ｄ ｐ ｒ ｎ ｌ ｒ ａ ｇｎｅｉ ， ｉａ ｅｏｅｈ ｉ ｍ ｏ ｃｉ Ｅ ｎ ａｃ
步利用太阳能 、 降低 成本 的 重 要 课 题闭 。为 了 提 高 光 伏 发 电
系 统 的转 换 效 率 。 高 发 电 系 统 的 发 电 量 ， 要 提 高 光 伏 阵 提 需 列 吸 收太 阳 辐 射 能 量 的 能 力 。其 主 要 解 决 途 径 是 使 光 伏 组 件 的框 架 平 台受 光 面 能 正 对 太 阳 ， 相 同 的辐 照 条 件 下 比 固 定 使 安 装 的 光 伏 组 件 能 吸 收 更 多 的太 阳 辐 射 能 量 ［ 国 内 外 的 研 ３ １ 。 究 主 要 集 中在 最 佳 倾 角 固定 安 装 和 自动 跟 踪 装 置 。 本 最 低 成 的最 佳倾 角 固定 安 装 光 伏 阵 列 ［ 由 于 太 阳光 入 射 角 随 昼 夜 、 ４ １ ，
光伏发电自动跟踪系统
内蒙古工业大学硕士学位论文光伏发电自动跟踪系统姓名：张嘉英申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：陈爱国20060601摘要以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将愈来愈不适应可持续发展的需要，加速开发利用太阳能等可再生能源已成为人们的共识。
利用洁净的太阳光能，以半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术有着十分广阔的应用前景。
本课题主要论述了单轴太阳能自动跟踪系统的设计方法。
对自动跟踪控制系统的组成及其功能进行了详细的分析与研究，采用单片机C8051F310作为控制芯片，设计了整套自动跟踪装置。
所设计出的系统具有体积小、功耗低、成本低、抗干扰能力强等特点。
单轴太阳能自动跟踪系统通过单片机控制系统自动跟踪太阳方位角，高度角可手动进行调整,使太阳能电池保持较大的发电功率。
通过对单轴自动跟踪系统与双轴自动跟踪系统发电效率的比较,理论证明它的可行性。
本设计取消了用于检测太阳能电池板法线与太阳光线间夹角的传感器，而直接利用太阳能电池板发电量作为角度调节依据实现控制。
我国牧区大量使用的是无跟踪的光伏系统，太阳能发电效率较低。
本文所述的单轴跟踪系统，结构简单，性价比高，特别适宜在这些地区使用。
关键词：光伏系统；太阳角自动跟踪；单轴跟踪系统IAbstractWith the resources being used continuously, the energy structure based on conventional energy resources will not more and more adapt to requirement of sustainable development. So accelerating the exploitation and utilization of renewable resources that solar energy is principle part has been our common ideas. Using the clean solar light energy, the technology of photovoltaic generating electricity is very promising. The thesis presents a new optimal design method.This thesis mainly describes a method of single axis solar energy automatic tracing system. Every part of this automatic system and its function are analyzed in detail. A set of automatic tracing device is designed with Microcontroller C8051F310. This system has four characteristics, such as smaller cubage, lower power, lower cost, more robust despite strong interfere . Moreover, some programs are designed to debug the designed system, to test its reliability and the results of test are given.Single axis solar energy automatic tracing system follows the orientation angle with Microcontroller system.Height angle can be adjusted by hand ,it makes the solar cell keep the higher electricity power.The single axis solar energy automatic tracing system is compared with the double axis solar energy automatic tracing system,we testify its feasibility in theory . Double axis solar energy automatic tracing system consists of solar transducer,this device gets rid of transducer,it uses power of solar cell as angle regulation basis to realize controlling.In a pasturing area of our country, they use photovoltaic system without tracing device, solar electricity efficiency is lower, the tracing system we designed has better tracing effect ,its configuration is simple, the capability price ratio is high,it is adapt to be use there in particular.Key words:Photovoltaic system; Solar angle automatic tracing; Single axis tracing systemII原创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究
太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究一、引言近年来，随着全球对清洁能源需求的不断增加，太阳能作为一种绿色环保的能源形式，受到了广泛的关注和研究。
太阳能光伏系统的效率取决于太阳光的照射角度，而太阳能跟踪系统能够实时调整太阳能电池板的位置，以最佳角度接收太阳光，从而提高能源转化效率。
因此，对太阳能双轴自动跟踪系统的设计与研究具有重要意义。
二、太阳能双轴自动跟踪系统的工作原理太阳能双轴自动跟踪系统主要由光敏电阻、控制电路、电机、轴承和太阳能电池板等组成。
光敏电阻用于实时感知光照强度，然后通过控制电路对电机进行驱动，使太阳能电池板跟随太阳的运动。
该系统的工作原理如下：1. 光敏电阻感知：将光敏电阻安装在太阳能电池板的一侧，用于感知光照的强度。
电阻的电阻值与光照强度呈反比关系，因此可以通过电阻值来判断光照的强弱。
2. 控制电路驱动：利用控制电路对电机进行驱动，实现太阳能电池板的双轴自动跟踪。
控制电路根据光敏电阻感知到的电阻值来判断光照的强弱，并根据一定的算法计算出电机驱动的方向和速度，以实现太阳能电池板的准确跟随。
3. 电机驱动：太阳能双轴自动跟踪系统采用两个电机，分别用于水平轴和垂直轴的驱动。
电机通过与控制电路的配合，实现太阳能电池板的水平和垂直方向的旋转，使其能够跟随太阳的运动轨迹，并保持最佳接收太阳光的角度。
4. 轴承：太阳能电池板通过轴承连接到电机，以实现旋转。
轴承设计应具有较高的承载能力和较小的摩擦阻力，确保太阳能电池板的平稳运转。
三、太阳能双轴自动跟踪系统的设计要点1. 光敏电阻的选择：选择感光度高、响应速度快、稳定性好的光敏电阻，以确保系统能够准确感知光照强度变化。
2. 控制电路的设计：控制电路要能够准确判断光敏电阻感知到的光照强度，根据一定的算法计算出电机驱动的参数，并能够稳定、准确地驱动电机。
3. 电机的选用：选择符合系统需求的电机，应考虑电机的转速、转矩和功率等参数，并能够与控制电路进行良好的配合。
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专业班级 姓 学 名 号
毕业设计(论文)的主要内容及要求： 1.了解光伏跟踪的理论和方法，发展趋势和现状； 2.双轴自动跟踪系统的机械结构的设计； 3.双轴自动跟踪系统硬件电路部分的设计； 4.该双轴自动跟踪系统所能实现对光源的自动跟踪和调节功能； 5.翻译指定的英文资料（5000 字左右） ； 6.完成毕业论文及答辩；
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安徽工业大学 毕业设计(论文)任务书
课题名称 学 院
基于光伏发电的双轴自动跟踪系统 电气信息学院 自动化 092 刘昌元 099064370
指导教师签字：
胡兴柳
ห้องสมุดไป่ตู้ 安徽工业大学
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摘 要
随着人类社会的不断进步与发展，人类对能源的需求越来越大。太阳能因其具有 取之不尽、用之不竭和清洁安全等特点，是理想的可再生能源。太阳能光伏发电作为 太阳能利用的重要方式，发展前景非常广阔。光伏发电自动跟踪装置是提高太阳能利 用率，降低光伏发电成本的有效途径。研究精确的太阳跟踪装置，可使光伏电池板接 收到更多的太阳辐射能量，增加发电量。 本文首先介绍了太阳能兴起的背景及其利用现状， 然后介绍了目前应用于光伏发 电的单轴、双轴自动跟踪系统。接着本文提出了一种基于飞思卡尔 16 位微控制器的 双轴自动跟踪系统的总体解决方案， 并对该方案提及的各个单元部分进行了详细的分 析，对单元电路进行了基于 Multisim 的设计与仿真，给出了系统的硬件和软件流程 设计。最后本文结合提出的跟踪方案给出了双轴跟踪系统的机械结构参考模型，并在 实物模型上进行了模拟光源的双轴自动跟踪实验， 进一步验证了方案的可行性和有效 性。
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目录
