便携式跟踪光伏发电装置设计及其跟踪效果分析
光伏发电系统中的跟踪装置设计与控制
光伏发电系统中的跟踪装置设计与控制随着能源危机和环境保护意识的不断提高，太阳能作为清洁能源的代表，正越来越受到人们的重视。
光伏发电系统作为利用太阳能进行发电的一种方式，已经被广泛应用于各个领域。
在光伏发电系统中，跟踪装置的设计与控制起着至关重要的作用。
一、跟踪装置的概念和作用在光伏发电系统中，跟踪装置是指可以根据太阳的位置实时调整太阳能电池板的角度和方向，使电池板能够始终朝向太阳，最大限度地接收太阳能，并转化为电能的装置。
跟踪装置的作用是提高太阳能电池板的转换效率，增加发电量。
二、跟踪装置的设计原理1. 光敏传感器光敏传感器是跟踪装置的核心组成部分之一，用于检测太阳的位置和强度。
常用的光敏传感器有光电二极管、硅光电池等。
传感器将通过测量太阳的位置和强度，向控制系统发送信号，以实现跟踪装置的调整。
2. 控制系统跟踪装置的控制系统根据光敏传感器的反馈信号，调整太阳能电池板的角度和方向。
控制系统可以采用单片机或者PLC等设备，通过程序控制定时器、电机和气动系统等，实现对太阳能电池板的精确控制。
3. 组件选择和机械结构设计跟踪装置的成功与否还与组件选择和机械结构设计密切相关。
组件选择需要考虑太阳能电池板的大小、重量、建筑环境等因素，选择合适的材料和电机。
机械结构设计需要考虑转动平稳性、风荷载、抗震性等因素，确保跟踪装置的稳定性和可靠性。
三、跟踪装置的控制策略1. 零误差控制策略零误差控制策略是指让太阳能电池板与太阳完全一致的策略。
通过精确测量太阳的位置和强度，并实时调整太阳能电池板的角度和方向，使其始终与太阳保持完美对齐。
这种控制策略通常适用于精密的光伏发电系统，如太阳能航天器等。
2. 模糊控制策略模糊控制策略是指根据太阳的位置和强度，采用模糊的控制规则进行调整。
模糊控制器将太阳的位置和强度与预设的模糊规则进行匹配，根据匹配结果调整太阳能电池板的角度和方向。
这种控制策略适用于一般的光伏发电系统，可以在一定程度上提高发电效率。
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计引言：太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。
光伏发电效率受到太阳光照的影响，传统的固定光伏发电系统效率较低。
为了优化光伏发电系统的效率，设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统，能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度，最大限度地提高太阳能的利用效率。
一、系统工作原理：该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控制电路和执行机构组成。
光敏电阻负责感应太阳光照强度，传递给测量电路进行电信号转换。
控制电路接收到转换后的信号，并与事先设定的峰值进行比较。
然后，根据比较结果来控制执行机构，使光伏板按需自动调整角度。
二、光敏电阻的选择：光敏电阻是该系统中最重要的一个元件，因为它直接影响到系统的准确度和稳定性。
在选择光敏电阻时，需要考虑以下因素：光敏电阻的特性曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。
一般建议选择具有较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。
三、测量电路设计：测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电信号。
测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。
信号放大器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号，滤波器用于去除噪声和杂散信号，模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
在设计过程中，需要合理设置放大系数和滤波参数，以确保测量电路的准确性和稳定性。
四、控制电路设计：控制电路是系统的核心部分，其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号，与事先设定的峰值进行比较，并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。
控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。
比较器用于将输入信号与参考信号进行比较，运算放大器用于放大比较结果的差别，逻辑电路用于判断角度调整方向，并控制执行机构的运动。
五、执行机构设计：执行机构是该系统中最关键的部分，其功能是根据控制电路的指令，使光伏板按需自动调整角度。
常见的执行机构有两种：电动执行机构和气动执行机构。
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。
推荐-光伏发电太阳跟踪装置设计实验综合设计报告 精品
