双轴光伏电池自动跟踪系统的研制

合集下载

选-光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计

选-光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计

4
结论
本文介绍了双轴太阳能光伏发电自动跟踪系 统。系 统 能 自 动 检 测 昼 夜, 实 时 跟 踪 太 阳。 以 89C52 单片机作为控制器,计算出太阳的实时位置 并转化为脉冲发送给伺服驱动器 ,驱动电动机转动 跟踪装置跟踪太阳。全天候太阳方位跟踪控制系统 能及时根据天气状况对太阳方位跟踪方式进行控制 和选择,将光感跟踪与时间跟踪方式合理地结合, 以调整系统运行方式,降低了系统运行能耗。系统 采取了抗风保护等功能,保证太阳跟踪系统在恶劣 天气条件下安全运行。 该自动跟踪系统准确性高, 可靠性强,提高了太阳能的利用效率。
参考文献:
[ 1] 樊国梁,张 晓 燕. 定 时 跟 踪 太 阳 时 角 提 高 光 伏 发 电 效 率 [ J] . 内 蒙 古 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) , 2010 , 41 ( 1 ) : 116 - 119. [ 2] 图2 跟踪控制系统程序流程图 [ 3] [ 4] 舒志兵,汤世松,赵李霞. 高精度双轴伺服太阳能跟踪系 . 2010 智能检测与运动控制会议论文, 统的设计应用 [D] 2010 ,31 - 33 ,73. 左云波,徐小力,白廷柱,等. 全天候太阳方位跟踪控制 系统的设计 [J]. 可再生能源,2011 ,29 ( 1 ) : 86 - 89. 王国安,米鸿涛,邓天宏,等. 太阳高度角和日出日落时 . 气象与环境科学, 刻太阳方位角一年变化范围的计算 [J] 2007 ,30 ( B09 ) : 161 - 164. [ 5] 吴小雨,王开宝. 光伏发电跟踪控制系统设计 [J]. 机械 工程师,2009 ( 1 ) : 129 - 130.
Design of Automatic Dual Axis Tracking Control System in PV

太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究

太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究

太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究太阳能是一种清洁、可再生的能源,越来越多的人开始关注和使用太阳能发电系统。

太阳能发电系统中,太阳能电池板的角度对能量转换效率影响很大。

为了使太阳能电池板能够始终面向太阳,保持最佳角度,研究和设计太阳能双轴自动跟踪系统是非常必要的。

首先,系统设计方面。

太阳能双轴自动跟踪系统主要由太阳能电池板、运动控制系统和传感器系统组成。

太阳能电池板负责转换太阳能为电能,是整个系统的核心部件。

运动控制系统根据传感器系统实时采集到的太阳位置数据,控制太阳能电池板的角度调整。

传感器系统包括光敏传感器和方位传感器,负责检测太阳的位置并将数据传输到运动控制系统。

在太阳能双轴自动跟踪系统的研究中,需要考虑以下几个问题。

首先是数据采集问题。

传感器系统需要实时采集太阳的位置数据,以便运动控制系统进行调整。

传感器系统应该具备高精度、快速响应的特点,以确保数据的准确性和系统的灵敏度。

其次是运动控制问题。

运动控制系统需要精确地控制太阳能电池板的角度调整,以达到最佳转换效率。

运动控制系统应该具备稳定性和高精度的特点,以确保太阳能电池板能够准确地跟踪太阳的位置。

此外,系统的安全性和稳定性问题也需要考虑。

例如,对于极端天气条件下的系统运行,系统应该具备抗风、抗雨和抗震能力。

太阳能双轴自动跟踪系统的研究还可以从以下几个方面展开。

首先是材料和结构的研究。

太阳能电池板的材料和结构对于系统的效率和稳定性有着重要影响。

通过研究和优化太阳能电池板的材料和结构,可以提高系统的效率和稳定性。

其次是算法和控制的研究。

根据实时采集到的太阳位置数据,运动控制系统需要精确地计算调整角度,并控制太阳能电池板的运动。

通过研究和优化算法和控制策略,可以提高系统的精度和响应速度。

综上所述,太阳能双轴自动跟踪系统的设计与研究非常重要。

通过合理设计系统的结构和算法,并优化材料和控制策略,可以提高太阳能发电系统的转换效率和稳定性。

这将对太阳能发电系统的普及和应用起到积极的促进作用,推动可持续能源发展。

光伏发电双轴智能跟踪系统设计

光伏发电双轴智能跟踪系统设计

光伏发电双轴智能跟踪系统设计摘要:随着经济与技术的共同发展,人们对于能源的需求越来越大,使得目前对于能源的消耗量逐渐增长,但是目前大多数能源还都是采用以往的化石燃料焚烧的方法来都得到。

因此,为了能够使得能源进行一定的优化与改善,就需要不断的探索并开发出新能源。

通过光伏发电双轴智能跟踪系统的应用,能够有效的实现将太阳能转化为电能,在该系统中采用了单片机、锂电池、光电传感器、电机等设备,通过这些设备的应用能够实现智能化的跟踪光源,充分的获取所需的太阳能,并将其合理的利用,有效的发挥该系统的作用。

