基于Fourier 擬合的光伏跟蹤系統(tǒng)設(shè)計

劉星宇 ，朱金榮 ，盤瑤 ，張劍云

（1.揚州大學(xué) 電氣與能源動力工程學(xué)院,江蘇 揚州 225002；2.揚州大學(xué) 信息工程學(xué)院人工智能學(xué)院,江蘇 揚州 225002）

0 引言

近年來，伴隨著全球人口的不斷增長和經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，能源消耗量急劇增加，不可再生資源日益枯竭，其所帶來的溫室效應(yīng)與環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，此消彼長之下，能源與環(huán)境問題岌岌可危，成為了制約社會可持續(xù)發(fā)展的重要問題。因此，目前世界各國都在致力于新能源的開發(fā)與利用。其中，太陽能以其儲量大，分布廣，清潔安全等獨特優(yōu)勢成為了替代傳統(tǒng)化石能源的理想選擇。

目前，常見提高太陽能利用效率的方法主要有提高太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)化效率和提高單位面積光伏組件的輻照接收效率兩種方法。第一種方法由于受到材料[1]、技術(shù)和成本的限制，不適用于商業(yè)大面積應(yīng)用，目前已經(jīng)達(dá)到了技術(shù)瓶頸。而針對第二種方法，眾多學(xué)者已經(jīng)研究并提出了多種太陽視日運動軌跡算法。

文獻[2] 研究結(jié)果表明Cooper[3]、Spencer[4]、Stine[5]、Bourges 等[6]傳統(tǒng)近似算法都可以良好地對太陽光線進行跟蹤，而Spencer 算法在2018 年計算出的太陽高度角和方位角誤差最小，跟蹤效果最好，因此本文借助了MATLAB 對這幾種傳統(tǒng)算法進行仿真分析，仿真結(jié)果表明：跟蹤誤差最小的傳統(tǒng)視日運動軌跡算法其精度也存在10 的-1 級別上的誤差，有鑒于此，本文提出一種8 階的Fourier 擬合視日運動軌跡算法，通過對比其計算誤差，得出Fourier 擬合算法較傳統(tǒng)算法擁有高一個數(shù)量級的跟蹤精度，跟蹤效果更好。

本文以該算法為跟蹤理論依據(jù)，結(jié)合了加速度傳感器，無線數(shù)據(jù)通信，電機驅(qū)動等裝置研究設(shè)計了一種基于Fourier 擬合的光伏跟蹤器系統(tǒng)。以三維上的角度動態(tài)測量的方式將跟蹤支架與視日運動軌跡算法等控制系統(tǒng)相結(jié)合，能夠精準(zhǔn)追蹤太陽實時運行軌跡，增加光伏組件的太陽輻照接收量，大幅提升發(fā)電效率的系統(tǒng)裝置。

系統(tǒng)整體設(shè)計采用嵌入式的開發(fā)思路，通過6軸加速度傳感器，在只考慮重力影響的情況下，利用重力矢量在其雙軸上的投影即可獲取光伏組件傾斜度值，并在輸出信號中使用消除其高頻部分的方法，來對外力干擾進行濾波。再對太陽光線與支架的幾何關(guān)系建立三維光學(xué)模型，結(jié)合二者之間的角度關(guān)系即可實現(xiàn)單/雙軸跟蹤。

在常規(guī)跟蹤模式下，當(dāng)晨昏時刻太陽高度角比較低的時刻，前排支架勢必會對后排支架產(chǎn)生陰影遮擋問題，被遮擋部分的組件太陽輻射值降低，輸出功率減小，其串聯(lián)電阻的電流由于木桶效應(yīng)，整組支架的輸出電流則會減小為該遮擋組件的輸出電流，同時該組件還會以耗散器件的形式以發(fā)熱的方式將未受到遮擋的太陽能電池板所產(chǎn)生的能量消耗掉，從而會對組件產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損害。因此為解決該問題，系統(tǒng)內(nèi)部集合了逆跟蹤算法[7]，計算出了常規(guī)跟蹤和逆跟蹤模式的臨界角度，當(dāng)超出該角度即開始進入反向跟蹤，避免了晨昏時刻光伏陣列之間的陰影遮擋問題，同時在解決了陰影遮擋問題后，即可適當(dāng)縮小兩排支架之間的距離，通過仿真計算可節(jié)省約24.3%的土地資源。

