一种太阳方位跟踪器控制系统的设计
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的布置 结构 影响 该种 跟 踪 系 统 的跟 踪 精 度． 日 视
运 动轨 迹跟 踪和光 电跟踪 相结 合是 在视 日运动 轨
池 的发 电效率 低 ， 因此 ， 们开 始研制 多方 向收集 人
太 阳能 的太 阳方 位跟 踪 器 来解 决 这 一 问题 ． 轴 单 太 阳跟踪 器研 制始 于 １９ ９ ７年 ， 跟踪器 能对 太 阳 此
第１ 期
陆仲达 ， ： 等 一种太 阳器控制 系统 装置 如 图 ２所 示． 太
东
南
图 １ 改进 后的光电位置传感 器
在本 设计 方 案 中 ， 电传 感 器 安 放在 暗筒 壁 光 外东 、 、 、 南 西 北成 十字形 对称 安装 四个 光敏元 件 ，
摘要 ： 过分析太 阳运行规律 ， 通 设计 了太 阳位置传感器． 采用两级传感器方式 ， 实时检测太 阳方位． 利用简单光
敏 电阻和 Ｓ Ｃ ０ １ Ｐ Ｅ ６ Ａ单片机设计 了一种多方 向太阳能收集 控制系统 ， 实现 了大范 围高精度地跟 踪太 阳． 经试 验， 系统 的高度角 和方位角跟踪范围在 ０～１０ 和 ０～ ７ 。跟踪精度达到 １． ８。 ２０ ， ０ 关键词 ： 阳跟踪装置 ； 阳方位检测 ； 太 太 跟踪传感器 ； 单片机控制系统
收稿 Ｅ期 ：０ １１ ９； 回 １期 ：０ １１—２ １ ２ １—１） 修 ４ ３ ２ １ —２１
作者简介 ： 陆仲达（ ９Ｏ ） 男 ， １７一 ， 黑龙江哈尔滨人 。教授 ， 硕士 ， 主要从事控制理论及应用 、 信号处理 、 算机控制 、 能控制等方 面 计 智
的研 究 。Ｅ ｍ ｉ： —ｈｎｄ ＠ １３ ＣＩ。 － ａｌ】 ｚｏｇａ ６ ．Ｏｌ ｕ ｌ
但 是这 种控制 模式 因没有 明确 的轨迹 坐标计 算 公 式 ， 制难 度 大 ， 研 且控 制 系 统结 构 复 杂． 电跟 踪 光
是 采用 光 电传 感器 与太 阳进行 实时信 息交 互 的方 式 跟踪 太 阳运 作 的 ， 过方 位 检 测器 检 测 太 阳 当 通 前 的方位 ， 由信 号 驱 动 执 行 机 构 实 现 跟 踪 Ｊ 系 ． 统 的跟 踪精度 由传感 器 精 度 决定 ， 只有 聚焦 的 光 斑 能被 光敏元 件 采集 时才 可 以跟 踪 太 阳 ， 感 器 传
使 用．
１ 太 阳跟 踪 控 制模 式
２ 太 阳跟 踪 器 结 构 设计
目前 国内外跟 踪太 阳的控 制模式 主要 有光 电 跟 踪 、 Ｅ运 动轨迹 跟踪 、 Ｈ运动 轨迹跟 踪与 光 视 ｔ 视 电跟踪 相结 合 的双模式 跟踪 三种 ． 视 日运 动轨迹 跟踪 是依据 太 阳的 固有 运行 轨 ２ １ 传感 器阵 列结构 设计
鲁东 大学学报 （ 自然科学版 ）
Ｌ ｄｎ ｎｖｒｉ ｏｒａ（ ａ ｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｕ ｏｇＵ ｉ ｓｙＪｕｎｌＮ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ｄ ｉ ｅ ｔ ｕ ｅ ｔｎ
一
种 太 阳 方 位 跟 踪 器 控 制 系统 的 设 计
陆仲达 ， 田群 宏 ， 张金 龙
（ 齐齐哈尔大学 计算机与控制工程学院 ， 黑龙江 齐齐 哈尔 １ １０ ） ６ ０ ６
正． 这样 就 可 以在 复 杂 多 变 的天 气 条件 下 可 靠 稳 定 地 跟踪 太 阳． 这种 跟 踪 方案 精 度 高 ， 行 稳 定 ， 运 被 应用 于许 多大 型太 阳能光伏 电站 的太 阳跟踪 装
双 轴跟 踪器 ¨ ． Ｊ双轴 跟 踪 器 的太 阳能 光能 收 集 效
率 比 单 轴 或 固 定 方 式 分 别 提 高 ５ ～１ ％ 和 ％ ０
．
为 了降低成 本 ， 高跟踪 的可 靠性 ， 提 设计 采用
