光伏发电自动跟踪系统集控方案分析与设计

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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。

基于太阳能光伏发电自动跟踪式系统的设计

转换效率。为了减少电机消耗的电能。本系统采用了电机间歇
５ｍｉｎ每个太阳能光伏板调整一次与太阳的电池板是将接受的太阳能转化为电能。然而太阳在天空的位工作的方式．每２每两周调整一次和太阳的上下对应。置每时每刻都在变化，若想太阳能电池板能输出最大功率，太左右对应，
需要用太阳光自动跟踪系统。该系统具有高抗干扰性、高稳定
性、高可靠性，因此可以广泛推广应用。
２太阳能光伏发电自动跟踪控制系统简介
太阳能光伏发电自动跟踪系统的目的就是使太阳能光伏
向电阻值大的一端旋转。第一步对左右２个光敏电阻的阻值进行比较，通过左右旋转调整直到２个光敏电阻的阻值相等照射太阳能光伏板，发电效率才会达到高。因而保持太阳能光时停止旋转；第二步对水平上方的电阻阻值和左右方向其中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的一个电阻阻值进行比较，通过上下旋转调整直到两个光敏要。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。

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AT89C52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AbstractWith 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 AT89C52. 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 system 目录中文摘要 (I)Abstract.......................................................................................................II 1 引言. (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题内容..................................................................................... . (1)2 自动跟踪控制的总体设计方案 (2)2.1 控制方法的确定 (2)2.1.1 本课题设计方法的提出 (3)2.1.2 单轴自动跟踪系统数学模型的建立 (4)2.2 设计任务 (4)2.2.1 设计目标................................................................................... .. (4) 2.2.2 设计要求 (4)2.3 总体设计方案 (5)2.3.1 硬件设计方案 (5)2.3.2 软件设计方案 (6)2.4 可靠性设计 (6)2.4.1 单片机应用系统的硬件抗干扰技术 (6)2.4.2 单片机应用系统的软件抗干扰技术 (7)3 太阳能光伏发电系统的基本组成 (9)3.1 概述 (9)3.2 太阳能电池 (9)3.2.1 太阳能电池工作原理 (9)3.2.2 太阳能电池的分类 (10)4 太阳能辐射能量分析 (13)4.1 日照时间和太阳位置的计算 (13)4.1.1太阳能中天文参数的计算 (13)4.1.2水平面太阳位置的计算 (14)4.2 太阳辐射能的有关计算 (15)5 控制系统的硬件设计 (16)5.1 总体设计方案 (16)5.2 单片机AT89C52简介 (16)5.3 时钟芯片的选择 (17)5.4 印刷版电路的制作 (17)5.5 电机控制电路 (18)5.6 电机驱动电路 (19)6 控制系统的软件设计 (21)6.1 主程序设计 (21)6.2 喂狗程序 (21)6.3 电机驱动程序设计 (24)6.4 数据采集处理程序设计 (24)6.4.1 数据采集子程序 (24)6.4.2 数据处理子程序 (25)6.5 外部中断INT0 中断服务程序设计 (26)6.6 自动控制的优化设计 (27)7 结论 (28)8 致谢 (29)参考文献 (30)附录系统总原理图1引言1.1 课题背景能源问题关系到经济是否能够可持续发展。

