跟踪式光伏发电系统研究
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。
光伏发电系统最大功率点跟踪算法研究
பைடு நூலகம்
【 关 键 词 】光 伏 发 电 ；ＭＰ Ｐ Ｔ； 恒 压 法 ； 导 纳 法
１ ． 引 言 随 着 社 会 经 济 的 不 断 发 展 ， 地 球 上 不
可 再 生 资 源 也 在 不 断 的减 少 ，能 源 枯 竭 阻碍 着 人 类 的 发 展 ，对 此 人 们 在 努 力 地 寻 找 新 能 源 。 太 阳 能 是 理 想 的 新 能源 ，它 取 之 不 尽 、 用之不竭 ，而且作 为清洁 能源无大 气和放射 性 污 染 ， 具 有 很 好 的应 用 前 景 。 在 对 太 阳 能 应 用 过 程 中 ， 由于 光 伏 电池 的 输 出不 稳 定 ， 受 环 境 影 响 很 大 ，输 出 效 率 低 ， 因此 对 光 伏 电 池 输 出 最 大 功 率 点 的 跟 踪 显 得 重 要 。 光 伏 电 池 可 以 工 作 在 不 同 的 输 出 电 压 ，但 只 有 在 某 一 输 出 电 压 值 时 ， 光 伏 电 池的输 出功率才 能到达最 大功率 点。使光伏 电 池 工 作 在 最 大 功 率 点 ，就 是 最 大 功 率 点 跟
图４ 系 统 结 构 图
根 据 光 伏 阵 列 输 出特 性 ， 即 ：
目前 国 内 外 已提 出 固 定 电压 法 、 扰 动 观 图３光伏阵列输出Ｐ － Ｖ曲线 察 法 、 电 导 增 量 法 、 自适 应 算 法 等 多 种 Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ ３ ． Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 控 制 方 法 分 析 算 法 ，这 些 算 法 各 有 各 的优 点 ，也 都 存 在 不 基 于不 同环 境 下光 伏 电池 输 出特 性 ， 足 。本文 以恒压法 和导纳法 为例 ，分析其基 有３ 种 方 法 可 以 实 现 最 大 功 率 点 跟 踪 ， 即恒 本 原 理 后 ， 分 别 对 其 进 行 系 统 仿 真 ， 得 出相 定 电 压 法 （ Ｃ Ｖ） 、扰 动 法 （ Ｐ ０ ）、 导纳法 应 的输 出 曲 线 。 （ ｉ ｃ ） ；Ｃ Ｖ 法 基 于 光 伏 电池 最 大 工 作 点 电压 在 ２ ． 光伏 阵列输出特性 不 同光 强 下 基 本 不 变 的特 点 ， 控 制 电池 电压 光 伏 阵 列 由 多 个 单 体 太 阳 能 电 池 串 并 保 持 恒 定 。 当 日照 强 度 较 高 时 ， 诸 曲线 的 最 联 封 装 而 成 ， 是 光 伏 发 电系 统 的 能 源 供 给 中 大 功 率 点 几 乎 都 分 布 在 一 条 垂 直 线 的 两 侧 ， 心 。太 阳 能 电池 等 效 电路 如 图 １ 所 示。 这 说 明光伏 阵列 的最 大 功 率输 出 点大 致对 应 于 某 一 恒 定 电压 ， 这 就 大 大 简 化 了Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 的 控 制 设 计 ， 即 人 们 仅 需 从 生 产 厂 商 处 获 得 数据Ｖ ｍ ａ ｘ ， 并 使 阵 列 的输 出 电 压 钳 位 于 Ｖ ｍ ａ ｘ 值即可 ，实际上是 把Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 控 制 简 化 为 稳 压 控 制 ，这 就 构 成 了Ｃ Ｖ Ｔ 式 的Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 控 制 。采 用 Ｃ Ｖ Ｔ 较之不 带Ｃ Ｖ Ｔ 的直接 耦合 工作方 式要 有利得 多 ，对 于 一 般 光 伏 系 统 可 望 获 得 多 至 ２ ０ ％ 的 电 能 。基 于 恒 定 电压 法 的 跟 踪 器 制 造 比较 简 单 ， 而 且 控 制 比 较 简 单 ， 初 期 投 入 也 比较 少 。 但 这 种 控 制 方 式 忽 略 了温 度 对 开 路 电压 的 影 响 ， 以 常 规 的单 晶 硅 光 伏 电 池 为 例 ， 当 环 境温 度每 升高 ｌ ℃ 时 ，其 开路 电压 下降约 为０ ． ３ ５ ～０ ． ４ ５ ％，具 体 较 准 确 的 值 可 以 用 实 验 测 得 ，也 可 以按 照 光 伏 电池 的 数 字 模 型 计 算 得 到 。 以某 一 位 于 新 疆 的 光 伏 电 站 为 例 ， 在环 境温度为 ２ ５ ℃ 时 光 伏 阵 列 的开 路 电压 为 ３ ６ ３ ． ６ Ｖ， 当环 境 温 度 为６ ０ ￣ Ｃ时 开 路 电 压 下 降 至２ ９ ９ Ｖ（ 均 在 日照 强 度 相 同情 况 下 ） ，其 下 降幅度 达到 １ ７ ． ５ ％， 这 是 一 个 不 容 忽 视 的 影 响 。Ｐ Ｏ 法与 Ｉ ｃ 法 都基 于最大 功率 点处Ｕ — Ｐ 曲 线 斜率 为０ 的关系 对 电池 电压进行 扰动 。Ｐ Ｏ 法 以ｄ ｐ／ ｄ ．＝ｏ 为 依 据 确 定 最 大 功 率 点 ， 算 法 简 单 ； 但 是 工 作 点 始 终 在 最 大 功 率 点 附 近 振 荡 ．且 该 方 法 所 用 的判 据 在 光 照 变 化 较 快 的 情 况下 会导 致跟 踪 失败 。Ｉ ｃ 法 在ｄ ｐ ／ ｄ ． ＝ ｏ 的
