太阳跟踪控制方式

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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。

基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统

基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统作者：李子剑苗春艳来源：《数字技术与应用》2013年第10期摘要：为实现太阳能电池板对太阳光能的最高转换率，改变传统太阳能电池板固定安装对太阳光能利用低下的弊端。

本文以光敏电阻构成跟踪器，并利用西门子的S7200系列PLC和MM440设计太阳能单轴自动跟踪系统。

该太阳能单轴自动跟踪系统可实现在有太阳光照射的情况下，在任意时刻让太阳光直射太阳能电池板，同时解决了风力过大时太阳能电池板的防风问题。

关键词：太阳能单轴跟踪控制系统 PLC中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0009-011 概述目前，光伏电池光电转换效率仍然不高而且价格昂贵，同时大型的太阳能发电站中光伏电池板基本都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下。

相同条件下，采用固定发电方式要比自动跟踪发电方式的发电量要低35%以上，因此非常有必要对太阳光进行自动跟踪。

光伏发电自动跟踪装置是一种可以提高太阳能利用率，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，提高人类对太阳能源的利用率。

[1]目前光跟踪技术主要是两种方法，即：视日运行轨道跟踪方法[2]、光电自动跟踪方法。

光电跟踪方式又可以分为单轴跟踪和双轴跟踪，本文以选择单轴跟踪方式，整个系统的PLC 硬件选择SIEMENS公司的S7-200系列CPU226（24输入/16输出），其中主机为CPU226，模拟量扩展模块EM231（4输入），EM251（4输入/1输出）。

2 工作原理单轴自动跟踪系统主要由PLC、传感器、电机等组成。

它的基本原理是：当太阳光照射到传感器上时，由惠斯顿电桥及转换电路把光敏电阻值转变为电流值（4～20mA），转化后光照越强相应的电流值越小，光照越弱相应的电流值越大，此电流值经s7-200的模拟量输入模块保存到s7-200中，由s7-200与规定值比较后控制电机转动，使聚光器随着太阳移动而移动，从而达到跟踪的目的。

mppt控制技术

MPPT控制技术引言在太阳能发电系统中，最大功率点跟踪（MPPT）控制技术是一种关键的技术。

MPPT控制技术可以提高太阳能电池板的发电效率，使太阳能发电系统能够更好地适应不同的环境条件，并最大限度地利用太阳能资源。

本文将介绍MPPT控制技术的基本原理以及常用的几种实现方法。

MPPT控制技术的原理MPPT控制技术的基本原理是通过调节太阳能电池板的工作电压和电流，使其输出功率达到最大值。

太阳能电池板的输出功率与其工作电压和电流之间存在着一定的关系。

对于太阳能电池板来说，其最大功率点就是工作电压和电流组合中产生最大功率的点。

MPPT控制技术通过监测太阳能电池板的输出电压和电流，以及太阳能辐射的强度等环境参数，不断调节太阳能电池板的工作电压和电流，使其运行在最佳的工作点上，从而达到最大功率输出的目的。

MPPT控制技术的实现方法基于功率导数的MPPT控制方法基于功率导数的MPPT控制方法是一种比较简单的实现方式。

它利用功率与电压的关系，通过对太阳能电池板的工作电压进行微小的扰动，然后通过测量扰动后的功率变化来判断太阳能电池板的工作点是否在最大功率点附近。

如果功率变化为正值，则说明太阳能电池板的工作点在最大功率点的左边；如果功率变化为负值，则说明太阳能电池板的工作点在最大功率点的右边。

通过不断微调太阳能电池板的工作点，最终可以找到最大功率点。

基于 perturb and observe 算法的MPPT控制方法基于 perturb and observe 算法的MPPT控制方法是一种比较常用的实现方式。