同時考慮到在平單軸系統(tǒng)中，為提升光伏電站的發(fā)電總量，需要在單根支架上裝載更多的光伏組件，因此本文提出了一種兩臺或以上電機級聯(lián)[8]同步驅(qū)動支架的控制策略，可實現(xiàn)多臺電機驅(qū)動單軸上更多的光伏組件，大幅提高電站的發(fā)電量。

1 視日運動軌跡算法

視日運動軌跡算法即根據(jù)太陽光線的運動規(guī)律，來驅(qū)動光伏組件轉(zhuǎn)動至與光線垂直的角度來達(dá)到最大輻照接收位置。在地平坐標(biāo)系中，太陽在天空中的位置可由太陽高度角與方位角來確定，其計算方法如式（1）、式（2）所示：

式中：

α ——太陽高度角（°）；

? ——地理緯度（°）；

δ ——太陽赤緯角（°）；

ω ——太陽時角（°）；

β ——太陽方位角（°）。

1.1 赤緯角算法

太陽赤緯角是地球赤道面與太陽光線照射方向的夾角，是由于地球自轉(zhuǎn)軸傾斜，且隨著地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)而產(chǎn)生季節(jié)性變化，赤緯角以年為周期，在-23°26′到23°26′之間變化。傳統(tǒng)赤緯角近似算法[9]有以下幾種。

1）Cooper 赤緯角算法：

式中：

n——當(dāng)前日期距離1 月1 日過去的日數(shù)（d）。

2）Spencer 赤緯角算法：

3）Stine 赤緯角算法：

4）Bourges 赤緯角算法：

式中：

y ——所求日期的年份（年）；

INT ——向下取整。

日梭萬年歷[10]是世界上第一款采用現(xiàn)代高精度天文歷算法制作的多功能萬年歷，精度高、結(jié)果可靠。與中國科學(xué)院紫金山天文臺編寫的中國天文年歷及國際上著名的天體位置計算軟件SkyMap Pro 相比，各種時間信息的最大誤差小于一分鐘，是專門為國家授時中心制作的萬年歷。以該萬年歷力學(xué)時0 時的赤緯角作為標(biāo)準(zhǔn)值，對比分析4 種算法與標(biāo)準(zhǔn)值的誤差情況如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)太陽赤緯角算法對比Fig.1 Comparison of traditional solar declination calculation

從圖1 可以分析得出在4 種傳統(tǒng)近似算法中，Cooper 算法最大正向誤差在0.25°左右，負(fù)向誤差最大在-1.11°左右，Stine 算法最大正向誤差在0.24°左右，最大負(fù)向誤差在-1.07°左右，兩者誤差都較大。Spencer 算法次之，誤差在±0.53°左右，Bourges 在傳統(tǒng)赤緯角近似算法表現(xiàn)較好，誤差在±0.35°左右。

1.2 時角算法

太陽時角是太陽光照射到地面的一點和地心的連線與當(dāng)?shù)卣鐣r地、日中心連線分別在赤道平面上的投影之間的夾角。其計算方法如式（10）所示：

式中：

TS——真太陽時（h）。

真太陽時也稱之為視太陽時，是根據(jù)太陽相對地球所處位置所確定的時間，如太陽處在頭頂最高時為正午12:00，在中國境內(nèi)，通常以平太陽時（北京時間）作為時間標(biāo)準(zhǔn)。真太陽時與平太陽時之間的關(guān)系為：

式中：

TM——平太陽時（h）；

φ ——地理經(jīng)度（°），西經(jīng)“ ±”取正數(shù)，東經(jīng)“ ±”取負(fù)數(shù)；

?T ——時差（min）。

時差計算方法主要有以下幾種：

1）Spencer 時差算法：

2）Stine 時差算法：

3）Whillier 時差算法：

通過以上3 種算法計算出的太陽時角與日梭萬年歷中的高精度時角數(shù)據(jù)進行對比，得出其誤差情況如圖2 所示。由圖可以對比得出Stine 時差算法相較于日梭萬年歷所記錄的標(biāo)準(zhǔn)值的均方根誤差最小，為0.164 8 min，但最大負(fù)向誤差依舊達(dá)到-0.8 min左右，因此，可以得出傳統(tǒng)的太陽視日運動軌跡算法雖然可以完成太陽高度角和方位角的跟蹤，但是依舊存在些許誤差，達(dá)不到太陽輻射接收的最優(yōu)狀態(tài)[10]。

