自动跟踪太阳光伏发电设备控制器的设计
太阳能光伏控制器制作
太阳能光伏控制器设计、制作一、实验目的：1、了解太阳能光伏控制器的原理；2、了解控制器的设计过程；3、了解控制器PCB板的制作过程；4、了解控制器的焊装及调试二、实验设备计算机线路板雕刻机焊台数字万用表三、实验注意事项实验中注意严格遵照设备使用说明操作，注意安全；四、实验原理太阳能控制器是太阳能光伏系统中重要的组成部分,它在很大程度上决定了太阳能光伏系统的可靠性。
控制器的任务主要是实现太阳能对蓄电池的充电并保护光伏系统中的蓄电池。
1、 UC3906介绍UC3906作为密封铅酸蓄电池充电专用芯片，具有实现密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。
内含有独立的电压控制电路和限流放大器，它可以控制芯片内的驱动器。
驱动器提供的输出电流达25mA，可直接驱动外部串联调整管，从而调整充电器的输出电压和电流。
电压和电流检测比较器检测蓄电池的充电状态，并控制充电状态逻辑电路的输入信号。
图1 UC3906内部结构框图当电池电压或温度过低时，充电使能比较器控制充电器进入涓流充电状态。
当驱动器截止时，该比较器还能输出25mA涓流充电电流。
这样，当电池短路或反接时，充电器只能小电流充电，避免了因充电电流过大而损坏电池。
UC3906的一个非常重要特性就是具有精确的基准电压，其基准电压随环境温度而变，且变化规律与铅酸电池电压的温度特性完全一致。
同时，芯片只需1.7mA的输入电流就可工作，这样可以尽量减小芯片的功耗，实现对工作环境温度的准确检测，保证电池既充足电又不会严重过充电。
除此之外，芯片内部还包括一个输入欠压检测电路以对充电周期进行初始化。
这个电路还驱动一个逻辑输出，当加上输入电源后，脚7可以指示电源状态。
如图2所示，由RA、RB和RC组成的电阻分压网络用来检测充电电池的电压，通过与精确的参考电压（VREF）相比较来确定浮充电压、过充电压和涓流充电的阈值电压。
图2 双电平浮充充电器基本电路蓄电池的一个充电周期按时间可分为三种状态：大电流快速充电状态，过充电状态和浮充电状态。
基于单片机的太阳能追光系统设计
基于单片机的太阳能追光系统设计随着社会进步和科技发展，太阳能作为一种清洁、可再生能源越来越受到人们的关注和重视。
太阳能发电系统是利用太阳能源，将其转化为电能的一种装置，其中，太阳能追光系统是太阳能发电系统中重要的一部分。
本文将介绍基于单片机的太阳能追光系统的设计。
一、太阳能追光系统的原理在太阳能发电过程中，太阳能的转化效率与太阳光照的直射角度有很大的关系。
因此，为了达到最高的发电效率，需要保证太阳能电池板始终朝向太阳。
太阳能追光系统正是为了实现这一目的而设计的。
太阳能追光系统主要由光电传感器、驱动电机、单片机、各种电子元件等组成。
系统的工作原理如下：当光电传感器感知到太阳光照射到电池板上时，会向单片机发送信号，单片机会通过内部的程序算法计算出太阳的位置，并发出指令控制驱动电机调整电池板的位置，使其始终朝向太阳。
这样就能够最大程度地保证太阳能电池板的直接照射，从而实现最高的发电效率。
二、系统设计方案基于单片机的太阳能追光系统主要由以下几个部分构成：1.光电传感器光电传感器是太阳能追光系统的重要组成部分，它的作用是感知太阳光照射到电池板的情况，并将感知到的信息传输给单片机。
常见的光电传感器包括光敏二极管、光敏电阻等。
2.驱动电机驱动电机是用来调整太阳能电池板的方向的，可以根据单片机指令进行旋转。
现在市面上有很多种驱动电机，包括舵机、直流电机等。
驱动电机选择需要考虑功率大小、旋转速度、控制方便程度等因素。
3.单片机单片机是太阳能追光系统的核心部分，通过内部的程序计算太阳的位置，并发出信号控制驱动电机调整电池板的方向。
现在市面上常用的单片机包括51系列、STM32系列等。
4.电子元件太阳能追光系统还需要一些电子元件的配合工作，包括电容、电阻、二极管、发光二极管等。
三、系统实现方法太阳能追光系统的实现具体步骤如下：1.选用合适的光电传感器和驱动电机，并将它们与单片机相连通。
2.编写单片机程序，通过程序将光电传感器感知到的信息转化为太阳的位置，并发出右、左、上、下等指令控制驱动电机的转动。
太阳能追光系统毕业设计
太阳能追光系统毕业设计一、选题背景随着能源危机的日益严重，太阳能作为一种可再生、清洁、无污染的新型能源，逐渐得到了广泛的关注和应用。
而太阳能追光系统则是太阳能发电中非常重要的一环，其作用是使太阳能电池板始终面向太阳，以最大化地吸收太阳辐射能量，提高发电效率。
