光伏发电逐日跟踪控制系统设计
光伏发电自动跟踪系统的设计
引言随着我国经济的快速发展，对能源的需求越来越大。
同时，大量化学燃料的使用，导致能源的迅速短缺与环境污染日益突出。
近年来由于人们对能源环境问题的日益关注，太阳能的应用与普及越来越受到人们的高度重视。
因此，清洁、可再生的新能源的应用已成为必然的趋势。
人类在开发利用能源的历史长河中，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期，仅是一个不太长的阶段，它们终将走向枯竭而被新的能源所取代。
人类必然及早寻求新的替代能源，研究和实践表明，太阳直接辐射到地球的能量丰富、分布广泛、可以再生、不污染环境，是国际社会公认的理想替代能源。
根据国际权威机构的预测，到21世纪50年代，即2050年直接利用太阳能的比例将会发展到世界能源结构中的13%到15%之间，而整个可再生资源在能源结构中的比例将大于50%。
太阳能将是目前大量应用的化石能源的主要替代能源之一。
以太阳能为代表的新能源和可再生能源是保护人类赖以生存的地球生态环境的清洁能源。
它将逐渐减少和替代化石能源的使用，它的广泛应用是保护生态环境，走经济社会可持续发展的必经之路。
第一章概述太阳能作为一种有巨大能量的可再生能源。
每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量。
开发和利用丰富、广阔的太阳能，可以对环境不产生或产生很少的污染。
太阳能既是近期急需的能源补充，又是未来能源结构的基础。
不论是从经济社会走可持续发展之路和保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来审视，还是从特殊用途解决现实能源供应问题出发，开发利用太阳能都具有重大战略意义。
1.1 选题意义1.1.1 太阳能是化石能源的主要替代能源之一在20世纪的世界能源结构中，人类所利用的一次能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。
随着经济的发展，人口的增加和社会生活水平的提高，未来世界能源消费量将持续增长，世界上的化石能源消费总量总有一天将达到极限。
随着化石能源的逐步消耗，能源危机已展现在人类面前。
在21世纪初进行的关于世界能源储量数据的调查显示：石油可采量为39.9年，天然气可采量为61年，煤炭可采量为227年。
单轴太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计 毕业论文
摘要以常规能源为基础的能源结构随着资源的不断耗用将愈来愈不适应可持续发展的需要，加速开发利用太阳能等可再生能源已成为人们的共识。
利用洁净的太阳光能，以半导体光生伏打效应为基础的光伏发电技术有着十分广阔的应用前景。
本课题主要论述了单轴太阳能自动跟踪系统的设计方法。
对自动跟踪控制系统的组成及其功能进行了详细的分析与研究，采用单片机AT89C52 作为控制芯片，设计了整套自动跟踪装置。
所设计出的系统具有体积小、功耗低、成本低、抗干扰能力强等特点。
单轴太阳能自动跟踪系统通过单片机控制系统自动跟踪太阳方位角，高度角可手动进行调整,使太阳能电池保持较大的发电功率。
通过对单轴自动跟踪系统与双轴自动跟踪系统发电效率的比较,理论证明它的可行性。
本设计取消了用于检测太阳能电池板法线与太阳光线间夹角的传感器，而直接利用太阳能电池板发电量作为角度调节依据实现控制。
我国牧区大量使用的是无跟踪的光伏系统，太阳能发电效率较低。
本文所述的单轴跟踪系统，结构简单，性价比高，特别适宜在这些地区使用。
关键词：光伏系统；太阳角自动跟踪；单轴跟踪系统AbstractWith the resources being used continuously, the energy structure based on Conventional energy resources will not more and more adapt to requirement of sustainable development. So accelerating the exploitation and utilization of renewable resources that solar energy is principle part has been our common ideas. Using