圖2 傳統(tǒng)時差算法對比Fig.2 Comparison of traditional time difference calculation

1.3 Fourier 擬合算法

通過仿真分析，傳統(tǒng)赤緯角，時差算法與采用高精度天文歷算法的日梭萬年歷相比顯然依舊存在較大誤差。同時，上述所有方法，對于不同年份的變化采用的是相同的系數(shù)變化，并未考慮閏年與平年存在差異和不同的影響，因此，采用傳統(tǒng)算法將無法達(dá)到太陽輻照的最大利用率。

通過對傳統(tǒng)赤緯角算法的分析研究可以得出，太陽赤緯角在±23°26′之間進行回歸運行，而以上4種傳統(tǒng)赤緯角算法都采用了正弦函數(shù)擬合的思想對太陽赤緯的變化進行表達(dá)，Cooper 算法較為簡單，采用一階正弦函數(shù)在23.45 的系數(shù)上下浮動；Stine 算法與Cooper 類似，只是在回歸年的長度上并沒有取365，而是取其實際長度365.242，因此，二者在圖1中的誤差曲線極為相似；Spencer 算法則是從1 階的基礎(chǔ)上升到了3 階正弦和函數(shù)表達(dá)；最后誤差最小的Bourges 算法，計算公式不僅達(dá)到3 階，還在回歸年的長度上精確到了小數(shù)點后4 位，體現(xiàn)了年際變化，同時嚴(yán)格定義1969 年的春分日作為標(biāo)準(zhǔn)年，因為此日太陽赤緯角為0°。

傳統(tǒng)的時差算法大同小異，3 種時差算法都是2階的正弦和函數(shù)，因此，在圖2 的時差誤差對比中，三者曲線走向趨勢非常相似。

有鑒于此，本文結(jié)合高精度天文歷所記錄的赤緯角，時角為基礎(chǔ)，針對不同年份變化，采用平均數(shù)法，提出一種基于Fourier 擬合的視日運動軌跡追蹤算法。Fourier 原理表明：任何連續(xù)測量的時序或信號，都可以表示為不同頻率的正弦波信號的無限疊加。其計算公式為：

式中：

a0——直流分量；

k ——擬合階數(shù)；

x ——積日序數(shù)，如1 月6 日，x=6。

通常情況下擬合階數(shù)越高，擬合曲線就越接近實際值，但過高的擬合階數(shù)也會使得系統(tǒng)開發(fā)過程中程序的計算量增大，降低程序運行效率，同時鑒于系統(tǒng)加速度計為16 位寄存器，最低分辨率可達(dá)到小數(shù)點后3 位，過高的擬合階數(shù)會使得目標(biāo)角度超出傳感器測量范圍，失去其意義。因此通過綜合考慮這里擬合階數(shù)只取到8。以2022 年揚州地區(qū)為例，擬合出赤緯角和時差標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖3、圖4 所示。

圖3 Fourier 擬合赤緯角曲線Fig.3 Fourier fitting declination angle curve

圖4 Fourier 擬合時差曲線Fig.4 Fourier fitting time difference curve

通過分析該標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)合Fourier 擬合公式，借助MATLAB 進行輔助計算，最終得到Fourier 擬合的赤緯角函數(shù)和時差函數(shù)系數(shù)如表1 所示。

表1 Fourier 擬合系數(shù)Tab.1 Fourier fitting coefficient

將Fourier 擬合算法代入數(shù)據(jù)并與傳統(tǒng)赤緯角算法中誤差最小的Bourges 赤緯角算法和傳統(tǒng)時差算法中誤差最小的Stine 時差算法進行對比，結(jié)果如圖5、圖6 所示。

圖5 太陽赤緯角算法對比Fig.5 Comparison of solar declination calculation

圖6 時差算法對比Fig.6 Comparison of time difference calculation

由圖5 和圖6 可以看出本文提出的Fourier 擬合算法計算誤差曲線平穩(wěn)，波動范圍穩(wěn)定，具有良好的魯棒性。并且在太陽赤緯角的誤差曲線中，最大誤差與標(biāo)準(zhǔn)值相比只有相差±0.035°，時差的計算誤差只有相差±0.044 min，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)算法中表現(xiàn)良好的Bourges 赤緯角算法和Stine 時差算法，因此采用Fourier 擬合算法作為太陽方位的數(shù)據(jù)來源具有更精準(zhǔn)的跟蹤效果。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

