简单的自动控制系统

1光伏发电系统的简介光伏发电系统的背景当今世界的能源支配中，以化石燃料为主。2022年我们我国的能源消费结构中化石能源占92临非化石能源仅占8%.在国外国内双重压力下，能源调整不得不为之，“十二五”期间，我国出台了一系列的可再生能源产业政策。太阳能是最丰富的可再生能源，光伏发电技术为太阳能的采用开拓了宽阔的空间。同时，太阳能光伏发电具有平安牢靠、无污染、就地发电等优点，使得该技术快速的进展。光伏发电系统的简介光伏发电系统是将太阳能直接转换成电能的发电系统，采用的是光生伏打效应。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。独立的太阳能光伏发电系统示意图如下：图1独立的太阳能光伏发电系统示意图并网的太阳能光伏发电系统示意图如下：图2并网的太阳能光伏发电系统示意图太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能掌握器、蓄电池（组）和太阳跟踪掌握系统组成。太阳能光伏发电系统的现状随着低碳生活的到来，各国对太阳能光伏发电的认可和重视度越来越高。1997年，美国宣布发起“百万太阳能屋顶方案”和最近的“太阳能先导方案”；1998年，德国宣布于1999年实施“十万太阳能屋顶方案”；日本和欧洲光伏应用市场也快速增加。而中国2022年提出了《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行方法》、2022年国务院公布的《关于加快培育和进展战略性新兴产业的打算》以及“十二五”方案等政策支持光伏发电产业的进展。截至2022年底中国太阳能光伏发电累计装机量达300万千瓦。随着科研资金的大力投入和产业的快速进展，太阳能光伏发电技术得到较大的进展。其中太阳能电池组件已有晶硅电池（单晶硅和多晶硅）、非晶硅薄膜电池，转化率越来越高，单价越来越廉价。近年来进展的太阳跟踪掌握系统大大的提高太阳能电池组件的发电效率。太阳能光伏发电系统的前景太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代局部常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。估计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将到达10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。依据《可再生能源中长期进展规划》，到2022年，我们我国力争使太阳能发电装机容量到达1.8GW（百万千瓦），到2050年将到达600GW（百万千瓦）。估计，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%,其中光伏发电装机将占到5%。将来十几年，我们我国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。2太阳能跟踪掌握技术的简介光伏发电的光电转化率与太阳光线角的关系依据讨论，太阳能板的发电效率与太阳光的入射角有关，当太阳光与太阳能板平面垂直时发电效率最高。采纳单轴自动跟踪掌握系统比固定式可提高25%,双轴跟踪掌握系统比固定式可提高40%下列图是晴天时，同一地点两块参数相同的太阳能板，在两种安装方式下的光伏发电功率比照曲线图：图3两种安装方式下光伏发电功率的比照曲线图从图中可以明确的看到两种安装方式下光伏发电功率的曲线，从早上6:30到10:30和12:30到16:30这两个时间段，自动跟踪系统装置的发电功率明显比方向固定式装置的发电功率强许多。依据另一光伏发电产业讨论人员的讨论报告得到同样的结果：跟踪系统装置比固定式装置的发电功率强许多。讨论人员对固定式和自动跟踪式太阳能板工作时的输出电压和电流进行了纪录，纪录数据如下：表一：太阳能板固定（板面朝南与水平线成30度角）续表一：表二：太阳能板自动实时跟踪太阳光线续表二：同一时刻，自动跟踪装置光电转换率相对固定式装置光电转化率的提高系数公式如下：跟据公式计算得到不同时刻的提高系数如下表：表三：不同时刻自动跟踪装置的光电转化率提高系数序号时间光电转化率提高系数112:3028.18213:0010.03313:309.42414:008.76514:3019.77614:458.61715:0011.05815:1511.54915:3010.141016:0011.39那么，自动跟踪系统光电转化率的提高系数:从该讨论员的数据中得到的结论：装置从12:30到16:40这个时段进行跟踪太阳光线，提高系数到达12.89.