单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计(基于TA89C52单片机)毕业设计论文

单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计(基于TA89C52单片机)毕业设计论文单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计1 引言11 课题背景能源问题关系到经济是否能够可持续发展一次能源的日益枯竭已引起全世界的极大关注现在人们常用的一次能源有煤炭石油原子能等占人们能源消费的大部分的煤炭和石油都是有限的不可再生的太阳是个巨大的能源地球上绝大部分能源归根究底是来自太阳的太阳辐射能与煤炭石油核能相比较有如下的优点1普遍性地球上处处都有太阳能不需要到处去寻找去运输2无害性利用太阳能作为能源没有废渣废料废气废水的排放没有噪声不会污染环境没有公害3长久性只要有太阳就有太阳能因此太阳能可以说是取之不尽用之不绝 4巨大性一年内到达地面的太阳辐射能总量要比现在地球上消耗的各种能量的总和大几万倍12 课题内容我国目前已开始在牧区普及使用无跟踪装置的户用太阳能光伏系统但由于太阳能电池价格昂贵无跟踪装置的光伏系统发电效率较低普遍推广应用受到影响相对于无跟踪装置的光伏系统双轴自动跟踪系统虽然能提高发电效率约提高50但其造价高结构复杂维护困难也难以在牧区推广使用针对这一实际情况需采用合理的方法进行改善此方法必须满足低成本高可靠性高性价比单轴自动跟踪系统和双轴自动跟踪系统相比结构更简单且费用最低单轴太阳能电池自动追踪系统主要包括机械部分和控制部分机械装置由电机驱动可以使电池板水平方向角为0°- 180°控制部分主要由单片机系统构成单片机系统具有成本低智能化程度高扩展性强等优点由单片机系统配合外围的电路元件实现对太阳能电池板的控制垂直方向角变化不大可以手动进行调整太阳能电池板转换的电能信号由转换装置送入单片机通过驱动电机使太阳能电池板朝着与太阳垂直的方向转动本课题研究的重点及难点1建立严格的单轴自动跟踪数学模型并与双轴自动跟踪系统进行效率比较从理论上证明它的可行性2通常自动跟踪系统须采用传感器把电池板法线偏离太阳光线的角度信号转变为电信号以实现跟踪本设计考虑到它主要是牧区等阳光充足地区的居民使用所以要满足高性价比取消了传感器而直接利用太阳能电池板发电量作为电信号输入单片机实现跟踪增加了测控难度3自动跟踪系统应能排除阴雨天太阳被云层遮挡引起的输出变化负载变化引起的输出功率变化引起的干扰本设计的主要特点1采用先进的微电子控制技术AT89C52 单片机为跟踪控制器的核心充分利用其内部功能体积小功耗低2性价比高具有良好的应用前景2 自动跟踪控制的总体设计方案21控制方法的确定211 本课题设计方法的提出双轴自动跟踪系统是目前研究开发使用的系统它的跟踪效果好可提高发电量是一种非常有前途的方法但适用于较大型的太阳能发电系统中我国牧区无跟踪光伏系统太阳能发电效率较低针对这一实际情况需采用合理的方法进行改善此方法必须满足低成本高可靠性高性价比单轴自动跟踪系统和固定式光伏发电系统相比跟踪效果好结构简单且费用较低太阳能发电自动跟踪系统的原理与基本方法我们对双轴自动跟踪系统进行了一定的改进设计出具有很好性能价格比的单轴自动跟踪系统满足牧区的实际需要单轴太阳能发电自动跟踪系统示意图如图41 所示图21单轴太阳能发电自动跟踪系统图22自动跟踪系统跟踪示意图太阳能电池板与地面水平面南北方向成α角此高度角可手动进行调整东西方位角通过单片机控制系统进行自动跟踪始终追随太阳的东西方位使太阳能电池保持较大的发电功率后面部分有详细的设计内容这里就不具体介绍了212 单轴自动跟踪系统数学模型的建立如图22 所示建立坐标系一XYZ此时日地心连线为X 轴过地心且与地球轨道平面垂直的直线为Z 轴过地心且与XZ 轴都垂直的直线为Y 轴方向如图所示中午时刻太阳能电池板与太阳光直射方向垂直此时太阳能电池板与地平面的夹角为δφ建立坐标系二XYZ它是坐标系一以Y轴为旋转轴旋转235°得到的假定观测点所在地与地心距离为rAB 的长度为l点A 位于纬度φ中午12 时AB平行于Z 轴且在Z0 的平面在坐标系一下A 点和B 点的坐标分别为XA1 r cosφ δYA1 0 ZA1 r sinφ δXB1 r cosφ δYB1 0ZB1 r sinφ δ l在坐标系二下A 点的坐标和B 点的坐标分别为XA2 r cos φYA2 0ZB2 r sin φXB2 r cosφ l sin 235°YB2 0ZB2 r sin φ l cos 235°地球绕自转轴旋转的角速度为设旋转时间为t 小时此时在坐标系二下A 点旋转ωt角度变为a点B 点旋转ωt角度变为b点此时a点的坐标和b点的坐标分别为Xa1 r cos φcos ωtYa1 r cos φsin ωtZa1 r sin φXb1 r cos φ l sin 235°cos ωtYb1 r cosφ l sin 235°sin ωtZb2 r sin φ l cos φ在坐标一下a 点和b 点的坐标分别为Xa2 r cosφcosωt r sinφtg 235°cos 235此时直线ab 在XOZ 平面投影的直线的斜率为22 设计任务221 设计目标课题设计目标根据太阳辐射能的特点光伏电池的特性实现对太阳能方位角的跟踪222 设计要求课题设计要求自动跟踪的实现所设计的单轴太阳自动跟踪系统的核心部分是单片机需设计合理的程序近而对电机进行控制适时改变电池板的角度抗干扰性为保证跟踪的准确性系统必须具有较强的抗干扰能力设计应从硬件和软件两方面着手来抑制系统的干扰23 总体设计方案231 硬件设计方案国内外目前已有了很多光伏电站太阳能发电在我国多采用传感器跟踪式的系统发电成本还很高不利于跟踪系统的推广与发展提高发电效率是降低成本的捷径我们开发的太阳能电池自动跟踪系统使太阳能电池板始终对着太阳保持最大的发电效率具有成本低等优点有较好的推广应用价值太阳能电池是依靠太阳光辐射能而产生电能的器件同样的一块太阳能板由于放置的角度不同所接受的光辐射能就不同产生的电能就不同因此为了提高太阳能电池电能的产量可以让太阳能板自动的随着天空中太阳的方位角的变化而实现跟踪如下是我们研制的单轴太阳方位角跟踪系统太阳自动跟踪系统主要分为机械部分和控制部分机械部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可以使电池板在东西方向上的0-180度自由旋转控制部分主要由软件算法构成具有成本低智能化程度高扩展性强等优点高度角可以手动进行调整太阳能自动跟踪系统框图如图23所示太阳能发电自动跟踪系统主要由五部分组成即光电转换装置由太阳能电池构成输入装置单片机控制系统信号放大装置和直流电机由于考虑到最低成本的问题此设计未使用太阳传感器直接利用太阳能电池板的电信号作为单片机控制系统的输入信号图23 