本篇文章就对于光伏发底单双轴智能跟踪系统进行研究与分析,从而促进该系统的推广与应用,实现新能源的开发与应用。

关键词:光伏发电;智能跟踪系统;在光伏发电的实际应用过程中,其太阳能的有效利用成为了一大难题,因此,为了能够有效的获取充足的太阳能,并且提高电能生产的效率,需要对发电效率以及光能的获取这两项内容进行研究与分析。

对于地球而言,其每个地方所受到太阳照射的时间、程度都是不一样的,且其变化的速度非常快。

因此,为了能够保证光伏发电能够不受该问题的影响,能够获取充足的光能,需要设计出一种特殊的光伏发电系统,并且保证该系统的应用过程中太阳的位置光能发电板的位置能够相互匹配,提高光能的收集效率。

根据相关的研究发现,采用追踪模式能够有效的追踪光能的位置,从而提高光能获取的效率,因此光伏发电双轴智能跟踪系统的研发与应用是非常必要的。

1双轴智能跟踪系统的作用原理在双轴智能跟踪系统的应用过程中,需要相关设备及装置的支持,其中双轴智能跟踪装置发挥重要的作用,在该装置的内部通过应用两个同种类型的电机,能够实现对于高度以及角度的控制,从而保证光伏发电所使用的发电板能够时刻与太阳照射之间的角度保持在90度,在应用的过程中电机通过旋转来时刻的追踪太阳位置的变化情况。

在光伏发电双轴智能跟踪系统中还会利用光电传感器设备,通过该设备的应用能够有效的将光信号转化为电信号。

光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计与应用

光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计与应用

及 方 位 角 %。该 数 据 值 由 天 文 算 法 [M)计 算 得 到 :
sin y 0 = sin^?sin5 + cos^cos^cosw
( 1)
sin^?siny0 - sin5
c o s r〇= ------------------------
(2)
cos^>cosy0
式中:% 为太阳光初始高度角; 为太阳光初始方位
本文的研究对象是新型光伏电池板双轴跟踪系 统 其 系 统 外 观 结 构 如 图 1 所示。
图 1 中 :电 机 1 控 制 电 池 板 的 水 平 方 向 (东 、西方 向 )转 动 ,跟 踪 太 阳光的方位角;电 机 2 控制光伏电池 板垂直方向(南 、北 方 向 )转 动 ,跟 踪 太 阳 光 的 高 度 角 , 最 终 使 得 电 池 板 平 面 与 太 阳 光 实 时 保 持 垂 直 ,提 升 光 伏电站的发电量。该 双 轴 跟 踪 支 架 结 构 设 计 简 单 、巧 妙 ,具有控制灵活、精度高的优点。 1 . 2 系统工作原理
A b stra c t:With the continuous development of photovoltaic industry, in order to improve the power generation of photovoltaic panels and power stations, the tracking control system based on field programmable gate array ( FPGA) control chip is proposed based on a new type of photovoltaic panel dual axis automatic tracking bracket. The azimuth and altitude angles of sunlight are calculated by astronomical calculation method and photoelectric sensor analog correction method. Then, according to the mathematical relationship between the positions of photovotaic ( P V ) panel and feedback, three phase pulse control signal is obtained. The forward and reverse rotation of the two motors are controlled by time sharing in the working process. The sunlight is always perpendicular to the plane of the panel, which realizes the real-time tracking of the sunlight angle. Finally, a project in Xinjiang is taken as an example, the measured data results are compared with the simulation results based on PVsyst software. The Comparison results show that the control system can accurately track the sunlight, which verifies the effectiveness of the system design. Compared with the fixed mode, the photovoltaic power generation can be increased by more than 30% using the dual axis automatic tracking system. The system can be applied in the following engineering projects, and can increase the revenue of photovoltaic power station. Keywords :Field programmable gate array ( FPG A ) ; Photoelectric sensor; Time sharing control; Propotion integral ( PI ) regulator;Pulse width modulation( PWM) ;Three phase full bridge circuit;PVsyst;Dual axis automatic tracking system

太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究

太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究

太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究摘要:随着能源危机的深化和环境保护意识的增强,太阳能作为一种清洁可再生能源得到了广泛关注和应用。