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
自动跟踪式独立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摘要：随着我国经济的高速发展，我国各行各业也呈现出良好的发展趋势。
太阳能的能源动力相当的巨大，其所能产生的能源动力也是可以循环使用的，但是目前来看太阳能的利用效率远远不够，其根本没有得到很好利用，其主要的原因正是由于采集这些能源的技术不够成熟，因此，对于太阳能的利用效率就比较低下，所以，本文就是研究如何更好的提升太阳能的利用效率，首先自动跟踪系统的基本原理及相关应用，以便能够最大限度的提升太阳能的利用效率，最终能够实现太阳能资源的广泛使用。
关键词：自动跟踪；太阳能；光伏发电引言随着世界经济的迅速发展，人类对于能源的需求量越来越大，这使得不可再生能源（煤、天燃气等）变得日益短缺。
当前，世界各国对于新的可再生能源的研发重视程度日益提高，太阳能作为绿色无污染能源且具有适合长期可持续发展的独有优势受到人们热捧。
我国幅员辽阔，具有丰富的太阳能资源，提高太阳能的利用率，可为我国经济的可持续发展提供强有力的动力支援。
当前，如何提高太阳能的接收效率成为研发的重点。
1太阳能光伏自动跟踪系统的定义和特征根据太阳能光伏自动跟踪系统基本功能，其定义如下:指在太阳有效光照时间内，能使太阳光线始终垂直照射到太阳能光伏组件的阵列面上，使光伏组件在有效光照时间内都能最大限度地获取太阳能的装置系统。
该系统的最主要部分通常由控制部件和转动调级部件组成。
控制部件的作用是将太阳即时位置坐标参数直接或间接输出给转动调级部件。
转动调级部件的主要作用是将控制部件给出的信号经过调级处理或分解后用于驱动光伏组件的阵列面始终与太阳光线垂直。
2太阳能光伏自动跟踪系统的控制类型当前的太阳能光伏自动跟踪系统的控制类型还是比较单一的，根据跟踪的原理的差异性，主要有2种跟踪方式，一种是被动跟踪，即按依据论太阳运动轨迹的跟踪，另外一种是主动跟踪，即采用的光电感应的跟踪方式。
太阳运动轨迹跟踪方式对于太阳运动的跟踪，是依据天文算法计算出太阳能光伏系统所在位置任意时刻的太阳高度角和方位角，然后根据系统自身的几何特征，计算出该时刻的跟踪角度。
光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究共3篇
光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究共3篇光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究1光伏发电系统中最大功率跟踪控制方法的研究随着能源危机日益加剧，人们开始逐渐关注非化石能源的开发和利用。
光伏发电系统作为一种新兴的能源利用方式，具有环保、可持续发展等优点，并且在短时间内日益得到了快速发展。
然而，光伏发电系统本身存在着输出波动大、稳定性差等问题，最大功率跟踪控制成为了实现光伏发电系统的高效利用的重要控制手段。
最大功率跟踪控制方法是指在各种光照条件下，通过调节光伏电池阻抗，使得光伏电池输出功率达到最大。
该方法可保证光伏发电系统的最大工作效率，提高光伏发电系统的性能指标。
目前，在光伏发电系统最大功率跟踪控制方法中，较为常用的有基于传统控制方法的PID控制算法、基于传统控制方法的模糊控制算法以及基于人工智能的控制方法。
PID控制算法是目前工业应用最广泛的一种控制方法，其优点是简单易行、可靠性高。
但是，在光伏发电系统的最大功率跟踪控制中，PID控制算法的缺点也很明显，即对系统参数不确定和非线性时效应响应较差。
模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制方法，具有较强的适应性和鲁棒性，能够在一定程度上解决光伏发电系统非线性和不确定性问题。
但是，模糊控制算法的不足之处也很明显，即控制逻辑复杂、难以优化、且受控精度较低。
人工智能控制方法是目前最受关注的一种控制方法，其通过模拟人类智慧的思维方式来完成系统控制。
在光伏发电系统最大功率跟踪控制中，人工智能控制方法能够很好地解决非线性和不确定性问题，并且具有很高的精度和操控性。
但是，人工智能控制方法的缺点也很明显，即需要耗费大量时间和成本来完成系统学习和训练，以及容易出现过拟合和欠拟合现象。
综上所述，最大功率跟踪控制是光伏发电系统高效利用的重要手段。
通过不同的控制方法，在解决非线性和不确定性问题的同时，还能够提高光伏发电系统的性能指标。
随着科技的不断发展，相信控制方法的研究也将不断更新，为光伏发电系统的发展贡献更多的力量在光伏发电系统的最大功率跟踪控制中，不同的智能控制方法具有各自的优缺点。
光伏发电系统最大功率点的跟踪方法研究
中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｍ６１ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ７ — ５ （ ０ ９） ６ ０ ７ ２ ６ ２ ０ ４７ ２ ０ ０ —０ ８ —０