指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院综合设计报告设计题目：光伏发电太阳跟踪装置设计实验单位（二级学院）：自动化学院专业：电气工程与自动化目录一、课程设计任务 (2)二、SPWM逆变器的工作原理 (2)1.工作原理 (3)2.控制方式 (4)3.单片机电源与程序下载模块 (7)4.正弦脉宽调制的调制算法 (8)5.基于STC系列单片机的SPWM波形实现 (11)三、总结 (14)四、心得体会 (15)五、附录： (17)1.程序 (17)2.模拟电路图 (19)3.电路图 (22)摘要近年，能源是人类面临经济发展和环境维护平衡需要解决的最根本最重要的问题。
太阳能是一种极为丰富的清洁能源，同时通常最普遍且最方便使用的是电能。
随着现代的能源越来越少，有些能源趋于匮乏状态。
所以我们就根据实际情况设计了一个“太阳光自动跟踪控制器”。
现在，我们居住的家园以太阳光最为普遍，它给我们带来了光和热，我们就要合理的利用光和热，来为我们服务。
我们就通过设计的“太阳光自动跟踪控制器”来实现太阳光跟踪。
我们设计的是根据光转换电来实现功能，首先，我们选光敏传感器来实现光电转换，其次，通过OPA2132PA来实现差分运算放大，再由继电器实现电机的正、反转，去控制翻转板的运动。
从而实现太阳光自动跟踪。
光敏传感器分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成，每一组的两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻：一只检测太阳光照，另一只检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。
所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳光，调试简单，成本不高，运行可靠。
[关键词]：光敏电阻，ULN2803，单片机，直流步进电机，74HC573。
一、引言随着数字化技术发展，数字控制技术得到了广泛而深入的应用。
步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件, 具有快速起动和停止的特点。
因为步进电动机组成的控制系统结构简单，价格低廉，性能上能满足工业控制的基本要求，所以广泛地应用于手工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机,投影仪、数码摄像机、大型望远镜、卫星天线定位系统、医疗器件以及各种可控机械工具等等。
太阳能自动跟踪装置设计
太阳能自动跟踪装置设计摘要随着能源需求的不断增长和传统能源的禁限，太阳能作为一种可再生，环保且无限可用的清洁能源显得越来越重要。
但是由于其发电量受到日照角度的影响，因此需要设计一种能够自动跟踪太阳光线的装置，以最大化太阳能电池板的能量输出。
本文设计了一种太阳能自动跟踪装置，并对其原理、结构、控制系统以及实验结果进行了分析和评价。
实验结果表明，本文设计的太阳能自动跟踪装置可以有效提高太阳能电池板的能量输出，同时具有结构简单、节能环保等优点。
关键词：太阳能，自动跟踪，电池板，能量输出AbstractWith the continuous increase of energy demand and the limitations of traditional energy, solar energy as a renewable, environmentally friendly and unlimited clean energy is becoming more and more important. However, sinceits power generation is affected by the angle of sunlight, it is necessary to design a device that can automatically track solar rays in order to maximize the energy output of solar panels. In this paper, a solar automatic tracking device is designed, and the principle, structure, control system and experimental results are analyzed and evaluated. The experimental results show that the solar automatic tracking device designed in this paper can effectively improve the energy output of solar panels, and has the advantages of simple structure, energy saving and environmental protection.Keywords: solar energy, automatic tracking, solar panel, energy output.1.引言随着环保意识的提高和可再生能源需求的不断增长，太阳能作为一种非常重要的清洁能源被广泛应用于各个领域。
简易太阳能跟踪装置
简易太阳能跟踪装置一.引言太阳能是已知的最原始的能源，它干净、丰富、可再生，而且分布范围广，具有非常广阔的利用前景，但太阳能利用效率低且不稳定，这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及，如何提高太阳能利用装置的效率，始终是人们关心的话题，太阳能自动跟踪装置的设计为解决这一难题创造了可能，从而大大提高了太阳能的利用率。