太阳能发电系统中,太阳能电池板的跟踪器是提高发电效率的重要组成部分。

本文设计并研究了一种太阳能双轴自动跟踪系统,通过对其结构、原理、控制算法和实验测试的分析,验证了其良好的跟踪性能和高效的发电能力。

关键词:太阳能;双轴自动跟踪系统;发电效率;控制算法1. 引言太阳能作为一种绿色、清洁、可再生的能源,受到了广泛的关注和应用。

然而,太阳能电池板在没有跟踪系统的情况下,其发电效率会受到太阳高度角和方位角的限制,造成太阳能的浪费。

因此,研究并设计一种高效、稳定的太阳能双轴自动跟踪系统具有重要意义。

2. 太阳能双轴自动跟踪系统的结构和原理太阳能双轴自动跟踪系统主要由电机、转轴、太阳能电池板和控制系统等组成。

其原理是通过不同天文数据和传感器的反馈,实时测量太阳位置,并通过控制系统将太阳能电池板按照最佳角度面向太阳,以提高发电效率。

3. 控制算法设计与实现为了实现太阳能双轴自动跟踪系统的高效工作,本文采用了基于PID控制算法。

该算法通过测量太阳位置与目标角度的偏差,计算出控制信号,通过电机驱动系统实现太阳能电池板的跟踪运动,并实时校准参数以提高系统的稳定性和精度。

4. 实验测试与结果分析为了验证太阳能双轴自动跟踪系统的性能,进行了一系列实验测试。

结果表明,该系统具有优异的跟踪性能和高效的发电能力。

与不同太阳能电池板跟踪方式相比,本系统的发电效率提高了20%以上,能更好地吸收和利用太阳能。

5. 总结与展望本文设计并研究了一种太阳能双轴自动跟踪系统,通过对其结构、原理、控制算法和实验测试的分析,验证了其良好的跟踪性能和高效的发电能力。

然而,目前还存在一些问题,如成本高、零部件寿命较短等。

因此,未来的研究方向包括提高系统的稳定性、降低成本、延长零部件寿命等,以进一步推动太阳能双轴自动跟踪系统的应用和发展综上所述,本文设计并研究了一种基于太阳能双轴自动跟踪系统,通过对其结构、原理、控制算法和实验测试的分析,验证了其良好的跟踪性能和高效的发电能力。