the clean solar light energy, the technology of photovoltaic generating electricity is very promising. The thesis presents a new optimal design method.This thesis mainly describes a method of single axis solar energy automatic tracing system. Every part of this automatic system and its function are analyzed in detail. A set of automatic tracing device is designed with Microcontroller AT89C52. This system has four characteristics, such as smaller cubage, lower power, lower cost, more robust despite strong interfere. Moreover, some programs are designed to debug the designed system, to test its reliability and the results of test are given.Single axis solar energy automatic tracing system follows the orientation angle with Microcontroller system. Height angle can be adjusted by hand, it makes the solar cell keep the higher electricity power.The single axis solar energy automatic tracing system is compared with the double axis solar energy automatic tracing system. we testify its feasibility in theory. Double axis solar energy automatic tracing system consists of solar transducer, this device gets rid of transducer , it uses power of solar cell as angle regulation basis to realize controlling.In a pasturing area of our country, they use photovoltaic system without tracing device, solar electricity efficiency is lower, the tracing system we designed has better tracing effect, its configuration is simple, the capability price ratio is high, it is adapt to be use there in particular.Key words Photovoltaic system; Solar angle automatic tracing; Single axis tracing system目录中文摘要 (I)Abstract (II)1 引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题内容..................................................................................... . (1)2 自动跟踪控制的总体设计方案 (2)2.1 控制方法的确定 (2)本课题设计方法的提出 (3)单轴自动跟踪系统数学模型的建立 (4)2.2 设计任务 (4)设计目标................................................................................... .. (4)设计要求 (4)2.3 总体设计方案 (5)硬件设计方案 (5)软件设计方案 (6)2.4 可靠性设计 (6)单片机应用系统的硬件抗干扰技术 (6)单片机应用系统的软件抗干扰技术 (7)3 太阳能光伏发电系统的基本组成 (9)3.1 概述................................................................................. (9)3.2 太阳能电池................................................................................. (9)太阳能电池工作原理 (9)太阳能电池的分类 (10)4 太阳能辐射能量分析 (13)4.1 日照时间和太阳位置的计算 (13)太阳能中天文参数的计算 (13)水平面太阳位置的计算 (14)4.2 太阳辐射能的有关计算 (15)5 控制系统的硬件设计 (16)5.1 总体设计方案 (16)5.2 单片机AT89C52简介……………………………..……….….……………………..…165.3 时钟芯片的选择 (17)5.4 印刷版电路的制作 (17)5.5 电机控制电路 (18)5.6 电机驱动电路 (19)6 控制系统的软件设计 (21)6.1 主程序设计 (21)6.2 喂狗程序 (21)6.3 电机驱动程序设计………………………………………..……….….………………..246.4 数据采集处理程序设计 (24)数据采集子程序 (24)数据处理子程序 (25)6.5 外部中断INT0 中断服务程序设计 (26)6.6 自动控制的优化设计 (27)7 结论 (28)8 致谢 (29)参考文献 (30)附录系统总原理图1 引言1.1 课题背景能源问题关系到经济是否能够可持续发展。
太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计
太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计摘要：为了提高太阳能的利用效率，设计了太阳能光伏发电自动跟踪控制系统。
本文首先对光伏发电进行了简述，介绍了光伏电池的发电原理及光伏发电的优点和不足；其次对光电跟踪和太阳运动轨迹跟踪这两种自动跟踪方式进行了探讨；最后对自动跟踪控制系统设计进行分析。
关键词：太阳能；自动跟踪；视日运动跟踪；光电跟踪；硬件；软件引言随着全球工业的快速发展，全球能源匮乏和大气污染日益严重。
太阳能作为一种清洁可再生能源，对解决以上问题起到了不可替代的作用。
我国太阳能资源丰富，分布广泛，提高太阳能的利用率，可为我国经济的可持续发展提供强有力的动力支援。
当前，如何提高太阳能的接收效率成为研发的重点。
一、光伏发电1.1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，其原理是一致的，如图1所示。
图1光伏电池的发电原理图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。
1.2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。
（2）光伏发电不会产生噪声、有害气体、磁场、光等对人体造成影响的污染物，是真正的绿色环保能源。
（3）适合于各种有太阳光照的环境，一旦安装调试成功，无需进行材料的运输。
（4）当前的光伏设备的使用寿命一般长达25年以上，随着工艺和技术的提高，其使用寿命还会不断增长。
1.3光伏发电的不足光伏发电的能力与太阳光的强度有着直接的关系，当前社会上的光伏设备一旦安装，在一天之中，其发电的能力随着太阳的转动而不同，这使得发电的效率受到极大的影响。
另外，自然界中的风也可能改变光伏电池原有的位置，严重影响光伏电池的发电效率。
光伏发电光源跟踪控制系统设计
光伏发电光源跟踪控制系统设计摘要：本系统设计方案是基于单片机完成的, 该设计使用光敏三极管来检视太阳光源的位置，并将信号传输给单片机，经过单片机的操作和处理来将光源位置传输同步给步进电机，步进电机将驱动太阳能电池板与太阳光源垂直，使其跟随光源运动。
同时将光敏传感器检测的信号显示在液晶屏幕上。