第 1 章 绪论 ..................................................................................................................................................... 1 1.1 课题研究的背景及意义 ................................................................................................................. 1 1.1.1 太阳能利用的背景............................................................................................................. 1 1.1.2 太阳能的利用现状及趋势 ................................................................................................. 1 1.2 光伏发电的应用及发展 ................................................................................................................. 2 1.2.1 太阳能电池的诞生及应用 ................................................................................................. 2 1.2.2 光伏产业的前景................................................................................................................. 2 1.3 自动跟踪系统在光伏发电工程中的应用 .................................................................................... 3 1.3.1 自动跟踪技术诞生的原因 ................................................................................................. 3 1.3.2 太阳能自动跟踪系统的定义及特征................................................................................ 3 1.4 太阳能自动跟踪系统的发展现状 ................................................................................................. 4 1.4.1 主动式跟踪系统................................................................................................................. 4 1.4.2 被动式跟踪系统................................................................................................................. 5 1.4.3 混合式跟踪系统................................................................................................................. 5 1.5 论文的主要研究内容 ......................................................................................................................5 第 2 章 光伏发电双轴自动跟踪系统总体方案设计 .................................................................................. 6 2.1 光电跟踪控制.................................................................................................................................. 6 2.1.1 光电跟踪控制策略............................................................................................................. 6 2.1.2 光电跟踪控制中存在的问题分析.................................................................................... 7 2.2 日轨迹跟踪控制 .............................................................................................................................. 9 2.2.1 赤道坐标系........................................................................................................................10 2.2.2 地平坐标系........................................................................................................................12 2.2.3 太阳位置的确定............................................................................................................... 12 2.2.4 太阳高度角与方位角的计算...........................................................................................13 2.2.5 日轨迹跟踪控制策略....................................................................................................... 14 2.2.6 日轨迹跟踪控制中存在的问题分析.............................................................................. 16 2.3 混合式跟踪控制 ............................................................................................................................ 16 2.3.1 简易型混合式跟踪控制策略...........................................................................................16 2.3.2 简易型混合式跟踪控制结构示意图.............................................................................. 17 2.3.3 混合式双轴跟踪控制系统的功能块图 .......................................................................... 18 第 3 章 光伏发电双轴自动跟踪系统的硬件设计 .................................................................................... 20 3.1 控制器的选择................................................................................................................................. 20 3.2 步进电机及驱动 ............................................................................................................................ 21 3.3 光敏器件的选择 ............................................................................................................................ 23 3.4 光检测及信号处理电路 ............................................................................................................... 23 3.4.1 光信号的检测及放大....................................................................................................... 23 3.4.2 电压偏置电路....................................................................................................................25 3.4.3 信号的处理电路............................................................................................................... 26 3.4.4 整体检测电路....................................................................................................................27 3.5 光照检测电路................................................................................................................................ 27 3.6 中断扩展电路................................................................................................................................. 29