二、研究目标本次毕业设计旨在设计并实现一种简单、实用、高效的太阳能追光系统，使其能够自动调整光伏板朝向，并通过控制器对光伏板进行精准定位和跟踪，从而提高光伏板的发电效率。
三、研究内容1. 太阳位置检测模块：通过安装在追光系统上的传感器检测太阳位置，以便于系统自动调整光伏板的朝向。
2. 控制器设计：利用单片机等控制芯片设计控制器，实现对光伏板进行精准定位和跟踪。
3. 机械结构设计：根据追踪系统需要，设计出适合于支撑光伏板的机械结构，使其能够自由旋转，并实现自动调整。
4. 软件开发：编写控制器的程序，实现对光伏板的精准定位和跟踪，并提供人机交互界面。
四、研究方法本次毕业设计采用以下研究方法：1. 理论分析法：通过对太阳运动规律的分析，确定太阳能追光系统的设计方案。
2. 实验研究法：通过搭建实验平台，测试和验证系统的性能和可靠性。
3. 数值模拟法：采用计算机仿真技术，对系统进行数值模拟，优化系统设计方案。
五、预期成果1. 设计出一种简单、实用、高效的太阳能追光系统。
2. 实现对光伏板的精准定位和跟踪，提高光伏板发电效率。
3. 编写控制器程序，并提供人机交互界面，方便用户操作。
4. 发表学术论文或专利申请等相关成果。
六、工作计划本次毕业设计工作计划如下：1. 第一阶段（前期准备）：调研相关技术文献，了解太阳能追光系统的原理和设计方案，确定研究目标和内容。
2. 第二阶段（系统设计）：设计太阳位置检测模块、控制器、机械结构等，并进行方案评估和优化。
3. 第三阶段（软件开发）：编写控制器程序，并提供人机交互界面。
4. 第四阶段（实验测试）：搭建实验平台，测试和验证系统的性能和可靠性。
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。
毕设光伏发电终极论文
本科毕业设计论文题目：太阳能光伏发电光源跟踪控制系统—硬件部分院系：电子信息工程学院专业: 自动化班级：学生：学号：指导教师：2013年6月太阳能光伏发电光源跟踪控制系统——硬件部分摘要太阳能是一种非常具有开发潜力的能源，世界各国都在积极开发利用太阳能。
我国太阳能的利用，在近十年发展得非常迅速，但是我国的太阳能利用技术还比较落后，且太阳能利用的局限性很大。
为了进一步扩大太阳能的利用范围，提高太阳能的利用率，本文开发了一套太阳跟踪与驱动系统，该系统能够使太阳能利用装置时刻保持与太阳光线垂直，其结构简单、成本低廉且跟踪精度高，可用于太阳灶、太阳能热水器等各种太阳能装置上，具有一定的实用价值。
设计的太阳跟踪与驱动控制系统主要由三大部分构成：传感器、控制器、机械跟踪平台。
传感器由独立的四片光电池组成，用于大范围跟踪太阳，控制器硬件以单片机STC12C5A60S2为核心，完成了控制器的硬件电路设计和制作，系统的硬件电路包括，模拟输入电路，电机驱动电路，电源电路等。
关键词:太阳跟踪，传感器，控制器，跟踪平台Solar photovoltaic energy sources tracking control system——The hardware partAbstractSolar energy is a kind of energy with great potential development,and many countries is trying to utilize it.The use of solar energy is developed very fast in our country in recent ten years.But the technology of utilizing solar energy is still relatively backward,and the application of solar energy is restricted by many factors.To widen the use of solar energy and increase the utilization of solar energy,the solar energy traking and driving system is designed in this paper.The system can guarantee that the deviceice of utilizing solar energy is vertical to sun streams,and it has simple structure, low cost and high tracking