系统框图太阳跟踪系统的支撑结构常见的有框架式轴架式和旋转台式三种前两种形式是将光伏阵列安装在可进行太阳时角跟踪的轴向移动固定框架或轴架上其特点是结构简单价格便宜安装方便适用于支撑单轴跟踪的小功率光伏阵列可额外附带简单的季节性仰角调节功能旋转台式形式是一个较大的可进行时角跟踪的旋转台上安装可进行仰角跟踪的光伏阵列它适用于支撑大功率的双轴跟踪光伏阵列其缺点是结构复杂造价较高本设计考虑到高性价比采用轴架式232 软件设计方案根据本课题的设计任务及系统的硬件结构系统的软件设计方案如下单片机软件设计包括跟踪系统主程序设计INT0中断服务程序设计电机驱动程序设计串口发送程序数据采集和处理程序通信控制系统程序设计24 可靠性设计由于现场环境复杂和各种各样的电磁干扰单片机应用系统的可靠性设计抗干扰技术的应用变得越来越重要本设计分别从硬件和软件两个方面来探讨一些提高单片机应用系统抗干扰能力的方法241 单片机应用系统的硬件抗干扰技术一供电系统为防止从电源系统引入干扰采取直流稳压电源保证供电的稳定性防止电源的过压和欠压二注意印刷电路板的布线与工艺印制电路板布置接地网可防止产生地电位差和元件之间的耦合印制电路板合理分区模拟电路区数字电路区功率驱动区尽量分开地线不能相混分别和电源端的地线相连元件面和焊接面采用相互垂直斜交或者弯曲走线避免相互平行以减少寄生耦合避免相邻导线平行段过长加大信号线间距高频电路互联导线尽量短使用45度或者圆弧折线布线不要使用90度折线以减小高频信号的发射印制电路板按单点接电单点接地的原则送电三个区域的电源线地线分三路引出地线电源线要尽量粗噪声元件与非噪声元件尽量离远一些时钟振荡电路部分用地线圈起来让周围电场趋近于零三用满足系统要求的最低频率的时钟时钟产生器要尽量靠近用到该时钟的器件在石英晶体振荡器下面加大接地的面积而不走其它信号线四驱动器件功率放大器件尽量靠近印制板的边靠近引出接插件重要的信号线尽量短并要尽量粗并在两侧加上保护地五原则上每个IC元件要加一个去耦电容布线时去耦电容尽量靠近电源脚和接地脚去耦电容焊在印制电路板上时引脚尽量短六闲置不用的IC管脚不要悬空以避免干扰引入单片机不用的IO口定义成输出七提高元器件的可靠性选用质量好的电子元件并进行严格的测试筛选和老化设计时元件技术参数要有一定的余量提高印制板和组装的质量242 单片机应用系统的软件抗干扰技术一数据采集误差的软件对策用软件滤波算法可滤掉大部分由输入信号干扰而引起的输出控制错误最常用的方法有算术平均值法比较舍取法中值法一阶递推数字滤波法本设计根据信号的变化规律选择算术平均值法对输入量采用多次采集的办法来消除开启的抖动二程序运行失控的软件对策对于程序运行失常的软件对策主要是发现失常状态并及时将系统引导到初始状态软件冗余技术AT89C52所有指令都不超过3个字节且多为单字节指令指令由操作码和操作数组成操作码指明CPU完成什么样的操作单字节指令仅有操作码隐含操作数CPU受到干扰后PC内容发生变化当程序弹飞到某一单字节指令时便自动纳入正规当跑飞到某一双字节或3字节指令时若恰恰在取指令时刻落到其操作数CPU 就将操作数当做操作码来执行引起程序混乱因此软件设计应采用单字节指令并在关键的地方人为地插入一些空操作指令NOP或将有效的单字节指令重写这称为指令冗余在实际软件设计中往往在双字节指令和3字节指令之后插入2个NOP 可以保证程序跑飞后其后面的指令不会拆散后面的程序可以正常运行在那些对程序流向起决定作用的指令例如在RETRETIACALLLJMPJZJNC等之前也插入2条NOP可保证跑飞的程序迅速进入正确的控制轨道软件陷阱技术软件冗余技术适用于干扰后PC指向不正确的程序区当跑飞程序进入非程序区例如EPROM未使用的空间或表格区时使用冗余指令的措施已不再适用可采用软件陷阱的办法拦截跑飞程序将其迅速引向一个指定的位置执行一段对程序运行出错的处理程序软件陷阱可采用以下形式NOPNOPLJMP ERROR ERROR为指定地址安排有出错处理程序软件陷阱可安排在下面几个区域a未使用的中断向量区当干扰使未使用的中断开放并激活这些中断时就会引起系统程序的混乱如果在这些地方设置陷阱就能及时捕捉到错误中断 b未使用的EPROM区假设使用了1片EPROM芯片2764但程序并没有用完这个2764芯片的区域这些非程序区可以用020000数据填满020000是指令LJMP0000H的机器码当跑飞程序进入此区后便会迅速自动进入正确轨道 c数据表格区由于表格中内容和检索值有一一对应关系在表格中安排陷阱将会破坏其连续性和对应关系应在表格区的尾部设置软件陷阱 d程序区前面已介绍跑飞的程序在用户程序内部跳转时可用指令冗余技术加以解决也可以设置软件陷阱更有效地抑制程序跑飞程序设计常采用模块化设计模块化的程序是由一序列执行指令构成的一般不能在这些指令串中间任意安排陷阱否则正常执行的程序也可能被抓走可以将陷阱指令分散放置在各模块之间的空余单元中正常程序中不执行这些陷阱指令但程序跑飞一旦进入陷阱区马上将程序拉回正确轨道e非EPROM芯片空间除了EPROM芯片占用的地址外还剩余大片未编程的EPROM空间当PC跑飞进入这些空间时读入数据为0FFH对单片机而言相当于指令MOV R7A将修改R7的内容当CPU读程序存储器时会产生一个低电平信号PSEN可利用该信号和EPROM的地址译码信号产生选通信号引起一个空闲的中断在中断服务程序中设置软件陷阱将跑飞程序拉入正规看门狗技术当跑飞的程序落到非程序的数据表格区或跑飞的程序在没有碰到冗余指令之前已经自动形成一个死循环则指令冗余和软件陷阱均无法使失控程序摆脱死循环这时可采用看门狗WATCHDOG技术解决看门狗技术就是不断监视程序循环运行的时间若发现时间超过正常的循环时间则认为系统陷入了死循环这时强迫系统执行一段出错处理程序使系统脱离死循环转人正轨运行3 太阳能光伏发电系统的基本组成31 概述太阳能光伏发电系统按是否与电网相连可以分为独立运行系统与并网运行系统独立运行光伏发电系统是指不与电网相连的光伏发电系统并网运行光伏发电系统是指与电网相连可以给电网供电的光伏发电系统太阳能光伏发电系统一般由蓄电池太阳能电池方阵控制器逆变器交流配电设备等组成如图31 所示图31光伏放电系统框图当负载为直流时如通讯设备石油管道阴极保护等电源则可以省略逆变器和交流配电设备系统比较简单成本也降低如果发电系统与交流电网并联运行则可以省略蓄电池组控制器和逆变器合而为一系统的成本可以大大降低同时还可以减少由于蓄电池组造成对环境带来的影响可见太阳能并网发电系统是今后的主要形式但在我国广大的牧区和偏远无电地区户用光伏系统和风光互补系统在很长一个时期内将是主要的供电方式32 太阳能电池321 太阳能电池工作原理太阳能电池工作原理的基础是半导体PN 结的光生伏打效应即当物体受到光照时物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应硅的外层电子受到太阳光辐射时成为自由电子同时在它原来的地方留出一个空位即半导体中的空穴由于电子和空穴的扩散在结合的PN 