太阳能自动跟踪控制器电路
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计引言：太阳能光伏发电已经成为可再生能源中最受关注的一种技术。
光伏发电效率受到太阳光照的影响，传统的固定光伏发电系统效率较低。
为了优化光伏发电系统的效率，设计了一种单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统，能够根据太阳位置自动调整光伏板的角度，最大限度地提高太阳能的利用效率。
一、系统工作原理：该单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统由光敏电阻、测量电路、控制电路和执行机构组成。
光敏电阻负责感应太阳光照强度，传递给测量电路进行电信号转换。
控制电路接收到转换后的信号，并与事先设定的峰值进行比较。
然后，根据比较结果来控制执行机构，使光伏板按需自动调整角度。
二、光敏电阻的选择：光敏电阻是该系统中最重要的一个元件，因为它直接影响到系统的准确度和稳定性。
在选择光敏电阻时，需要考虑以下因素：光敏电阻的特性曲线、光敏电阻的响应时间、光敏电阻的阻值范围等。
一般建议选择具有较高灵敏度和稳定性的光敏二极管。
三、测量电路设计：测量电路的作用是将光敏电阻的电信号转换为适合控制电路处理的电信号。
测量电路一般由信号放大器、滤波器和模数转换器构成。
信号放大器用于放大光敏电阻产生的微弱电信号，滤波器用于去除噪声和杂散信号，模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号。
在设计过程中，需要合理设置放大系数和滤波参数，以确保测量电路的准确性和稳定性。
四、控制电路设计：控制电路是系统的核心部分，其功能是根据光敏电阻测量电路输出的信号，与事先设定的峰值进行比较，并根据比较结果来控制执行机构进行角度调整。
控制电路一般由比较器、运算放大器和逻辑电路构成。
比较器用于将输入信号与参考信号进行比较，运算放大器用于放大比较结果的差别，逻辑电路用于判断角度调整方向，并控制执行机构的运动。
五、执行机构设计：执行机构是该系统中最关键的部分，其功能是根据控制电路的指令，使光伏板按需自动调整角度。
常见的执行机构有两种：电动执行机构和气动执行机构。
太阳能自动跟踪系统的设计
太阳能自动跟踪系统的设计解决方案：跟踪系统驱动器接口电路步进电机驱动电路限位信号采集电路太阳能是已知的最原始的能源，它干净、可再生、丰富，而且分布范围广，具有非常广阔的利用前景。
但太阳能利用效率低，这一问题一直影响和阻碍着太阳能技术的普及，如何提高太阳能利用装置的效率，始终是人们关心的话题，太阳能自动跟踪系统的设计为解决这一问题提供了新途径，从而大大提高了太阳能的利用效率。
跟踪太阳的方法可概括为两种方式：光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。
光电跟踪是由光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机，计算机运行程序调整采光板的角度实现对太阳的跟踪。
光电跟踪的优点是灵敏度高，结构设计较为方便；缺点是受天气的影响很大，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，会导致跟踪装置无法跟踪太阳，甚至引起执行机构的误动作。
而视日运动轨迹跟踪的优点是能够全天候实时跟踪，所以本设计采用视日运动轨迹跟踪方法和双轴跟踪的办法，利用步进电机双轴驱动，通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制，实现对太阳的全天候跟踪。