它通过周期性地进行电压扰动，然后观察功率的变化情况来判断当前工作点的位置。

如果功率变化为正值，则说明太阳能电池板的工作点在最大功率点的左边；如果功率变化为负值，则说明太阳能电池板的工作点在最大功率点的右边。

根据功率变化的情况，调整扰动的幅度和方向，直到找到最大功率点。

基于模型预测控制的MPPT控制方法基于模型预测控制的MPPT控制方法是一种相对较复杂的实现方式。

塔式定日镜追日跟踪控制与聚光策略研究

塔式定日镜追日跟踪控制与聚光策略研究以塔式定日镜追日跟踪控制与聚光策略研究为标题随着可再生能源的快速发展，太阳能作为一种清洁、可持续的能源越来越受到关注。

太阳能集热器是太阳能利用的重要设备之一，能够将太阳能转化为热能。

为了提高太阳能集热器的效率，塔式定日镜追日跟踪控制与聚光策略成为研究的热点。

塔式定日镜是一种通过反射太阳光的方式进行聚光的设备。

它的优势在于可以将太阳光线集中到一个点上，从而提高热能的密度。

然而，由于太阳的位置不断变化，塔式定日镜需要实时追踪太阳的位置，以确保光线能够准确地聚焦在集热器上。

塔式定日镜的追日跟踪控制是实现太阳能集热器高效工作的关键。

追日跟踪控制系统需要根据太阳的位置信息，精确地控制塔式定日镜的角度和方向，使其能够始终对准太阳。

传统的追日跟踪方法主要基于光电传感器和电动驱动装置，通过检测太阳位置和控制镜面的转动来实现太阳的跟踪。

然而，由于光电传感器的精度和响应速度的限制，这种方法存在一定的局限性。

近年来，基于图像处理和计算机视觉的追日跟踪方法得到了广泛研究。

利用摄像头采集太阳图像，通过图像处理和计算机视觉算法，可以准确地识别太阳的位置。

然后，通过控制系统对塔式定日镜进行调整，实现太阳的追踪。

这种方法不仅提高了追日跟踪的精度，还可以实时调整镜面的角度和方向，适应不同天气条件下太阳光线的变化。

除了追日跟踪控制，聚光策略也是提高太阳能集热器效率的重要因素之一。

塔式定日镜的聚光策略主要包括两个方面，即镜面调整和光线分配。

镜面调整是指根据太阳的位置和光线的入射角度，调整塔式定日镜的角度和方向，使其能够最大程度地聚焦光线。

光线分配是指根据集热器的结构和材料特性，将聚光后的光线合理地分配到集热器的各个部分，以提高热能的收集效率。

在镜面调整方面，研究者们提出了多种策略。

其中一种常用的策略是最大化镜面入射角，即使太阳光线与镜面的入射角尽可能大。

这样可以提高光线的入射强度，增加热能的密度。

双轴跟踪说明书

图4为无线接收模块，安装在控制板上，有元器件的面朝外。
图4
图5为无线发射模块
图5
接收模块的安装，元器件朝外
六、LED显示定义，图6
第一个红色LED：快闪表示白天工作，慢闪表示进入黑夜状态，等待第二天继续工作。
第二个绿灯LED：亮表示进入黑夜状态，灭表示白天状态。
第三个绿色LED：亮表示南北电机需要旋转到太阳位置，灭表示南北方向太阳已经到达最佳位置。
3.两个直流电机可双向供电，反向供电电机可反向旋转。
4.电机电流值最好不要超过3A，大电流工作可能会引起MOS管发热，甚至损坏。
5.无线接收模块的带电子元器件朝外侧插入。
6.左上角为电源输入端，右侧为正，反接电源可能造成控制板的损坏。
7.东西方向的旋转电机只有东侧有限位开关，
8.无线控制发射器有效范围大致在10米左右。
本人用的是一个大一些的不锈钢片和两个小一些的钢片焊接到缝隙当中的。注意最好把不锈钢片最后涂成黑色，避免反光。上述步骤需要你自行完成，抱歉我没有给你做出来，实在是不好意思，而且我做完了也不一定符合您的审美观。
传感器的个人焊接过程图片：
后期安装在电池板上的图片：
十三、限位端子，图12
图12
此端子为黑夜后返东的限制开关，为常闭触点，电路板标注SN错误。当黑夜后旋转电机会自动旋转到东侧，到达限位开关后自动断开电机与地的连接，使旋转电机不能再继续往东旋转。当第二天白天后系统往西旋转的时候，限位开关后又合上的。
后三种都没有接入，如果需要的话，联系本人。
图7
八、数码管的显示，图8
数码管显示的是剩余时间，从60分钟到0分钟。如果测试的话每一分钟跟踪一次；如果一小时跟踪的话，则到0跟踪一次；2小时跟踪一次的话，需要两次60到0跟踪一次；同理三小时需要三次60到0的显示状态。

光伏跟踪控制器说明书

太阳能自动跟踪控制器使用说明书
太阳跟踪器控制器安装在太阳能光伏装置上，根据太阳光的位置，驱动电机，带动机械转动机构，始终跟随太阳位置运动。

当太阳偏转一定角度时（一般5--10分钟左右），控制器发出指令，转动机构旋转几秒钟，到达正对太阳位置时时停止，等待下一个太阳偏转角度，一直这样间歇性运动；当阴天或晚上没有太阳出现时停止动作；只要出现太阳它就自动寻找并跟踪到位，全自动运行，无需人工干预，东西向、南北向二维控制，也可单方向控制，使用电源直流6--24伏，机械驱动装置根据用户要求订做，或为用户设计生产.适用于太阳灶的自动运行及太阳能电池板的自动跟踪。

