太阳能电池板自动跟踪系统.pdf

MAE规代建筑电气
No. 2 Vol 7(Serial No 74)2016
工程与应用?
太阳能电池板自动跟踪系统
刘剑,李形,陈兆华
(沈阳建筑大学信息与控制工程学院,辽宁沈阳110168
摘要:概述了近些年来太阳能自动跟踪系统的类型、工作方式、控制方式、优势
以及存在的问题。指出太阳能自动跟踪系统是光伏系统充分利用太阳能的有效途
径,可有效提高太阳能装置的能量转换效率和太阳能的接收效率。
刘剑(1962),女,
关键词:太阳能自动跟踪系统;光伏系统;系统类型;控制方式
教授,研究方向为建
中图分类号:TU201.5文献标志码:A文章编号:1674-8417(2016)02
筑智能化、智能控制、
0058-04
太阳能开发等。
25%31。太阳能自动跟踪方式主要有光电跟踪
0引言
方式、视日运行轨迹跟踪方式、时钟式跟踪、压差
太阳能作为一种清洁无污染、储能大的可再
式跟踪、控放式跟踪、电子追踪、机械追踪和GPS
生能源,备受人们关注。太阳能储量的无限性与
追踪?等。不同的跟踪方式各有优缺点。光电
其他能源存储量的有限性相比,利用前景更为广
跟踪方式和视日运行轨迹跟踪方式是最常见的
阔;太阳能资源分布的无限性,解决了资源短缺
跟踪方式
地区的难题。太阳能具有低密度、间歇性、空间
1.1光电跟踪方式
分布不断变化的特点川,人们对其收集和利用提
光电跟踪装置通过光敏传感器进行太阳位
出了很高的要求。为解决这一问题,需提高太阳
置变化的检测,从而对太阳及时跟踪。将光敏
能装置的能量转换效率和接收效率?。国内外
器件完全对称地安装在靠近遮光板的两侧,只
专家学者对太阳能自动跟踪方式、方法进行了大有当太阳光垂直照射在电池板上时,光敏器件
量研究与应用。为了提高太阳能的利用率,本
才能保持完全处于光照区,使其输出大小相同
文专对太阳能自动跟踪系统进行了详细研究。
的两个电信号,再输入到放大比较电路中进行
1太阳能自动跟踪方式
处理(输出信号为0),此时不起动跟踪系统。
当太阳稍有偏移(即太阳光不垂直照射在电池
太阳能自动跟踪系统是提高太阳能效率的
板上)时,则会在遮光板下产生阴影,遮光板两
重要方法。当太阳光垂直照射到太阳能电池板
侧的光敏器件所接收的太阳光照强度不同,使
时,太阳能的利用率最高。据试验,在相同条得放大比较电路输出信号差,当信号差值达到
件下,太阳能发电中采用自动跟踪发电设备要比
定阈值时,电机驱动装置将起动跟踪系统,减
固定发电设备的发电量提高35%,成本下降小偏差,直至信号差值为0时止,即电池板完成
李彤(1991-),女,硕士研究生,研究方向为太阳能自动跟踪系统。
陈兆华(1992-),男,硕士研究生,研究方向为机器视觉。
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工程与应用
No? Vol, 7(Serial No, 74)2016
对太阳光的精准跟踪。光电式太阳跟踪装置基
天气情况下为跟踪云层边缘的亮点,电机不断地
本原理如图1所示。
住复运动,造成机械执行部件的磨损,在跟踪过程
易产生误动作,从而降低了跟踪装置的稳定性。
太阳实际位置
执行机构」集热装置
1.2视日运动轨迹跟踪方式
视目运动轨迹跟踪通过天文学公式计算出
集热装置试验位置
光敏传感器
太阳高度角和方位角的理论值,按照当地太阳
实际运行轨迹编写程序完成,再采用计算机程
图1光电式太阳跟踪装置基本原理
序控制电机转动,从而调整太阳能电池板的高
根据传感器设计的不同,跟踪装置主要分两
度角和方位角,实现跟踪裝置对太阳的跟踪,这
种:单个感光元件自动跟踪;多个感光元件同时对
是一种通过开环控制来实现的跟踪。视日运动
太阳的高度角和方位角自动跟踪。
轨迹系统根据跟踪系统的轴数,可分为单轴跟
(1)二象限高度角跟踪法。光学传感器主要
踪系统和双轴跟踪系统两种。
完成对太阳高度角的跟踪,利用阴影区发生偏移,
1.2.1单轴跟踪系统
输出微电信号作为信号偏差,微处理器根据偏差
単轴跟踪根据转轴的方位可以分为水平单
信号驱动机械执行机构调整太阳能电池板角度,
铀跟踪、倾斜单轴跟踪、竖直单轴跟踪;按照运动
从而使其采光板法线平行于太阳光线。太阳方位
机构动力执行件类型以及传动系统类型,可以分
角的变化较小,对其方位角的跟踪可以编写程序
为电动推杆单体结构、电动推杆联动结构、回转
控制或人工定期调整。该系统结构简单,但是对减速器单体结构、回转减速器联动结构。水平单
太阳方位角跟踪误差较大。
轴跟踪适合在纬度低于30℃的地区内使用,可以
(2)四象限光电跟踪法。以采光聚光头为中「提高20%-30%的发电量。斜单轴跟踪以及垂
心,在其上下左右两两对称安装两对光学传感器,
直单轴跟踪适合在纬度高于40℃的区域使用,可
4个不同位置的光学传感器接收来自不同方向的
以提高25%~35%的发电量。
太阳光,在透镜焦点光斑偏离中心位置时,做处理
单轴跟踪方式的电池板只有在每天正中午
器就会根据接收到变化的信号驱动机械执行机
时刻正对太阳,才能接收到最大的太阳光照能
构,调整采光聚光头的位置,从而实现对太阳的跟
量。单轴跟踪装置虽然便于做成联动结构,降低
踪。该装置会一直跟随太阳位置变化,虽然精度
了动力结构以及控制系统的成本,但不能保证电
和太阳利用率有所提高,但跟踪头一直处于跟踪
池板时刻与太阳光线保持垂直,故太阳能的利用
的动态,造成机械磨损严重。
效率不高。单轴太阳跟踪装置原理如图2所示。
(3)五象限光电跟踪法。以中心位置光敏传
天顶
北极
感器为中心,5个光敏传感器按十字排列,并将其
放在上方位置开以小口下方敞开的圆柱内,利用
太阳
北
单片机根据传感器输出电平的高低来判断太阳的
西
赤道
方向。虽然4个光敏传感器与中心位置光敏传感
器组成电路比较简单,但是跟踪范围较小,误差相
东
南
对较大。
光电跟踪方式采用闭环控制,可以通过反馈
图2单轴太阳跟踪装置原理
消除误差,使其太阳能电池板的发电效率最高,并
1.2.2双轴跟踪系统
且结构设计简单,在不需要人为干涉的情况下可
双轴跟踪对太阳的高度角和方位角同时进
以完全自动对太阳进行跟踪,但光敏器件容易受行跟踪,以保证时刻接收太阳光照的最大能量,
环境中散杂光线和天气情况的干扰,并且在多云「但是很难做成联动方案,组件数量受到限制,控