该系统适用于各种需要跟踪太阳的装置。
该文主要从硬件和软件方面分析太阳自动跟踪系统的设计与实现。
系统总体设计本文介绍的是一种基于单片机控制的双轴太阳自动跟踪系统，系统主要由平面镜反光装置、调整执行机构、控制电路、方位限位电路等部分组成。
跟踪系统电路控制结构框图如图1所示，系统机械结构示意图如图2所示。
任意时刻太阳的位置可以用太阳视位置精确表示。
太阳视位置用太阳高度角和太阳方位角两个角度作为坐标表示。
太阳高度角指从太阳中心直射到当地的光线与当地水平面的夹角。
太阳方位角即太阳所在的方位，指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角，可近似地看作是竖立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方的夹角。
系统采用水平方位步进电机和俯仰方向步进电机来追踪太阳的方位角和高度角，从而可以实时精确追踪太阳的位置。
上位机负责任意时刻太阳高度角和方位角的计算，并运用软件计算出当前状况下俯仰与水平方向的步进电动机运行的步数，将数据送给跟踪系统驱动器，单片机接收上位机送来的数据，驱动步进电机的运行。
太阳能自动跟踪发电控制系统开发与设计
太阳能自动跟踪发电控制系统的开发与设计摘要：当前,由于技术条件限制,光伏发电的转换效率很低,严重制约了太阳能发电的发展与普及,因此,在现有条件下,寻求一种实用的方式去提高太阳能的发电效率是非常必要的。
实践证明,太阳能的发电效率和太阳能电池板与太阳光线的角度有很大关系,太阳能发电中,太阳能电池板实时和太阳光线保持垂直能在很大程度上提高太阳能的发电效率。
本文针对如何提高太阳能发电效率的问题,提出了采用自动跟踪的方法,让自动跟踪系统对太阳的运动轨迹作出实时判断,从而使太阳能电池板实时和太阳光线保持垂直,提高光伏转换效率。
关键词：太阳能；自动跟踪；发电控制系统；开发与设计中图分类号：tk511 文献标识码：a 文章编号：1.引言地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题。
同时，太阳能也是一种洁净的能源，在开发和利用时，不会产生废渣、废水、废气，也没有噪音，更不会影响生态平衡。
但是，太阳能的利用有它的缺点：一是能流密度较低，日照较好的，地面上1平方米的面积所接受的能量只有1千瓦左右。
往往需要相当大的采光集热面才能满足使用要求，从而使装置地面积大，用料多，成本增加。
二是受大气影响较大，给使用带来不少困难。
本文设计一种基于gps定位及太阳方位计算的的太阳自动跟踪装置，该装置能自动跟踪太阳的运动，保证太阳能设备的能量转换部分所在平面始终与太阳光线垂直，提高设备的能量利用率。
与此同时加以风力发电机辅助发电给蓄电池充电，进而在夜间给路灯提供电源。
2 太阳能自动跟踪系统硬件设计2.1 太阳能自动跟踪系统的机械构成及工作原理太阳能自动跟踪系统的机械结构由太阳能电池板、减速电机、齿轮传动机构、基座等构成。
基座主要支撑和固定太阳能自动跟踪器。
当太阳照射角度发生变化时，垂直方向（y）和水平方向(x)的减速电机就会相应的通电转动，通过齿轮机构传动使太阳能电池板始终与太阳光线垂直，即获取到最大的太阳光照能量。
整个装置由机械部分和控制部分组成。
太阳能跟踪控制器硬件设计
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图 ３ １ 系统 总 体框 图 ．
图 ３ ３ 电源供 电 电路 ．
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１２ — ８
计算 机光盘 软件 与应用
２１ ０ １年第 ｌ ６期