双轴光伏动态跟踪控制系统的设计与实现

双轴光伏动态跟踪控制系统的设计与实现

双轴光伏动态跟踪控制系统的设计与实现杨春勇;倪文军;苏家仪;侯金;钟志有【摘要】针对目前光伏电池对阳光辐射能量利用率较低的问题,提出了基于PID算法精确控制光伏电池板板面任意时刻朝着太阳辐射方向的设计思路,实现了双轴式光伏跟踪控制系统与装置,有效提高了光伏电池对阳光能量的有效利用率.设计了三级电源智能切换供电系统,按光伏电池、220V市电、蓄电池的优先级顺序给负载系统供电,增强负载续航工作能力,防止频繁掉电.系统硬件由光照传感器阵列组成的感光模块、步进电机组成的双轴控制模块和机械结构组成的传动执行模块所构成.对实现的系统进行了实验测试,结果表明:双轴式动态跟踪装置相对固定式静态装置可提高太阳光能有效利用率达30%~40%.【期刊名称】《中南民族大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2013(032)004【总页数】5页(P64-68)【关键词】光伏电池;PID控制;光照传感器;步进电机【作者】杨春勇;倪文军;苏家仪;侯金;钟志有【作者单位】中南民族大学电子信息工程学院智能无线通信湖北省重点实验室,武汉430074;中南民族大学电子信息工程学院智能无线通信湖北省重点实验室,武汉430074;中南民族大学电子信息工程学院智能无线通信湖北省重点实验室,武汉430074;中南民族大学电子信息工程学院智能无线通信湖北省重点实验室,武汉430074;中南民族大学电子信息工程学院智能无线通信湖北省重点实验室,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】S214.9太阳能是大自然赋予人类取之不尽,用之不竭的清洁能源,因此太阳能光伏新技术在世界各国的能源工业中占有重要地位,并得到大力扶持.现有光伏技术中的太阳能电池板多在安装时就被固定了接收太阳辐射的方向和姿态,固化状态对太阳能电池板对阳光的利用率普遍较低,约为20%[1],较大程度地影响了光伏技术的推广应用.利用自动跟踪技术提高太阳能利用率已成为国内外该领域的研究热点.目前,国内外研究利用自动跟踪技术提高光伏太阳能利用率的工作主要集中在两个方向:单轴跟踪[2,3]的槽式[4]、平板聚光系统和双轴跟踪[5-8]的蝶式、塔式及菲涅尔聚光系统.其中,单轴槽式跟踪聚光技术发展较为成熟,现已投入到商业应用,但槽式系统的接收器长,散热面大,与双轴跟踪系统相比,其热损耗较大、跟踪精度较低,而且其抗风能力较弱,不适宜在大风地区工作.与单轴槽式跟踪聚光系统相比,双轴塔式、蝶式跟踪聚光[9,10]和线性菲涅尔聚光[11,12]供电系统有较高的太阳能利用率,但双轴塔式、蝶式跟踪聚光系统适合于大规模(15MW以上)循环发电,投资成本较高,不适合野外独立微小监测系统装置供电、偏远山区或者民族地区居住较分散的农牧民供电需求.另外,视日跟踪[13]通过计算太阳运动轨迹,在间断时间内调整太阳能电池板的姿势也可实现全天候跟踪,但输出效率较低,大多作为辅助性的跟踪方式.我们结合双轴跟踪与平板太阳能电池分别在提高太阳光辐射有效接收和低成本的特点,设计一种双轴式平板太阳能光伏电池自动向阳跟踪装置,用以解决小微监测系统或分散农牧民家庭的供电需求.本文采用低成本、低功耗的MSP430单片机作为核心控制器,通过挂载PID闭环控制算法程序,控制光电传感器跟踪太阳辐射方向[14-17],使太阳能电池板接收太阳辐射利用率达30%~40%.所开发的系统装置可广泛应用于工业、农业和交通领域等基础设施建设;根据不同地域的需求,选择不同功率的太阳能电池板,价格低廉,可为国内广大的普通收入居民常年提供日常的家庭用电,为少数民族或偏远区域的发展提供有力的保障,有很高的经济收益和发展前景.1 系统结构设计的智能型双轴向阳跟踪控制系统结构框图如图1所示.系统主要由太阳能帆板、光照传感器、微控制器、步进电机组成.光照传感器采集不同方位的光强值,通过微控制器处理后的差值转化为电脉冲,输入给步进电机,驱动步进电机带动太阳能帆板按照光强差值减小的方向转动,至差值为0,则步进电机停止转动,系统达到稳定状态.2 系统实现2.1 硬件实现图1 智能型双轴向阳跟踪控制系统结构框图Fig.1 The block diagram of the intelligent two-axis control system for sun tracking图2 系统硬件结构Fig.2 The hardware structure图3 光照传感器的相对位置俯视图Fig.3 The top view for the relative positions of light sensors智能型双轴向阳跟踪系统硬件结构如图2所示.微控制器MSP430F149引脚资源分配如下:P6.0~P6.3给4个光照传感器,其中分别为4相光照传感器的采样值;P5.0~P5.3分配给水平方向步进电机;P2.0~P2.3分配给垂直方向步进电机.传感器阵列由放置在同一平面上的4个完全相同的光照传感器组成,该平面与太阳能电池板所在平面平行;光照传感器的放置方位为东、西、南、北4个方向,图3所示为4个光照传感器的相对位置俯视图.布置菱形传感器阵列,可利用双传感器组的相对差值实时判断某一时刻光强最大的具体方位,提高光强差的精确度,可使太阳能电池板短时间内达到最大功率点.步进电机驱动选用ST公司高电压、大电流的L298芯片,其最高工作电压可达46V,瞬时峰值电流可达3A,持续工作电流为2A.步进电机选用两相四线混合式,出轴齿数为20,带动50齿的齿轮转动.选用太阳能电池板的尺寸大小为48cm×38cm,额定功率为20W,额定电压为22V,通过降压电路为系统自身的步进电机和其他负载供电.为支持太阳能、220V市电和蓄电池三重电源保障,在供电系统中设计一个三级智能电源切换模块,以此避免用户或设备频繁掉电,增强电源的续航能力.三级智能电源供电流程如图4所示.12V蓄电池的工作方式为随充随用.当光照强度足够大时,由太阳能电池板给12V蓄电池充电;当光照较弱或乌云飘过时,系统MCU根据4个光照传感器其中一个的输出电压值与系统设定的电压阈值相比较,如果高于阈值,则系统仍继续根据光强差值减小的方向跟踪;如果低于阈值,即不足以给12V蓄电池充电时,跟踪系统程序关闭,此时启动二级供电电源,即市电.供电系统以蓄电池、市电、太阳能形成供电队列,保证了供电的稳定性.图4 三级智能电源供电流程图Fig.4 Three grades intelligent power supply2.2 软件实现本系统通过PID算法精确控制步进电机转动.PID控制原理如图5所示,其中r(t)为系统初始设定值,e(t)为反馈量,u(t)为控制量;c(t)为系统输出量.模拟PID算法的控制表达式为:式中,e(t)为系统偏差,e(t)=r(t)-c(t);Kp为比例系数,Kp越大系统的调节速度越快;Ti为积分时间常数,Ti可提高系统的无差度;Td为微分时间常数,Td可预见系统偏差变化趋势,超前控制并消除误差.若定义Ki为积分系数,则为微分系数,则为便于计算机实现,将式(1)中的微分项用差分代替,积分项用矩形和式代替,可得式(2)的数字式PID表达式,即:式(2)也可改写为式(3):数字式PID控制算法可以分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法,本系统使用的是位置式PID控制算法,下面推导建立位置式PID控制算法的数学模型.由式(3)可得,第时刻PID调节表达式为:将(3)-(4),合并同类项可得式(5):其中系数a0、a1、a2为中间变量.式(5)即为数字式PID控制算法的数学模型.由式(5)得系统偏差:e(k)=a0e(k)+a1e(k-1)+a2e(k-1).