1. 跟踪起控角度:1°--10°（不同应用类型）
2. 水平（太阳方位角）运行角度：Ⅰ型0°--270°
3. 垂直（太阳高度角）调整角度：10°--120°（太阳光与地面夹角）
4. 传动方式：丝杠、涡轮蜗杆、齿轮
5. 承载重量:10Kg-- 50Kg
7. 电机功率：0.4W--35W
8. 电源电压 DC6V--24V
9. 运行环境温度：-40--85℃
10.运行时间≥10万小时
11.室外全天候条件运行
接线方法：
直流12V
红线为正极，绿线为负极。

注意不要
接反，否则会烧坏传感器。

蓝黑线接东西电机，看其电机转向，反接可以改变方向。

黄白接南北电机，看其电机转向，反接可以改变方向。

太阳能发电自动跟踪系统技术方案

太阳能发电自动跟踪系统技术方案太阳能发电自动跟踪系统是一种能够根据太阳位置实时调整太阳能电池板角度的技术方案。

根据太阳的位置变化，自动跟踪系统可以最大程度地使太阳能电池板与太阳光源保持垂直，从而提高太阳能发电效率。

下面是一个关于太阳能发电自动跟踪系统技术方案的详细描述。

1.系统结构太阳能发电自动跟踪系统主要由以下组件组成：太阳能电池板、追踪装置、控制器和电池等设备。

太阳能电池板是核心组件，负责将太阳光转化为电能。

追踪装置通过电机和传感器实现对太阳能电池板角度的调整。

控制器则负责收集太阳位置信息，控制追踪装置的工作，并实时监测太阳能发电系统的工作状态。

2.工作原理太阳能发电自动跟踪系统的工作原理是基于太阳位置的实时计算和反馈控制的。

系统通过安装在太阳能电池板上的传感器，实时监测太阳位置，并将数据传输给控制器。

控制器会根据太阳位置信息，计算出太阳能电池板需要调整的角度，并通过追踪装置调整电池板的角度，使其面向太阳。

3.太阳位置计算太阳位置计算是太阳能发电自动跟踪系统的核心算法之一、根据地理位置和时间，可以通过公式计算出太阳高度角和方位角。

高度角表示太阳光线与地平面的夹角，而方位角表示太阳在东西方向上的位置。

利用这些数据，可以精确计算出太阳在天空中的位置。

4.追踪装置追踪装置是太阳能发电自动跟踪系统的核心部件之一、它包括电机和支架，能够根据控制器的指令，调整太阳能电池板的角度。

追踪装置可以分为单轴和双轴两种类型。

单轴追踪装置只能实现水平角度的调整，而双轴追踪装置还可以调整垂直角度。

5.控制器控制器是太阳能发电自动跟踪系统的关键组件之一、它负责收集太阳位置数据，并根据算法计算太阳能电池板需要调整的角度。

控制器还可以监测系统的工作状态，并根据环境条件进行智能调节，例如在阴天或夜间停止跟踪，以节省能源。

6.电池电池是太阳能发电自动跟踪系统的能量储存装置。

太阳能发电系统不仅可以随着太阳位置的变化而调整电池板的角度，同时也可以将多余的电能储存到电池中，以备不时之需。

基于单片机的太阳跟踪控制系统设计

ＤｅｉｎｏｕｎｔａｋｎｇｓｓｅａｅｎＳｓｇｆａｓ－ｒｃｉｙｔｍｂｓｄｏＣＭ
ＭＡＪａ — ｕｉｎｈａ，ＰＡＮ —ｉｎＹｕｌｇａ
（ｏｅｅｏｃａｉｌｎｉｅｒｇＨｎｚｏｉｚＵｉｒｉ，Ｈｎｚｏ０，ｈｎ）ＣｌｇｆｌＭｅｈｎｃｇｅｎ，ａｇｈｕＤａｉｎｖｓｙａｇｈｕ３ＣｉａａＥｎｉｎｅｔ１１０８
Ａｂｓｒｃ：Ｔｒｄｔｎａｙｏｈｕｒｃｉｏｒｌｕｓａｌｅｒｔｌａｓｔｙｏｏｏｌｃｒｃｔａｋｎｒｓｎａｌｒｃｉｏｔｏｔａｔａｉｉｌｗａｆｔｅｓｎｔａｋｎｇｃｎｔｏｕｌｙｓｐａａｅｙｔｋｅｈｅｗａｆｐｈｔｅｅｔｉｒｃｉｇｏｕｎｇｅｔａｋｎｇｃｎｒｌｏｓｓｅ，ｂｕｔａｗａｓｈｓｌｗｅｒｃｎｒｃｓｏｙｔｍｔｉｌｙａｏｒｔａｋｉｇｐｅｉｉｎ，ｌｒｅｃｍｕｌｔｖ ⅡｏｓａｄｏｈｒｓｏｔｏｎｓＩｒｒｔｍｐｏｅｔｅａｃｒｃｆｔａｋａｇｕａｉｅｅｒｎｔｅｈｒｃｍｉｇ．ｎｏｄｅｏｉｒｖｈｃｕａｙｏｃ ‘ ｒｉｇｔｕｎｈｅｓｎ，ｅｉｎｔｃｕｌｔｏｌｏｎｄｉｒｖｈｅｕｉｚｔｏｆｓｌｒｅｅｇｌｍｉａｅａｃｍｕａｉｎｅＴｒａｍｐｏｅｔｔｌａｉｎｏｏａｎｒｙ，ａｓｌｒｔａｋｎｏｔｏｙｔｍｓｄｅｉｎｄｂｓｄｏｉｏａｒｃｉｇｃｎｒｌｓｓｅｗａｓｇｅａｅｎ