综合上述，可以得到这样的一个结论，随着跟踪系统技术的提高，提高系数越来越大，比方两轴跟踪系统比一轴跟踪系统的提高系数大；跟踪的有效时间段越长提高系数越大，比方从10：到16:30时间段比12:30到16:40时间段的提高系数大。现有太阳能跟踪系统的技术状况经过近几年的进展，太阳能板跟踪掌握方式有许多种。在我们我国，跟踪掌握技术大体分为三种：匀速掌握方法、光强掌握方法准时空掌握方法。匀速掌握方法：太阳能板在某些时段以肯定速度匀速、周期性旋转。匀速掌握方法一般用于单轴掌握系统。众所周知，太阳每天自西向东以15度/每小时匀速自转，24小时为一个周期。匀速掌握法的装置就是把当地纬度作为极轴不变，设法让太阳能板以同样的速度自西向东旋转从而到达跟踪太阳光线效果。该方法的优点就是本钱低、掌握简洁。它的缺点就是安装时候的初始角很难掌握，发电转化率的提高率受季节变化很大，掌握精确度较差。光强掌握方法就是采集检测光照度组件的信号，进过一系列处理之后，掌握传动机构动作，从而到达跟踪太阳。该方法精确度比拟高，掌握比拟简洁,但是受天气的影响。太阳的运行轨迹与时间，季节，当地纬度有关，时空掌握法就是将相关的数据输入微机处理器中，通过程序查表并进行对太阳的方位角和高度角进行计算，实现在时间和空间上的同步掌握，该方法的精确度很高，使用性强，但是程序比拟简单，难以实现。参考现有的技术，我们的掌握系统采纳的以光强掌握方法为主。装置分为:两轴步进传动机构、模拟太阳能辐射机构、自动掌握系统和电气系统局部。图4装置整体设计框图太阳能跟踪自动掌握装置分为两轴步进传动机构、模拟太阳能辐射机构、自动掌握系统和电气局部、限位开关、光照度等六大局部。两轴步进传动机构是整个装置机械结构的主体，它是装置的执行机构。由两台步进电机拖动机械架构在两个平面上转动，架构的上端连接的是太阳能板。模拟太阳辐射机构是为了试验的需要而设计的，在实际应用中没有该部分。它就是由直流电机或人力拖动节能灯运动，用于模拟太阳的自转和公转。自动掌握系统是装置的“大脑”，掌握器是PLC,执行机构是两个步进电机，还有光照偏角计量信号、限位信号、光照强度信号等外围设施。电气局部是是装置的“能量供应线”，电气局部分为沟通配电局部和直流配电局部。沟通电压为220v/50HZ,取用照明用户电压，直流电压分为24V和5V,取用两种开关电源电压。3.1.2设施清单依据设计及现场的需要，综合市场上的供应状况，确定设施清单表如下:表四：设施清单表序号符号名称型号数量备注1—机械装置1台定做2太阳能板1块31#开关电源1个42#开关电源1个5PLC1个6驱动器2个7步进电机2台8直流电机1台9空气开关1个10SA转换开关1个11SB急停开关1个12开关盒1个13灯头1个14节能灯1个15光电开关2个16红外线开关2个17行程开关6个18光敏电阻6个19运放3个比拟功能20继电器6个21三极管6个22电位器1个23万用板1块24连接插座25接线端4排26线耳27标记套管28热缩管29蛇皮管30金属软管31导线32下载线1个33电脑1台含编程软件(整体设计、结合框图说明。将装置分2轴步进机构、模拟太阳辐射机构、自动掌握系统、电气局部四局部。)3.2装置机构设计太阳能跟踪自动掌握装置硬件框架机构分为两个局部：两轴步进机构和模拟太阳能辐射机构。顾名思义，步进机构就是由步进电机构成的装置，它用于带动太阳能板转动。而模拟太阳能辐射机构就是由电灯和带动电灯的直流电机组成,用于模拟太阳的运动轨迹。两轴步进机构设计从上文2.1章的结论可以看出，两轴机构比一轴机构的光伏发电转化率要高。为了尽可能的提高光伏发电的转换率，本装置采纳两轴机构。同时，为了提高精确度，执行电机采纳步进电机。因此，本装置为两轴步进电机机构，即分为东西轴和南北两轴。机械架构设计图见图5解释3.2.2模拟太阳能辐射机构设计模拟太阳辐射机构比拟简洁，由节能灯，支架，直流电机等组成。机构设计图见图6该机构中只用到一个直流电机，所以电机只能拖动节能灯在一条直线(L1)上运动，而另一轴所在直线上(L2)的运动需要人手工伸缩支撑横杆2来实现