Ｃ ｍ ｕ ｅ ＤＳ ｆ ｗ ｒ ｎ ｐ ｌ ｃ ｔｏ ｓ ｏ ｐ ｔ ｒＣ ｏ ｔａ ｅａ ｄＡ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ
ｃ ｎ ｇ ｒｔ ｎ８ｂｔａ ａｏ 。０ｄｇｔＩｃ ｎ ｅｔｒ ｓ ａ ｒｃ ｓｉｇ ｕ ｉ，ｈ ｔｄｏ ｅ ｉｔｎｉ ｉ ｕｔ Ｅ Ｒ ｏ ｆ ｕａｉ ，．ｉ ｎ ｌｇｔ．ｉｉ ｏ ｖ ｒ ｉ ｌｐｏ ｅ ｓ ｎｔ ｏｏ ｉｄ ｎｅ ｓ ｙ ｃｒ ｉＥ Ｐ ＯＭ ｉｃｉＬ ｉｄ ｓ ｉ ｏ ａ ｅ ｇ ｎ ｎ ｐ ｔ ｃ ， ｃｒｕｔ ＥＤ ｄｏ ｅ ，
ｏ ｔ ｕ ｗ ｅ． ｉ ｒｉｌ ｅ ｃ ｉｅ ｅ ｏａ ｒ ｃ ｎ ｙ ｔｍ ｏ ｔｏ ｈｅ ｒ ｎ ｔ ｅ ｙ ｔ ｍ ａ ｄ ｒ ｏ ｐ ｎｅ ｔ ｎ ｏ ｔｏ ｕ ｐ ｔｐｏ ｒＴｈＳ ａｔｃｅ ｄ ｓ ｒｂ ｓ ｔ ｓ ｌｒｔａ ｋｉｇ ｓ ｓｅ ｃ ｎｒ ｌｔ ｏ ｙ ａ ｄ ｓ ｓｅ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｃ ｍ ｏ ｎ ｓ ａ ｄ ｃ ｎ ｌ ｈ ｈ ｒ ａｇ ｒ ｈ ． ｅ ｄ ｓｇ ｆ ａ ｔａ ｋｎ ｎ ｉ ｌ ｔ ｃｕ ｅ ｎ ｅｉｂ ｅ ｃ ｎ ｏ ｆ ｄ ａ． ｘ ｓ ｓ ｌｒｔａ ｋ ｎ ｙ ｔｍ ｒ ｖ ｓ ｔｅ ｌ ｏ ｉ ｍｓ功 ｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｃ ｉ ｇ ａ ｄ ｓ ｔ ｍｐｅ ｓ ｕ ｔｒ ｄ ｒ ｌ ｌ ｏ ｔ ｌ ｏ ｕ １ ｉ ｏ ａ ｒ ｃ ｉｇ ｓ ｓｅ ｉ ｏ ｅ ｒ ａ ａ ｒ ａ ｍｐ ｈ
软件 设计 开 发
电路 实时采 样得 到 的光 强数 据 ，即两 个 Ａ ６０仪用 放大器 采样 到 Ｄ２ （ ）电源供 电电路 三 Ｄ ００ 模 Ｐ 电路外 接 电源 从 Ｊ 输 入 ，整流二 极管 Ｉ４ ０ 起 到 防止 电源 的 电压 差值 ，通 过 Ａ Ｃ８ ９ 数转 换传入 ＣＵ之后 ，显示 到液 晶 ９ Ｎ ０７ 反 向 ， 以及 给 外 加 电源 滤 波 的 作 用 ， 紧 接 着 接 入 三 端 稳 压 器 屏 上 ，这样 可 以对 两路 光 强信 号进 行 实时 了解 。 Ｍ ７０ Ｔ的 Ｖ ｎ ，三端 稳压器 电压输入 端 Ｖｎ需 要一个 ｃ Ｃ８ ５ ｉ端 ｉ ３电容 （ ）模数 转换 电路 六 ｌｕ Ｏ Ｆ的 电容 进行滤 波 ，ＧＤ管脚接 地 。 Ｎ 本 设计 采用 的模数 转 换器件 是 Ａ Ｃ ８ ９ 它 是 Ｃ Ｏ 的 ８ Ａ Ｄ Ｄ０ ０ ， ＭＳ 位 ／ 转换器 ，片 内有 ８路模拟 开关 ，可控 制 ８ 个模 拟量 中 的一个进 入 （ 四）光 电检 测 电路 本设计使用 两个光敏二极 管作为光强 的检 测元件 ，每个 光敏二 转 换器 中。 Ｄ ０ ０ Ａ Ｃ８ ９的分辨 率为 ８位 ， 换 时间约 ｌＯｓ 转 Ｏｕ ，含锁存 极管分别接一个 总阻值 为 １Ｋ Ｏ 大小 的可 调 电阻 以及 ５ Ｖ电压， 作为一 控 制 的 ８ 多路 开关 ，输 出有三态 缓 冲器控 制 ，单 ５ 路 Ｖ电源供 电 。 Ａ Ｃ ８ ９引 脚连接 Ｄ ００ 路 光强检测 电路 。随着手 电筒模拟 太阳位 置的变化 ，即不 同光敏 二 极 管感受太 阳光 的光强变化 ，光 敏二极管 的阻值会相应 改变 ，则加 Ａ Ｃ ８ ９ 片有 ２ 条 引脚 ， Ｄ０ ０ 芯 ８ 采用 双列 直插式 封装 ， 图所示 。 如 在 光敏二极管两 端的电压也会 改变 ，则加在可 调电阻两端 的电压也 ＩＯ Ｉ７ Ｎ ￣ Ｎ ：８路模拟 量输 入端 。