当该项偏差为0时,即u(k)=u(k-1),两个不同时刻的系统输出量相同,说明此时系统已处于稳定状态. 根据式(5),系统软件流程设计如图5所示.系统软件控制程序由光照传感器采样子模块,电机驱动子模块,PID算法子模块,太阳能电池板自动复位子模块组成.程序从每天太阳光强达到系统所设定阈值r(t)后,开始启动全天候自动跟踪程序,开启内部系统时钟和传感器采样模块,并通过闭环的PID算法,不断反馈系统差值e(t),最终迫使系统误差e(t)减为零,系统进入稳定状态.当光强低于设定的阈值r(t)时,系统不转动.图5 系统软件流程图Fig.5 The software flowchart3 系统测试与结论图6 两种方案的平均输出功率对比Fig6 Comparison of average output power图7 两种方案的平均输出电压对比Fig7 Comparison of average output voltage本系统考虑到当日17:00至次日7:00几乎无光强或光强很弱,因此设计该时间段内采用市电或蓄电池供电.为完成实验测试,选择设施农业环境监测终端作为测试对象,主要由光照强度传感器、温湿度传感器、大气CO2浓度传感器、土壤湿度传感器、土壤水溶液Ph传感器组成.研究小组分别于2012年10月24日、11月18日、12月18日,在晴朗、宽敞、明亮的野外环境下,测得这3天中7:00~17:00时间段内太阳能电池板的统计平均输出功率与统计平均输出电压(数值结果展示分别如图6、7所示),两曲线每个时段的平均输出功率一一对应.从图6,7中可看出,7:00~10:00,15:00~17:00时间段内,固定式较双轴式太阳能装置吸收的太阳能少;11:00~14:00时间段内,固定式与双轴式平均输出功率的峰值基本相同;得出的平均输出电压与平均输出功率的曲线走向基本一致.经统计计算,每日13:00~17:00,双轴式平均输出功率的渐趋线为y1=-1.73x+21.25;固定式平均输出功率的渐趋线为y2=-3.08x+22.62;其中 y为平均输出功率,x为时间(h).将y1与y2的差值对时间积分后除以y2在该时段内的积分,得出双轴式提高的输出功率约为20%.同理,在时段7:00~12:00得到两曲线的渐趋线后,积分得双轴式在该时段内提高的输出功率约为17%.因此,双轴式全天跟踪比固定式太阳能装置可平均提高37%左右的太阳能利用率.经实际测试,系统正常跟踪时,水平方向步进电机消耗功率为3.2~4W,垂直方向步进电机额定功率为5.5~6W,单片机消耗的功率不足1W;因此,系统自身在正常跟踪时消耗的总功率约为10W;太阳能电池板可提供额定功率为20W的电能,可为野外植物生理监测装置等提供足够电能.4 结语本文利用PID闭环控制算法设计并制作的智能型双轴向阳动态跟踪控制系统与装置,将太阳能电池板的利用率提高了37%左右,保证了正常光照条件下,输出电量满足实际要求;还设计了太阳能、220V市电、蓄电池三级电源供电队列,确保太阳能系统在掉电情况下仍能给受电系统正常供电,有效地延长了全系统工作时间.智能型双轴向阳跟踪控制系统提高太阳能的利用率,有效地解决了我们前期开发的设施农业监测终端[18]供电复杂、偏远山区供电难等问题,有较高的工程应用价值.参考文献【相关文献】[1]史文华.高效太阳能电池研究[J].重庆文理学院学报,2011,30(6):1673-1677.[2]Chen Xuexian,Gao Wenfeng,Qing Lan,et al.Experimental study of the uniaxial automatic solar tracking device towards sun comparison with fixed bracket[J].APPEEC,2011,12(3):1-4.[3]张海燕,王建平.单轴旋转跟日式多平面镜反射聚光器的设计[J].太阳能学报,2011,32(12):1764-1771.[4]王云峰,李明,林文贤,等.平板式与槽式聚光太阳能电池组件性能分析[J].光学学报,2009,29(8):2287-2292.[5]Jiao Huifeng,Fu Jianzhong,Li Yuchun,et al.Design of automatic two-axis sun-tracking system[J].MACE,2010:2323-2326.[6]Bajpai P,Kumar S.Design,development and performance test of an automatictwo-Axis solar tracker system[J].INDICON,2011,23(4):1-6.[7]Heslop S F,MacGill I F.A simple method for predicting the output of dual-axistracking systems from fixed-tilt system outputs[J].AUPEC,2012,16(7):1-6.[8]SEME S,Stumberger G,Vorsic J.Maximum efficiency trajectories of a two-axis sun tracking system determined considering tracking system consumption[J].Power Electronics,2011,26(4):1280-1290.[9]张晓霞,殷盼盼,张国,等.蝶式聚光光伏发电自动跟踪太阳装置的设计[J].太阳能,2008,11(9):32-34.[10]向平,程建民,毕玉庆.碟式太阳能跟踪装置的结构没计和动力分析[J].机械设计与制造,2009,12(6):17-19.[11]浦绍选,夏朝凤.全平面镜线反射太阳聚光器的光学设计[J].农业工程学报,2011,27(11):282-285.[12]杜春旭,王普,马重芳,等.菲涅耳太阳能聚光系统跟踪倾角的矢量算法[J].太阳能学报,2011,32(6):831-835.[13]王尚文.双轴跟踪碟式太阳能集热器的研究[D].武汉:华中科技大学,2007.[14]Guan-Chyun Hsieh,Hung-I Hsieh,Cheng-Yuan Tsai,et al.Photovoltaic power-increment-aided incrementalconductance MPPT with two-phased tracking[J].Power Electronics,2013,28(6):2895-2911.[15]Al Nabulsi A,Dhaouadi R.Efficiency optimization of a DSP-based standalone PVsystem using fuzzy logic and dual-MPPT control[J].IEEE,Industrial Informatics,2012,8(3):573-584.[16]Petrone G,Spagnuolo G,Vitelli M.An analog technique for distributed MPPT PV applications[J].Industrial Electronics,2012,59(12):4713-4722.[17]Xue Ping,Wang Haichao,Hou Juanjuan.Based on the fuzzy PID brushless DC motor control system design[J].MIC,2012,16(2):703-706.[18]杨春勇,牛磊.基于ZigBee的设施农业环境监测系统的设计与实现[J].中南民族大学学报:自然科学版,2012,31(1):88-92.。