太阳方位双模式全天候跟踪控制系统的研究

四象限光电池太阳跟踪偏差检测装置．控制器软硬件设计过程中，采用低功耗技术，在保证足够跟踪精度和发电效率的前提下，最大限度的降低系统自身能耗．
１支架机械结构的设计
自动跟踪式支架纵梁采用 “ ｚ” 型设计结构，使围绕横梁中心转动的整个桁架关于回转重心质量对称，抵消所有偏心距，实现支架转动部分的重心始终在其回转轴线上，从而确保运转自如，实现仰俯跟踪的动力节能．双轴跟踪式支架具有两个转动自由度，竖直轴（垂直于地平面的传动轴）实现方位角跟踪；水平轴（平行于地平面的传动轴）实现高度角跟踪．竖直轴传动的第一级为带有行星齿轮减速器的永磁直流电动机，第二级为蜗轮蜗杆机构驱动回转轴承的外齿圈，使太阳能电池板和高度角调节机构东西方向旋转；水平轴传动通过电动蜗杆驱动电池板南北方向旋转．支架机械结构满足太阳能光伏发电装置的强度和刚度的要求．系统所受的载荷除了太阳能电池板及其
统具有结构简单、能耗低，跟踪精度高等优点．支架纵梁采用“ ｚ ” 型设计结构，确保运转自如，实现了仰俯跟踪的动力节
能．
关键词：光伏发电；光感跟踪；时间跟踪；单片机中图分类号：ＴＫ５１３．４文献标识码：Ａ文章编号：１６７３—１６０３（２０１３）０４— ０２８９— ０３

太阳跟踪自动化控制系统设计

义。
设计的目的是为了更充分的利用太阳能、
动轨迹追踪方式，里设计的太阳自动追这
提高太阳能的利用率。
踪系统在借鉴前人研究成果的基础上，综
合了两种追踪方式的优点，妙的将两种巧
的朝向，光信号转换为电信号，将传送给单
到电信号，而控制电动机转动。里采用进这光敏二极管作为光电传感器，用光敏二利
单片机为控制核心的自动控制系统，个整系统是通过硬件、件共同作用的结果，软因此设计内容可以分为两个部分：
１硬件部分通过三步来实现：择芯、选片以及电路元件、接电路图。路主要包连电
１．太阳能在能源发展中的优势２
随着２世纪７年代的能源危机，球００全环境污染日趋严重，上各个领域新型技加术对低碳、保、能的迫切需要，成了环节形
个光敏二极管中任意一个是否受到光照个
而判断太阳的方向。合机械装置，到追配达
发展中占有相当凸出的优势：１无污染（）
性：类比以往更强烈地认识到，现可人实
１本设计的背景
１１低碳．环保节能

太阳能自动跟踪控制器电路

太阳能自动跟踪控制器电路图现有的太阳能自动跟踪控制器无外乎两种：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器，构成光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是使用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。

由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两种控制器很难使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。

这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器，但设在其输入端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。

每一组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，另一只则检测环境光照，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，而且调试十分简单，成本也比较低。

双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为VDD（＋12V）的 1/2。

光敏电阻 RT1、RT2与电位器 RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路，该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。

如图1所示，将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT4和RT2安装在另一侧。

当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线作用时，RP1和RP2的中心点电压不变。

如果只有RT1、RT3受太阳光照射，RT1的内阻减小，LM358的③脚电位升高，①脚输出高电平，三极管VT1饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与触点1闭合。

同时RT3内阻减小，LM358的⑤脚电位下降，K2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电机M正转；同理，如果只有RT2、RT4受太阳光照射，继电器K2导通，K1断开，电机M反转。

当转到垂直遮阳板两侧的光照度相同时，继由器K1、K2都导通，电机M才停转。

在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化，电机M转——停、转——停，使太阳能接收装置始终面朝太阳。

太阳能跟踪器工作原理

太阳能跟踪器工作原理太阳能跟踪器是一种利用光电控制技术，将太阳能电池板始终保持与太阳光线垂直的设备。

它可以在不同时间追踪太阳的位置，从而最大化太阳能电池板的太阳辐射吸收效率。

本文将详细介绍太阳能跟踪器的工作原理，并分析其优缺点。

一、太阳能跟踪器的分类太阳能跟踪器可以按照其结构和机械原理的不同分类为以下几种类型：1. 单轴跟踪器：单轴跟踪器只能沿一个轴向跟踪太阳，最常见的就是沿着北-南方向的水平轴跟踪器或沿着垂直轴的升降式跟踪器。