precision.The system can be used in many kinds of solar installations such as solar cooker and solar water heater,and it has certain practical value.In the paper,the designed solar tracking and drive control system are mainly composed of three major components:sensors,controllers and mechanical tracking platform.The sensor is mainly composed of four photocell which could achieve large-scale tracking the sun.STC12C5A60S2 is used as the core in the controller.Hardware circuit design and production are accomplished.The system hardware circuits are composed of analog input circuit,the motor drive circuit,power circuit and so on.Keywords:Solar tracking,sensor, controller,tracking platform中文摘要......................................................................................................... 错误！未定义书签。
基于F28335的太阳跟踪控制器设计及应用
由此 脉 冲个数 Ⅳ 以及 Ｐ ＷＭ 的时基 频率 厂可计 ，
算 出系 统 的 Ｐ ＷＭ 周期 。计算 方 法如下 ：
赤
Ｖ
（） ７
射 经 度
即系统 每隔 ｍ秒 装 载一 次 ｅ ＷＭ 周 期寄 存器 ， Ｐ
从 而实 现对 ｅ ＷＭ控 制脉 冲个数 的确 定 。 Ｐ
其 中 ，。 ｍｏ ｈ和 均为 真太 阳时 的小时 和分钟 。
审 匝塞
图 ２ 太 阳 跟 踪 控 制 系 统 硬 件 结 构 图
Ｆｉ． Ｈａｄ ｒ ｔ ｃｕｅ ｏ ｅｓ ｎｔ ｃ ｉｇｃ ｎｍｌ ｙ ｔｍ ｇ２ ｒｗａｅ ｓｒ ｔｒ ｆ ｈ ｕ ｒ ｋｎ ｏ ｔ ｓｅ ｕ ｔ ａ ｓ
ｃ ｌ ｐ ｎ ｌ ｃ ｎ ｂ ｌｃ ｄ ｈ ｒ ｏ ｔｌ ａ ｔｍａｉａｌ ｈ ｎ ｔ ｅ ｅ ａ ｅ ｓｒ ｎ ｎ ｓ ｅｌ ａ ｅｓ ａ ｅ ｐ ａ ｅ ｏ ｚ ｎ ａ ｕｏ ｔ ｌ ｗ ｅ ｈ ｒ ｒ ｔｏ ｇ ｗｉｄ ． ｉ ｃ ｙ Ｋｅ ｒ ｓ Ｄ Ｐ； Ｗ Ｍ ；ｏａ ｒ ｃ ｉ ｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｇ ｐ ｏｏ ｏ ａｃ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｓ Ｐ ｓ ｌｒ ｔａ ｋｎ ｏ ｔ ｌ ； ｏ ｃ ｎｒ ｉ ｈ ｔｖ ｈ ｉ ｏｅ ａｎ
太 阳 能 光 伏 发 电 是 太 阳 能 利 用 的 主 要 途 径 之
一
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但 目前 光 伏发 电Ⅲ 率低 、 制 约其 发 展 的关 键 效 是
１ 太 阳跟 踪 控 制 器 的原 理 及 设 计
采用 聚光 式 电池 可 以提高 能量 密度 ，从 而提 高
太 阳能接 受效率 ，但 需要 较高精 度 的太 阳跟 踪控制
太阳能电池板自动追光控制系统设计