当今 社 会 能 源 日益 紧 张 ， 境 污 染 日趋 严 重 ， 阳 能 以 其 环 太 清 洁 无污 染 取 之不 尽 用 之 不 竭 的特 点 ， 来 越 受到 全 世 界 的 关 越 注。 光伏 电池 的输 出为 非 线性 特 性 ， 出功 率 受 工作 电压 、 照 输 光 强度、 负荷 状 态 和 环 境 温 度 等 因素 的影 响 ， 阳 能 电池 输 出 的 太 最 大功 率 点 时刻 都 在 变化 。 所 以在 实 际 应 用 中 ， 用 最 大 功 率 利
点跟 踪 技 术 提高 对 太 阳 能 的利 用 效 率 。 最 大 功 率 跟 踪 控 制 （ －ｈ ｘｍ ｍ ｐ ｗ ｒｐｉｔ ＭＰ ｔｅｍａｉ ｕ ｏ ｅ ｏｎ ｔ ｃ ｉｇ是 一 种 光伏 阵列 功率 点控 制 方 式 。 过 实 时检 测 光 伏 ｒ ｋｎ ） ａ 通 阵 列 的 输 出功 率 ， 用 一 定 的 控 制 算 法 ， 断 调 节 系 统 的 工 采 不 作 状 态 ， 跟 踪 光 伏 阵 列 的 最 大 功 率 点 ， 现 系 统 的 最 大 功 来 实
合法。
一
工作 时 ， 隔 一 定 的 时 间 用较 小 的步 长 改 变 太 阳能 电池 的输 出 每 电压 ， 向可 以是 增 加 也 可 以是 减 少 ， 检 测 功 率 变 化 方 向 ， 方 并 来 确 定 寻 优 方 向 ， 果 输 出 功 率 增 加 ， 么 继 续 按 照 上 一 周 期 的 如 那 方 向继 续 “ 扰 ” 否则 改 变其 扰 动 方 向 。其 算 法 流 程如 图 ２所 干 ， 示 ， （ ） （ ） 光伏 阵列 的 当前 输 出 电压 、 出 电流 ，（＿ ） Ｕ ｋ、 ｋ为 Ｉ 输 Ｐ ｋ １为 上 一 周 期 的采 样 值 。 由于 始 终 有 “ 扰动 ” 存 在 ， 的 系统 工 作 点 无 法 稳定 运 行 在 最 大 功 率 点 上 ， 能 在 最 大 功 率 点 附 近振 荡 运 行 ， 只 而振 荡 的 幅值 则 由步 长决 定 。 然 而 扰 动 步 长 如 果 过 大 ， 在 最 大 功率 点 附 近 则 的振 荡就 比较 大 ， 应 的功 率 损 失较 大 ， 相 但跟 踪 的速 度 快 ： 反 相
光伏发电系统最大功率点快速跟踪控制研究
２１ ０ ０年 １ ０月
电 力 电子 技 术
Ｐ ｗ ｒＥ ｅ ｔ ｎ ｃ ｏ ｅ ｌ ｃｒ ｉｓ ｏ
Ｖｏ．４，Ｎｏ１ １ ４ ．０ Ｏｃｏ ｅ Ｏ Ｏ ｔｂ ｒ２ １
光伏发 电系统最大功率点快速跟踪控制研究
汪义 旺 ，曹丰 文 ，张 波 ，高金 生
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ Ｍ ａ ｉ ｕｍ ｗｅ ｉ ｓ ａ ｋｉ ｎｔ ｏ ｓａ ｃ ｏ ｘｍ Ｐｏ ｒ Ｐｏ ｎｔ Ｆａ ｔ Ｔｒ ｃ ｎｇ Ｃｏ ｒ ｌ
ｏ ｈ ｔ ｖ ｌ ｉ ｎ ｒ ｔ ｎ Ｓ ｓｅ ｆＰ ｏ ｏ ｏｔ ｃ Ｇｅ ｅ ａ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｏ
ｉ ｅ ｔｉ ｒ ｐ ｓ ｄ， ｉ ｈ ｃ ｎ ｍｏ ｅ ｑ ｉｋ ｙ ａ ｄ ａ ｃ ｒ ｔ ｌ ｒ ｃ ｉ ｇ ｔ ｅ ＭＰＰ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｔ ｅ ｔａ ｉ ｏ ａ ＶＴ ｃ ｎ ｒ １ ｆ ｉ ｎ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｗｈ ｃ ａ ｒ ｕ ｃ ｌ ｎ ｃ ｕ ａｅｙ ｔａ ｋ ｎ ｈ ｃ ｏ ａ ｅ ｏ ｔ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌ Ｃ ｏ ｔｏ ． ｈ ｉ
跟踪 控制 的精度 和效 率 ， 结合 电导增量 法 （ｎＣ ｎ ） 现对 光伏 电池 最 大功率 点跟 踪 （ Ｐ ） Ｉｃ ｏｄ 实 ＭＰ Ｔ 的复合 控制 ， 即在 系统 偏离 ＭＰ Ｐ误 差较 大时采 用 Ｃ Ｔ控 制 ， Ｖ 快速 调整 光伏 组件 的工作 点 ， 再采 用 Ｉｃ ｏ ｄ进行 ＭＰ Ｔ控制 。 ｒ ｏ ｔｒｃｉｇ ＭＰ Ｔ ， ｏｅ ｉ ｒｖｄｏｌ ｅｃｒ ｃｉ Ｖ ａｅ ｎｔ ｅａ ｒ ｃｅ－ ｉ ｙｔ ｘ ｏ ｅ ｍｕ ｏ ｅ ｉ ａｋｎ （ Ｐ ） ａｎ ｖｌｍｐｏｅ ｎｉ ｏｒ ｔ ｎＣ Ｔ ｂｓｄｏ ｍｐｒｔ ｅ ｏｆ ｐｎｔ ｎ ｅ ｏ ｅ ｕ
光伏系统最大功率点跟踪算法的研究与实现
光伏系统最大功率点跟踪算法的研究与实现引言随着可再生能源的发展和应用，光伏发电系统逐渐成为清洁能源的重要代表之一、然而，光伏系统的发电效率受到诸多因素的影响，如天气、温度等。
为了最大限度地提高光伏系统的发电效率，研究和实现最大功率点跟踪算法显得尤为重要。
本文旨在探讨光伏系统最大功率点跟踪算法的研究与实现。
一、最大功率点及其重要性最大功率点是指在给定的光照强度和温度条件下，光伏系统能够输出的最大功率的电压和电流点。
最大功率点的确定对于光伏系统的发电效率影响巨大。
1.传统最大功率点跟踪算法传统的最大功率点跟踪算法主要包括蒙特卡洛模拟法、等效电路法和经验公式法等。