关键词：光源；单片机；传感器1、引言由于现代社会新能源的发展较为缓慢，新能源呼声成为当前科学家研究的出发点，如太阳能和风能。
而其中太阳能源最能引起科学家的研究和利用，太阳能光源的可再生能源就成为许多科学家注意力和研究的焦点。
光作为地球上一种可再生的新型能源，相比其他能源，其主要特点是环保清洁，但是由于太阳照射在地球上有着分布不均，随着时间的变化光照强度会产生变化等特点，就会导致大部分的设备对光的利用率大大降低，我们所能利用的仅仅是其中的一小部分。
因此，光源跟踪可以自动且不需要让人为干预的跟踪太阳的位置，加强了对光的利用。
2、电源电路电源电路是整个系统最不可或缺的，其设备需要依靠电源才得以工作，在电源的选择上，三端集成稳压器件由简单的稳压电源组成，性能稳定，工作可靠，调节方便，已逐步取代分立元件，广泛应用于生产中。
本文介绍了一个用AT89C51单片机控制的输出为±5V直流电压的7805三端集成稳压电源电路，并给出了主要器件的型号及参数。
该稳压电源适用于各种电子设备的供电。
由于它是一个小系统，我们使TRAN-2P2S电源供电+5V稳压电压。
3、液晶显示电路液晶显示电路采用LCD1602，是目前使用最多的液晶显示器之一。
它是由字符型液晶显示屏。
显示单元和控制电路组成的一个有机整体。
由于该装置采用了独特的技术，所以具有体积小，重量轻，功耗低，寿命长，可靠性高等特点。
本文对该电路作一些介绍。
控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，它的内部元件有很少的电阻分部，而在主板上却构成电容元件、电阻等元件。
太阳光自动跟踪系统课程设计
太阳光自动跟踪系统课程设计太阳光自动跟踪系统，听起来是不是有点高大上？其实说白了，就是一个能自动跟着太阳转的设备，简单点说，就是“阳光大追踪”。
你是不是已经想象到那个阳光照射下来，跟着阳光走，一直不离不弃的场景了？其实这就是太阳能发电的一个重要环节，咱们把它搞得聪明一点，让它自己动起来，追着太阳走，这样能更好地吸收阳光，提高发电效率。
不信？你往下看，保证让你眼前一亮。
咱得知道，太阳能发电要靠阳光。
你想呀，太阳一出来，咱们就等着吸收它的能量，但光照强度不同的时候，怎么能最有效地利用太阳能呢？这时候，咱们就得用太阳光自动跟踪系统了。
这个系统呢，通俗点说，就是给光伏电池板装上一双“眼睛”，让它能看到太阳，然后根据太阳的位置，自动调整角度。
就像咱们平常看电影的时候，电视遥控器能调节角度一样，太阳光自动跟踪系统就能调整光伏板的方向，使其始终对准太阳，保证最大限度地吸收太阳能。
你要是问，为什么不直接让太阳能板朝一个固定的方向就行了呢？唉，这问题可难不倒我。
因为太阳从早到晚的路径是不一样的。
早上从升起，下午落到西方，你要是把光伏板固定不动，太阳照射的角度就会一直变化，结果呢，电池板吸收的太阳能就不够多，效率也就大打折扣了。
对吧？就像你一整天都对着太阳背面站，怎么可能晒到好太阳？不过，太阳光自动跟踪系统就不同了，它能通过一系列巧妙的装置，全天候调节板子的角度，始终保持最优的光照位置。
这一切的核心其实就是那些传感器。
别看它们个头不大，作用可不小。
它们会感应太阳的位置，然后通过控制系统计算出光伏板应该转到什么角度。
然后，电机一启动，板子就开始转动，跟着太阳跑。
这过程啊，看着真是简单，实际操作起来，可是有一套复杂的技术在里面。
你想想，传感器得精确，电机得有劲，还得考虑到各种环境因素，比如风速、温度啥的。
这就像是在和太阳斗智斗勇，你追我赶，谁也不愿意掉队。
其实你仔细想想，太阳光自动跟踪系统就像是一个忠实的小跟班。
它总是默默地执行着它的任务，似乎没什么大不了的，但它的努力却决定了电池板的吸收效率。
基于光伏发电的自动跟踪系统的设计方案
基于光伏发电的自动跟踪系统的设计方案跟踪系统设计方案2.1控制方法的确定2.1.1该领域现有的控制方法太阳电池方阵的发电量与入射角有关，光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，改变入射角，发电量明显下降。
基本原理与结构：由两台电动机和减速机分别构成方位角转动机构和高度角转动机构，光电传感器置放大，与太阳电池板方阵平面垂直安装。
随着光线方向的细微改变，传感器失衡，引起系统输出信号产生偏差，当这一输出信号达到一定幅度时，方向开关电路启动，执行机构开始进行纠正，使光电传感器重新达到平衡，即太阳能电池板方阵平面与光线成90度角而停止转动，完成一次调整周期。