光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计与应用

光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计与应用

光伏发电双轴自动跟踪控制系统的设计与应用摘要:为了提高光伏阵列吸收太阳辐射能量的能力,目前国内外大多数研究主要集中在最佳倾角固定安装和传感器跟踪装置。

光伏阵列最佳倾角固定安装成本最低,但由于太阳光入射角的变化,光伏阵列不能高效吸收太阳辐射能量,性价比较低。

自动跟踪装置随时根据太阳的运行轨迹调整阵列表面角度,在相同的辐照条件下吸收比固定安装方式更多的太阳辐射能量。

但由于太阳能发电系统的长期工作、气候条件的多变性、复杂性,使传感器分辨率降低,导致电动机经常性动作,浪费电能,造成系统损坏,降低了发电效率。

关键词:光伏发电;自动跟踪;控制通常,光伏电池板用于捕获太阳辐照度。

但是,从一个固定的面板中提取的能量,在一整天内,是不能达到最大的,这是由于光伏板的静态排列限制了能量利用。

为了在一天中获得最大的发电量,需要设计一种太阳自动跟踪装置,能对太阳光线实施随时跟踪,使得太阳光线能与光伏电池方阵始终保持垂直。

太阳能跟踪常用的方法有两种:视日跟踪和光电跟踪。

视日跟踪是根据光伏发电装置所在位置的经度、纬度、日期等信息,计算出一天中不同时段太阳位置信息,并存储在控制器的存储芯片中光,通过当天不同时刻太阳的位置数据而进行跟踪的方式。

光电跟踪则是利用光电传感器来采集太阳光信号,将光线传感器输出的模拟量电压信号通过模数转换,使用单片机或PLC等来驱动光伏电池板实现实时追踪太阳光。

一、光伏发电1、光伏电池。

太阳能光伏发电主要通过光伏电池进行光能和电能之间的转化,通过 PN 结的电场效应产生电能。

当前光伏电池的种类很多,制作工艺也有很多种,光伏电池的发电效率随着太阳光谱分布、太阳光强度及电池自身温度等的变化而不断变化。

2、光伏发电的优点。

光伏电池是以 PN 结半导体为主,在地球上拥有丰富的半导体制作原材料——硅,因此光伏发电与传统的发电设备相比,有以下优点:(1)太阳能非常丰富,取之不尽,用之不竭,在当前看来,太阳能是一种可以“无限”使用的可再生免费能源。

双轴光伏动态跟踪控制系统的设计与实现

双轴光伏动态跟踪控制系统的设计与实现
关键 词 光伏 电池 ; P I D控制 ; 光 照传感器 ; 步进 电机
Байду номын сангаас中图分类号
¥ 2 1 4 . 9 文献标识码
A 文章编 号
1 6 7 2 - 4 3 2 1 ( 2 0 1 3 ) 0 4 - 0 0 6 4 - 0 5
De s i g n a n d I mp l e me n t a t i o n o f Two - Ax i s Co n t r o l S y s t e m
c o u l d ma k e t h e s o l a r p a n e l s f o c u s o n t h e s u n r a d i a t i o n d i r e c t i o n a t a n y t i me .S o t h e u t i l i z a t i o n o f l i g h t e n e r g y o f s o l a r b a t t e y r i s i mp r o v e d e f f e c t i v e l y .T h e h a r d wa r e s y s t e m i s c o n s i s t o f a p h o t o s e n s i t i v e mo d u l e o f l i g h t s e n s o r a r r a y, b i a x i a l c o n t r o l mo d u l e o f s t e p p e r mo t o r a n d d iv r e r e x e c u t i o n mo d u l e o f t h e me c h a n i c l a s t r u c t u r e. T h e e x p e ime r n t l a r e s u l t s h o ws t h a t t h e d u a l — xi a s s o l a r d y n a mi c t r a c k i n g d e v i c e c a n ma k e a n i mp r o v e me n t a b o u t 3 0 % — 4 0 % i n t h e u t i l i z a t i o n o f l i g h t e n e r g y w h i l e c o mp a i r n g wi t h t h e i f x e d s t a t i c o n e .
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