这些算法基于数学模型进行功率点的估计，可以取得一定的效果。
但是，由于光伏系统的非线性特性和复杂性，传统算法在实际应用中效果有限。
2.基于模糊控制的最大功率点跟踪算法模糊控制算法是一种基于模糊逻辑的控制策略，可用于光伏系统最大功率点的跟踪。
模糊控制算法利用模糊规则对输入和输出之间的关系进行建模，并通过模糊推理来确定最大功率点。
该算法具有较好的鲁棒性和适应性，能够在复杂的环境下实现最大功率点的跟踪。
二、基于模糊控制的最大功率点跟踪算法的实现1.建立数学模型首先，需要建立光伏系统的数学模型，包括光照、温度、电压和电流之间的关系。
通过测量和采集实际的光伏系统数据，可以利用曲线拟合等方法得到系统的数学模型。
2.设计模糊控制器设计模糊控制器的关键是确定输入变量、输出变量和模糊规则。
输入变量可以选择光照和温度等，输出变量为电压或电流。
根据实际情况，可以确定适当的输入和输出变量，以及相应的模糊规则。
3.实时调整参数模糊控制器的性能受到模糊规则和参数的影响。
通过实时调整参数，可以优化模糊控制器的性能。
常用的参数调整方法包括遗传算法和粒子群算法等。
4.实验验证通过在光伏系统实验平台上搭建实验模型，可以验证最大功率点跟踪算法的性能。
通过调节模糊控制器的参数，比较实际输出功率与理论模型的输出功率，评估算法的有效性。
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。
《2024年太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》范文
《太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》篇一一、引言随着科技的进步和人类对可再生能源需求的日益增长，太阳能作为清洁、可再生的能源受到了广泛关注。
太阳能电池板作为太阳能利用的核心设备，其效率的提高对于推动绿色能源发展具有重要意义。
追日自动跟踪系统作为一种能够提高太阳能电池板光电转换效率的技术，近年来得到了广泛的研究和应用。
本文旨在研究太阳能电池板追日自动跟踪系统的原理、设计及其应用，以期为太阳能利用技术的发展提供理论支持和实践指导。
二、追日自动跟踪系统的基本原理追日自动跟踪系统基于太阳能电池板对太阳辐射的响应，通过传感器和控制系统实现自动跟踪太阳的运动轨迹，以达到最大化光电转换效率的目的。
系统主要包括以下几个部分：太阳位置传感器、控制单元、驱动单元和太阳能电池板。
太阳位置传感器负责实时监测太阳的位置，将太阳的位置信息传递给控制单元。
控制单元根据太阳的位置信息，结合预设的算法，计算出太阳能电池板需要调整的角度，并发出控制信号给驱动单元。
驱动单元根据控制信号驱动太阳能电池板进行相应的旋转和调整，使其始终保持最佳的光照角度。
三、追日自动跟踪系统的设计1. 硬件设计：追日自动跟踪系统的硬件设计主要包括传感器、电机和控制电路等部分。
传感器负责监测太阳的位置和环境光强等信息；电机用于驱动太阳能电池板的旋转和调整；控制电路则负责将传感器信号转换为控制信号，驱动电机进行相应的动作。
2. 软件设计：软件设计是追日自动跟踪系统的核心部分，主要包括控制算法和控制系统软件等。
控制算法负责根据太阳的位置信息和预设的规则，计算出太阳能电池板需要调整的角度；控制系统软件则负责将控制算法的输出转换为电机驱动信号，实现对太阳能电池板的精确控制。
四、追日自动跟踪系统的应用追日自动跟踪系统在提高太阳能电池板光电转换效率方面具有显著的优势。
通过实时监测太阳的位置，并调整太阳能电池板的姿态，使太阳能电池板始终保持最佳的光照角度，从而提高其光电转换效率。
基于STM32的光伏跟踪系统设计综述
基于STM32的光伏跟踪系统设计综述摘要目前世界上使用的光伏发电设备一般是固定安装的，为了提高光伏发电的效率，本文设计了一种基于STM32的光伏跟踪系统。
该系统以性价比高、低能耗的STM32为核心处理器，在外围设计了阴影检测器，运用图像处理的原理通过步进电动机带动电池板对太阳进行跟踪，提高了采光率，保证了光伏发电效率。
关键词光伏发电；STM32；跟踪系统前言伴随的科技的发展，人们的生活水平也在不断提高。
由于将过量开采石油、煤炭等有限的能源作为燃料，不仅严重污染了大气环境，而且还导致温室效应、臭氧层的破坏以及土壤沙化等。
在化石燃料不断污染环境的背景下，人们对于可持续且绿色的能源的重视程度也越来越高，而在众多绿色可持续能源当中太阳能由于其自身特性受到了广泛的推广和应用。
光伏发电由于其绿色环保等的特点越来越受到人们的青睐，太阳能有三个特性：①太阳能是能够被人们使用时间最长的能源，太阳能够持续的时间长达几亿年，这是其他能源所不具备的特点；②对太阳能的开发和利用是极其便利的，在地球的任何一个地方，都有不同程度的太阳能出现，使用的便利就不需要对收集的能源进行运输，大大节省了成本；③对太阳能的开发和利用不会有污染产生，在太阳能的利用过程中，不会产生对人类和大气有害的气体或者残渣，不会对生态环境产生任何不利的影响。
但是在进行光伏发电的过程中，太阳能存在密度低、不易收集等特点，严重制约着光伏发电的效率。
本文设计了一种基于STM32微控制器芯片的光伏跟踪系统，运用间歇跟踪的办法对太阳进行跟踪，跟踪时间为每20分钟一次，这样就在保证跟踪精度的条件下大大提高了光伏发电的效率。