本设 计只 用 了 ＩＯ和 ＩＩ两路通 Ｉ ｑ Ｎ 肯定会产生变化 。在可调 电阻固定一个阻值大 小的情况下 ，手 电筒 道 ，分 别采 集水平 方 向 的电压差 值模 拟量 和垂直 方 向的 电压 模拟 在 不同位置 ，则 电阻两端的 电压也 会不 同；同时，手 电筒 固定一个 量 ，ＩＯ 第一 个 Ａ６ ０的 ０Ｔ端 口：Ｉ１ Ｎ接 Ｄ２ Ｕ Ｎ 接第 二个 Ａ ６０的 ＯＴ Ｄ２ Ｕ 位 置， 由于两个光敏 二极管想对 于光源 的位置和 角度也不相 同，则 端 口。 他六 个输入 通道 ， 其 全部 悬空 。因此 ， 需要在 ＩＯ和 Ｉ１ 只 Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ 必然会导致两个光敏检测电路可调电阻输出的电压不同。将这一对 之 间进 行选 择 。如 果要 选择 ＩＯ和 Ｉ１通道 ，ｃ地址 线总 是置为
一种太阳能电池自动跟踪系统的设计
８ ３ ０Ｉ
图 ３ １ 统 总框 图 － 系
ｐ Ｃ
（ ）东 西或 南北 传 感器 电信 号差 大 于 ０ Ｖ 时 陈 － 、 ． ２ 列跟踪 ． 否则 不跟踪 （ 、 到异 常情 况像 自然灾 害 时 ． 四） 遇 能够 采取 相应 的保护措 施 ， ： 如 遇冰雹 时 ， 列走 到垂 直状 态 ； 阵 台风暴
图 ３ ２所 示 。 —
这 样 就 把 ＭＣ 一 Ｉ的 串行 端 口 （ＸＤ和 Ｒ Ｄ） Ｓ５ Ｔ Ｘ 转
负载
换成标准的 Ｒ 一３ Ｓ ２ ２接 口 ．只要 用 一 根 通 信 电 缆将 该 通 信 端 口与 Ｐ Ｃ机 的 Ｃ Ｍ Ｅ连 接 起 来 。 写 好 通信 软 Ｏ Ｉ 编 件 ． 者就 可 以通信 了 二 本 系统 主要 工作 都 在无人 端 ｆ 位 Ｖ ） 行 。 下 Ｌ进 外接 一 通 信接 Ｖ 的有人 端ｆ 位Ｖ ） Ｉ 上 ｔ主要完 成 如 下功 能 ： （ ） 在接 收 到无 人端 的告 警信 号 时 ， 制 指示 灯 一 、 控 亮 并发 出告 警信 号 ， 由打 印机 打印 出相 应 的信 息 。
Ｏ 本 系统 的上位机是 配有 Ｃ Ｍ１ Ｃ Ｍ２口的 Ｏ 和 Ｏ （ ） 九 、本系 统不 考虑 风 力发 电机及 油机 的 故 障处 Ｃ Ｍ 口 Ｐ Ｃ机 。 由于 Ｒ 一 ３ Ｓ ２ ２采 用 负 逻 辑 ． ： 辑 １ … Ｖ 即 逻 ：５ 理。 均视为 理想状态 。 １Ｖ； ５ 逻辑 ０＋ Ｖ ＋ ５ ：５ １Ｖ。而 ＭＣ 一 １ 片机 的输 入 、 Ｓ５ 单 输 ３ 总体 系统结构 及控 制过程 简 述 、 出电平均 为 １ Ｌ电平 ． Ｔ 两者 的 电气规 范不 一致 。 以为 所
光伏发电控制电路原理
光伏发电控制电路原理
光伏发电控制电路的原理主要包括以下几个方面：
1. 最大功率点跟踪：控制电路通过实时监测太阳能板的工作状态，自动调节负载的工作点，使得太阳能板始终运行在最大功率点附近。
这样可以最大化太阳能板的输出效率，提高整体发电量。
2. 防止逆向电流：当太阳能板输出电压较低时，控制电路需要防止逆向电流的产生，防止对太阳能板造成损坏。
3. 防止过充和过放：当电池电压过高或过低时，控制电路需要停止充电或放电，以保护电池不受损坏。
同时，当电池温度过高时，也需要停止充电或放电，以防止电池热失控。
4. 智能充电：控制电路会根据电池的电量状态，自动选择合适的充电模式，如涓流充电、恒流充电和恒压充电等，以保护电池的寿命和性能。
5. 故障保护：当发生故障时，如短路、过载等，控制电路会自动切断负载，保护电路安全。
6. 监控和报警：控制电路还会实时监测光伏发电系统的运行状态，一旦发现异常情况，如电池电量过低、太阳能板输出异常等，就会发出报警信号，提醒工作人员及时处理。