双轴光伏电池自动跟踪系统的研制.txt大人物的悲哀在于他们需要不停地做出选择;而小人物的悲哀在于他们从来没有选择的机会。

男人因沧桑而成熟,女人因成熟而沧桑。

男人有了烟,有了酒,也就有了故事;女人有了钱,有了资色,也就有了悲剧。

本文由511313651贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。

建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。

任伟宋涛如:守,这些化电节的三极三极引起光照再通一侧管又西、间距统的可以的密00≯旃惫蹈《东蕊妻孽嚣;*§三、电机控制电路控制电路如图2所示。

Q和为西朝向光敏三极管,当其被太阳光照射时,电阻R上电压会增大,.三极管Q导通,电器向反转方向闭合,电机驱动支继架向西转动,直到Q和Q被遮住,电机停止。

白天2太阳在天空向西运动,电机会驱动支架一直跟踪。

当东朝向光敏三极管Q3Q受到太阳光照射(和此时e1和e照射不到,继电器吸合到电机正传方向)2,三极管Q导通,进而可控硅e导通,电机驱动支架向东67转动,直到Q1Q被照射到,可控硅复位,电机反和2转【,调整光伏电池板与太阳入射角垂直。

南北朝向的电机控制与此相同。

电路可满足4V,A直流电此85机驱动需求,加配减速器后可满足一般尺寸光伏电池板支架安装。

四、低功耗控制光伏电池系统一般都会有储能蓄电池,光伏电池板转化的太阳能通过充电电路传给蓄电池,一般来讲光伏电池的充电电势应该大于蓄电池,而一天中光伏电池系统的电势是变化的,在清晨太阳出现之前和日落之后这一段时间里,还有阴雨大雾等天气时,光伏电池的电势趋近于零。

我们设置一个电压比较电路,续恶化,全球气候变暖,让人们意识到时间的紧迫,人们开当太阳光线不够强、光伏电池电势达不到要求时,光伏电池系统处于休眠状态,此时电机控制系统会将光伏电池板转动到与地平面平行的角度,在大面积的光伏发电阵列中,这样始尝试使用安全无污染的清洁能源。

太阳能光伏技术,以太阳能电池板接收太阳光并产生电能,再将产生的电能储存在蓄电池里,以供需要时使用。

它具有安全可靠、无污染、成本低等等众多优点。

双轴光伏电池自动跟踪系统的研制有利于实现“能耗、低污染、低排放”低的低碳经济,它使用了可以有效减小风雨等恶劣自然因素对系统的损害,同时除电压比较电路工作外,其他电路都不工作,以实现低功耗的目的。

图3为休眠控制电路。

VO为输入电压,c电机控制D为电压。

多项新技术,兼顾能源与环境。

太阳能光伏技术等新技术的应用是保护环境和实现人类可持续发展的必然趋势。

当云开雾散,太阳再次出现时,电压比较电路激活系统工作电路,系统开始寻找最佳角度位置,因为雨过天晴可能在白天的任何时间。

受到太阳直接照射的一侧光敏传感器会参考文献[】我国太阳能光伏发电的现状及展望f]1J,重工与起重技术.20,)2307(:—313启动电机,驱动电池板支架转动,直到四个方位的光敏传感器都不能被太阳照射,时太阳光入射角与光伏电池板垂直。

此光伏自动跟踪系统的支架设计不光要牢固可靠、经济实[】李加升.基本光敏器件的光控电路分析[]阳职业技术学院2J,益学报.06()8520,:~935[】吴小雨,王开宝.光伏发电跟踪控制系统设计[】械工程师.3J,机用,更要兼顾力学和美学的结合,结合控制电路,可实现太阳能角度的智能跟踪与调整。

20()1910091:2-3[】林渭勋.现代电力电子电路[.杭州:浙江大学出版社,064M]20.五、结束语随着人们生活水平的提高,人们对于自身的居住环境的舒适性、安全性和可持续发展性有了更高的要求。

环境的持令作者简介:殷建玲,军械工程学院讲师,主要从事光子学及应用方面的研究通信地址:河北石家庄和平西路97号军械工程学院二系光纤muhcmoeueirorsprotterdtnlpiafesihtaioaotlirnicb技术研究所(邮编:000)503Eiynilg026.mma:iai20@13oljnnc鲁军,军械工程学院讲师,目前研究方向为光纤陀螺及其应用技术。

dcesggrsoenieieadtemaestineraiyocpos,sznhrlsnivtadniyicesnhrcsonniula—daincpbl.nraigtepeiinadatnceraitaait·roiyTecnetoCsie,adispcadatgs,hocpfPFigvnntseilavnaeapiainrsacrgessadfrgonnfepiplteerhporsenoerudibrotcoic刘军,军械工程学院副教授,目前研究方向为光纤陀螺用光源及相关技术研究。