1 自动追踪装置的设想根据太阳的自转规律，它每天都是东升西落，随着太阳位置的变化同一物体在太阳光下的阴影面积也会随着变化。
太阳辐照度和入射角是影响光伏发电的两个重要因素，因此运用模块跟踪技术可以使太阳能发电板捕获太阳的发光方向，大大提高光伏发电的效率。
太阳跟踪式光伏发电系统的研究
能源是制约经济发展 的最主要的因素 ， 最近全球 爆发的能源危机迫使全世界各国都在积极地开发新能 源， 在此大的背景形势下， 多种新能源如太阳能、 风能 和生物能等得到快速发展． 中太阳能以其独到的优 其 势更是全世界研究 的热点． 但是， 光伏 电池转换效率 低， 投入成本大限制了光伏发电的快速发展． 目前， 普 遍采用的太阳跟踪式光伏发电系统可 以提高发 电效 率， 减少成本， ， 因此 得到了广泛的研究．
太阳光跟踪传感器的 作用是检测光伏阵列是否对 准太阳． 当太阳光垂直照射到跟踪传感器上时， 跟踪传 感器四个方位的输出信号全部为零 ， 表示跟踪传感器 已对准太阳． 当太阳光偏离垂直照射跟踪传感器时， 跟 踪传感器能检测出当前太 阳偏离跟踪传感器的方位， 同时在跟踪传感器相应方位的输出端输出一定的电信
太 阳跟踪式光伏发 电系统的研究
郭志冬 潘晓贝 ，
（． １三门峡职业技术学院 机电工程系 ， 河南 三门峡 ４２０ ； ７００ ２ －Ｉ峡职业技术学院 电气工程系， ． ＇ ｑ 河南 三门峡 ４２０ ） ７００
摘 要： 提高对太阳能的利用率， 为了 最大限度地获得输出 功率， 前普遍采用太阳跟踪式的光伏发电方式 目 介绍了常见的太阳 跟踪式光伏发电系统的基本原理、 结构及其实现． 关键词： 太阳； 跟踪； 光伏发电
号．
式中， 为太阳高度角， 为当地的地理纬度， ６ 为太阳 赤 纬角 ， ∞为太 阳时角． 太阳赤 纬角 是太 阳光线与地球 赤道 的夹角 ， 以
北 为正 ． 一年 内， 阳赤纬角 在 ± ３２ 太 ２。７之间变动． 要确 定 某一 天的太 阳赤纬角 ， 以利用下 面的公式来 进行 可 近似的计算 ：
太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪技术研究
太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪技术研究一、本文概述随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，可再生能源的开发和利用已成为全球关注的焦点。
太阳能光伏发电作为一种清洁、可持续的能源利用方式，受到了广泛的关注。
然而，太阳能光伏电池的输出功率受到光照强度、温度等多种因素的影响，存在非线性、时变性和不确定性等特点，使得其最大功率点的跟踪成为一个具有挑战性的技术问题。
因此，研究太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪技术，对于提高光伏系统的发电效率、降低运行成本、推动太阳能光伏发电技术的发展具有重要意义。
本文旨在深入研究和探讨太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪技术的相关理论和应用。
我们将对太阳能光伏发电系统的基本原理和特性进行详细介绍，为后续的研究提供理论基础。
然后，我们将重点分析最大功率点跟踪技术的基本原理和常用方法，包括恒定电压法、扰动观察法、增量电导法等，并比较它们的优缺点和适用范围。
接着，我们将探讨一些新兴的最大功率点跟踪技术，如基于模糊控制、神经网络、遗传算法等智能优化算法的方法，并分析它们在提高跟踪精度和响应速度方面的优势。
本文还将对最大功率点跟踪技术的实际应用进行研究。
我们将介绍一些典型的太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪技术的实现方案和案例分析，包括硬件电路设计、软件编程、实验测试等方面，以期为读者提供全面的技术参考和实践指导。
我们将对太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪技术的发展趋势和前景进行展望，分析未来研究方向和挑战，为推动太阳能光伏发电技术的发展提供有益的参考。
二、太阳能光伏电池工作原理及特性太阳能光伏电池，也称为太阳能电池板，是一种将太阳光直接转换为电能的装置。
其工作原理基于光伏效应，即当太阳光照射在光伏电池上时，光子会与电池内部的半导体材料相互作用，导致电子从原子中释放并被收集，从而产生电流。
这个过程不需要任何机械运动或其他形式的中间能量转换，因此太阳能光伏电池是一种高效、无污染的能源转换方式。
《2024年太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》范文
《太阳能电池板追日自动跟踪系统的研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和环保意识的日益增强，太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其利用和开发受到了广泛关注。
太阳能电池板作为太阳能利用的核心设备，其效率和性能的优化显得尤为重要。
本文将着重研究太阳能电池板追日自动跟踪系统，探讨其原理、优势及其在太阳能利用中的应用。
