智能太阳跟踪系统的研究与设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
臣童 量 △ ： △ 缝 湮墨 曼 △
文 ◎ 吴 小 所 郭存 鸽 （ 州 交 通 大 学 ； 兰州 工 业 高 等 专 科 学 校 兰
：
甘肃兰州 ）
矗
智 能 太 阳 跟 踪 系统 的研 究 与 设计
摘 要 ：在 对 目前 国 内外 太 阳 跟 踪 系 统 研 个 坐 标 表 示 。 在 地 平 坐 标 系 中 ，赤 纬 角 和 时 究 的基 础 上 ，设 计 出 以Ｄ Ｐ ８ 为 主 控 芯 片 的 角 和 赤 道 坐 标 系 的 是 一 致 的 。 高 度 角岱 计 Ｓ２１ ２ 太 阳 能 智 能跟 踪 系统 。 首 先 以 地 理 纬 度 、 时 算 式 为 ：
间为参数采 用天文算 法计算 出太阳 的高度 角
和 方位 角 ，驱 动 带 细分 电 路 电机 进 行 定位 跟
ｓ ∞ ＝ ｓｎ ｓ 占＋ ｃ ｓ ｏｓ ｃ ｓ ｉ ｎ ｉ ｉ ｎ ｏ 目ｃ ｏ
式 ２３ － 当 地地 理 纬 度 。 方位角筘，计算公式为 ： ｓ ｍ ＝ ｃ ｓ ｉ ／ ｏ 式 ２ ４ ｏ 占ｓ ｎ ｃｓ － 方 位 角 从 正 午 起 算 ， பைடு நூலகம் 顺 时 针 方 向 为
复杂 变化天 气条 件下 ，该系统仍 能有效 的提 正 ， 逆 时 针 方 向 为 负 ， 也 就 是 上 午 为 负 ， 下 高对 太 阳 能 的 收 集 和 利 用 的 效 率 ，有 较 好 的 午 为正 。
应 用 前景 。 由２ １ ２ ２ － 、２ ４ 知 由 当 地 的地 — 、 － 、２ ３ － 可 关 键 词 ： 智 能跟 踪 ； 视 日运 动 轨 迹 ； 光 理 纬 度 和 时 间 ， 就 可 以 计 算 出 时 时 的 太 阳 高 电检 测 度 角 和 方 位 角 。 即 定位 跟 踪 参 数 。 １ 引 言 、 ２ ３ 传 感 器 设 计 原 理 ． 面 对 日益 严 重 的 能 源 危 机 ， 以 太 阳 能 设 计 需 要 的 检 测 电 路 主 要 有 两 个 ， 一 为 代 表 的清 洁 可 再 生 能 源 产 业 受 到 了 世 界 各 个 是 光 线 强 度 检 测 电路 ， 一 个 是 压 差 检 测 电 路。 国政 府 的 支 持 ， 已经 出 现 了爆 发 式 的增 长 ，
踪 ，如果在 满足 特定光 强的条件 下 ，再 利用
光 电 传 感 器检 测 进 行 校 对 跟 踪 。 本 文 介 绍 了 太 阳运 行 轨 迹 的 算 法 、 光 电 检 测 方 法 、 系 统 硬 件 设 计 方 案 和 软 件 流 程 实 现 方 法 。 特 别 是
上减 少硬件 方面 的运作误差 ，而在软 件部分 的设 计尽可 能考虑周 全的原则 ，采用定位 跟 踪和校 正跟踪 策略相 结合的控 制策略 ，按 仰 角 （ 阳 高 度 ） 和 方 位 角 （ 阳 方 位 ）分 别 太 太 控制调 节的智 能太 阳双 轴跟踪 系统 。定位跟 踪算法应 当尽量精确 ，以保证 （ 下转６ 页 ） ７