一般来说，跟踪太阳能的方法可概括为两种方式：光电跟踪法和根据视日运动轨迹跟踪。
根据太阳在一天之内的运动轨迹跟踪的优点是能够全天候实时跟踪，缺点是误差较大，且编写的软件程序应根据四季的变迁与太阳运行轨迹变化不断进行修改和优化，较为麻烦和繁琐。
而光电跟踪是由光电传感器件根据入射光线强弱变化产生反馈信号到计算机或单片机，然后计算机或者单片机运行程序调整采光板的角度实现对太阳能的跟踪。
光电跟踪的优点是灵敏度高、智能化、结构设计较为方便；对软件稍加调整和优化便可一劳永逸。
所以本设计采用光电跟踪法。
将光电传感器接收到的信号经单片机处理之后控制两个步进电机的转动从而控制采光板在水平和俯仰两个自由度的旋转，以实现对太阳的几乎全方位的跟踪！该系统适用于各种需要跟踪太阳的装置。
二.系统总体设计本文介绍的是一种基于单片机控制的双轴太阳自动跟踪系统，系统主要由光信号的接收与转化、信号处理电路、单片机控制核心、功放电路、双轴步进电机方位限位等部分组成。
跟踪系统机械结构示意图如图2所示：任意时刻太阳的位置可以用太阳视位置精确表示。
太阳视位置用太阳高度角和太阳方位角两个角度作为坐标表示。
太阳高度角指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角。
太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。
系统采用水平方位步进电机和俯仰方向步进电机来追踪太阳的方位角和高度角，从而可以实时精确追踪太阳的位置。
太阳能自动跟踪装置组成框图三．定位模块太阳光线可以分解为两个分量，一个垂直于收集器表面，一个平行于收集器表面，只有前者的辐射能被收集器汲取。
光伏发电光照自动跟踪
三、系统组成及工作原理
方案二：基于PC与数据采集模块的跟踪系统
组成：光电传感器、
光
光电传感器
信号调理装置
数据采集卡
信号调理电路、计
伏
算机、数据采集模
发 电
PC机 块、驱动器和步进
系
电机
统
步进电机
步进驱动器
数据采集卡
基于PC机的光伏发电自动跟踪系统结构框图
三、系统组成及工作原理
工作原理：利用光电传感器来检测太阳的位置，通过信号调 理电路转换为标准电压信号，经数据采集卡输入给计算机； 计算机接收输入的信号，并对型号进行分析、处理、记录与 显示，并对设定的光照强度进行比较判断，当低于设定值时 发出控制指令，经数据采集卡发送给驱动电路，驱动步进电 机运转，使系统能接收的光强最大。
在本次设计中，所采用的是 PCI-1730电路模块，该模 块同时具有模拟量输入和数 字量输出功能。
数据采集卡
四、主要硬件选型
57BYG250-112步进电机
步进电机的是开环控制器，其功 能是将有效的电脉 冲信号转变为 角和线的位移。在正常运行时， 步进电机的起停状态及转动不会 受到负载瞬间变化的影响，即电 机每当有脉冲信号输入，就会产 生相应的步进距变化，整个电机 的运行控制几乎不受其他反馈信 号的影响，控制简易。
三、系统组成及工作原理
方案一：基于PC和远程I/O模块的监控系统
组成：光敏传感器、变送 器、远程I/O模块、计算 机、驱动电路和驱动轴等 部分
基于PC和远程I/O模块的油温监控系统作原理：光敏传感器的作用是检测太 阳光光强，通过变送器转换为标准电压 信号，经远程I/O模块输入给计算机；计 算机采集输入的信号，进行显示、处理、 记录，并与设定值进行比较判断，当超 过限定值时发出控制指令，经远程I/O模 块发送给驱动电路，使驱动轴运转进行 转动处理。
自动跟踪太阳光伏发电设备控制器的设计
自动跟踪太阳光伏发电设备控制器的设计图片：引言能源是人类面临经济发展和环境维护平衡需要解决的最根本最重要的问题。
太阳能是一种极为丰富的清洁能源，同时通常最普遍且最方便使用的是电能。
因而太阳能光伏发电是最有应用前景的太阳能利用方式。
目前，光伏发电的成本太高，世界各国正在积极改进电池制造工艺。
采用新技术以提高转换效率，降低光伏发电的成本。
全自动跟踪太阳发电设备从控制技术出发，采用新的光伏发电装置技术，与固定式相比发电能力提高35％，成本下降25％。
全自动跟踪控制是控制器的核心任务。
本文设计的这套控制装置是以工控计算机作为检测与控制的核心，利用其PCI总线插槽、插入采集卡和I／O卡，实现巡回检测多路模拟信号以及开关信号，可对检测信号进行采集、显示、查询、图形图像处理、打印输出，并且具有自校准、自诊断和自测试功能，同时可以根据测试的结果进行自动控制，形成智能化控制器。
2 全自动跟踪控制器硬件设计2.1 硬件结构的基本组成全自动跟踪太阳光伏发电控制器主要由各种传感器、转换电路、A／D采集卡、工控计算机、I／O卡、执行元件等组成。
其硬件结构图如图1所示。
各种传感器检测到的参数信号通过转换电路，转换成标准的1 V～5 V电信号，传输到模-数(A／D) 采集卡，将采集的各参数信号转换为计算机可以处理的数字量，然后计算机对这些经过离散并量化的数字信号进行监测与处理，并通过输入／输出卡(I／O)输出控制信号，以控制执行元件的接通或断开。
利用人机界面的系统监控软件。
设置系统运行方式，选择控制算法，显示实时和历史的数据与图表、分析、保存、报警、打印、发送命令控制系统运行等功能。
2.2 传感器的选择和模拟输入电路设计该装置可检测14路系统参数，分别是光伏阵列的输出电压／电流、跟踪光强、环境光强、蓄电池充电电流／电压、逆变器的输出交流电流、交流电压、环境温度、蓄电池温度、光伏阵列温度、太阳方位角、高度角和风速。