2. 双轴跟踪器：双轴跟踪器可以同时沿两个轴向追踪太阳，实现更高效的太阳能电池板的光照收集效果。

二、太阳能跟踪器的工作原理太阳能跟踪器的主要工作原理是根据光电传感器实时监测太阳位置，通过控制执行机构进行转动和调整角度，确保太阳能电池板始终与太阳光线垂直。

1. 光电传感器：太阳能跟踪器内部装有光电传感器，能够感知来自太阳的光线。

2. 数据处理系统：光电传感器将获取的光线数据传输给太阳能跟踪器的数据处理系统。

3. 执行机构：根据数据处理系统发出的指令，执行机构控制太阳能跟踪器的转动和调整角度。

4. 位置调整：执行机构根据太阳位置的变化，调整太阳能电池板的角度，保持与太阳光线垂直。

5. 电源系统：太阳能跟踪器需要电源系统供电，常用的是太阳能电池板或蓄电池供电。

三、太阳能跟踪器的优点太阳能跟踪器相比于固定式太阳能电池板，具有以下优点：1. 提高能量利用率：太阳能跟踪器可以根据太阳位置的变化，调整太阳能电池板的角度，使其始终垂直于太阳光线，最大限度地吸收太阳辐射能量，提高太阳能电池板的能量转化效率。

2. 增加发电量：由于太阳能跟踪器能够追踪太阳的位置，故而能更好地捕捉到太阳辐射能，并将其转化为电能。

相比之下，固定式太阳能电池板只能在早晨和傍晚时光直射时效率较高，而在其他时间会有能量损失。

3. 降低成本：尽管太阳能跟踪器的制造和维护成本较高，但通过增加太阳能电池板的能量利用率和发电量，可以在长期运行中降低每单位发电成本，提高太阳能技术的经济性。

自主调节跟踪的太阳能装置及控制方法

度角和方位角，实现全天自动跟踪分时调节控制，电池板和太阳光保持垂直角度，使以获取最好效率。天气条件不满足运行要求时，
如下雨或光照度不足，置会自动停机；遇刮风且风力可能对太阳能装置造成损害，装若为避免不必要的外力损坏，装置会自动改变姿态。试验结果证明：系统安装方便、该初投资和运行成本低，可靠性好；固定安装的光伏系统相比，和其光电转换效率明显提高。
朱俊昊，中杰何
（．杭州骏隆霓虹电子产品有限公司，浙江杭州３００；１１０６２杭州电子科技大学自动化学院，浙江杭州３０１）．１０８
摘要：针对太阳能装置工作日阳光和电池板成角难保持垂直，光伏发电效率低的问题，出了一种可以保持阳光和电池板垂直以提推高光伏发电效率的自动跟踪控制系统，给出了相关控制策略及调节算法。该控制系统以Ａ８Ｃ１Ｔ９５单片机为核心，依据环境条件自主判断是否满足开机运行要求，如条件满足，则根据当日的日照时间，控制时段，分别由两组步进电机及驱动机构调节太阳能装置的高
２ＳｈｏｏＡｔｍｔｎＨａｇｈｕＤａｚＵｉｅｓｙＨａｇｈｕ３０１，ｈｎ）．ｃｏｌｆｕｏａｉ，ｎｚｏｉｉｎｖｒｉ，ｎｚｏ１０８Ｃｉａｏｎｔ
Ａｂｔａｔｎｏｄｒｔｏｖｈｒｂｅｆｌｗｐｏｏｏａｃｐｗｅｅｅａｉｎｅｃｅｃｏｈｔｔｅａｇｅｏｕｎｏａａｅｓｉｓｒｃ：Ｉｒｅｏｓｌｅｔｅｐｏｌｍｓｏｏｈｔｖｈｉｏｒｇｎｒｔｆｉｎｙｆｒｔａｈｎｌｆｓｎａｄｓｌｒｐｎｌｓｏｉｄｆｃｌｔｉｔｉｈｅｔａ，ｎａｔｍａｉｔａｋｎｉｈｃｕｄｍａｎａｎｔｅｖｒｉａｆｔｅＳｎａｄｓｌｒｐｎｌｏｉｒｖｈｉｉｕｔｏｍａｎａｎｔｅｖｒｉｌａｕｏｔｒｃｉｇｗｈｃｏｌｉｔｉｈｅｔｌｏｈＵｎｏａａｅｓｔｍｐｏｅｔｅｆｃｃｃ