２ ３ １ 光 强检 测 电路 ．． 利 用 光 敏 电 阻元 件 的 阻 值 随 外 部 光 强 的 变化 ，来 实现对 光强 的检 测 。光 强检测直 接 采 用 光 敏 电 阻 ， 具 体 电路 如 图 １ 示 。控 制 器 所 时 时 采 集 光 敏 电 阻 Ｖ １ 经 过 调理 后 的 电 压 值 Ｒ上 Ｖｔ 特 定 门 限 Ｖ 进 行 比较 ， 当 Ｖ ＞ 时 ， ｏ与 ， Ｔ Ｖ 即外部光 强较小 时，系统仅 采用 定位跟踪 ， 而 不 使用 定 位 跟 踪 。 当 ＶＵ 时 ， 即 外 部 光 Ｏ＜ Ｔ 强 较 大 时 ， 则 采 用 定 位 跟 踪 和 校 正 跟 踪 相 结 合 的智 能 跟 踪 方法 。 ２ ３ ２ 压 差 检 测 电 路 ．．
图 １光 强 检 测 电 路
发 展 前 景 非 常 广 阔 。我 国 太 阳 能 储 量 丰 富 ， 其 中西藏西部 的太 阳能辐射总 量居世 界第一 位 ， 其 他 地 区 的 年 辐 射 总 量 存 在 差 异 但 是 也 超 过 了 ３ ５ Ｍ ／ ２ １ 。然 而 由 于 天 气 原 因 光 ３０Ｊ Ｍ ［］ 强 不 足 等 情 况 的 存 在 ，严 重 影 响 了 太 阳光 能 的 接 收 效 率 。权 威 试 验 测 定 ，相 同 条 件 下 ， 采 用 自动 跟 踪 系 统 的 太 阳 能 发 电 设 备 比 固 定 式 太 阳 能 发 电 设 备 的 发 电 量 要 提 高 ３ ［］ ５ １。 为 提 高 光 伏 发 电效 率 而 进 行 对 太 阳 智 能 跟 踪 系 统 的研 究 和 设 计 ， 对 我 们 人 类 面 临 的 日益 严 峻 的 能源 问题 有着 深 远 的意 义 。 ２ 跟踪 策 略 及 实 现 原 理 、 本 文 设 计 的 太 阳 能 智 能 跟 踪 系 统 是 首 先 以Ｄ Ｐ Ｓ 为核心 的控 制器 ， 以地 理 纬度 、当地 时时时 间为参数采用 天文算法 计算 出太阳 的
图 ２压 差 检 测 电路
本 电 路 主 要 利 用 光 电 电池 短 路 电流 在 很 宽 的光线强度 范 围内与光线 强度呈线性 关系 这 ‘ 特性 ，用 １ 片四象限硅 光 电池作为光线校 正检 测元件 。如果各象 限的 电池所产 生短路 高度 角和方位 角，然后 主控制器 发 出脉 冲驱 电流相 同，表 明四个象 限接收 到的太阳光 能 动 带细分 电路 的步进 电机 运动 到 目标位 置从 量 基 本 相 同 ， 太 阳 光 线 正 而 达 到 双 轴 定 位 跟 踪 的 目的 。 同 时 检 测 外 部 对 电池 ，校 正 跟 踪 效 果 为 太 阳光强 ，在 满足特 定门限值 的条件下 ，通 理 想 ，反 之 ， 如 果 各象 限 过 光 检 测 电路 对 定 位 跟 踪 的 结 果 进 行 校 正 跟 的 短 路 电流 不 相 同 ， 表 明 踪 ， 从 而 达 到 闭 环 控 制 的 目的 ， 进 一 步 提 高 四 个 象 限接 收 到 的太 阳 光 的跟 踪 精 度 。 而 在 阴 雨 天 气 情 况 下 ， 由 于 光 能 量 有 较 大 的 不 相 同 ， 太 强 小 于 特 定 门 限 值 ，则 仅 采 用 定 位 跟 踪 ， 不 阳 光 线 偏 离 ， 需 要 根 据 四 进 行 校 正 跟 踪 。使 跟 踪 装 置 始 终 处 于 与 太 阳 个 象 限 短 路 电流 值 来 调 节 光 线 垂 直 的 最 佳 位 置 。 同 时 系 统 还 具 有 夜 间 进 行 校 正 跟 踪 ， 直 到 四 个 返 回 、与 上 位 机 通 信 的 功 能 。 象 限 所 产 生 的短 路 电流 基