电流检测是采用北京中新康达电子有限公司生产的电流传感器CHT50A-S实现的。
太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计的分析
太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计的分析摘要：随着经济社会的不断发展，人们对能源的需求量日益增多。
由于地球存储能源可视为有限状态，因此需尽量利用自然能源，降低对天然气、煤炭等不可再生能源的使用量。
太阳能光伏发电利用了太阳光线所产生的热能与光能，是目前最重要的新型能源之一。
自动跟踪控制系统的运用可显著提升光伏发电控制有效性，改进太阳能接收效率。
本文主要对太阳能光伏发电自动跟踪控制系统的设计进行分析。
关键词：太阳能光伏发电；自动跟踪控制系统设计；单双轴，固定式引言随着传统化石能源枯竭，可再生能源的利用和开发受到了重视，太阳能以储量巨大、安全清洁等优势已成为未来主要能源之一。
目前，太阳能发电方式主要有热发电和光伏发电，因为光伏发电规模不限、建设时间短、维护简单，所以太阳能光伏发电作为太阳能利用的重要方式，具有巨大的发展潜力。
但太阳能光伏发电存在着一个瓶颈就是发电效率偏低，这大大限制了太阳能发电的应用和发展。
在太阳能利用领域中，如何最大限度地提高光伏发电效率，仍为国内外学者的研究热点。
解决这一问题的一种可行且重要的途径是对太阳进行自动跟踪。
本文概述了现有的太阳能光伏发电跟踪控制系统的分类、跟踪控制方式和特点，以太阳能光伏发电系统中跟踪装置作为研究对象，为了提高太阳能光伏板的跟踪效率，提出了前馈加闭环的跟踪控制方案。
一、太阳能光伏发电自动跟踪控制系统简介及分类太阳能光伏发电自动跟踪系统的目的就是使太阳能光伏板保持随时正对太阳，以提高太阳能光伏组件的发电效率。
由于地球的公转和自转，太阳光的入射角度随时随刻都在变化．对于固定地点的太阳能发电系统．只有保证太阳光时刻垂直照射太阳能光伏板，发电效率才会达到高。
因而保持太阳能光伏板能与太阳光垂直最大化地接收太阳辐射能就显得十分重要。
目前最典型的三种跟踪系统分别是单轴跟踪系统、双轴跟踪系统和固定式跟踪系统。
和固定式跟踪系统相比．单轴跟踪系统和双轴跟踪系统的日用功率和年输出功率高．但从系统结构和成本上来说．单轴跟踪系统结构简单、成本较低。
太阳能自动跟踪装置设计报告
吉林铁道职业技术学院电子制作职业技能大赛（论文）题目太阳能自动跟踪装置设计参赛人姓名王志会张卫国朱峰所在系电气工程系指导教师陈冬鹤完成时间2013年5月26日吉林铁道电子制作职业技能大赛设计报告题目：太阳能自动跟踪装置设计主要内容、基本要求等：◆主要内容：加强大学生动手操作能力，促进集体荣誉感。
◆基本要求：1，利用单片机控制实现太阳能电池板随着太阳（光源）的位置变化而调整自身相应的姿态，以达到太阳光能的最佳利用。
2，实现一定的姿态控制精度。
3，以低成本、低功耗完成设计并实现目标电路的组装。
◆主要参考资料：电路基础、电工技术、电子手工焊接、单片机原理及应用、传感器原理与应用。
完成日期：2013年5月26日指导教师：陈冬鹤实验组组长：王志会2013年 6 月 5 日课题名称太阳能自动跟踪装置设计指导教师陈冬鹤组别第四组组员姓名王志会张卫国朱峰课题来源：设计目的：掌握单片机、电机拖动及传感器等基本工作原理，根据任务要求能够设计出简单的自动控制电路。
为了达到方便、准确而又不耗费人力资源的情况下，制作一个人工智能电子产品---- 太阳能自动跟踪装置设计。
设计要求：1，能够实现利用太阳能电池板随着太阳角度而随时转变，从而实现太阳能电池板一直照向太阳。
2，能够实现一定的精度控制要求。
设计特色：利用TRCT5000对系统进行自定位，以达到最佳演示效果。
任务完成的阶段内容及时间安排：1，2013年5月初，构思方案，设计和论证，若有问题和指导老师沟通，完成方案的设计，进行该设计的程序编写及电路的制作；2，2013年5月中旬，完成对太阳能自动跟踪装置的设计、调试并与指导老师汇报自己的设计进展；3，2013年5月末制作出作品，调试成功后交由指导老师验收成果太阳能自动跟踪装置研制目的人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，但由于传统太阳能板方向固定，受光时间有限。
光伏发电的自动跟踪系统的设计
基于光伏发电的自动跟踪系统的设计摘要太阳能作为一种可以永续使用的绿色可再生能源，有着巨大的开发应用潜力。
但由于光伏电池的输出特性与外界环境因素的变化有很大关系，目前大规模量产的光伏电池光电转换效率仍然不高且价格昂贵。
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 AT89S8252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。