半导体的交界面处即PN 结的两边形成内建电场又称势垒电场当太阳光照射PN 结时在势垒电场的作用下电子被驱向N 型区空穴被驱向P 型区从而使N 型区有过剩的电子P 型区有过剩的空穴形成了光生电场在N 型区与P 型区之间的薄层产生了电动势即光生伏打电动势接通外电路时便有电能输出如图32 所示那样当具有适当能量的光子入射于半导体时那么电子向N 型半导体扩散空穴向P 型半导体扩散并分别聚集于两个电极部分即负电荷和正电荷聚集于两端这样如用导线连接这两个电极就有电荷流动产生电能图32 太阳能电池的发电原理322 太阳能电池的种类太阳能电池按照材料的不同可分为如下三类1硅太阳能电池这种电池是以硅为基体材料的太阳能电池如单晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池非晶硅太阳能电池等制作多晶硅太阳能电池的材料用纯度不太高的太阳级硅即可而太阳级硅由冶金级硅用简单的工艺就可加工制成多晶硅材料又有带状硅铸造硅薄膜多晶硅等多种用它们制造的太阳能电池有薄膜和片状两种 2硫化镉太阳能电池这种电池是以硫化镉单晶或多晶为基体材料的太阳能电池如硫化亚铜硫化镉太阳能电池碲化镉硫化镉太阳能电池铜铟硒硫化镉太阳能电池等 3砷化镓太阳能电池这种电池是以砷化镓为基体材料的太阳能电池同质结砷化镓太阳能电池异质结砷化镓太阳能电池等按照太阳能电池的结构来分类其物理意义比较明确因而已被国家采用作为太阳能电池命名方法的依据323 光伏阵列特性一光伏阵列的I-V 方程光伏阵列是将太阳能转换成电能的器件其输出的I-V 特性强烈地随日照强度和较强烈地随电池温度T 而变化其等效电路如图33 所示由于器件瞬时响应时间与绝大多数光伏系统的时间常数相比微不足道因此结电容 C 在光伏能阵图33 光伏阵列单元等效电路列的理论分析中加以忽略规定图中电压电流方向得出光伏阵列的输出电流电压I-V方程为式3-1式3-1I L光电流AI 反向饱和电流Aq 电子电荷1610-19JKK玻尔兹曼常数13810-23JKT绝对温度KA二极管因子R S 串联电阻ΩR Sh 并联电阻Ω二光伏阵列 I-V 特性曲线由于光伏阵列的输出特性强烈地受到光照及阵列结温的影响下面来分别分析在这两种条件变化下光伏阵列的I-V 特性首先让我们来了解光伏阵列的几个重要参数1短路电流IsC为给定日照强度和温度下的最大输出电流2开路电压Voc为给定日照强度和温度下的最大输出电压3最大功率点电流Im在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电流 4最大功率点电压Vm在给定日照强度和温度下相应于最大功率点的电压 5最大功率点功率Pm在给定日照强度和温度下阵列可能输出的最大功率PmIm×Vm 其意义如图34 所图34 光伏阵列特性参数说明一太阳能光伏阵列在相同温度不同日照下的I-V 与P-V 特性图35不同日照下的I-V 关系曲线图图36不同日照下的P-V 关系曲线图图35图36 分别是太阳能光伏阵列在温度为25℃时不同日照S下表现出的电流-电压I-V和功率-电压P-V特性从图35 可知太阳能光伏阵列的输出短路电流Isc和最大功率点电流Im随日照强度的上升而显著增大也就是说式3-1中IL强烈地控制着I 的大小虽然日照的变化对阵列的输出开路电压影响不是那么大但对电流与电压相乘的结果-最大输出功率来说变化显著如图2-6 中虚线与各实线的交点所示二太阳能光伏阵列在相同日照不同温度下的I-V 与P-V 特性图37 不同温度下的I-V 关系曲线图图38 不同温度下的P-V 关系曲线图图37图38 分别给出了太阳能光伏阵列在日照射为1000Wm2 和在变化温度[T]的情况表现出典型的I-V 和P-V 特性可以看出温度对太阳能光伏阵列的输出电流影响不大但对它的输出开路电压影响较大因而对最大输出功率影响明显见图38 各实线的波峰的幅值变化4太阳辐射能量分析太阳辐射资源变化极其复杂加上储能设备等因素需要建立合理的理论模型本课题在太阳辐射能方面做了研究工作主要介绍日照时间和太阳位置的计算以及太阳辐射能的有关计算41 日照时间和太阳位置的计算411太阳能中天文参数的计算1日地距离由于地球绕太阳的运行轨迹是一个椭圆所以地球与太阳之间的距离在一年之内是变化的日地平均距离及最大最小距离列在表31中到达地球表面的太阳辐射强度和距离的平方r r02成反比r0为日地平均距离r为任意时刻日地距离的准确值r r0210033cos360n365日期距离km 日期距离km1月1日147001000 7月1日1520030004月1日149501000 10月1日149501000表31 日地距离地变化2太阳赤纬角δ日地中心的连线与赤道面间的夹角每天实际是每一瞬间均处在变化之中这个角度称为太阳赤纬角δ2345°sin360×284n365式中n为一年中的日期序号从每年1月1日算起太阳赤纬随日期序号的变化见图32春分和秋分的正午时刻太阳直射地球的赤道即天赤道的δ 0北半球夏至的正午时刻太阳直射北回归线δ 2345°北半球冬至的正午时刻太阳直射南回归线时δ 2345°图32 太阳赤纬412水平面太阳位置的计算在太阳能的利用中必然要涉及到太阳高度角方位角日照时间等问题1太阳高度角αs地球上观测点同太阳中心连线与地平面的夹角为太阳高度角太阳高度角αs 的计算公式为sin sin δsin φ cos δcos φcos ω式中δ太阳赤纬角φ当地的地理纬度ω当时的太阳时角其计算公式为ωTs 12 ×15°34式中Ts0-24h为每日时间时角上午为正下午为负2太阳方位角γs地球上观测点同太阳中心连线在地平面上的投影与正南方向之间的夹角就是太阳方位角太阳方位角γs的计算式为cos γsin sin φsin δ cos cosφs s ααs 353日出日没角ωhαsγsω±cos1tan φtan δ 36式中负值表示日出时角正值表示日没时角αs 0cos γ sin δ cos φs 374正午时刻γs 0385理论日照时间N 由下式给出 3942 太阳辐射能的有关计算日辐射与小时辐射一般从气象部门所能得到的太阳能辐射资料多为日总辐射量当需要用每小时的辐时数据时可根据日辐射数据来估算小时值用日总辐射量来推算小时辐射量的方法在晴天条件下结果和实际情况吻合5 控制系统的硬件设计51 总体设计方案本文设计的单轴自动跟踪电路主要包括电压电流传感器单元单片机控制单元和电机驱动电路如图51所示图51 自动跟踪控制电路结构框图电压传感器和电流传感器如图52和图53所示电流传感器采用50A150mV 的分流器和运算放大器AD820当负载一定时太阳能电池板的输出电压随输入光功率变化而变化通过电压传感器检测电压值可知道当前功率的大小进而可以得到太阳光线偏离太阳能电池板法线的角度变化当负载变化时电流值变化通过电流传感器可观测电流的变化情况当电流稳定后再通过检测电压传感器的电压值。