文 ◎ 吴 小 所 郭存 鸽 （ 州 交 通 大 学 ； 兰州 工 业 高 等 专 科 学 校 兰
：
甘肃兰州 ）
矗
智 能 太 阳 跟 踪 系统 的研 究 与 设计
摘 要 ：在 对 目前 国 内外 太 阳 跟 踪 系 统 研 个 坐 标 表 示 。 在 地 平 坐 标 系 中 ，赤 纬 角 和 时 究 的基 础 上 ，设 计 出 以Ｄ Ｐ ８ 为 主 控 芯 片 的 角 和 赤 道 坐 标 系 的 是 一 致 的 。 高 度 角岱 计 Ｓ２１ ２ 太 阳 能 智 能跟 踪 系统 。 首 先 以 地 理 纬 度 、 时 算 式 为 ：
间为参数采 用天文算 法计算 出太阳 的高度 角
和 方位 角 ，驱 动 带 细分 电 路 电机 进 行 定位 跟
ｓ ∞ ＝ ｓｎ ｓ 占＋ ｃ ｓ ｏｓ ｃ ｓ ｉ ｎ ｉ ｉ ｎ ｏ 目ｃ ｏ
式 ２３ － 当 地地 理 纬 度 。 方位角筘，计算公式为 ： ｓ ｍ ＝ ｃ ｓ ｉ ／ ｏ 式 ２ ４ ｏ 占ｓ ｎ ｃｓ － 方 位 角 从 正 午 起 算 ， பைடு நூலகம் 顺 时 针 方 向 为
复杂 变化天 气条 件下 ，该系统仍 能有效 的提 正 ， 逆 时 针 方 向 为 负 ， 也 就 是 上 午 为 负 ， 下 高对 太 阳 能 的 收 集 和 利 用 的 效 率 ，有 较 好 的 午 为正 。
应 用 前景 。 由２ １ ２ ２ － 、２ ４ 知 由 当 地 的地 — 、 － 、２ ３ － 可 关 键 词 ： 智 能跟 踪 ； 视 日运 动 轨 迹 ； 光 理 纬 度 和 时 间 ， 就 可 以 计 算 出 时 时 的 太 阳 高 电检 测 度 角 和 方 位 角 。 即 定位 跟 踪 参 数 。 １ 引 言 、 ２ ３ 传 感 器 设 计 原 理 ． 面 对 日益 严 重 的 能 源 危 机 ， 以 太 阳 能 设 计 需 要 的 检 测 电 路 主 要 有 两 个 ， 一 为 代 表 的清 洁 可 再 生 能 源 产 业 受 到 了 世 界 各 个 是 光 线 强 度 检 测 电路 ， 一 个 是 压 差 检 测 电 路。 国政 府 的 支 持 ， 已经 出 现 了爆 发 式 的增 长 ，
踪 ，如果在 满足 特定光 强的条件 下 ，再 利用
光 电 传 感 器检 测 进 行 校 对 跟 踪 。 本 文 介 绍 了 太 阳运 行 轨 迹 的 算 法 、 光 电 检 测 方 法 、 系 统 硬 件 设 计 方 案 和 软 件 流 程 实 现 方 法 。 特 别 是
上减 少硬件 方面 的运作误差 ，而在软 件部分 的设 计尽可 能考虑周 全的原则 ，采用定位 跟 踪和校 正跟踪 策略相 结合的控 制策略 ，按 仰 角 （ 阳 高 度 ） 和 方 位 角 （ 阳 方 位 ）分 别 太 太 控制调 节的智 能太 阳双 轴跟踪 系统 。定位跟 踪算法应 当尽量精确 ，以保证 （ 下转６ 页 ） ７