关键词：光伏系统；太阳角自动跟踪；单轴跟踪系统Automatic tracking based on photovoltaic energy system designChen HongliangFaculty adviser: Chen Xiuhong(Electrical Engineering and Automation Program 20090403, Electrical and Mechanical Science and Engineering, Hebei Normal University of Science & Technology)AbstractSustainable use of solar energy as a can of green renewable energy, has great potential for the development and application. However, the output characteristics of photovoltaic cells and changes in environmental factors closely related to the current mass production of photovoltaic cells conversion efficiency remains low and high price. Automatic tracking photovoltaic solar power plant is to increase utilization, reduce the cost of photovoltaic power generation an effective way. Of accurate solar tracking device, photovoltaic panels can receive more solar radiation energy, to increase capacity.This thesis mainly describes the 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 AT89S8252. This system has four characteristics, such as smaller cubage, lower power, and lower cost, more robust despite stronginterfere.Key words: Photovoltaic system; Solar angle automatic tracing; Single axis tracing system第1章引言能源问题关系到经济是否能够可持续发展。
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。
跟踪式太阳能光伏发电设备的效能分析实验
跟踪式太阳能光伏发电设备的效能分析实验跟踪式太阳能光伏发电设备的效能分析实验实验报告实验参与者：宗必寰、胡嘉源、董波、杨舒妍、相志勇报告撰写：宗必寰上海交通⼤学机械与动⼒⼯程学院2018年10⽉跟踪式太阳能光伏发电设备的效能分析实验⼀、实验设计依据1、依托传热学、电⼦技术的相关课程知识。
2、符合“设计⼀个简易装置，提⾼已有太阳电池能量吸收”的要求3、需要进⾏设备搭建，编程控制，数据处理等，综合性强。
⼆、实验⽬的1、通过这次实验，对跟踪式太阳能电池板的发电量提⾼进⾏计算分析和实际测量，并结合新增成本、功耗⽀出等等进⾏可⾏性分析，分析可以应⽤的场合和制约因素。
2、在实验中学习单⽚机的编程，⼆⾃由度系统的安装和控制，以及光伏电池的相关知识，锻炼动⼿能⼒和分析能⼒。
三、实验原理和理论计算1、直射-散射模型的简介和计算：地⼼与太阳中⼼连线与地球⾚道平⾯的夹⾓称为太阳⾚纬⾓δ，这个⾓度⼏何上满⾜以下公式：其中，n, 为从元旦算起的天数（1⽉1⽇为第0天，以此类推）。
对测试⽇（10⽉18⽇）来说，n=290，可以求得δ= -10.33°。
如果忽略⽇地距离变化的影响，在平均⽇地距离处，⼤⽓层外垂直于辐射传播⽅向的太阳辐照度，称为太阳常数Gsc，数值为1353W/m2，如果考虑⽇地距离变化，则可求⼤⽓层外的太阳辐射Gon：其中的修正项由⽇地距离的平均变化引起，带⼊n可求得测试⽇的Gon=1475W/m2。
按照Hottel Model，可给出晴天太阳辐射的直射透过⽐τb：和散射辐射透过⽐τd：其中a0、a1和k是具有标准能见度的标准晴空⼤⽓的物理常数，可由经验公式或表格获得。
对于海拔⾼度很低的地区（⽐如上海闵⾏），可直接使⽤海平⾯标准值a0=0.12814，a1=0.2541，k=0.0.155其中天顶⾓αz的计算式由⼏何关系得到：其中δ为⾚纬⾓，φ为当地纬度（上海闵⾏为30.9°），ω为⽤⾓度表⽰的时刻，取⽇中时为0°（太阳时，即12:00太阳刚好位于最⾼点的计时⽅法。
自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统研究
自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统研究自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统研究引言随着全球能源需求的不断增加和环境问题的持续恶化，太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。
太阳能光伏发电系统是利用太阳能转化成电能的装置，已经成为追求可持续能源的重要途径之一。
然而，传统的固定式太阳能光伏发电系统存在着效率低下和难以灵活适应光照变化等问题。
为了提高光伏发电系统的能量利用效率，自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统应运而生。