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。

自动跟踪太阳能光伏发电系统方案

自动跟踪太阳能光伏发电系统方案自动跟踪太阳能光伏发电系统方案方案需求光伏发电管理急需精细化，降本增效。

传统光伏支架未能最大化利用太阳能，无法跟踪光照。

光伏板依靠本地维护人员巡检管理，人工成本高，且存在漏检现象。

方案介绍宇飞太阳能自主研发的自动跟踪太阳能光伏发电系统，是一种能随着太阳角度变化，按照一定的算法，控制太阳能板转动，增加有效受光面积，从而增加电厂发电量带来更高收益的自动化控制系统，可以理解为“向日葵”。

自动跟踪太阳能光伏发电系统其实是一套负反馈控制系统，工控机采集角度传感器信息后，根据当前角度与目标角度的差异，下发控制指令驱动电机带动推拉杆运动使太阳能板旋转，直至采集回来的当前角度与目标角度吻合。

系统组成自动跟踪太阳能光伏发电系统由：太阳能跟踪支架，太阳能组件，带监控模块的MPPT控制器，蓄电池，逆变器及连接线缆组成。

太阳能跟踪支架规格参数1、立柱直径：φ220mm2、立柱高度：650mm3、安装容量：最大6块450W4、光伏板倾角：25度角度固定5、抗风能力：14级，带细钢丝绳斜拉结构；6、材料：不锈钢材料7、旋转精度：1度8、旋转速率：12分钟旋转半圈9、旋转角度：220度，10、提高发电量：天气晴好情况下，冬季提高发电量15%；春秋季提高30%；夏季提高45%；综合全年提高25-35%（不同地区发电量提高有区别）11、控制器电源：12V由光伏板输出供电（或者提供集中12V 直流供电）12、控制方式：将光伏板固定好，并将追日控制器接好电源线后，天气晴朗条件下旋转立柱自动带着光伏板跟踪太阳；在天阴时，自动转入时控控制状态，每隔5分钟自动旋转1度；13、而且每个旋转立柱内部都有同步控制系统，确保每台旋转立柱每次旋转的角度完全一致，光伏板以最强光强功率发电。

晚上天黑，自动回东。

14、由多个旋转立柱组成的各种规模的光伏电站，由于旋转立柱的东限位位置全部一致，旋转立柱内置机械同步装置，可以确保由所有旋转立柱带动的大型光伏电站跟踪太阳的角度完全同步协调一致。

太阳能电站自动跟踪式控制系统的设计

太阳能电站自动跟踪式控制系统的设计摘要由太阳能电池板的特性可知，它的发电量与照射到它上面的光照强度成正比，而接受太阳的直射光，可以得到太阳的最大光照强度。

采用相同功率的太阳电池板，自动跟踪式光伏发电设备要比固定式光伏发电设备提高发电量至少在40%以上，成本下降30％。

本文介绍了一种新型的太阳能电站自动跟踪式控制系统，该系统具有高可靠性、高稳定性、高抗干扰性，可以广泛推广应用，达到实时跟踪太阳的效果。

关键词光电检测；自动跟踪；单片机0 引言传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源，因此太阳能光伏发电以系统是一个重要的发展方向。