如此不断调整，时刻沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构成一个闭路负反馈系统，实现了跟踪。
该系统不需设定基准位置，跟踪器永不迷失方向。
系统设有防杂光干扰及夜间停止跟踪电路，并附有手动控制开关，以方便调试[4]。
系统结构如图2-1所示。
阴天或太阳被云层遮挡时，光线很弱，发电量极小，跟踪将无意义，系统会自动停止跟踪。
即使天边某处透出相对较亮的光线，跟踪器也不会被误导跟踪，实现了防杂光干扰。
云散日出时，自动跟踪器即时响应，找到太阳，跟踪到位。
傍晚光线消失，已不能发电，传感器会发出信号，夜间停止电路启动，并转回到，转动机构上下终点共设 4个限位开关，以防万一出轨。
图2-1 双轴光伏发电自动跟踪系统结构框图跟踪器所用传感器有三种：方位和仰角太阳传感器，风力传感器，日光开关。
太阳传感器是把聚光电池阵列法线偏离太线的角度信号转变为电信号的装置，它是跟踪系统的重要部件，在很大程度上决定跟踪的精度。
太阳传感器测量太阳的方位，如有偏向，通过驱动电机的运转使电池阵列对准太阳。
风力传感器采用感应式器件，当风力达到一定强度（如8级风）时，控制器控制仰角驱动电机转动，使阵列向水平方向运行，直到阵列受力最小为止。
在这种状况下，仰角驱动电机，不受方位太阳传感器控制[5]。
日光开关也是采用光敏器件，使白天太阳能电池阵列受方位太阳传感器控制而运转；夜间，阵列不受方位太阳传感器控制，而仅受日光开关控制向向运行，即阵列返回到早晨初始位置。
PLC的光伏发电逐日系统模板
基于PLC的光伏发电逐日系统第一章绪论1.1发展太阳能的意义掌控能源是一个国家立足振兴的资本，能源相较于国家社会，好比神经系统对于人类本身一般重要。
远古时期，人类掌控了火的简单运用，自此人类得以发展起来，而食用熟食更是进一步促进了大脑的发展。
远古人类运用火，不仅仅保护自己，使自己的生存条件得到保障，安全性能大大提高，而且运用火的过程，还使用火作为武器，使文明与种族得以延续，且促使自身得到发展。
蒸汽机的使用与改良，改变了人类社会的秩序。
小作坊被大工厂代替，生产效率与载物能力的巨大提升，远洋航行随时可以进行。
但煤炭的大量燃烧造成环境的污染与破坏，并会引发各种呼吸性的疾病。
接下来便是内燃机的使用，然而石油作为重要的化工原料，与我们衣食相关，在我们生活的哪一方面都是不可或缺的。
这些能源的开发利用给人类社会带来了巨大的经济效益与社会繁荣，然而把煤炭石油作为燃料燃烧来提供动力却是一种巨大的浪费，这是因为它们本可以具有更大工业价值。
但由于技术成本等原因不能够达到要求，因而不得已以如此低下的能源运用率使用它们，但这是不可避免地过程，故不充分且不洁净的使用这些化石燃料，也为人类社会带来了巨大的隐患，如全球变暖，酸雨雾霾等一系列污染问题。
由能源问题而引起的战争冲突更是比比皆是。
环境的污染与生态的破坏严重威胁着人类的生存和发展。
使用清洁能源来代替化石燃料迫在眉睫。
在环境污染与再生方面，风能、太阳能等能源因他们清洁无污染，相对与化石能源和核能具有巨大的优势，而被人们越来越广泛的应用到工业生产、生活娱乐等领域。
然而这些清洁能源会因时间、季节以及气候等因素的改变而变化，因而他们是不连续的，但是人类社会对于能源的需求确是持续不断的且在平稳增长的。
因此，解决可再生能源不连续的一种有效途径便是多种能源运用相结合的方式。
这同时也是减少环境污染问题，缓解能源危机的好办法。
相比其他清洁能源如潮汐、风电、核能等，太阳能以其特有的优势而被人们所重视。
太阳能电站自动跟踪式控制系统的设计
太阳能电站自动跟踪式控制系统的设计摘要由太阳能电池板的特性可知，它的发电量与照射到它上面的光照强度成正比，而接受太阳的直射光，可以得到太阳的最大光照强度。
采用相同功率的太阳电池板，自动跟踪式光伏发电设备要比固定式光伏发电设备提高发电量至少在40%以上，成本下降30％。
本文介绍了一种新型的太阳能电站自动跟踪式控制系统，该系统具有高可靠性、高稳定性、高抗干扰性，可以广泛推广应用，达到实时跟踪太阳的效果。
关键词光电检测；自动跟踪；单片机0 引言传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源，因此太阳能光伏发电以系统是一个重要的发展方向。
只有光伏组件能够时刻正对太阳，效率才会达到最佳状态，所以需要太阳能电站自动跟踪式控制系统来完成。
