光伏发电智能追日系统_论文.doc

光伏发电智能追日系统XX（上海电机学院 机械学院）摘要：目的 制作一种新型、高精度的光伏发电智能追日系统，提高太阳能光伏电池发电效率。方法 控制系统采用单片机控制；机械结构采用双轴跟踪系统。结论 笔者制作的光伏发电智能追日系统具有可靠性较高，精度高，对太阳能利用率高等优点。关键词：双轴跟踪；光电检测；单片机；光伏发电智能追日系统0 引言在新能源发展中,太阳能发电储量丰富,无污染,因此太阳能的开发利用具有重大的现实意义。在太阳能电池板发电的相同条件下,采用自动追踪发电设备要比固定发电设备的发 电量提高 35%,因此有必要实行太阳追踪。1 光伏发电智能追日系统的组成光伏发电智能追日系统主要组成：双轴机械跟踪系统，单片机控制系统，光电检测系统等。1.1、双轴机械跟踪系统机械部分采用双轴跟踪方法，如图1，实现对太阳光的高度角和入射角的调节，实现太阳能板在水平方向的360和在垂直方向的90自由旋转。转动轴的部位安装轴承，使摩擦减少，降低电机功率的损耗。电机采用步进电机，连接减速机，实现速度、转矩电池板的变化，通过弹性联轴器与转动轴连接。在垂直方向转动设置限位开关，防止太阳能板由于各方面的误差而导致偏出规定范围。采用角度编码器对轴的转动检测，反馈检测数据到单片机，控制电机作相应的调整，以使得误差最小。步进电机 图11.2、单片机控制系统根据地理位置、当地时间实时计算给定的太阳方位指令角和太阳高度指令角通过角度传感器测量实际角度位置，分别构成高度角和方位角位置闭环系统单片机控制适合多云天气，但是要经常消除由机械部分带来的累积误差，否则直接影响系统跟踪精度1.3、光电检测系统 采用四块太阳能电池板，分别称为A、B、C、D象限，如图2，其中AB 与CD 两组用于比较方位角,AC 与BD 两组用于比较高度角。在调整前首先要找出受光面积比较大的那一组( 假设为AB 组) ,然后比较这一组2 个象限的电压值, 如果A 与B的电压差值大于阈值, 调整方位角电机, 再比较A与B 的值, 直到两个电压的差值小于阈值为止。当A 与B 的电压差值小于阈值时,C与D的电压差值也一定是小于阈值的。这样在经过方位角的调整之后，两组用于比较高度角的光电池AC 和BD均处于同样的状态下，然后任选AC与BD任意一组来比较( 选AC)电压, 如果电压差值大于阈值,调整高度角电机, 再比较A 与C 的值, 直到两个电压的差值小于阈值为止。过程如图3所示。经过实际测试, 证实这种跟踪算法比较高效。YN D C B A 图2比较C和D比较A和B比较A和C 单片机方位角步进电机高度角步进电机 图32 系统电路及其工作原理2.1系统电路本系统采用24V电压，由蓄电池供电，这样可满足自身的能耗需要。整个电路由单片机控制，使用C语言对单片机编程。本系统电路控制如图4所示。光电检测系统 单片机垂直转动控制步进电机水平转动控制步进电机太阳能板编码器B编码器A 图4 2.2工作原理在太阳能板上采集的数据传输到单片机上，对数据采用光电检测系统分析，在把分析出的结果分别传输给水平和垂直方向转动的步进电机，步进电机接受指令做相应的调整，进而带动太阳能板的转动，安装在水平转动和垂直转动方向的编码器对太阳能板的转动进行检测，把检测数据反馈给单片机，单片机再进行比较，若不在初设定的误差范围内，则再把差值传输给步进电机做相应的调整。太阳每天转动360，假设跟踪装置每N分钟转动一次，则每次应转动（15N/60），一般N取5-15分钟，本系统中N=10min，即每10分钟跟踪装置转动2.5。在实际情况下，8:00之前或18:00之后，上海地区太阳光辐照量比较弱，跟踪装置在固定位置采集太阳能，与在跟踪模式下采集量基本相同，并且采用固定式方式节约了能源，因此，在此时间段跟踪装置固定不动。同时可以根据地区不同，时间可以由软件改动，到18:00之后，太阳跟踪装置会在原位置等到20:00，之后复位，使得早上太阳出来到8:00这段时间，也可以采集太阳能。如果时间介于8：00到18:00之间，由光敏二极管判断环境光辐照量是否大于10000Lux，若光辐照量大于10000Lux，采用自动比较控制式跟踪，否则按预先设定好的时间间隔转动，即每10分钟转动2.5。 3 结语此系统可以实现对太阳入射角的高精度追踪，使得对太阳能的利用率大大提高，该系统可用于城市公共设施照明等耗电量大的场所。参考文献： 1陈维，李戬洪.太阳能利用中的跟踪控制方式的研究J.能源工程，2003,(3),18-21; 2孙茵茵.自适应复精度太阳跟踪平台D.武汉:华中科技大学,2005. 3王春雷.五点法自动跟踪太阳装置J.太阳能,2005,5:30-31. 4张鹏飞.光伏发电自动跟踪系统的设计D.哈尔滨:哈尔滨理工大学,2006年. 5肖玉华,熊和金.基于ATmega8的双轴太阳跟