只有光伏组件能够时刻正对太阳，效率才会达到最佳状态，所以需要太阳能电站自动跟踪式控制系统来完成。

1 太阳能电站自动跟踪式控制系统的组成1.1光传感器的设计利用硅电池片的光电特性，采用硅电池片作为光感元件，研制太阳能光控跟踪器。

1.1.1光传感器设计结构光传感包括3个部分，水平传感器、仰俯传感器、光强传感器。

其中仰俯传感器、水平传感器结构相同，摆放位置不同；光强传感器与前两个传感器机构相似，图1为仰俯传感器、水平传感器的原理图，图2为光强传感器的原理图。

图1图2图1中两个受光面1、2各贴放一个硅电池片，可以接受从空中透过的光。

A部分为涂黑遮光处，以避免漫反射光对硅电池片的干扰。

在两个A部分中间为透明，面积大小为硅电池片面积的大小，这样可以准确捕捉到光，准确无误不受干扰。

在受光面1、2的保留倾角α可以更好的提高捕捉灵敏度。

图2中受光面1贴放一个硅电池片，接受从空中透过的光直接检测光的强度。

1.1.2工作原理图3图3为3个传感器的安装示意图，当光强传感器中硅电池片5输出的电压信号超出设定的光控工作值时，控制器启动光控程序，根据水平传感器与仰俯传感器输出地信号调整电机工作，直至水平传感器与仰俯传感器输出平衡信号，停止电机动作。

基于光伏发电的自动跟踪系统的设计方案

基于光伏发电的自动跟踪系统的设计方案跟踪系统设计方案2.1控制方法的确定2.1.1该领域现有的控制方法太阳电池方阵的发电量与入射角有关，光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，改变入射角，发电量明显下降。

基本原理与结构：由两台电动机和减速机分别构成方位角转动机构和高度角转动机构，光电传感器置放大，与太阳电池板方阵平面垂直安装。

随着光线方向的细微改变，传感器失衡，引起系统输出信号产生偏差，当这一输出信号达到一定幅度时，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成90度角而停止转动，完成一次调整周期。

如此不断调整，时刻沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构成一个闭路负反馈系统，实现了跟踪。

该系统不需设定基准位置，跟踪器永不迷失方向。

系统设有防杂光干扰及夜间停止跟踪电路，并附有手动控制开关，以方便调试[4]。

系统结构如图2-1所示。

阴天或太阳被云层遮挡时，光线很弱，发电量极小，跟踪将无意义，系统会自动停止跟踪。

即使天边某处透出相对较亮的光线，跟踪器也不会被误导跟踪，实现了防杂光干扰。

云散日出时，自动跟踪器即时响应，找到太阳，跟踪到位。

傍晚光线消失，已不能发电，传感器会发出信号，夜间停止电路启动，并转回到，转动机构上下终点共设 4个限位开关，以防万一出轨。

图2-1 双轴光伏发电自动跟踪系统结构框图跟踪器所用传感器有三种：方位和仰角太阳传感器，风力传感器，日光开关。

太阳传感器是把聚光电池阵列法线偏离太线的角度信号转变为电信号的装置，它是跟踪系统的重要部件，在很大程度上决定跟踪的精度。

太阳传感器测量太阳的方位，如有偏向，通过驱动电机的运转使电池阵列对准太阳。

风力传感器采用感应式器件，当风力达到一定强度（如8级风）时，控制器控制仰角驱动电机转动，使阵列向水平方向运行，直到阵列受力最小为止。

在这种状况下，仰角驱动电机，不受方位太阳传感器控制[5]。

日光开关也是采用光敏器件，使白天太阳能电池阵列受方位太阳传感器控制而运转；夜间，阵列不受方位太阳传感器控制，而仅受日光开关控制向向运行，即阵列返回到早晨初始位置。

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。

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。

太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计

太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计摘要：伴随着全球经济的迅速发展，人们对资源的需求量越来越大，这促使不可再生资源（煤炭、天然气等）日益紧缺，太阳能电池板的发电能力与照射到光伏的发光强度正相关，接受太阳直射光时可取得较大的光照强度，进而提升太阳能组件的发电效率。

本文将简要介绍根据ARM太阳能光伏发电自动跟踪系统的设计。

关键字：光伏发电；跟踪系统；嵌入式操作系统；光敏二极管1介绍太阳能光伏发电自动跟踪控制系统因为地球的转动和旋转，太阳能的倾斜角随时随地都会转变。

针对固定位置的太阳能发电系统，仅有确保太阳能时刻垂直照射太阳能光伏发电板，才可以做到较高的发电效率。

所以，维持太阳能光伏发电板可以最大限度地接受太阳辐射能是非常关键的。

现阶段最经典的三种跟踪系统是双轴跟踪系统软件。

两轴跟踪系统软件和固定跟踪系统软件。

双轴跟踪系统与固定跟踪系统软件对比，双轴跟踪系统和两轴跟踪系统具备较高的日常输出功率和年功率，但在体系结构和费用层面，双轴跟踪体系结构简易。

成本费更高一些。

2自动跟踪对系统太阳能光伏发电的分类2.1固定跟踪系统软件将太阳能电池片部件直接置放在中纬度地域称之为固定重装系统，太阳能光伏发电列阵选用串联和并联方法搜集太阳能。