总的来说，光伏发电控制电路的原理就是通过一系列的自动控制和保护措施，确保光伏发电系统的安全、稳定、高效运行。
家用太阳能聚光器自动跟踪系统的设计
本设 计 中的家 用太 阳能 聚光器 自动跟 踪 部分 主要 由讯 号单 元 、 制单 元 、 行单 元 、 电池组 ４ 控 执 蓄 个 单 元组 成 ， 其原理 方框 图如 图 １ 示 。该 控制 器一 维跟踪 工作过 程 如下 ： 所 当太 阳光 沿聚 光器 主轴 照
・６ ・ Ｏ
西 北 轻 工 业 学 院 学 器 工 作 原 理 方 框 图
角 简称 正午 太 阳高度 ， 即一 日内太 阳在 当地 的最大 仰角 ） 其大 小 随纬度 和季节 变化 而有 规律 地 变化 。 ， 某 地正 午太 阳高度 可 以用下 面 的公 式来 计算 ：
宁铎 刘 莉 萍 李 莉 ， ，
（ ． 西 科 技 大 学 自动 控 制 工 程 系 ， １陕 陕西 咸 阳 ７ ２ ８ ；． 西 科 技大 学 科 技 处 ， 西 成 阳 １ ０ １ ２陕 陕 ７２８） １ ０ １
摘 要 ： 对 家用太 阳能聚 光 器 的使 用特 点 ， 计 了一 种 由讯 号 单元 、 制 单元 、 行 单 针 设 控 执
元 、 电 池 组 组 成 的 太 阳 能 聚 光 器 自动 跟 踪 系统 ， 系统 采 用 一 维 驱 动 、 维 跟 踪 的 伺 服 蓄 该 二
机 构 ， 有较 高的运 行可 靠性 。 具
关键 词 ： 阳能应 用 ； 太 自动 跟踪 ； 射 式聚光 反 中图分 类号 ： Ｋ５ ３ ４ Ｔ １ ． 文献 标识 码 ： Ａ
动跟 踪 ， 而南 北方 向的跟 踪 由东西运 行 的拖动来 实现 。 由于太 阳对 地球 某地 的仰 角在 一年 四季 中 的变
化是 不规 则 的 ， 果在 实 现南北 跟 踪时 只是 简单地 利 用机械 装 置使 原动 机 构 的转 动转 换 成步 进 式 的 如 平 动 来 改变 聚光器 倾 角 的话 ， 然会 导致 跟踪 误差 加 大 ， 此采 用 了凸 轮传 动机 构 ， 现 了精 确 的二 必 为 实 维跟 踪 ， 原理 如下 所述 。 其
光伏跟踪控制器说明书
太阳能自动跟踪控制器使用说明书
太阳跟踪器控制器安装在太阳能光伏装置上，根据太阳光的位置，驱动电机，带动机械转动机构，始终跟随太阳位置运动。
当太阳偏转一定角度时（一般5--10分钟左右），控制器发出指令，转动机构旋转几秒钟，到达正对太阳位置时时停止，等待下一个太阳偏转角度，一直这样间歇性运动；当阴天或晚上没有太阳出现时停止动作；只要出现太阳它就自动寻找并跟踪到位，全自动运行，无需人工干预，东西向、南北向二维控制，也可单方向控制，使用电源直流6--24伏，机械驱动装置根据用户要求订做，或为用户设计生产.适用于太阳灶的自动运行及太阳能电池板的自动跟踪。
1. 跟踪起控角度:1°--10°（不同应用类型）
2. 水平（太阳方位角）运行角度：Ⅰ型0°--270°
3. 垂直（太阳高度角）调整角度：10°--120°（太阳光与地面夹角）
4. 传动方式：丝杠、涡轮蜗杆、齿轮
5. 承载重量:10Kg-- 50Kg
7. 电机功率：0.4W--35W
8. 电源电压 DC6V--24V
9. 运行环境温度：-40--85℃
10.运行时间≥10万小时
11.室外全天候条件运行
接线方法：
直流12V
红线为正极，绿线为负极。
注意不要
接反，否则会烧坏传感器。
蓝黑线接东西电机，看其电机转向，反接可以改变方向。
黄白接南北电机，看其电机转向，反接可以改变方向。
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太阳能自动跟踪控制器电路图