本系統(tǒng)采用Fourier 擬合算法作為太陽位置的數(shù)據(jù)來源，以高精度的太陽高度角和方位角作為跟蹤目標(biāo)角，采用6 軸加速度傳感器，通過位置姿態(tài)公式計算出光伏組件的傾斜角度，以此二者的角度數(shù)據(jù)建立光學(xué)模型[11]，并根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系驅(qū)動光伏組件解決太陽光線在光伏支架軸上的余弦效應(yīng)。在跟蹤方式上相較于容易產(chǎn)生機械誤動作的連續(xù)式低速跟蹤，采用穩(wěn)定性更好的間歇式跟蹤方案[12]。并在接近晨昏時刻開始采用逆跟蹤算法，解決板間陰影遮擋問題，實現(xiàn)太陽輻照的最大利用率，同時也能大幅節(jié)約用地面積。

本系統(tǒng)設(shè)計對硬件結(jié)構(gòu)要求較高，跟蹤運行依賴于內(nèi)部高精度天文算法與外部加速度傳感器，如圖7 所示，與傳統(tǒng)光伏跟蹤系統(tǒng)相比具有更好的跟蹤效率，實際對比效果如表2 所示。但支架易受有風(fēng)天氣影響而導(dǎo)致支架晃動，加速度計得到錯誤數(shù)值。為解決風(fēng)速影響[13]，本設(shè)計在數(shù)據(jù)采樣的階段采用了高頻濾波的方法，消除因大風(fēng)而產(chǎn)生的波動性數(shù)值。同時在中控器端外接風(fēng)速儀，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定閾值，可通過LoRa（Long Range Radio）通信[14]實現(xiàn)群體進入防風(fēng)模式，可在一定程度上緩解有風(fēng)天氣對支架的影響。

表2 跟蹤效果對比Tab.2 Comparison of tracking effects

圖7 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.7 System hardware structure

2.1 傾斜姿態(tài)計算

計算系統(tǒng)傾斜度的一種常用方法是對陀螺儀[15]角速度的變化率進行時間上的積分。盡管這種方法簡單明了，但隨著積分周期的增長，陀螺儀的零偏穩(wěn)定性相關(guān)誤差也可能快速增大，導(dǎo)致即便系統(tǒng)正處于靜止的狀態(tài)下也可能測量出明顯的旋轉(zhuǎn)。因此在某些凈加速度或重力加速度的應(yīng)用中，可利用加速度計來測量靜態(tài)傾斜角。

在光伏雙軸系統(tǒng)的應(yīng)用中，檢測傾斜的一個方法是基于一個參照點分別確定加速度計各個軸的角度，參照點為器件的典型取向，如X 軸和Y 軸位于水平面內(nèi)（0 g），Z 軸與水平面垂直（1 g），如圖8 所示。

圖8 獨立傾斜檢測角Fig.8 Independent tilt detection angle

通過基本三角函數(shù)可分析得出，光伏組件的三軸傾斜度計算公式如下：

式中：

θ ——X 軸傾斜度（°）；

AX,OUT——X 軸加速度值（g）；

AY,OUT——Y 軸加速度值（g）；

AZ,OUT——Z 軸加速度值（g）；

η ——Y 軸傾斜度（°）；

ψ ——Z 軸傾斜度（°）。

2.2 逆跟蹤算法

基于Fourier 擬合算法以及計算出光伏組件的傾斜角度動態(tài)測量，對單/雙軸系統(tǒng)建立光學(xué)模型，如圖9 所示。對太陽光線的余弦效應(yīng)做軸上的投影，并通過基本的三角函數(shù)關(guān)系即可獲取單軸或雙軸的實時跟蹤角[16]，其計算公式如下：

圖9 視日運動軌跡跟蹤光學(xué)模型Fig.9 Optical model of apparent solar motion trajectory tracking

式中：

θ1——東西方向上的跟蹤角（°）；

a ——太陽高度角（°）；

β ——太陽方位角（°）；

θ2——南北方向上的跟蹤角（°）。

在光伏支架跟蹤系統(tǒng)中，其跟蹤范圍一般在±60°以內(nèi)，而如果組件實時跟隨太陽進行跟蹤，在早上或傍晚，太陽高度角比較小的時候，此時需要跟蹤的角度一般會超過跟蹤范圍，而停留在±60°的位置，因此前面一排的光伏組件就會對后面一排產(chǎn)生陰影遮擋，如圖10 所示。同時受到遮擋的光伏組件因表面太陽輻照度的降低，其輸出電流則會產(chǎn)生明顯下降，從而串聯(lián)在整排支架中的其他組件會由于木桶效應(yīng)，整體輸出電流也會隨之下降，嚴(yán)重的則會產(chǎn)生熱斑效應(yīng)，對光伏組件產(chǎn)生損壞。