固定重装系统是确定的，无法一直垂直直射太阳，因此固定重装系统的太阳能组件无法发挥其发展潜力。

2.2双轴跟踪系统因为光伏发电列阵只有围绕一个转动轴转动，所以双轴跟踪系统包含倾角双轴跟踪和水准双轴跟踪。

通常情况下，双轴跟踪系统只有降低光的倾斜角，所以跟踪效果较弱。

2.3两轴跟踪系统两轴跟踪分成高角。

方向角跟踪和极轴跟踪。

两轴跟踪系统就是指光伏发电列阵绕2个转动轴转动，第一个转动轴垂直于平面，第二个转动轴水平于平面。

这类跟踪方式可以同时跟踪水准方位角和垂直高度角。

理论上，两轴跟踪系统可以完全跟踪太阳的运作，太阳的倾斜角为零，所以跟踪精密度相比较高。

2逐日跟踪方式愈来愈多的理论已经确认了太阳光和发电量效率相互关系。

太阳能自动跟踪发电控制系统的开发与设计

太阳能自动跟踪发电控制系统的开发与设计太阳能自动跟踪发电控制系统的开发与设计摘要：当前,由于技术条件限制,光伏发电的转换效率很低,严重制约了太阳能发电的发展与普及,因此,在现有条件下,寻求一种实用的方式去提高太阳能的发电效率是非常必要的。

实践证明,太阳能的发电效率和太阳能电池板与太阳光线的角度有很大关系,太阳能发电中,太阳能电池板实时和太阳光线保持垂直能在很大程度上提高太阳能的发电效率。

本文针对如何提高太阳能发电效率的问题,提出了采用自动跟踪的方法,让自动跟踪系统对太阳的运动轨迹作出实时判断,从而使太阳能电池板实时和太阳光线保持垂直,提高光伏转换效率。

关键词：太阳能；自动跟踪；发电控制系统；开发与设计中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：1.引言地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题。

同时，太阳能也是一种洁净的能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。

但是，太阳能的利用有它的缺点：一是能流密度较低，日照较好的，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。

往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多，成本增加。

二是受大气影响较大，给使用带来不少困难。

本文设计一种基于GPS 定位及太阳方位计算的的太阳自动跟踪装置，该装置能自动跟踪太阳的运动，保证太阳能设备的能量转换部分所在平面始终与太阳光线垂直，提高设备的能量利用率。

与此同时加以风力发电机辅助发电给蓄电池充电，进而在夜间给路灯提供电源。

2 太阳能自动跟踪系统硬件设计2.1 太阳能自动跟踪系统的机械构成及工作原理太阳能自动跟踪系统的机械结构由太阳能电池板、减速电机、齿轮传动机构、基座等构成。

基座主要支撑和固定太阳能自动跟踪器。

当太阳照射角度发生变化时，垂直方向（Y）和水平方向(X)的减速电机就会相应的通电转动，通过齿轮机构传动使太阳能电池板始终与太阳光线垂直，即获取到最大的太阳光照能量。

光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计与应用

光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计与应用摘要：为了提高光伏阵列吸收太阳辐射能量的能力，目前国内外大多数研究主要集中在最佳倾角固定安装和传感器跟踪装置。

光伏阵列最佳倾角固定安装成本最低，但由于太阳光入射角的变化，光伏阵列不能高效吸收太阳辐射能量，性价比较低。

自动跟踪装置随时根据太阳的运行轨迹调整阵列表面角度，在相同的辐照条件下吸收比固定安装方式更多的太阳辐射能量。

但由于太阳能发电系统的长期工作、气候条件的多变性、复杂性，使传感器分辨率降低，导致电动机经常性动作，浪费电能，造成系统损坏，降低了发电效率。

关键词：光伏发电；自动跟踪；控制通常，光伏电池板用于捕获太阳辐照度。

但是，从一个固定的面板中提取的能量，在一整天内，是不能达到最大的，这是由于光伏板的静态排列限制了能量利用。

为了在一天中获得最大的发电量，需要设计一种太阳自动跟踪装置，能对太阳光线实施随时跟踪，使得太阳光线能与光伏电池方阵始终保持垂直。

太阳能跟踪常用的方法有两种：视日跟踪和光电跟踪。

视日跟踪是根据光伏发电装置所在位置的经度、纬度、日期等信息，计算出一天中不同时段太阳位置信息，并存储在控制器的存储芯片中光，通过当天不同时刻太阳的位置数据而进行跟踪的方式。

光电跟踪则是利用光电传感器来采集太阳光信号，将光线传感器输出的模拟量电压信号通过模数转换，使用单片机或ＰＬＣ等来驱动光伏电池板实现实时追踪太阳光。

一、光伏发电1、光伏电池。

太阳能光伏发电主要通过光伏电池进行光能和电能之间的转化，通过 PN 结的电场效应产生电能。

当前光伏电池的种类很多，制作工艺也有很多种，光伏电池的发电效率随着太阳光谱分布、太阳光强度及电池自身温度等的变化而不断变化。

2、光伏发电的优点。

光伏电池是以 PN 结半导体为主，在地球上拥有丰富的半导体制作原材料——硅，因此光伏发电与传统的发电设备相比，有以下优点：（1）太阳能非常丰富，取之不尽，用之不竭，在当前看来，太阳能是一种可以“无限”使用的可再生免费能源。

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随着人们对可再生能源的需求不断增加，太阳能光伏发电系统作为一种可持续发展的能源选择，正受到越来越多的关注。

然而，传统的太阳能光伏发电系统存在着一些问题，如能量损失、发电效率低等。

为了解决这些问题，自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统应运而生。

自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统是一种能够根据太阳位置自动调整光伏板倾斜角度的系统。

这种系统利用了光电二极管或光敏电阻来感知太阳的位置，并根据感知到的信息，驱动电机实现光伏板的转动，以最大程度地捕捉和利用太阳能。

相比于传统的固定式太阳能光伏发电系统，自动跟踪式光伏发电系统具有更高的发电效率和产能，因为它可以在全天候条件下不间断地调整光伏板角度，始终保持最佳的太阳能利用率。