二、太阳能电池板追日自动跟踪系统的原理太阳能电池板追日自动跟踪系统是一种利用传感器和控制系统，使太阳能电池板能够根据太阳的运动轨迹进行自动调整的系统。
该系统通过传感器实时检测太阳的位置，然后通过控制系统驱动电机，使电池板面向太阳，从而提高太阳能的利用率。
三、追日自动跟踪系统的优势1. 提高太阳能利用率：通过自动跟踪太阳的运动轨迹，太阳能电池板能够始终保持最佳的角度接收太阳光，从而提高太阳能的利用率。
2. 增加发电量：由于电池板能够实时调整角度，使得其在一天中能够接收更多的太阳光，从而增加发电量。
3. 延长电池板使用寿命：自动跟踪系统能够减少因阴影、灰尘等因素导致的电池板效率降低的问题，从而延长电池板的使用寿命。
四、追日自动跟踪系统的实现方式目前，追日自动跟踪系统主要有单轴和双轴两种实现方式。
1. 单轴追日自动跟踪系统：该系统只有一个旋转轴，只能进行单方向的旋转。
通过在东、西两个方向上进行旋转，使电池板始终面向太阳。
这种实现方式相对简单，成本较低。
2. 双轴追日自动跟踪系统：该系统具有两个旋转轴，能够在水平和垂直两个方向上进行旋转。
通过精确控制两个轴的旋转，使电池板能够精确地跟踪太阳的运动轨迹。
这种实现方式虽然成本较高，但能够提高太阳能的利用率和发电量。
五、追日自动跟踪系统的应用太阳能电池板追日自动跟踪系统已广泛应用于太阳能电站、光伏发电站、太阳能热水器等领域。
在太阳能电站中，通过使用追日自动跟踪系统，可以提高发电量，降低发电成本，提高经济效益。
在光伏发电站和太阳能热水器中，通过使用追日自动跟踪系统，可以提高设备的性能和寿命，降低维护成本。
光伏发电系统最大功率点跟踪方法研究综述
可 以实现 对 最大 功率 点 的跟 踪 。在实 际应 用 中增量 电导法需 要 给 １个合 适 的 阈值 Ｅ， 认 为 ｄ ／Ｕ ＋ 并 Ｐｄ ＝ Ｅ ＿
时 系统就 工作 在最 大 功率点 。当变 化小 于这个 阈值 时 就不 再 改 变 电压 工作 点 ，理 论 上 阈值越 小 越 好 ，
功 率 值 增 加 。 表 示 扰 动 方 向正 确 ， 朝 同 一 方 向 则 可
变 步 长 直 接 调 节 占空 比 的 电导 增 量 控 制 法 ；文献
观 察法 则 会 损失 较 大 的功 率 ， 且 很 有 可能 发 生误 并
判 ＿ ３ １ 。 目前 ，关 于扰 动 观察 法 的研 究 文献 非 常 多 ， 针
对 扰 动 观察 法 存在 的缺 点 ， 很多 文 献 已经 提 出 了一 些改 进 和优 化 的方 法 ， 献［】 文 ４巧妙 地 利用 经 典干 扰 观察 法 中扰 动 方 向改 变 的 时刻来 控 制 步长 的 改变 ， 即每 当变为 负 值 就减 少 步长 ； 献［］ 文 ５采用 了 ｉ 自 种 适应 的变步 长 干扰 观 察 法 ； 文献 ［］ 出 １ 基 于 占 ６提 种 空 比 的变步 长 的 干扰 观察 法 ； 献 ［ 提 出 了模糊 控 文 ７ ］ 制 的扰动 观察 法 。文献［］ 用 了 ３点 加权 比较来 避 ８采 免外 部环 境发 生突 变发 生 的误判 。 １ ． 电导增 量 法 ．２ ２ 从 有 光伏 电池 的 Ｐ Ｕ 曲线 可 以看 出 ， 最 大功 － 在 率点 处有 ｄ ／ ０ Ｐｄ ，通 过 简单 的数 学推 导可 以得 出 在最 大功 率点 处有 式 （ ） １ 成立 ：
１ ． 扰 动观 察 法 （＆ ．ｉ ２ Ｐ Ｏ）
扰 动 观 察 法 （ ｅｔｒ Ｐ ｒ ｂ＆ Ｏ ｓｒｅ Ｐ ｕ ｂ ｅｖ ，＆Ｏ） －是 目 ［７ ３１ 前 实现 最大 功率 点跟 踪 的常用 方 法之 一 。其原 理 是 每 隔一 段 时 间对 光 伏 阵 列 的工作 点 实 施 扰动 ， 后 然
光伏并网发电系统的最大功率跟踪研究的开题报告
光伏并网发电系统的最大功率跟踪研究的开题报告一、选题背景及意义随着世界能源环境的逐渐恶化，人们越来越重视可再生能源的利用，其中光伏发电作为一种环保、可再生、绿色的能源，已受到广泛关注。
在中国，目前光伏发电已成为重要的新能源发展方向。
然而，光伏发电系统的最大功率跟踪问题一直是制约光伏发电系统性能的瓶颈之一。
光伏并网发电系统的最大功率跟踪是指在充分利用太阳辐射能的条件下，通过控制光伏阵列的工作状态，实现光伏发电系统的输出功率最大化。
最大功率跟踪技术的应用不仅可以提高光伏发电系统的发电效率，降低能源成本，还可以减少对环境的污染，降低能源的排放量。
因此，研究光伏并网发电系统的最大功率跟踪技术对于光伏发电系统的性能提升和可持续发展具有重要的意义。
二、研究内容及目标本文拟研究光伏并网发电系统的最大功率跟踪技术，主要包括以下内容：1.光伏发电原理及光伏阵列结构设计。
2.现有的最大功率跟踪算法及优缺点分析。
3.基于模型预测控制算法的最大功率跟踪方法研究及仿真实验。
4.基于模糊控制算法的最大功率跟踪方法研究及仿真实验。
5.最大功率跟踪算法实验验证及实际应用效果分析。
本文旨在通过对现有的光伏最大功率跟踪方法研究及仿真实验，探索出一种适用于光伏并网发电系统的最大功率跟踪算法，从而提高光伏发电设备的发电效率和运行稳定性。
三、拟采用的研究方法本文将采用以下研究方法:1.调研法：收集、整理国内外光伏并网发电系统最大功率跟踪技术的研究现状及发展趋势。