一、自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统的原理与结构自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统是一种根据太阳位置变化自动调整发电板角度的系统，从而最大限度地接收太阳辐射能量。
该系统由发电板、跟踪器、电池和控制器等组成。
发电板是系统的核心部件，通过将太阳辐射能转化为电能。
采用高效率的太阳能电池板，能够更好地捕捉和转化太阳能。
跟踪器是负责控制发电板转动的装置，根据实时测量的太阳位置数据，自动调整发电板的角度，使其始终面向太阳，以获得最大光照面积。
电池则用于将光伏板产生的电能存储起来，以供夜间或阴天时使用。
控制器是整个系统的核心，负责协调发电板、跟踪器和电池之间的工作关系，确保系统的稳定和高效运行。
二、自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统的优势相较于传统的固定式太阳能光伏发电系统，自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统具有以下优势：1. 提高能量利用效率：自动跟踪系统可以根据太阳位置的变化调整发电板的角度，最大限度地吸收太阳辐射能，因此能够提高能量利用效率。
与固定式系统相比，能够将光能捕捉效率提高约30%。
2. 优化系统功率输出：跟踪器的自动调整功能可以确保发电板始终朝向光照最强的方向，最大限度地提高系统的功率输出。
3. 增加系统灵活性：传统的固定式系统在布置位置上较为受限，而自动跟踪式系统可根据太阳位置的变化进行角度调整，能更灵活地适应不同的光照条件。
4. 增加系统可靠性：自动跟踪系统具备自我调节和自我保护的功能，能够根据实时测量数据自主判断并进行适当的调整，保证系统稳定运行。
太阳能跟踪式光伏站设计及优化研究
太阳能跟踪式光伏站设计及优化研究太阳能跟踪式光伏站是一种相对较新的光伏发电技术，它的特点是可以根据太阳位置自动跟踪日照角度，实现更高的光伏转化效率。
本文旨在探讨太阳能跟踪式光伏站的设计和优化方法，分析其发展前景和应用前景。
一、太阳能跟踪式光伏站的原理和优势太阳能跟踪式光伏站主要由光伏电池板、支架、跟踪系统和电力系统组成。
跟踪系统通过检测太阳位置，控制支架的转动，将光伏电池板始终保持在最佳的日照角度，从而提高电池板的光伏转化效率。
与传统固定式光伏站相比，太阳能跟踪式光伏站的优势主要在于：1. 提高光伏转化效率：通过跟踪系统不断调整光伏电池板的角度，将其保持在最佳的日照角度，可以提高光伏转化效率，增加发电量。
2. 节约用地：由于太阳能跟踪式光伏站的电池板总是保持在最佳的日照角度，可以利用较小的用地面积达到与固定式光伏站相同的发电量。
3. 增加可靠性：跟踪系统具有自动调整的功能，当发电量下降时可以自动调整光伏电池板的角度，以保持最佳的发电状态。
二、太阳能跟踪式光伏站的设计和优化方法太阳能跟踪式光伏站的设计和优化是实现高效发电的关键。
以下是一些设计和优化方法：1. 选择合适的地点：太阳能跟踪式光伏站需要充足的阳光和较为平坦的地貌，因此应该选择在空旷、无遮挡的地方建造。
2. 选择合适的光伏电池板：太阳能跟踪式光伏站的发电效率受到电池板的性能和品质等多方面因素的影响，因此应该选择性能稳定、质量可靠的光伏电池板。
3. 优化支架设计：支架是连接光伏电池板和跟踪系统的关键部件，它的设计应该优化材料、结构和稳定性等因素，以确保跟踪系统的正常运行。
4. 优化跟踪系统算法：跟踪系统的算法需要能够准确地控制光伏电池板的角度，自适应地调整跟踪精度，以确保最大化发电效率。
5. 灰尘清理：由于光伏电池板处于室外环境中，可能会积累一定的灰尘和杂物，影响光伏转化效率。
因此应定期对光伏电池板进行清洗和维护。
三、太阳能跟踪式光伏站的发展前景和应用前景太阳能跟踪式光伏站在未来的光伏领域中具有广阔的市场前景和应用前景。
光伏发电自动跟踪系统的设计
引言随着我国经济的快速发展，对能源的需求越来越大。
同时，大量化学燃料的使用，导致能源的迅速短缺与环境污染日益突出。
近年来由于人们对能源环境问题的日益关注，太阳能的应用与普及越来越受到人们的高度重视。
因此，清洁、可再生的新能源的应用已成为必然的趋势。
人类在开发利用能源的历史长河中，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期，仅是一个不太长的阶段，它们终将走向枯竭而被新的能源所取代。
人类必然及早寻求新的替代能源，研究和实践表明，太阳直接辐射到地球的能量丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源。
根据国际权威机构的预测，到21世纪50年代，即2050年直接利用太阳能的比例将会发展到世界能源结构中的13%到15%之间，而整个可再生资源在能源结构中的比例将大于50%。
太阳能将是目前大量应用的化石能源的主要替代能源之一。
以太阳能为代表的新能源和可再生能源是保护人类赖以生存的地球生态环境的清洁能源。
它将逐渐减少和替代化石能源的使用，它的广泛应用是保护生态环境，走经济社会可持续发展的必经之路。
第一章概述太阳能作为一种有巨大能量的可再生能源。
每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量。
开发和利用丰富、广阔的太阳能，可以对环境不产生或产生很少的污染。
太阳能既是近期急需的能源补充，又是未来能源结构的基础。
不论是从经济社会走可持续发展之路和保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来审视，还是从特殊用途解决现实能源供应问题出发，开发利用太阳能都具有重大战略意义。