在独立太阳能光伏发电系统中，自动跟踪式系统的应用尤为重要。

独立系统是指那些不与电网连接，通过储能设备（如电池）存储太阳能发电所产生的电能，以供日常用电。

相比于与电网连接的太阳能光伏系统，独立系统需要更高的发电效率和稳定性，因为它无法依赖外部电网的供电保障。

自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统的应用可以最大程度地提高系统的发电效率，保证电能的供给稳定性。

自动跟踪式独立太阳能光伏发电系统的研究主要集中在以下几个方面：首先，需要设计和优化自动跟踪系统的硬件结构。

这包括选择合适的光敏元件或光电二极管，并将其与电机相连接以实现光伏板的转动。

此外，还需要考虑光伏板的支架结构和转动机构，以确保其稳定性和可靠性。

其次，需要开发合适的控制算法来实现自动跟踪。

控制算法应根据光敏元件感知到的太阳位置，自动调整光伏板的角度。

常见的控制算法包括PID控制和模糊控制等，它们可以根据系统的需求和性能进行选择和优化。

此外，还需要进行光伏板的性能测试和优化。

针对不同材料和结构的光伏板，需要进行研究和实验，以确定其最佳工作状态和转动角度。

这样可以在实际应用中提高发电效率和系统的可靠性。

基于单片机的光伏板自动跟踪系统设计

基于单片机的光伏板自动跟踪系统设计光伏板是一种利用太阳能进行发电的装置，它通过将太阳能转化为电能来满足人们的用电需求。

由于太阳能的不稳定性，光伏板在不同时间、不同位置会受到不同程度的太阳辐射，从而影响电能的生成效率。

为了最大程度地提高光伏板的发电效率，人们提出了自动跟踪系统的概念，即通过控制光伏板的角度和方向，使其始终面向太阳，以便最大程度地吸收太阳能。

本文将介绍基于单片机的光伏板自动跟踪系统的设计原理和实现方法。

一、系统设计原理光伏板自动跟踪系统的设计原理主要是通过传感器检测太阳光的位置，然后控制光伏板的角度和方向，使其始终面向太阳。

常见的光伏板自动跟踪系统一般采用光敏电阻、光电二极管等光敏器件来检测太阳光的位置，然后通过电机控制系统来调整光伏板的角度和方向。

而在本设计中，我们将采用单片机作为控制核心，利用单片机的强大功能和灵活性来实现光伏板的自动跟踪。

1.硬件设计光伏板自动跟踪系统的硬件设计主要包括传感器模块、执行机构和控制模块三部分。

传感器模块：传感器模块用于检测太阳光的位置，一般采用光敏电阻或光电二极管等光敏器件。

在本设计中，我们选用了光敏电阻作为太阳位置传感器，通过测量光线照射下的电阻值来判断太阳的位置。

执行机构：执行机构主要是用来控制光伏板的角度和方向，使其跟踪太阳。

一般采用步进电机或直流电机等驱动器，通过控制电机的转动角度和方向来实现光伏板的跟踪。

控制模块：控制模块是整个系统的核心部分，负责接收传感器模块的信号，并根据信号来控制执行机构的运动。

在本设计中，我们选用了单片机作为控制核心，通过单片机来实现对传感器模块和执行机构的控制。

软件设计是基于单片机的光伏板自动跟踪系统的关键部分，它主要包括控制算法和用户界面两部分。

控制算法：控制算法是根据传感器模块的信号来计算出光伏板的跟踪角度和方向，然后通过单片机来控制执行机构的运动。

在本设计中，我们将采用闭环控制算法，即通过不断测量太阳位置并与预设值比较，从而实现对光伏板的精确跟踪。

光伏发电输出功率跟踪与控制系统设计

光伏发电输出功率跟踪与控制系统设计随着环境保护意识的增强和可再生能源的重要性日益凸显，光伏发电作为一种清洁能源已经得到了广泛的应用。

光伏发电系统不仅可以减少对传统能源的依赖，还可以有效地减少温室气体的排放，对环境保护起到积极的促进作用。

然而，光伏发电系统的输出功率受到外界环境因素的影响，如日照强度、温度等，因此需要设计一套跟踪与控制系统，以提高系统的性能和效率。

光伏发电系统的输出功率跟踪与控制系统是整个系统中的一个重要部分，它可以实时监测系统的输出功率，并对系统进行调节，使系统的输出功率能够达到最佳状态。

一个优秀的输出功率跟踪与控制系统可以提高系统的稳定性和可靠性，使光伏发电系统能够更好地适应外界环境的变化。

在设计光伏发电输出功率跟踪与控制系统时，需要考虑以下几个关键因素：1.传感器技术：传感器是实现输出功率跟踪与控制的重要组成部分，它可以实时监测系统的输出功率和环境参数，并反馈给控制系统。

传感器的准确性和稳定性对系统的性能有着至关重要的影响，因此在设计传感器时需要选择合适的传感器技术，并对其进行合理的校准和调试。

2.控制算法：控制算法是输出功率跟踪与控制系统的核心，它可以根据传感器反馈的数据对系统进行调节，使系统的输出功率能够达到最佳状态。

常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法等，需要根据系统的实际情况选择合适的控制算法，并对其进行优化和调试。

3.通信技术：输出功率跟踪与控制系统需要通过通信技术与监控中心进行数据交换和通信，因此设计一个稳定可靠的通信系统对系统的正常运行至关重要。

常用的通信技术包括有线通信和无线通信，需要根据系统的实际情况选择合适的通信技术，并对其进行优化和调试。

4.安全性和可靠性：在设计输出功率跟踪与控制系统时，需要考虑系统的安全性和可靠性，确保系统在各种环境下能够正常运行。

为了提高系统的安全性和可靠性，可以采取多重保护措施，如过载保护、过压保护等，以保障系统的正常运行和设备的安全。