光伏发电双轴逐日跟踪系统设计与实现

论

文

赏

析

2022年电子技术应用第4期

刘伯明1，张庆海2，赵正旭2

1.石家庄铁道大学 信息科学与技术学院，河北 石家庄050043；2.青岛理工大学 机械与汽车工程学院，山东 青岛266525

摘要：   

为提高太阳能板的光电转化率，采用自动跟踪和人工调节两种模式相结合的方式，设计了一种以STC12C5A60S2单片机为控制核心的光伏发电双轴逐日跟踪系统。人工模式分为人工按键控制和无线远程控制模式；自动模式又分为光电跟踪和视日运行轨迹跟踪模式，两者通过阴晴检测电路判断阴天或者晴天。阴天时，系统利用DS1302时钟芯片结合Super Pairwise Alignment算法，计算实时太阳高度角和方位角，并通过控制步进电机，实现视日运动轨迹跟踪。晴天时，系统利用光电传感器采集的四个方向的光强差值，驱动步进电机，实现光电跟踪。实验表明：系统在混合控制策略下，受天气影响小，跟踪精确高，提高了光电转化率。

关键词：

双轴逐日跟踪系统，光电跟踪，视日运动轨迹跟踪，阴晴检测电路

0 引言：

为了获取足够的生存能源，人类对自然界和未知环境的能源探索从未间断过。光伏发电作为一种新能源的利用方式，为解决日益严峻的能源紧缺问题提供了方向[1-2]。目前光伏发电跟踪装置主要分为单轴跟踪与双轴跟踪装置两种[3-5]。相较于单轴跟踪装置，双轴装置的跟踪精度较高，但由于传统的双轴跟踪装置的跟踪策略单一，造成跟踪精度不高、光电转化率低和装置应急性能不足等问题。常见的光电跟踪策略受天气影响大；视日运动轨迹跟踪策略跟踪精度不高，存在阴天情况下耗能大、断电重启时钟时间重置等不足[6-8]。因此，如何优化跟踪控制策略，提高跟踪精度，使太阳能板始终保持最佳吸收太阳能的倾角，增加光电转化效率成为当前的主要研究热点。文献[9]通过对光传感器改进，提出了一种高精度的太阳跟踪控制装置。文献[10]通过优化太阳辐射吸收的最佳倾角数学模型，设计出跟踪效果较高的单轴逐日系统。文献[11]在Lab/CVI环境下开发了一种基于TCP传输协议的逐日系统，利用上下位机和TCP/IP协议交互数据，实现了光伏发电和远程监测的逐日系统。文献[12]提出将EtherCAT总线应用到逐日系统控制中，实现了对逐日装置的群控。文献[13-14]研究了光伏发电最大功率点跟踪算法，对光伏发电效率进一步提高。

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