1.1 选题意义1.1.1 太阳能是化石能源的主要替代能源之一在20世纪的世界能源结构中，人类所利用的一次能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。
随着经济的发展，人口的增加和社会生活水平的提高，未来世界能源消费量将持续增长，世界上的化石能源消费总量总有一天将达到极限。
随着化石能源的逐步消耗，能源危机已展现在人类面前。
在21世纪初进行的关于世界能源储量数据的调查显示：石油可采量为39.9年，天然气可采量为61年，煤炭可采量为227年。
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便携式跟踪光伏发电装置设计及其跟踪效果分析张锡鑫; 杨帆; 刘德利; 殷谦; 宋鹏飞; 田文涛【期刊名称】《《发电设备》》【年(卷),期】2019(033)006【总页数】5页(P422-426)【关键词】光伏发电; 跟踪系统; 发电量; 太阳能辐射; 纬度【作者】张锡鑫; 杨帆; 刘德利; 殷谦; 宋鹏飞; 田文涛【作者单位】东南大学能源与环境学院南京210096【正文语种】中文【中图分类】TM615.2太阳能具有储量丰富、利用方便的特点，近年来发展十分迅速。
据国家能源局的数据，2016年全球光伏新增装机量76 GW，其中我国新增装机量占45.5%，达34.5 GW[1]。
为提高设备对太阳能的利用效率，可利用太阳能跟踪系统使光伏电池板受光面始终朝向太阳，从而提高电池板的太阳能接收率，采用了太阳能跟踪系统的太阳能利用设备最高可提升30%以上的利用效率[2-3]。
近年来，随着移动智能设备、电动汽车的广泛使用，以及应急、野外发电方面的需求，移动式光伏设备具有广阔的发展空间。
目前常见的太阳跟踪方式主要有闭环的光电或图像传感器跟踪、开环的视日运动跟踪及开闭环相结合的跟踪模式[4]。
王金平等[5]设计了一种基于可编程编辑控制器(PLC)的槽式太阳能集热器视日运动跟踪系统，成本较低，采用的算法精度与国际上较先进的高精度太阳位置的计算算法相当；王红睿等[6]设计了一种开环视日运动跟踪及闭环视觉伺服控制相结合的跟踪系统，提出了基于图像信息的跟踪系统切换方法；李相俊[7]提出了一种基于Arduino控制器的闭环光电太阳跟踪系统，可实现物联网功能。
目前的研究均针对固定式的太阳能利用设备，体积较大且成本较高。
因此，笔者设计了一种便携移动式、开闭环相结合、低成本的双轴太阳能跟踪系统，并针对该系统进行了相关的模拟分析。
1 整体方案笔者所设计的移动双轴跟踪系统整体结构见图1，具体的系统三维设计见图2。
图1 系统整体结构示意图1—稳压器及电压电流传感器；2—舵机；3—支架；4—实时时钟；5—控制板；6—姿态传感器；7—温湿度传感器；8—蓝牙无线传输模块；9—光敏二极管模块；10—光敏电阻模块；11—光伏电池板；12—蓄电池图2 系统三维设计图该系统主要由太阳能电池、控制板、传感器组、支架与传动、无线传输、稳压及蓄电池和用电器部分组成。
控制板通过读取传感器组中各组件的数据，经处理后通过控制支架传动器件以实现电池板跟踪太阳的目的；同时控制器可将电池板角度、电压、电流、环境温度及湿度等数据通过无线传输部分传输至用户手机，或者接收手机发出的控制指令；光伏电池板产生的电能则经稳压及蓄电池稳定处理后，供给用电器使用。
2 软硬件的设计2.1 软件设计闭环太阳跟踪系统设备灵敏度高，设计比较简单，但受天气及其他因素影响较大，可能发生误动；开环太阳跟踪系统的设计制造比较简单，但不够灵活[8]。
若可以将两者优势恰当地结合在一起，避免其中的缺陷，辅以稳定系统，则可以进一步提升跟踪的精度及设备的安全性。
相比基于图像传感器的闭环太阳能跟踪模式，光电传感器组成本较低。
综上，笔者设计的系统采用了闭环光电跟踪模式及开环视日运动跟踪相结合的跟踪模式，并实现了智能切换，以最大程度提升跟踪的精度，防止因误动带来的能量损耗及设备损坏。
系统工作于闭环跟踪模式时，控制板可分别读取设于电池板4个角上的光敏二极管的数据，将数据划分成上、下、左、右4组，分别对四周不同方向上的光强比较，并在未超限状态下通过水平及垂直方向的舵机控制太阳能电池板向光强一侧移动。
另外，传感器数据相差较大时，使用较高速度移动，较低时以低速精确移动。
这里的光敏传感器使用光敏二极管，这是由于光敏二极管方向性较好、响应速度快，可精确感受该方向的光强变化。
当处于云量较多或阴天等太阳光线较弱的天气状况时，不同方向上的光敏电阻差异过大，控制板会自动将跟踪模式调整到按实时时钟时间数据计算太阳位置运行的开环跟踪模式，从而保证跟踪的效果，防止出现误动等异常情况。
光敏电阻可感受的范围较大，可更为迅速地感受到周围环境光强的变化，因此选用了光敏电阻。
为防止系统频繁切换工作模式而造成不必要的能量损耗及安全问题，控制板内有延时程序，当环境光照变化时间超过一定限值时，才会允许跟踪模式进行切换。
跟踪控制部分的程序流程见图3。
图3 跟踪控制程序流程图为了保证跟踪精度，开环跟踪模式采用的太阳方位计算公式如下[8]，其中所需的时间数据可通过读取实时时钟芯片获得。
(1)αs=arcsin(sin φ·sin δ+cos φ·cos δ·cos ω)(2)γs=arccot(sin φ·cot ω-cos φ·tan δ·csc ω)(3)ω=(t-12)·15式中：δ为太阳赤纬角，(°)；αs为太阳高度角，(°)；γs为太阳方位角，分别以地平线及正南方向为0°，(°)；n为当日日期在该年内的序号；φ为当地纬度，(°)；ω为太阳时角，当时间为上午(即太阳位置在东南方向时)符号为正，(°)；t为当地时刻。