迹 ， 立不 同时刻 、 同地理位 置太 阳 的高度角 一 建 不 方 位 角信息 数据 库 ， 用 数据 主 动 跟踪 太 阳的 一 调
种 模 式． 了直 观 观察 太 阳 ， 为 跟踪 采 用地 平 坐标 ．
光 电跟踪方 式 ， 方位 检测传 感器 采用 两级 布置 ， 但 其结 构如 图 １ 所示 ・
中 图分 类 号 ：Ｋ １． ；Ｐ ７ Ｔ ５３ ４ Ｔ ２３ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３８ ２ （０ ２ ０ －０ ８０ １７ — ０ ２ １ ）１０ １ －５ ０
太 阳能光 伏发 电是新 能源研 究领 域 的热 点 问 题 之一 ， 目前 太 阳能 光伏 发 电装 置 中太 阳能 电池 板 阵列 多数是 固定 的 ， 在一 天 中的绝 大 部 分 时 间 里 太 阳光线无 法垂 直 射 入 太 阳能 电池 板 ， 光伏 电
５ ％ ＿Ｊ 随着 ０ ２
．
自动控制技 术 的发展及控制 成本 的降
低 ， 确跟踪太 阳方位 角和高度角 的双轴 跟踪技 术 精
成 为研究的热点 ， 文正 是基于这一热点 问题进 行 本
研 究的．
置 中． 其 存 在 的缺 点 是 计 算 过 程 十 分 复 杂 ， 但 而 且 高精 度角 度传 感 器 成本 很 高 ， 目前 尚难 以推 广
用 来粗 略判 断太 阳位 置 ， 解决 了传 统 跟 踪传 感 器
跟踪范 围小 的 问题 ． 圆筒外 部东 、 、 、 四个 在 南 西 北
方 向分 别安 装 四个 参 数相 同 的光 敏 电 阻 ， 敏 电 光
阻Ｇ １和 Ｇ ４东西 对称 安装 在 暗筒外 侧 ， 用来 粗 略 检测 太 阳方 位 ； 光敏 电阻 Ｇ ５和 Ｇ ８南北 对称 于 圆
进 行东 西方 向 的 自动 跟 踪 ， 阳能接 收 器 的热 接 太
收 率可 提高 １％ ．９８年 在 美 国加 州 ， 功研 制 ５ １９ 成
出在太 阳能 面 板 上 安 装 有 集 中 阳光 透镜 的 Ａ Ｍ Ｔ
迹 跟踪 的基 础上 加装 角度 传 感器 ， 角度 传 感 器 是 工 作 台的信 息反 馈元 件 ， 程 序 进 行 累积 误 差 修 对
运 动轨 迹跟 踪和光 电跟踪 相结 合是 在视 日运动 轨
池 的发 电效率 低 ， 因此 ， 们开 始研制 多方 向收集 人
太 阳能 的太 阳方 位跟 踪 器 来解 决 这 一 问题 ． 轴 单 太 阳跟踪 器研 制始 于 １９ ９ ７年 ， 跟踪器 能对 太 阳 此
第１ 期
陆仲达 ， ： 等 一种太 阳器控制 系统 装置 如 图 ２所 示． 太
东
南
图 １ 改进 后的光电位置传感 器
在本 设计 方 案 中 ， 电传 感 器 安 放在 暗筒 壁 光 外东 、 、 、 南 西 北成 十字形 对称 安装 四个 光敏元 件 ，
摘要 ： 过分析太 阳运行规律 ， 通 设计 了太 阳位置传感器． 采用两级传感器方式 ， 实时检测太 阳方位． 利用简单光
敏 电阻和 Ｓ Ｃ ０ １ Ｐ Ｅ ６ Ａ单片机设计 了一种多方 向太阳能收集 控制系统 ， 实现 了大范 围高精度地跟 踪太 阳． 经试 验， 系统 的高度角 和方位角跟踪范围在 ０～１０ 和 ０～ ７ 。跟踪精度达到 １． ８。 ２０ ， ０ 关键词 ： 阳跟踪装置 ； 阳方位检测 ； 太 太 跟踪传感器 ； 单片机控制系统
收稿 Ｅ期 ：０ １１ ９； 回 １期 ：０ １１—２ １ ２ １—１） 修 ４ ３ ２ １ —２１
作者简介 ： 陆仲达（ ９Ｏ ） 男 ， １７一 ， 黑龙江哈尔滨人 。教授 ， 硕士 ， 主要从事控制理论及应用 、 信号处理 、 算机控制 、 能控制等方 面 计 智
的研 究 。Ｅ ｍ ｉ： —ｈｎｄ ＠ １３ ＣＩ。 － ａｌ】 ｚｏｇａ ６ ．Ｏｌ ｕ ｌ
但 是这 种控制 模式 因没有 明确 的轨迹 坐标计 算 公 式 ， 制难 度 大 ， 研 且控 制 系 统结 构 复 杂． 电跟 踪 光