２ ３ １ 光 强检 测 电路 ．． 利 用 光 敏 电 阻元 件 的 阻 值 随 外 部 光 强 的 变化 ，来 实现对 光强 的检 测 。光 强检测直 接 采 用 光 敏 电 阻 ， 具 体 电路 如 图 １ 示 。控 制 器 所 时 时 采 集 光 敏 电 阻 Ｖ １ 经 过 调理 后 的 电 压 值 Ｒ上 Ｖｔ 特 定 门 限 Ｖ 进 行 比较 ， 当 Ｖ ＞ 时 ， ｏ与 ， Ｔ Ｖ 即外部光 强较小 时，系统仅 采用 定位跟踪 ， 而 不 使用 定 位 跟 踪 。 当 ＶＵ 时 ， 即 外 部 光 Ｏ＜ Ｔ 强 较 大 时 ， 则 采 用 定 位 跟 踪 和 校 正 跟 踪 相 结 合 的智 能 跟 踪 方法 。 ２ ３ ２ 压 差 检 测 电 路 ．．
图 １光 强 检 测 电 路
发 展 前 景 非 常 广 阔 。我 国 太 阳 能 储 量 丰 富 ， 其 中西藏西部 的太 阳能辐射总 量居世 界第一 位 ， 其 他 地 区 的 年 辐 射 总 量 存 在 差 异 但 是 也 超 过 了 ３ ５ Ｍ ／ ２ １ 。然 而 由 于 天 气 原 因 光 ３０Ｊ Ｍ ［］ 强 不 足 等 情 况 的 存 在 ，严 重 影 响 了 太 阳光 能 的 接 收 效 率 。权 威 试 验 测 定 ，相 同 条 件 下 ， 采 用 自动 跟 踪 系 统 的 太 阳 能 发 电 设 备 比 固 定 式 太 阳 能 发 电 设 备 的 发 电 量 要 提 高 ３ ［］ ５ １。 为 提 高 光 伏 发 电效 率 而 进 行 对 太 阳 智 能 跟 踪 系 统 的研 究 和 设 计 ， 对 我 们 人 类 面 临 的 日益 严 峻 的 能源 问题 有着 深 远 的意 义 。 ２ 跟踪 策 略 及 实 现 原 理 、 本 文 设 计 的 太 阳 能 智 能 跟 踪 系 统 是 首 先 以Ｄ Ｐ Ｓ 为核心 的控 制器 ， 以地 理 纬度 、当地 时时时 间为参数采用 天文算法 计算 出太阳 的
图 ２压 差 检 测 电路
本 电 路 主 要 利 用 光 电 电池 短 路 电流 在 很 宽 的光线强度 范 围内与光线 强度呈线性 关系 这 ‘ 特性 ，用 １ 片四象限硅 光 电池作为光线校 正检 测元件 。如果各象 限的 电池所产 生短路 高度 角和方位 角，然后 主控制器 发 出脉 冲驱 电流相 同，表 明四个象 限接收 到的太阳光 能 动 带细分 电路 的步进 电机 运动 到 目标位 置从 量 基 本 相 同 ， 太 阳 光 线 正 而 达 到 双 轴 定 位 跟 踪 的 目的 。 同 时 检 测 外 部 对 电池 ，校 正 跟 踪 效 果 为 太 阳光强 ，在 满足特 定门限值 的条件下 ，通 理 想 ，反 之 ， 如 果 各象 限 过 光 检 测 电路 对 定 位 跟 踪 的 结 果 进 行 校 正 跟 的 短 路 电流 不 相 同 ， 表 明 踪 ， 从 而 达 到 闭 环 控 制 的 目的 ， 进 一 步 提 高 四 个 象 限接 收 到 的太 阳 光 的跟 踪 精 度 。 而 在 阴 雨 天 气 情 况 下 ， 由 于 光 能 量 有 较 大 的 不 相 同 ， 太 强 小 于 特 定 门 限 值 ，则 仅 采 用 定 位 跟 踪 ， 不 阳 光 线 偏 离 ， 需 要 根 据 四 进 行 校 正 跟 踪 。使 跟 踪 装 置 始 终 处 于 与 太 阳 个 象 限 短 路 电流 值 来 调 节 光 线 垂 直 的 最 佳 位 置 。 同 时 系 统 还 具 有 夜 间 进 行 校 正 跟 踪 ， 直 到 四 个 返 回 、与 上 位 机 通 信 的 功 能 。 象 限 所 产 生 的短 路 电流 基