2.2 硬件设计及选型2.2.1 控制器的选型为了满足系统的控制要求，控制器选用了Arduino NANO v3。
Arduino NANO v3采用一块贴片式ATmega328P 8位处理器作为主控芯片，尺寸较小且本身电流只有19 mA，但引脚最高可输出200 mA电流，可以驱动舵机。
Arduino NANO v3共有22个可用引脚，其中6个数字引脚具有输出脉冲宽度调制(PWM)信号的功能，能够用于控制舵机，所具有的8个模拟输入引脚可以方便地连接光敏器件。
而采用Arduino IDE编辑控制程序可以节省编制程序所需的时间以提升效率[9]。
2.2.2 驱动电动机的设计及选型与步进电动机相比，舵机具有反应快速、精度较高且功耗较小等特点。
同时，每台步进电动机往往需要4个或更多的I/O口用于控制，而舵机仅需1个具有输出PWM信号功能的I/O口即可控制，可以节省I/O口资源，因此该系统选择舵机作为跟踪支架传动装置。
为了对舵机进行选型，还须要对各个方向上舵机所需要的扭矩进行计算。
该系统发电所用的单晶硅太阳能光伏电池板质量为230 g，多功能支架质量分别为42 g、38 g，稳压器及其他器件质量约250 g，电池板距舵机约5 cm。
为保证装置正常工作，舵机所需提供的扭矩可按下式计算[6]。
T=ε·m1·d(4)式中：T为舵机所需扭矩，kg·cm；ε为安全系数，取2；m1为需要运载的质量，kg；d为距舵机的距离，cm。
经计算可得，垂直方向上运载电池板及支架需要5.22 kg·cm以上的扭矩，而水平方向上扭矩与舵机质量有关，估算舵机质量为60 g，可得需扭矩约5.42 kg·cm。
因此，可以选用MG996R型质量为55 g的舵机，标称扭矩为9.4 kg·cm。
2.2.3 稳定系统设计开环控制模式不具备反馈调节功能，因此运行误差会逐步累积，造成精度下降[10]；而在太阳能光伏跟踪系统中，风、振动等因素都会造成误差。
为防止系统在长时间的开环跟踪状态下误差过大，导致跟踪失效，该系统使用姿态传感器读取太阳能电池板姿态数据，发送到控制板，辅以PID控制来减少运行误差。
稳定控制系统结构见图4。
图4 开环模式稳定控制系统结构图2.3 辅助手机应用设计为了提高系统的易用性，方便用户实时掌握光伏发电装置的工作及环境状态，该系统使用蓝牙无线通信模块以实现与用户手机连接。
开发了专用的安卓手机应用，简单易用，进一步提升了操作界面的友好性，并以此为基础建立手机-发电设备间的物联网连接。
应用程序的功能可分为：(1) 连接，用于建立或断开与光伏装置间的无线传输。
(2) 状态监控，可对装置的工作角度、环境温度、环境湿度、实时电压、实时电流及跟踪模式进行无线监控，并具有更为直观图形化界面。
(3) 数据记录，可将每秒接收的工作数据记录并输出文件，方便进行设备性能或故障分析。
(4) 遥控控制，手机应用可控制设备的垂直、水平角度及各个方向上的运动上下限，方便某些特殊情况的应用及测试。
(5) 系统校准，可使用手机应用对设备上的实时时钟进行校准，防止因时钟不准而造成的工作误差，使用地点及纬度的不同也会影响开环视日轨迹跟踪的精度，因此手机应用可以通过GPS定位数据对设备位置信息进行校准。
(6) 天气预报，当手机联网时，可通过定位信息获取当地的实时天气预报，并对设备运行状况进行预测。
具体的手机应用程序流程见图5。
图5 手机应用程序流程图3 模拟及分析为验证系统的太阳跟踪效果及适用的地域范围，笔者使用MATLAB软件并结合相应公式，对不同纬度下采用了双轴跟踪的光伏发电系统相比其他单轴或未跟踪系统的效率提升程度及理论发电量进行了理论模拟分析。
3.1 跟踪模型的建立根据相关文献资料，对于某一平面上接收的太阳能量可以分为直射、散射及反射[11]，具体的计算见下式。
(5)IH=IB+ID(6)式中：Φ T为任意平面上接收的太阳能量，W；IB为处在平均日地距离时的太阳辐照强度，取1 367 W/m2；Pm为大气透明度，与各地辐射观测值有关，通常取大气光学质量m为2时的值；A为平面面积，m2；θ为太阳入射角，(°)；ID为太阳散射辐射强度，W/m2；β为平面在垂直方向的倾斜角，(°)，假设为45°；ρ为地面反射率，取0.2；IH为太阳总辐照强度，W/m2。
由于对实际当地太阳直接辐照强度的计算须要对大量数据进行收集与分析，具有一定的困难及复杂性，为了方便分析并贴近实际情况，笔者在模拟过程中使用了由美国国家宇航局提供的22年间平均太阳直接辐照强度观测数据。
太阳能光伏电池板的理论实际发电量与电池板的转化效率有关，具体关系见下式。
QS=τ·Φ T·η d(7)式中：QS为设备理论发电量，J；τ为发电时间，s；η d为电池板的转化效率，%。
该系统所采用的单晶硅太阳能光伏电池板面积为0.046 75 m2，转化效率约为17%。
某一平面上太阳入射角可以定义为阳光入射线与平面法线间的夹角[12]。
对于双轴系统而言，该夹角可认为是0°[2]，但对于面向南方的任意倾斜平面有下式关系。
cos θ=sin(φ-β)·sin δ+cos(φ-β)·cos δ ·cos ω(8)对于水平单轴跟踪系统，可采用下式计算太阳入射角[11]。
cos θ=sin β·sin α+cos β·cos α·cos(γs-γn)(9)式中：γn为任意平面的方向角，即任意倾斜平面的法线在水平面上的投影与正南方向线之间的夹角，在水平跟踪模式下，可认为γn与γs的差值为0°，(°)。