自動(dòng)跟光太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吉成珍 李海建

華能青海發(fā)電有限公司新能源分公司 青海西寧 810000

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)跟光

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，其中虛線區(qū)域外為光伏電源系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)，虛線區(qū)域內(nèi)為太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)。

光伏電源系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池陣列將光能轉(zhuǎn)化為電能，然后傳輸給充放電控制器進(jìn)行處理，蓄電池接入端子連接蓄電池，負(fù)載輸出端子連接逆變器、DC/DC變換器，DC/DC變換器將電壓降為5V，連接直流負(fù)載以及對(duì)數(shù)據(jù)處理、通信等模塊進(jìn)行供電，逆變器將電壓升為220V交流電，對(duì)交流負(fù)載進(jìn)行供電[1]。

2 檢測(cè)裝置——自主測(cè)光儀

2.1 傳感器

（1）照度光電傳感器是用來(lái)檢測(cè)太陽(yáng)的光線照射強(qiáng)度，以此來(lái)判斷白天還是黑夜。當(dāng)太陽(yáng)的照射強(qiáng)度低于預(yù)先設(shè)定的工作照度時(shí)，即黑夜，就給單片機(jī)停止工作關(guān)機(jī)信號(hào)，舵機(jī)不再運(yùn)轉(zhuǎn)，自主檢測(cè)儀不再檢測(cè)，執(zhí)行裝置也不工作，自主測(cè)光儀進(jìn)行復(fù)位，恢復(fù)到開口朝東的方向，執(zhí)行裝置的太陽(yáng)能電池板陣列始終保持最后確定的方位角和高度角不變；當(dāng)太陽(yáng)的照射強(qiáng)度達(dá)到預(yù)先設(shè)定的工作強(qiáng)度時(shí)，即白天，單片機(jī)控制自主測(cè)光儀開始工作，水平和豎直的跟蹤光電傳感器開始檢測(cè)光線是否直射，舵機(jī)驅(qū)動(dòng)自主測(cè)光儀在水平0～360°，豎直0～90°范圍內(nèi)進(jìn)行角度確定，執(zhí)行裝置也開始相應(yīng)的執(zhí)行。（2）跟蹤光電傳感器是用來(lái)檢測(cè)太陽(yáng)的方位角和高度角，利用最小差值原理來(lái)確定。若太陽(yáng)光線與扇形體的開口平面以及轉(zhuǎn)筒的開口面不垂直成90°，光電傳感器輸出的光照強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)偏差信號(hào)，將二者的光照強(qiáng)度數(shù)值送回到單片機(jī)進(jìn)行差值計(jì)算，利用差值的大小確定出將要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，將此角度轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)輸出給舵機(jī)，控制舵機(jī)向二者中數(shù)值較小的一方偏轉(zhuǎn)此角度，繼而再進(jìn)行差值比較，直到光電傳感器二者的光照強(qiáng)度數(shù)值的差值幾乎為零，則可精確地確定太陽(yáng)的方位角和高度角。

2.2 方位角跟蹤

自主測(cè)光儀的扇形體外殼用于確定太陽(yáng)的方位角[2]。當(dāng)太陽(yáng)光線與扇形外殼的底部垂直的方向照射到其上放置的光電傳感器時(shí)，即太陽(yáng)光線與扇形體開口弧面垂直時(shí)，兩個(gè)光電傳感器的光照強(qiáng)度相同，當(dāng)太陽(yáng)光線偏離垂直方向時(shí)，無(wú)論向哪個(gè)方向偏移，兩個(gè)光電傳感器所接收到的光照強(qiáng)度都會(huì)出現(xiàn)差值，該偏差信號(hào)返送給控制單元，使單片機(jī)控制檢測(cè)裝置開始啟動(dòng)，啟動(dòng)檢測(cè)裝置調(diào)整自主檢測(cè)儀的角度，偏差信號(hào)通過(guò)單片機(jī)處理之后轉(zhuǎn)變?yōu)槎鏅C(jī)所能接受的脈沖信號(hào)，將此脈沖信號(hào)傳輸給水平方位角舵機(jī)，根據(jù)偏差信號(hào)的大小決定脈沖信號(hào)的寬度，使水平方位角舵機(jī)向光照強(qiáng)度數(shù)值較小的光電傳感器一側(cè)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的角度，水平方位角舵機(jī)可在0-360°范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)，直到太陽(yáng)光線與扇形體保持垂直角度，偏差信號(hào)也即為零，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)自東向西的自動(dòng)追蹤。

2.3 高度角跟蹤

自主測(cè)光儀的扇形體內(nèi)的轉(zhuǎn)筒用于確定太陽(yáng)的高度角。當(dāng)太陽(yáng)光線與轉(zhuǎn)筒底部垂直的方向照射到其上放置的光電傳感器時(shí)，即太陽(yáng)光線與轉(zhuǎn)筒開口面垂直，兩個(gè)光電傳感器所接收到的光照強(qiáng)度是相同的，沒(méi)有偏差信號(hào)的產(chǎn)生，而當(dāng)光線發(fā)生傾斜時(shí)，兩個(gè)光電傳感器所接收到的光照強(qiáng)度不再相同，就會(huì)產(chǎn)生偏差信號(hào)，將此偏差信號(hào)送給單片機(jī)控制單元，單片機(jī)對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的脈沖信號(hào)的寬度，發(fā)送給豎直高度角舵機(jī)，該舵機(jī)可在豎直0～90°范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)，直至太陽(yáng)光線與轉(zhuǎn)筒開口面垂直，偏差信號(hào)為零時(shí)，即可控制自主測(cè)光儀在南北方向上跟蹤太陽(yáng)的高度角。由于裝置本身會(huì)需要一定的電能損耗，為了避免自主測(cè)光儀頻繁檢測(cè)帶來(lái)不必要的能量損耗，檢測(cè)裝置在時(shí)鐘DS1302的控制下，本系統(tǒng)將30分鐘檢測(cè)一次[3]。

3 執(zhí)行裝置

雙軸太陽(yáng)能檢測(cè)裝置所得到的方位角和高度角，通過(guò)無(wú)線傳輸nRF24L01將這兩個(gè)角度發(fā)送到執(zhí)行裝置，雙軸太陽(yáng)能的接收信號(hào)模塊將接收到的方位角和高度角同步傳輸給雙軸太陽(yáng)能的水平方位角舵機(jī)和豎直高度角舵機(jī)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能板的最大光電利用率，整體執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)如圖2。圖2中，1為太陽(yáng)能電池板，2為豎直舵機(jī)，3為軸承，4為水平舵機(jī)，5為驅(qū)動(dòng)控制電路。

4 結(jié)語(yǔ)

從社會(huì)效益分析，太陽(yáng)能追光系統(tǒng)適應(yīng)了當(dāng)前大力推廣太陽(yáng)能發(fā)電的趨勢(shì)。經(jīng)調(diào)研，用追光式太陽(yáng)能板替代現(xiàn)有的固定式太陽(yáng)能板，將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。