是 采用 光 电传 感器 与太 阳进行 实时信 息交 互 的方 式 跟踪 太 阳运 作 的 ， 过方 位 检 测器 检 测 太 阳 当 通 前 的方位 ， 由信 号 驱 动 执 行 机 构 实 现 跟 踪 Ｊ 系 ． 统 的跟 踪精度 由传感 器 精 度 决定 ， 只有 聚焦 的 光 斑 能被 光敏元 件 采集 时才 可 以跟 踪 太 阳 ， 感 器 传
使 用．
１ 太 阳跟 踪 控 制模 式
２ 太 阳跟 踪 器 结 构 设计
目前 国内外跟 踪太 阳的控 制模式 主要 有光 电 跟 踪 、 Ｅ运 动轨迹 跟踪 、 Ｈ运动 轨迹跟 踪与 光 视 ｔ 视 电跟踪 相结 合 的双模式 跟踪 三种 ． 视 日运 动轨迹 跟踪 是依据 太 阳的 固有 运行 轨 ２ １ 传感 器阵 列结构 设计
鲁东 大学学报 （ 自然科学版 ）
Ｌ ｄｎ ｎｖｒｉ ｏｒａ（ ａ ｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｕ ｏｇＵ ｉ ｓｙＪｕｎｌＮ ｔ ａ Ｓｉ ｃ ｄ ｉ ｅ ｔ ｕ ｅ ｔｎ
一
种 太 阳 方 位 跟 踪 器 控 制 系统 的 设 计
陆仲达 ， 田群 宏 ， 张金 龙
（ 齐齐哈尔大学 计算机与控制工程学院 ， 黑龙江 齐齐 哈尔 １ １０ ） ６ ０ ６
正． 这样 就 可 以在 复 杂 多 变 的天 气 条件 下 可 靠 稳 定 地 跟踪 太 阳． 这种 跟 踪 方案 精 度 高 ， 行 稳 定 ， 运 被 应用 于许 多大 型太 阳能光伏 电站 的太 阳跟踪 装
双 轴跟 踪器 ¨ ． Ｊ双轴 跟 踪 器 的太 阳能 光能 收 集 效
率 比 单 轴 或 固 定 方 式 分 别 提 高 ５ ～１ ％ 和 ％ ０
．
为 了降低成 本 ， 高跟踪 的可 靠性 ， 提 设计 采用
迹 ， 立不 同时刻 、 同地理位 置太 阳 的高度角 一 建 不 方 位 角信息 数据 库 ， 用 数据 主 动 跟踪 太 阳的 一 调
种 模 式． 了直 观 观察 太 阳 ， 为 跟踪 采 用地 平 坐标 ．
光 电跟踪方 式 ， 方位 检测传 感器 采用 两级 布置 ， 但 其结 构如 图 １ 所示 ・
中 图分 类 号 ：Ｋ １． ；Ｐ ７ Ｔ ５３ ４ Ｔ ２３ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ３８ ２ （０ ２ ０ －０ ８０ １７ — ０ ２ １ ）１０ １ －５ ０
太 阳能光 伏发 电是新 能源研 究领 域 的热 点 问 题 之一 ， 目前 太 阳能 光伏 发 电装 置 中太 阳能 电池 板 阵列 多数是 固定 的 ， 在一 天 中的绝 大 部 分 时 间 里 太 阳光线无 法垂 直 射 入 太 阳能 电池 板 ， 光伏 电
５ ％ ＿Ｊ 随着 ０ ２
．
自动控制技 术 的发展及控制 成本 的降
低 ， 确跟踪太 阳方位 角和高度角 的双轴 跟踪技 术 精
成 为研究的热点 ， 文正 是基于这一热点 问题进 行 本
研 究的．
置 中． 其 存 在 的缺 点 是 计 算 过 程 十 分 复 杂 ， 但 而 且 高精 度角 度传 感 器 成本 很 高 ， 目前 尚难 以推 广
用 来粗 略判 断太 阳位 置 ， 解决 了传 统 跟 踪传 感 器
跟踪范 围小 的 问题 ． 圆筒外 部东 、 、 、 四个 在 南 西 北
方 向分 别安 装 四个 参 数相 同 的光 敏 电 阻 ， 敏 电 光
阻Ｇ １和 Ｇ ４东西 对称 安装 在 暗筒外 侧 ， 用来 粗 略 检测 太 阳方 位 ； 光敏 电阻 Ｇ ５和 Ｇ ８南北 对称 于 圆
进 行东 西方 向 的 自动 跟 踪 ， 阳能接 收 器 的热 接 太
收 率可 提高 １％ ．９８年 在 美 国加 州 ， 功研 制 ５ １９ 成
出在太 阳能 面 板 上 安 装 有 集 中 阳光 透镜 的 Ａ Ｍ Ｔ
迹 跟踪 的基 础上 加装 角度 传 感器 ， 角度 传 感 器 是 工 作 台的信 息反 馈元 件 ， 程 序 进 行 累积 误 差 修 对