圖10 晨昏時刻陰影遮擋示意圖Fig.10 Schematic diagram of shadow shielding at dawn and dusk

目前常見的逆跟蹤技術(shù)，主要依靠實時檢測相鄰支架之間光伏組件的輸出功率值變化情況來判斷是否產(chǎn)生陰影遮擋。當(dāng)Pn

逆向跟蹤[17]的啟動算法以光伏組件的板寬和支架間距為輸入對象，如圖11 所示，當(dāng) θ1+y=90?時，為正常跟蹤與逆追蹤的臨界角。根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系可得臨界角則開始逆跟蹤。同時根據(jù)其幾何關(guān)系可計算得到逆向跟蹤角度：

圖11 逆跟蹤算法示意圖Fig.11 Schematic diagram of inverse tracking algorithm

式中：

y ——逆跟蹤角度（°）；

L ——光伏組件的板寬（m）；

W ——兩排支架之間的間距（m）；

θ ——太陽光線在軸上投影的跟蹤角（°）。

在光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范中，要求在冬至日的9:00～15:00 不能出現(xiàn)陰影遮擋現(xiàn)象，即需要達(dá)到6 h 的跟蹤時長，以2022 年揚州地區(qū)為例，通過PVsyst 光伏并網(wǎng)仿真軟件進行模擬，得到在相同光伏陣列配置情況下，有逆跟蹤和無逆跟蹤的發(fā)電情況對比如表3所示。

表3 有無逆跟蹤效果對比Tab.3 Comparison of reverse tracking effects with and without

數(shù)據(jù)表明采用逆跟蹤算法預(yù)估可為光伏發(fā)電系統(tǒng)帶來約0.7%的發(fā)電量提升，且系統(tǒng)效率提高了約3.81%。且在滿足冬至日6 h 的跟蹤時長的條件下，無逆跟蹤技術(shù)則需要滿足板間距達(dá)到4.5 m，土地利用率（GCR）計算公式如下式（25）所示，計算結(jié)果為36.5%，而采取逆跟蹤技術(shù)后，光伏組件上將不會產(chǎn)生陰影遮擋情況，可以適度縮小光伏陣列間距到2.7 m，此時根據(jù)式（25）得出有逆跟蹤的GCR 為60.8%，在相同的土地資源上，則節(jié)省了約24.3%的占地面積。

式中：

AS——光伏組件有效面積（m2）；AG——實際占地面積（m2）。

2.3 主從電機同步控制策略

目前，在光伏支架的系統(tǒng)應(yīng)用中，大多采用單電機控制，然而隨著大功率機組[18]的應(yīng)用和技術(shù)進步，光伏組件的輸出功率不斷提高，體積重量不斷增加，支架跟蹤軸也越來越長，進而導(dǎo)致了1 臺電機的功率無法驅(qū)動整根軸的情況，此時就需要搭配兩臺乃至多臺電機共同進行驅(qū)動，而其中不同電機之間或多或少存在個體差異，其轉(zhuǎn)速可能存在細(xì)微差別，而隨著驅(qū)動周期的增長，累積轉(zhuǎn)程誤差[19]就會越來越大，從而導(dǎo)致支架軸兩邊錯位互擰，造成機械故障。

因此主從電機協(xié)調(diào)同步控制則是需要重點解決的問題，為此本文基于交叉耦合的思想，提出1 種基于動態(tài)角度差程負(fù)反饋控制策略，其控制策略圖如圖12 所示。

圖12 同步控制策略圖Fig.12 Synchronous control strategy diagram

角度差程負(fù)反饋控制策略以基于重力加速度動態(tài)計算所得支架實時角度值為輸入對象。太陽軌跡在時間的推移中由式（22）、式（23）計算得出目標(biāo)跟蹤角度，將該角度信號與雙電機的實際角度信號做差得到電機執(zhí)行角度，通過角度控制環(huán)進行零度校準(zhǔn)做出修正。

MCU 通過定時器設(shè)置10 ms 的采樣周期采集電機實時運行角度值，電機電流驅(qū)動環(huán)在程序內(nèi)部采用PID 調(diào)節(jié)方式，能夠根據(jù)實際值與目標(biāo)值的反饋偏差，通過控制輸出不同頻率的PWM 脈沖信號對主從電機進行扭矩輸出控制，從而在轉(zhuǎn)速較快的一端及時控制其轉(zhuǎn)速大小，抑制主從電機的轉(zhuǎn)程誤差，實現(xiàn)靜態(tài)無差，經(jīng)過實際測試，系統(tǒng)參數(shù)如表4所示。