2.仿真法：利用Matlab/Simulink等软件平台建立光伏并网发电系统的最大功率跟踪仿真模型，评估光伏发电系统的输出性能、功率损失、调节时间等性能指标，并验证所设计的最大功率跟踪算法的有效性和可行性。
3.实验研究法：采用光伏发电逆变器实验系统进行最大功率跟踪算法实验验证，评估实际应用的效果，并与仅使用传统技术的光伏并网发电系统进行比较分析。
四、预期成果及意义本文将研究出适用于光伏并网发电系统的最大功率跟踪算法，并通过仿真实验及实验研究法验证，使其能够实际应用于光伏发电领域中，提高光伏发电设备的发电效率和运行稳定性，从而为新能源发展做出一定的贡献。
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171
1) 系统 A - 1 ( sin !cos21 + cos ! sin21 cos( 180 - A ) i = cos 2) 系统 B 以 = 25 , ∀ = 0 代入公式( 2) , 并考虑阵列表面与 水平面的夹角 = 25 , 则
i
到比系统 A 更高的太阳辐射利用率。 同时, 根据仿真数据对系统 A、 B、 C、 D、 E 的太阳 辐射利用率进行了统计, 结果如表 1。
第 28 卷
第2期
太
阳
能
学
报
Vol 28, No 2
Feb. , 2007
2007 年 2 月
ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICA
文章编号 : 0254 0096( 2007) 02 0169 05
跟踪式光伏发电系统研究
窦
摘
伟
1, 2
, 许洪华 , 李
1
晶
1
( 1 中国科学院电工研究所 , 北京 100080; 2 中国科学院研究生院 , 北京 100039)
i
图3
单轴跟踪系统跟踪轴的放置位置 coordinate systems
Fig 3 Position of tracking ax is in earth surface
= cos ( sin ! cos + cos !sin cos( ∀ - A ) ) ( 1)
- 1
式中 , ! 、 A ! ! ! 地平坐标系中的太阳高度角与方位 角; ∀! ! ! 太阳电池阵列安装方位角。 单轴跟踪系统的跟踪轴在地平坐标系中的放置 位置如图 3 所示( 图中 UBR 坐标系为以太阳电池阵 列表面为基准平面的坐标系, U 轴为太阳电池阵列 表面法向轴) 。
= ! - U, 其中 U= 65 。
3) 系统 C 系统 C 的旋转轴 R 与水平面的倾角为当地纬度 角, 并且旋转轴 R 在水平面的投影与南北方向经度 线 N 平行 , 可以得出
i
= #, 式中 #为赤纬角。
4) 系统 D 将∀ = 90 , = 0 代入公式 ( 2) 得到:
i
=
1- cos ! sin A
收稿日期 : 2005 07 25
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太
阳
能
学
报
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1 2
仿真模型选择 为全面分析各种光伏发电系统的太阳辐射利用
率, 本文选取固定、 单轴跟踪和双轴跟踪光伏阵列这 5 种模型作为仿真模型。这些模型涵盖了目前实际 应用中的各种光伏阵列安装方式, 具有代表意义。 1 2 1 系统 A 光伏阵列固定安装 , 阵列面向正南与水平面的 夹角 = 21 ( 此倾角为当地固定安装电池阵列的最 佳倾角 ) 。 1 2 2 系统 B 单轴跟踪, 旋转轴与水平面垂直。太阳电池阵 列表面与水平面夹角为 = 25 ( 此倾角值能够保证 光伏阵列获得最佳的太阳辐射利用率, 倾角值随着 安装地点纬度的变化而变化) 。 1 2 3 系统 C 单轴跟踪, 旋转轴在水平面上的投影与南北向 经度线平行 , 旋转轴与其在水平面投影的夹角 = 28 39 ( 此倾角的选取是为实现跟踪轴与极轴平行) 。 1 2 4 系统 D 单轴跟踪, 旋转轴与水平面东西方向平行。 1 2 5 系统 E 双轴跟踪, 光伏阵列可绕两个旋转轴转动。第 一个旋转轴与水平面垂直 , 第二个旋转轴与水平面 平行。 1 3 太阳辐射入射角计算 入射角
0
引
言
1
1 1
仿真设计方案
自动跟踪设计原理
为提高光伏发电系统的发电量, 需要提高光伏 阵列吸收太阳辐射能量的能力。通常工程中采用的 方法是为光伏阵列安装跟踪装置。 文献[ 1~ 5] 对光伏跟踪系统的运行性能进行了 较全面的研究, 并根据当地的地理位置和气候条件 提出跟踪系统设计方案。文献[ 6~ 9] 通过建立数学 模型对跟踪系统的性能进行预测与分析, 为光伏发 电系统的优 化设计提 供依据。在国内 , 文献 [ 10~ 12] 分别针对固定、 单轴跟踪和双轴跟踪光伏发电系 统的性能进行研究。但目前还没有文献对上面提到 的几种跟踪式光伏发电系统的太阳辐射利用率、 跟 踪角控制算法和控制方式进行全面的比较分析。 本文结合实测太阳辐射数据, 对 4 种具有代表 性的自动跟踪光伏发电系统的太阳辐射利用率进行 了仿真计算, 并以固定光伏发电系统的太阳辐射利 用率为基准 , 对 4 种自动跟踪系统的仿真结果进行 了详细的比较。同时 , 还详细分析了这 4 种跟踪系 统的跟踪角控制规律及跟踪控制方式。分析结果表 明倾纬度角单轴跟踪系统控制规律简单、 易于工程 实施 , 并在理论上进一步证明了采用步进式控制方 式的跟踪系统能够在保持较高太阳辐射利用率情况 下简化控制系统设计 , 更有利于工程设计及应用。