1 太阳能电站自动跟踪式控制系统的组成1.1光传感器的设计利用硅电池片的光电特性，采用硅电池片作为光感元件，研制太阳能光控跟踪器。
1.1.1光传感器设计结构光传感包括3个部分，水平传感器、仰俯传感器、光强传感器。
其中仰俯传感器、水平传感器结构相同，摆放位置不同；光强传感器与前两个传感器机构相似，图1为仰俯传感器、水平传感器的原理图，图2为光强传感器的原理图。
图1图2图1中两个受光面1、2各贴放一个硅电池片，可以接受从空中透过的光。
A部分为涂黑遮光处，以避免漫反射光对硅电池片的干扰。
在两个A部分中间为透明，面积大小为硅电池片面积的大小，这样可以准确捕捉到光，准确无误不受干扰。
在受光面1、2的保留倾角α可以更好的提高捕捉灵敏度。
图2中受光面1贴放一个硅电池片，接受从空中透过的光直接检测光的强度。
1.1.2工作原理图3图3为3个传感器的安装示意图，当光强传感器中硅电池片5输出的电压信号超出设定的光控工作值时，控制器启动光控程序，根据水平传感器与仰俯传感器输出地信号调整电机工作，直至水平传感器与仰俯传感器输出平衡信号，停止电机动作。
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光伏发电逐日跟踪控制系统设计
李燕斌，谭 阳，王海泉，陈金环
(中原工学院电子信息学院，郑州 450007)
摘要：为了提高光伏发电的转换效率，采用视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合的跟踪方法，基于
TMS320F2812为控制核心设计了光伏发电逐日跟踪控制系统。与以往不同的是，对视日运动轨迹跟踪在跟
踪控制策略上作了优化，即系统通过天文公式计算并调整电池板到此时后15分钟时刻的太阳位置，等待15
分钟再启动光电跟踪校正由计算产生的太阳位置误差，再等待15分钟，完成一次跟踪。实验表明，该系统
跟踪精度高、功耗低、稳定性强。
关键词：光伏发电 逐日跟踪 DSP 太阳能电池板
中图分类号:TP29；TM615 文献标识码:A
1引言
光伏发电作为太阳能利用的主要方式之一，由于其受太阳光照间隙性、强度和方向不确定性影响，光
电转换效率低，且成本比较高。虽具有清洁环保、储量巨大、可再生等优势，但仍然未被广泛推广运用。
为此，人们在研究提高光电转换效率时，采用太阳跟踪技术，设计光伏发电跟踪控制系统，不仅可以提高
转换效率，还有效地降低了成本。
2跟踪控制方法的优化
目前，光伏发电跟踪控制系统采取的跟踪方法主要有：光电跟踪与视日运动轨迹跟踪。这两种跟踪方
法都存在各自的优缺点。为了提高跟踪精度，人们更多选择了光电跟踪与视日运动轨迹跟踪相结合的混合
跟踪控制方法[1]。如文献[2]中，根据不同天气情况，在晴天时，采用光电跟踪模式；在阴天时，切换到视
日运动轨迹跟踪模式，两种跟踪模式相互切换实现高精度太阳跟踪的目的。又如文献[3]中，采用两级混合
跟踪，第一级采用视日运动轨迹跟踪，第二级采用光电跟踪，且在一个调整周期中先后完成这两种跟踪方
法。实际上，这种跟踪方法为滞后跟踪（正向跟踪时）或超前跟踪（反向跟踪时）[4]，即电池板法线始终滞
后或超前太阳入射光线。虽然这些跟踪方法可以通过缩短跟踪时间间隔来提高太阳辐射利用率，但增加了
系统的功耗和电机启动停止频率，从而减少了电机本身的寿命[5]。为此，本文采取一种交错跟踪方法，可以
在不增加系统功耗和电机启动停止频率的条件下提高太阳辐射能量利用。
图1为跟踪模型图。假设系统跟踪过程中，太阳在At时刻A处的运行位置和电池板重合，此时控制系
统立即启动视日运动轨迹跟踪模式让电机带动电池板旋转到Bt时刻的B处，再等待跟踪时间间隔T，太阳
运行到C处。在此过程中，太阳运行必定经过B处与电池板位置重合。完成一个周期跟踪调整，如此循环，
实现全天自动跟踪太阳的目的。电池板法线与太阳入射光线的位置关系为超前、重合、滞后。若跟踪时间
间隔hT5.00（h为小时），可以把太阳运行近似看成是匀速的，则B位置为太阳在At和Ct的中间时
刻位置。该方法产生的跟踪误差只来源于太阳位置计算的精确和电机本身。本文为了精确跟踪太阳位置，
在太阳与电池板重合的时候还可以启动光电跟踪。
A
B
C
图1 跟踪模型图
3系统结构及工作原理
3.1系统结构组成
系统主要由控制器、时钟模块、光电检测模块、位置检测模块、驱动执行机构、太阳能电池板等部分
组成。DSP作为整个控制系统的核心部分，负责运算和控制。时钟模块负责把全年每天的时间信息提供给