表4 系統(tǒng)運行參數(shù)Tab.4 System operating parameter

驅(qū)動過程中同時采用間歇式跟蹤，設(shè)置3°的轉(zhuǎn)程閾值，只有主從電機都完成了該轉(zhuǎn)程閾值，方可進行下一次動作，在一定程度上也可抑制主從電機的轉(zhuǎn)程誤差，實際運行數(shù)據(jù)如圖13 所示。

圖13 雙電機運行角度差Fig.13 Dual motor running angle difference

通過在一個轉(zhuǎn)程中，對雙電機實時運行過程中的角度監(jiān)測結(jié)果可以看出，在第0.7 s 和第3.6 s 的時間點，跟蹤過程中主從減速電機由于通信信號的時延以及各自設(shè)備自身參數(shù)差異等問題產(chǎn)生了轉(zhuǎn)程差，但在差程負(fù)反饋控制的情況下，最慢在2 s 的時間內(nèi)，可將轉(zhuǎn)程差控制在了0°上下，并在5 s 的運行周期里，主電機轉(zhuǎn)過的角度和從電機轉(zhuǎn)過的角度差，最大運行誤差峰值維持在0.7°不到的限度內(nèi)，并在轉(zhuǎn)程結(jié)束的時間點，可以很好地將角度差收束在0°上下，有效地消除了轉(zhuǎn)程產(chǎn)生的累積誤差，對支架機械結(jié)構(gòu)起到良好的保護作用。

3 結(jié)論

本文針對現(xiàn)階段平單軸跟蹤器的優(yōu)缺點和不足，研究了一種太陽運動軌跡定位精度更高，支架跟蹤效果更好，可滿足大功率負(fù)載的光伏跟蹤器，主要結(jié)論有以下幾點：

1）通過研究分析了傳統(tǒng)視日運動軌跡算法，借助MATLAB 進行仿真對比，結(jié)果表明傳統(tǒng)赤緯角算法跟蹤誤差最小為0.35°，時差算法最小誤差為0.164 8 min，而本文提出的基于Fourier 擬合算法的視日運動軌跡光伏雙軸跟蹤系統(tǒng)[20]僅為0.035°和0.044 min。因此本文所提出的擬合算法擁有更高的跟蹤精度，可達(dá)到10-2數(shù)量級，較傳統(tǒng)算法提高了一個數(shù)量級，在跟蹤精度上有更高的實用價值。

2）在支架跟蹤太陽的方式上，摒棄了傳統(tǒng)光電式等易受外界光線變化影響的跟蹤方式，采用6 軸加速度傳感器，并通過內(nèi)部程序高頻濾波，消除外力干擾，在只考慮重力的情況下，計算出光伏組件實時傾斜角度的方法，并結(jié)合Fourier 擬合算法共同建立出的三維運動模型，以此計算出電機需要動作的跟蹤角，實現(xiàn)光伏支架的精準(zhǔn)跟蹤。

3）同時為解決晨昏時刻光伏組件間的陰影遮擋問題而產(chǎn)生的整體發(fā)電效率降低和熱斑效應(yīng)，提出了改進的逆跟蹤算法。該算法基于太陽和支架角度，結(jié)合光伏組件的板寬和排列間距，得到精確的逆跟蹤臨界角，在小幅提高發(fā)電效率的同時，還可節(jié)省約24.3%光伏陣列的用地面積，降低項目用地成本。

4）并考慮在大功率機組應(yīng)用中，采用主從電機同步控制策略，通過差速和間歇式跟蹤雙線控制，實現(xiàn)多電機的協(xié)調(diào)驅(qū)動，多臺電機控制設(shè)備之間采用485 通信方式，上限可達(dá)256 臺設(shè)備。并通過實際驗證結(jié)果表明，該同步控制在實現(xiàn)雙電機驅(qū)動的同時，具有良好的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性。

綜上所述，本文所設(shè)計的光伏跟蹤系統(tǒng)，在太陽運動軌跡定位，支架對太陽的實時跟蹤，反陰影跟蹤，和大功率負(fù)載機組的應(yīng)用都優(yōu)于現(xiàn)存的跟蹤器系統(tǒng)，從發(fā)電的經(jīng)濟收益角度分析，該跟蹤系統(tǒng)支架有較好的經(jīng)濟價值和更好的市場應(yīng)用前景。