计算太阳直射到单轴跟踪光伏阵列表面的入射 角通用公式是 :
i
= cos
- 1
1- {cos( ! - ) - cos cos ! [ 1- cos( A - ∀ )] }
2
( 2) 由公式 ( 1) 、 ( 2) 即可计算得到系统 A、 B、 C、 D、 E 的伏发电系统研究
2 2
( 注 : 表中全年发 电效率 的计 算是根 据 1~ 12 月份 的系 统 发电量求出的 结果。表 中只列 出其 中有代 表性 的 3 、 6、 9、 12 月的发电效率统计值 )
5) 系统 E 双轴跟踪系统理论上能够保证任何时刻光伏阵 列表面都能跟踪太阳运行轨迹 , 因此双轴跟踪系统 的入射角可表示为 1 4
要 : 根据某地实测的太阳辐射数据 , 仿真比较了配备 有单轴跟踪和双轴跟踪等 4 种跟 踪控制的 光伏发电系 统
与固定式光伏 发电系统的太阳辐射利用率。并在此基础 上对 4 种 跟踪系 统的跟 踪角控 制规律及 跟踪控 制方式 进 行了详细的分析 , 得出倾纬度角单轴跟踪系统控 制规律最为简单 , 算法实施更为 实用的结 论。同时 , 也在理论上 证 明了采用步进式控制方式的跟踪系统能够在保持较高太阳辐射利用率情况下简化 控制系统设 计 , 有 利于工程设 计 及应用。 关键词 : 光伏阵列 ; 跟踪系统 ; 仿真 中图分类号 : TK513 4 文献标识码 : A
表 2 跟踪角变化规律 T able 2 Tracking angle regulation algorithm 太阳电池阵 列安装方式 系统 B 系统 C 系统 D 跟踪角变化规律 ∃= - A ∃= w ∃= tan - 1 ( cos( A ) tan!)
控制方案的选择有很大帮助。 固定不动的光伏阵列在( - T 2) ~ ( T 2) 时间内 所吸收的太阳辐射能量可表示为: W=
表 1 太阳辐射利用率统计结果 Table 1 Statistic result of utilization ratio of solar radiation 太阳辐射利用率 % 3月 系统 A 系统 B 系统 C 系统 D 系统 E 100 114 4 122 5 112 0 122 6 6月 100 125 7 124 4 128 5 135 5 9月 100 115 0 125 9 114 3 126 1 12 月 100 109 7 120 5 87 6 131 3 全年 100 121 7 131 9 120 3 136 4
= 0。
仿真假设条件 本文选用的太阳辐射数据为某地 ( 北纬 28 39 ,
西经 80 76 , 海拔 18 1m) 2000 年 3 月、 6 月、 9 月和 12 月的实测记录数据。 对光伏发电系统而言 , 太阳散射辐射的影响微 小。因此在仿真中不计太阳散射辐射 E dh 。同样, 仿 真中也忽略地面反射辐射对系统能量输出的影响。
i [ 8]
图 1 地平坐标系 Fig 1 Earth surface coordinate
图2
太阳电池阵列安装位置 coordinate systems
Fig 2 Position of PV array in the earth surface
是以地平坐标系为参考计算得到的。
因此, 定义地平坐标系为 : 以地面上的观察者或某一 个固定点为坐标原点, 南北方向轴 N 和东西方向轴 E 组成 水平面, 指向天顶的轴 Z 与 水平面垂直 , 由 ZNE 三条轴所组成的坐标系就称为地平坐标系。太 阳在地平坐标系中的位置可以用图 1 中的向量 S 表 示。 地平坐 标系中固定安 装的光伏阵列 如图 2 所 示。由文献 [ 13] , 计算太阳直射到该阵列表面的入 射角通用公式是 :
i
根据统计结果可得出结论如下 : 1) 比较于其它跟踪系统 , 系统 E 在所有情况下 都能够最大效率的利用太阳辐射能量。理论上直射 到系统 E 的光伏阵列表面的太阳辐射强度就是实际 到达地球表面的太阳辐射。因此, 系统 E 的变化曲 线可以代表实际太阳辐射强度。而固定安装光伏阵 列即系统 A 的全年太阳辐射利用率最低。 2) 采用倾纬度角方式安装的单轴跟踪系统 C 的 太阳辐射利用率在多数情况下都高于另外两种单轴 跟踪系统 B 和系统 D, 尤其在 3 月和 9 月这一结果 更为明显。这是因为在 3 月和 9 月 , 太阳辐射直射 地球赤道附近地区 , 此时 # ∀ 0 , 这段时间内系统 C 的性能接近双轴跟踪系统 E 的性能。 3) 夏季 , 跟踪系统 B 、 C、 D、 E 更能有效利用太阳 辐射能量。因为, 此时太阳运行到北半球 , 太阳辐射 强度增高、 高度角变大 , 跟踪系统 B、 C、 D、 E 吸收的 太阳辐射能量明显高于其它季节。而系统 A 的光伏 阵列安装倾角固定, 太阳辐射强度的增加并不能显 著增加系统吸收的太阳辐射能量。 4) 冬季 , 系统 D 的太阳辐射利用率低于系统 A。 这是因为, 系统 D 跟踪太阳高度角 , 而在冬季 , 太阳 运行在南半球 , 太阳高度角较低。此时对太阳高度 角进行跟踪反而增大了入射角 , 降低了系统 D 吸收 的太阳辐射能量。