DSP。光电检测模块包括四象限探测器、调理电路、A/D转换电路等。位置检测模块包括光电编码器、正交
编码电路等。驱动传动执行部分包括驱动电路和步进电机、传动机械装置等组成。图2为光伏发电逐日跟
踪控制系统结构图。
DSP
时
钟
信
息
位置传感器
光电传感器
驱动电路光伏电池板直流
减
速
电
机
图2系统结构框图
3.2系统工作原理
光伏发电逐日跟踪控制系统采用视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合来实现。与以往控制策略不同，
对跟踪控制方法作了优化，即在跟踪时刻选择视日运动轨迹跟踪模式调整电池板到后15分钟时刻的位置，
等待15分钟，此时再启动光电跟踪模式校正天文公式计算太阳位置产生的误差。当光电检测模块检测到位
置信号的电压差值超过阀值，立即将此信号放大，再通过控制器发出指令驱动电机旋转，直至压差小于阀
值，保证电池板精确跟踪到太阳。再等待15分钟后，进入下一次跟踪，如此循环，实现全天跟踪。
4硬件设计
DSP控制器因其先进的软、硬件结构，且具有事件模块管理功能及快速的中断处理功能，以及日趋低
价位的特点，越来越成为一种极为方便的实现数字化控制的微处理器[6]。因此，本文选用合众达
SEED-DSKF2812开发板作为光伏发电跟踪控制系统的核心。
时钟模块：合众达 SEED-DSKF2812开发板上配置有 X1226 实时时钟 + 串行 EEPROM，可以产生
年、月、日、星期、时、分、秒等实时时间信息，还有 512×8-位 EEPROM，采用串行 IIC 与微处理器接
口，可以用来存储定值，非常适合于工业控制场合。X1226与F2812及晶振连接如图4。
1
23487
6
5F2812P34P40
V
CC
V
BACK
X1226
GND
SCL
SDA
IRQ
图3 X1226与F2812及晶振连接图
光电检测模块：图4是四象限探测器的模型图，它是光电检测的主要部分。本文选用Silicon PIN四象
限光电探测器QP50-6TO8S。该器件为反向偏置的半导体二极管阵列，由于器件象限化，因此当被测物的光
斑辐射到器件各象限的辐射通量相等时，各象限输出的光电流相等。当目标发生偏移时，象限辐射量的变
化将引起各象限输出光电流的变化，由此可以测出太阳的方位并实现跟踪。
B A
C D
北
西
南
东
图4 四象限探测器模型图
A
B
图5 两象限压差检测电路图
驱动执行机构：本文选用直流减速电机作为驱动机构，它内部的减速机构简化了系统机构设计。利用
L298N为控制芯片去驱动直流减速电机。L298N是双H桥高电压大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑
电平控制，驱动电压可达46V，直流电流总和可达4A，内部有2个完全相同的PWM功率放大回路，两路
输出可分别控制水平方向和俯仰方向旋转。其与电机的驱动电路如图6所示。
ENA +VSS
ENB +VS
SENSE A OUT1
SENSE B OUT2
IN1
OUT3
IN2
IN3 OUT4
IN4
GND
L298N
VDD
VCC
IC
GPIOB0-PWM7
GPIOB0-PWM8
PWM1
PWM2
PWM3
PWM4
F2812
M2
M1
图6 直流电机驱动电路图
5软件设计
系统流程图如图5所示。系统首先初始化相应模块，再读取当前时间，判断是否在白天的7:00—18:00。
系统首次跟踪时刻在7：00时，选择视日运动轨迹跟踪方法让电机旋转到7:15时刻的位置，到7：15时再
通过光电检测模块检测光强偏差是否超过阀值，若超过光强阀值，则启动光电跟踪，再延时15分钟到7:30
时刻进入下次跟踪。如此循环，到18:00时刻系统停止跟踪，实现全天自动跟踪太阳的目的。
开始
系统初始化
计算太阳在T+15分钟时刻的方
位角和高度角
否
是
读取RTC X1226
是否在7:00—18:00之间？
是
否
是否到达光强偏差阀值？
光电跟踪
是否为跟踪时刻T？
控制电机旋转到目标位置
是
延时15分钟
否
停止跟踪
延时15分钟
图5系统控制流程图
6系统运行结果与总结
本文设计的光伏发电逐日跟踪控制系统在晴天运行良好，短暂阴云天可以自动停止光电跟踪，只进行
视日运动轨迹跟踪，长时间的阴雨天系统停止跟踪。
参考文献
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