现有的太阳能自动跟踪控制器无外乎两种：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器，构成光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是使用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。
由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两种控制器很难使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。
这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器，但设在其输入端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。
每一组两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻；一只检测太阳光照，另一只则检测环境光照，送至比较器输入端的比较电平始终为两者光照之差。
所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳，而且调试十分简单，成本也比较低。
双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为VDD（＋12V）的 1/2。
光敏电阻 RT1、RT2与电位器 RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路，该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。
如图1所示，将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT4和RT2安装在另一侧。
当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线作用时，RP1和RP2的中心点电压不变。
如果只有RT1、RT3受太阳光照射，RT1的内阻减小，LM358的③脚电位升高，①脚输出高电平，三极管VT1饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与触点1闭合。
同时RT3内阻减小，LM358的⑤脚电位下降，K2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电机M正转；同理，如果只有RT2、RT4受太阳光照射，继电器K2导通，K1断开，电机M反转。
当转到垂直遮阳板两侧的光照度相同时，继由器K1、
K2都导通，电机M才停转。
在太阳不停地偏移过程中，垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化，电机M转——停、转——停，使太阳能接收装置始终面朝太阳。
4只光敏电阻这样交叉安排的优点是：（l）LM358的③脚电位升高时，⑤脚电位则降低，LM358的⑤脚电位升高时，③脚电位则降低，可使电机的正反转工作既干脆又可靠；（2）可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳板，避免将光敏电阻RT2、RT3引至蔽阴处的麻烦。
使用该装置，不必担心第二天早晨它能否自动退回。
早晨太阳升起时，垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等，这样，上述控制电路就会控制电机，从而驱动接收装置向东旋转，直至太阳能接收装置对准太阳为止。