太阳自动跟踪闭环控制系统设计

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第12期·15·文章编号：2095－6835（2020）12－0015－02太阳自动跟踪闭环控制系统设计张梦杨，单麟婷（沈阳大学国际学院，辽宁沈阳110044）摘要：系统以MCU （STC12C5A60S2）低功耗芯片为核心控制元件，通过姿态测量、光信号检测及电机驱动等模块，实现了太阳自动跟踪的闭环控制。

介绍了系统的整体设计思想和各个部分设计的技术细节，提出了视日运动轨迹跟踪粗调和光信号跟踪细调的控制策略，利用这种跟踪控制策略，在保证跟踪控制精度的基础上，可以极大地提高系统的可靠性和抗干扰性。

关键词：自动跟踪；闭环控制；单片机；科技工作者中图分类号：TP29文献标识码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.12.005为了更好地利用太阳能能量，国内外广大科技工作者对太阳自动跟踪技术进行了深入研究，提出了利用各种机械结构和各种类型传感器来实现对太阳跟踪的目的[1-7]。

美国BICALACE 在1997年研制了单轴太阳能跟踪系统，实现了太阳东西方向的自动跟踪，使热接收率提高了15%[8]。

1998年美国成功研制了ATM 双轴跟踪器，并在太阳能面板上装有集中阳光的涅耳透镜，从而进一步提高了热接收效率。

国家气象计量站研制的FST 型全自动太阳跟踪器，弥补了赤道架型太阳跟踪器的缺点，具有全天候、全自动、跟踪精度高等优点[9]。

但是此跟踪器采用具有恒功率输出的步进电机驱动方式，低速时易出现低频振动现象，高速时扭矩又会减小，且其控制又为开环控制，当负载过大或启动频率过高时易出现丢步或失步的现象。

1系统设计系统由三自由度运动平台组成执行机构，分别由A 、B 两台直流电机驱动，使其接近于太阳光线垂直方向，通过调整采光设备的姿态，实现了最大限度接收太阳能的目的，控制电路部分安装在平台上，其结构如图1所示。

新型太阳自动跟踪控制系统研究

新型太阳自动跟踪控制系统研究[摘要]为了更充分、更高效地利用太阳能，本文提出了光电跟踪和视日运动轨迹跟踪相结合的一种新型太阳自动跟踪控制系统，以光电跟踪为主，视日运动轨迹跟踪为辅的跟踪方式。

晴天时采用光敏二极管通过光强检测的方式来完成，多云或阴天的时候通过计算太阳运行轨迹用软件来完成。

软硬件的协同控制可以实时、精确地跟踪太阳。

[关键词]光电跟踪，视日运动轨迹跟踪，协同控制中图分类号：tf046.6 文献标识码：a 文章编号：1009-914x （2013）14-0315-02前言对太阳能跟踪装置的控制系统进行研究是一个潮流趋势，十分必要。

1 新型太阳自动跟踪控制系统硬件设计1.1 步进电机驱动控制系统本文设计的是新型太阳自动跟踪系统，由于太阳能板的大部分重量通过万向节落在固定的平台上，电机驱动整个装置所需的旋转力矩较小，因此，可以用步进电机来驱动跟踪装置，电机驱动时的耗电量较小[1]。

1.2 光强检测电路设计1.3 太阳能充电电路设计由于太阳能板输出的电压、电流、功率会受到太阳能输出的影响。

在设计充电电路时，应考虑稳压、过充、过放等问题，其设计过程如图1-2所示。

（1）宽电压可调升压电路设计在设计升压电路时，以lm2577s芯片为核心来设计宽电压可调升压电路。

该升压模块的输入电压和输出电压均可调。

升压模块接口电路如图1-3所示。

（2）蓄电池充电电路设计当蓄电池充满后，过充电路启动，指示灯亮，此时电路断开；当蓄电池电量不足时，过放电路启动，指示灯亮，此时需要对蓄电池进行快速充电来补充电量。

在设计过充、过放电路时采用电压比较器lm393芯片，将其与稳压二极管两端电压比较，来判断过充和过放lm393部分接口电路如图1-4所示。

2 新型太阳自动跟踪控制系统软件设计2.1 主控制模块的软件设计主控制模块主要对步进电机复位、步进电机驱动、光电跟踪、视日运动轨迹跟踪进行设计。

其主程序流程图如图2-1所示。

本系统设定10分钟间隔性跟踪太阳光，既保证了跟踪准确度，又降低了电机的耗电量。

一种光电式太阳跟踪控制系统设计

Ａｄｅｓｉｇｎｏｆｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｏｌａｒｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
ＸｕＬｏｎｇ，ＺｈａｎｇＹｏｎｇｈｏｎｇ，ＷａｎｇＱｉ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙａｋｉｎｄｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｅｔｕｒｅ，ｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｈｉｇｈｔｒａｃｋｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｕｎｔｒａｃｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ａｔｗｏ－ａｘｉｓｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｔｒａｃｋｉｎｇｏｆｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｎ．ＬＭ３２４ｉｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｃｏｒｅｉｎｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ，ｕｓｉｎｇｔｗｏｓｅｔｓｏｆｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｍｏｄｅｌｏｆｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｔｒａｃｋｉｎｇｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｇｈｔ

最大功率点跟踪控制的方法

最大功率点跟踪控制的方法随着可再生能源技术的不断发展，太阳能光伏发电已经成为了一种越来越受欢迎的清洁能源。

然而，由于太阳能光伏发电系统的特殊性质，如天气、环境和负载变化等因素的影响，其电能输出存在着波动和不稳定的问题。

因此，如何提高太阳能光伏发电系统的效率和稳定性是目前研究的热点之一。

最大功率点跟踪控制技术是一种有效的解决方案，本文将介绍最大功率点跟踪控制的方法。

一、最大功率点在太阳能光伏发电系统中，最大功率点是指光照强度和负载电阻条件下，太阳能电池组输出功率最大的点。

当太阳能电池组的输出功率达到最大时，其效率也会达到最高点。

因此，最大功率点是太阳能光伏发电系统中最重要的参数之一。

二、最大功率点跟踪控制最大功率点跟踪控制是一种通过调节太阳能电池组的工作点，使其输出功率达到最大的控制方法。

其主要思想是在太阳能电池组的伏安特性曲线上，实时监测电池组的电压和电流，并根据当前的光照强度和负载电阻条件，自动调整电池组的工作点，使其输出功率达到最大。

最大功率点跟踪控制可以提高太阳能光伏发电系统的转换效率和稳定性，同时减少系统的损耗和能源浪费。

它可以适应不同的光照强度和负载变化，保证系统的输出功率始终处于最大状态，从而最大限度地利用太阳能资源。

三、最大功率点跟踪控制的方法最大功率点跟踪控制的方法主要包括传统的模拟控制方法和现代的数字控制方法。

传统的模拟控制方法主要采用模拟电路和电子元件进行控制，其优点是控制精度高、响应速度快，但缺点是设计和制造成本较高，容易受到环境和温度的影响。

现代的数字控制方法主要采用微处理器和数字信号处理器进行控制，其优点是控制精度高、可靠性强、成本低廉，且可以实现自适应控制和远程监控等功能。

数字控制方法可以通过软件调节参数，适应不同的工作条件和应用场景，具有更大的灵活性和可扩展性。

四、最大功率点跟踪控制的应用最大功率点跟踪控制技术广泛应用于太阳能光伏发电系统中，特别是在大型光伏电站和分布式光伏发电系统中更为常见。

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太阳跟踪控制方式
国内外，太阳跟踪系统中实现跟踪太阳的方法很多，基本上可以分为两类:一类是实时的探测太阳对地位置，控制对日角度的被动式跟踪;另一类是根据天文知识计算太阳位置以跟踪太阳的主动式跟踪。

文献中介绍了被动式跟踪的典型代表:压差式跟踪器和光电式跟踪器;主动式跟踪的典型代表:控放式跟踪器、时钟式跟踪器和采用计算机控制和天文时间控制的视日运动轨迹跟踪器。

以下对两种类型中目前主要采用的光电跟踪
方式和视日运动轨迹跟踪方式进行比较。

一般地，在聚光光伏发电的应用多采用校准
的光筒，它可以阻止散射进入传感器达到更精确的太阳位置探测。

（1）光电跟踪
虽然光电跟踪方式本身的精度较高，但是它却具有严重的缺点:在阴天时，太阳辐照度较弱(而散射相对会强些)，光电转换器很难响应光线的变化;在多云的天气里，太阳
本身被云层遮住，或者天空中某处由于云层变薄而出现相对较亮的光斑时，光电跟踪
方式可能会使跟踪器误动作，甚至会引起严重事故。

对于太阳能发电来说，是可能在
晴朗、阴天和多云等任何天气情况下进行的。

光电跟踪能够在较好的天气条件下，提
供较高的精度，但是在气象条件差时跟踪结果不能令人满意。

（2)视日运动轨迹跟踪
视日轨迹跟踪的原理是根据太阳运行轨迹，利用计算机(由天文学公式计算出每天中日出至日落每一时刻的太阳高度角与方位角参数)控制电机转动，带动跟踪装置跟踪太阳。

此跟踪方式通常采用开环控制，由于太阳位置计算与地理位置(如纬度、经度等)和系
统时钟密切相关，因此，跟踪装置的跟踪精度取决于一是输入信息的准确性，二是跟
踪装置参照坐标系与太阳位置坐标系的重合度，即跟踪装置初始安装时要进行水平和
指北调整。