读者服务卡编号010口yocp(OGaeeve.grsoeF)rvridtooweoKewod:feotgrsoe(O)pooirslyrsirpiyocpFG;htncytbccairC)apitnfePF;plaisb(co(上接l9页)Deinoauoaiulxstaknytmaensgfnatmtda-ircigssebsdocapoootielhtvlcclasRENe’SONGoWi,Ta●(上接42页)ta—fmcocailnuatsnoFiseimehnaaglreesrlarcra毫MialadrceKnlhe:.÷(esryai,utaSnoDnmcAsi)sr王mscmlesytsitaaeIiotopxsosenhmsmrttsenrsmesk.cmpsdnteslsfsae,onietmasiooe,ihmaltopcsfanresna(.eatetoltclEgnei,Tajnoainl2btcMioehncnuraesrsoeoe1prnfEeranierginiDmcinVctaloAsa:cmcailgltsonfhrtraaarenitClgMelryTni300,hnoleeotlg,ij040Cifauana2colofrainEgneigEEnvri.ShoIomtnier,HB1UistofnoneyfTcnlyTni300,hn)ehoo,ij041CiganaAbtatsrc:Anatmaida·xstaknytmaenuotculircigssebsdoapoootielsdsgeyuiglw—otpooesiehtvlcclieindbsocshtsnivasntarynneletmoootoytm.eotclagerasaditlgntrcnrlsseThpianlsiooaaesCeatmaialeuaetesnnfslrpnlabuotlrgltdwisaosadncyhmonnseeig.cueoelw—orsepcrutterig/vnnsBeasftopweleiihhc,ttlssepweosmpinwierdcdget.Teoytmorcnutlbeueralaolyhlvcuaumtaeeuecmpiaemoinawelahtxctsoltdctsolsspitaeeetoicruttdiehdvcadohsitdlcrnciiyorvteeienccr≯aazieosAa—fmcmcailglnletrpnenFiseioehnaauayss.larcnr≮reesonryaitdeitsaeanrrSsDnmciioudniprtsofmeossncp,rhwhcaifsaltedmaddytdySapiain,ihstilhensmaeboa’pltssecolepcaytoeoeatmoidsyaslfopitseilsfhuoteiut:malotrlhtvnrnmehnclrgens,hg,ln-emtblynetcecaiaugdesihogtrsait,ursitdirdsgfteoealiciiraoal,ocs,sbeadeinovrlcrutsesnbelwottlhanrlbeeil.aKewod:pooesiearymoooto;leiutyrshtsnivra;trcnrlsepcritc0fisftadA—0eictnalaeECQ10crfao.—yntiiKewod:aglrrtesruotesno;MESyrsnuaaesno;atmoiesrvM;fisfalae.i作者简介:作者简介:本文由奥地利SnoDnmis公司提供,本刊编辑翻译。

esryac任伟:天津冶金职业技术学院电气工程系教师。

主要从事电子电路、信号处理、传感器及自动控制系统的研究。

作者MiheKnl博士在弗劳恩霍夫研究所获得博士学calader位,主要致力于表面微机械集成压力传感器的研究。

自2007通讯地址:天津市北辰区学海道38号院电气工程系邮编:300040E~天津冶金职业技术学j年开始担任Snoyai公司惯性传感产品的研发经理,esrnmcDs主要为汽车和工业消费者提供技术支持,开展关于零失误安全的MEMS传感器的研讨,并与公众保持良好的关系。

有关信息咨询请电邮:vlesryac.c@snodnmisCC读者服务卡编号050口Malrdems16cmiwra@2.:o宋涛:河北工业大学信息工程学院研究员。

主要从事电子电路、传感器及传输系统的研究。

÷读者服务卡编号011口1本文由511313651贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。

建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。

任伟宋涛如:守,这些化电节的三极三极引起光照再通一侧管又西、间距统的可以的密00≯旃惫蹈《东蕊妻孽嚣;*§三、电机控制电路控制电路如图2所示。

Q和为西朝向光敏三极管,当其被太阳光照射时,电阻R上电压会增大,.三极管Q导通,电器向反转方向闭合,电机驱动支继架向西转动,直到Q和Q被遮住,电机停止。

白天2太阳在天空向西运动,电机会驱动支架一直跟踪。

当东朝向光敏三极管Q3Q受到太阳光照射(和此时e1和e照射不到,继电器吸合到电机正传方向)2,三极管Q导通,进而可控硅e导通,电机驱动支架向东67转动,直到Q1Q被照射到,可控硅复位,电机反和2转【,调整光伏电池板与太阳入射角垂直。

南北朝向的电机控制与此相同。

电路可满足4V,A直流电此85机驱动需求,加配减速器后可满足一般尺寸光伏电池板支架安装。

四、低功耗控制光伏电池系统一般都会有储能蓄电池,光伏电池板转化的太阳能通过充电电路传给蓄电池,一般来讲光伏电池的充电电势应该大于蓄电池,而一天中光伏电池系统的电势是变化的,在清晨太阳出现之前和日落之后这一段时间里,还有阴雨大雾等天气时,光伏电池的电势趋近于零。

我们设置一个电压比较电路,续恶化,全球气候变暖,让人们意识到时间的紧迫,人们开当太阳光线不够强、光伏电池电势达不到要求时,光伏电池系统处于休眠状态,此时电机控制系统会将光伏电池板转动到与地平面平行的角度,在大面积的光伏发电阵列中,这样始尝试使用安全无污染的清洁能源。

相关文档
最新文档