太阳跟踪机构
双轴跟踪
如果能够在太阳高度和赤纬角的变化上都能够跟踪太阳就可以获得最多的太阳能，
全跟踪即双轴跟踪就是根据这样的要求而设计的。

双轴跟踪又可以分为两种方式:极轴式全跟踪和高度角方位角式全跟踪。

1)极轴式全跟踪。

极轴式全跟踪原理如图1一5a所示:跟踪装置的一轴指向天球北极，即与地球自转轴
相平行，故称为极轴;另一轴与极轴垂直，称为赤纬轴。

工作时电池板绕极轴运转，其转速的设定与地球自转角速度大小相同方向相反用以跟踪太阳的时角变化;电池板绕赤纬轴作俯仰转动是为了跟踪赤纬角的变化。

这种跟踪方式并不复杂，但在结构上电池
板的重量不通过极轴轴线，极轴支承装置的设计比较困难。

2)高度角一方位角式太阳跟踪。

高度角和方位角式太阳跟踪方法又称为地平坐标系双轴跟踪，其原理如图1一sb所示。

电池板的方位轴垂直于地平面，另一根轴与方位轴垂直，称为俯仰轴。

工作时电池板
根据太阳的位置变化绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰轴作俯仰运动改变电池板的倾
斜角，从而使电池板的法线始终与太阳光线平行。

这种跟踪系统的特点是跟踪精度高，而且集热器的重量保持在垂直轴所在的平面内，支承结构的设计比较容易。

由于太阳跟踪系统采用地平坐标系运动控制规律较为直观，结构受力特性好、操作性强、容易实现跟踪系统的大型化.因此，本章采用矢量分析方法，主要对地平坐标系全跟踪系统跟踪角运动控制方程和控制方式进行全面地分析，并对跟踪机构的安装误差、运行时间误差、运行误差等可能导致跟踪系统精度降低的因素进行系统研究。

地平坐标下，双轴太阳跟踪系统
β=β(φ,L loc,n,t）
ρ=ρ(φ,L loc,n,t)
双轴跟踪系统运动控制方法
通常，太阳跟踪可以采用连续跟踪和间歇跟踪两种基本方法进行太阳跟踪
系统的运动控制。

连续跟踪方法为跟踪角按照太阳位置变化规律随时间连续调
节以跟随太阳运行轨迹的变化的控制方法，根据上节跟踪系统运动特性的研究
结果可以看出，太阳跟踪的两个运动轴的速度非常小，最小速度仅为0.00028转
/min，为了避免系统在超低速运动下出现位置伺服控制的不稳定，系统设计时就
需要非常大的减速比;但是，连续跟踪意味着电机在不停的运动，将消耗大量
的电能，违背了太阳能发电的目的，因此，连续跟踪方法并不适合用在太阳能
发电系统。

本论文综合考虑跟踪精度和系统能耗，采用间歇跟踪方法，即每隔一段时间后，运动轴快速调整一次跟踪角，并使各运动轴的转角与其由于停顿导致落后于太阳运行的方位角和高度角相等，其余时间系统跟踪角驱动机构固定不动，如此循环，因而形成跟踪系统间歇追踪太阳的跟踪方法。

显然，采用间歇跟踪方法，不仅可以简化系统控制，避免庞大的减速系统;而且可以减少步
进电机的运行次数，增加电机的运行寿命，降低跟踪运动系统本身的能耗。

我们知道，虽然间歇跟踪方法具有上述优点，但不可避免的要牺牲系统的跟踪精度，因此本节将从理论上分析不同的运动控制参数对跟踪精度的影响，从而确定在使用要求许可的误差范围内，实现间歇跟踪控制方法。

绝对编码器
位置检测装置是运动控制系统实现精确控制的重要组成部分。

在闭环系统
中，它的主要作用是检测位移量，该位移量与给定值进行比较，得到误差信号，控制器根据误差信号进行控制调节，使系统趋向减小误差，最终使误差为零。

本文采用绝对式的光电编码器用于跟踪系统高度角和方位角位置的反馈。

由于跟踪装置两轴的跟踪范围均在360”以内，编码器若能直接连接在目标检测轴，单圈的绝对编码器就足够。

但是考虑跟踪系统机械设计的特点，安装在最后一级输出轴上比较困难，因此编码器需要安装在前一级间接的检测轴的位置，此时轴的转动角度已经超过360度，此时，必须采用多圈的绝对编码器。

最终选用上海精浦机电型号为 GAX60R13/12的编码器，其主要性能指标为分辨率/ 圈:8192(13位)，连续4096圈，即能检测的最小角度为
360ο/213二 0.0440
由于绝对编码器的输出信号是以格雷码的形式，为了便于信号的采集和处
理，通过二次仪表 GP1312RL/CH进行信号的变换，以2路位置信号输出:一路4一ZOmA模拟量、一路RS485通讯数字量。

最后通过一个RS485转USB接口直接将两路信号发送到上位机。