太阳能电池板自动追光控制系统设计蔺金元【摘要】In order to use solar-powered, a system that solar panel can automatic track the sun is produced. The system use combined method of solar movement tracking and maximum power point seeking, it controls solar energy conversion utilization device automatically and rotated it to aim at the sun, and it can raise the solar energy absorption rate. In the system, single- chip microcomputer is used as the controller, small solar battery is used as sensor, and stepper motor is used as actuating mechanism. The system has some practical value for devices which rely on the solar energy.%为实现太阳能供电，介绍了一种太阳自动追踪系统．该系统采用视日运动跟踪与寻求最大功率点相结合的方法，控制太阳能转换利用装置自动旋转去对准太阳，能有效提高太阳能的吸收率．该系统采用单片机作为控制器，小型太阳能电池作为传感器，步进电机作为执行机构．对于各种利用太阳能作为能源的自动装置而言．这种自动追踪系统具有一定的实用价值．【期刊名称】《宁夏工程技术》【年(卷),期】2012(011)004【总页数】4页(P355-358)【关键词】视日运动;太阳能;自动追踪;最大功率点【作者】蔺金元【作者单位】宁夏大学物理电气信息学院,宁夏银川750021【正文语种】中文【中图分类】P631.4宁夏地处沙漠边缘，地广人稀，许多地方远离输电干线，需要太阳能供电系统供电.太阳能资源丰富，是理想的清洁能源，太阳能的开发利用有着积极的意义.目前，太阳能能源转化装置已经应用广泛，常见的有光伏发电、太阳能照明、太阳能热水器、太阳能温室、太阳灶等装置.在大多数装置中，太阳能转换利用装置都是固定不动的，不能够根据太阳位置的变化而变化，这样就造成了太阳能的转化效率降低.本课题研究了一种单片机控制的自动追踪系统.该系统能够自动旋转，可有效提高太阳能的转化效率.相同条件下，采用自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高30%左右[1].1 系统结构和工作原理目前，在太阳追踪系统中用于实现追踪太阳的方法很多，但是总结起来主要有2类方式：一类是光电追踪方式，另一类是视日运动轨迹追踪.这2种方法中，前者是闭环的随机控制系统，能依靠传感器准确检测太阳的位置，但受天气影响大，雨天无法工作；后者是开环的顺序控制系统，通过时间计算出此时本地太阳的位置，有一定的累计误差[2].本文将2种方法结合起来，设计了一种基于单片机控制的单轴太阳跟踪系统.该系统在晴天时采用闭环控制，阴天时采用开环控制，利用这两种方法的优势互补实现了更加准确的追踪定位.该系统的结构图如图1所示.图1 系统结构图该系统采用AT89C51作为控制器，可以快速计算、准确定位；同时，该系统采用步进电机作为执行机构，采用专业的时钟芯片DS1302提供准确时间，以便在阴天时计算出系统的动作，并且准确控制系统在20：00复位到初始位置；另外，该系统采用一种小型太阳能电池作为系统的传感器.这种小型太阳能电池最高输出电压值为5 V，将它们分别放置在太阳能转换利用装置的4个角上检测太阳光的强度. 该系统开始工作时，先读取4个传感器的值，如果输出都低于1 V，则可以判断为阴雨天，此时系统执行视日运动子程序，控制器读取时钟模块的日历时间信息，计算出此时本地太阳的高度角和方位角，决策出步进电机此时应有动作状态，进而通过控制器发出指令，驱动电机转动跟踪；如果4个输出中至少有1个高于1 V，则可以判断为晴天，此时传感器的输出电压随时反馈给控制器，由控制器计算实现闭环控制实时测量追踪.2 视日运动跟踪算法阴天时，该系统采用视日运动跟踪.所谓视日运动跟踪就是根据太阳的运动规律实时跟踪太阳的位置.其实，在地平坐标中，太阳的位置虽然时刻都在变化，但其运行轨迹具有严格的规律性，太阳的位置可以用高度角α和方位角ψ来确定.其中：高度角α是指地球上的观测点同太阳中心点的连线与地平面的夹角；而方位角ψ是指地球上的观测点同太阳中心点的连线在地平面上的投影与正南方向的夹角.这2个参数可以由当前时间和当地的经纬度计算[3-4].（1）高度角α的计算.式中：δ为太阳赤纬角；φ为当地的地理纬度角；ω为时角.其中：Ts为当时的时间，以24小时制取值.时角上午为正，下午为负.（2）方位角ψ的计算:3 最大功率点的获取晴天时，该系统采用的方法是追踪最大功率点（MPPT），就是找到太阳能电池输出功率最大的位置.MPPT采用的是自寻优的概念，实时测量光伏阵列的输出功率，进行比较后，自动地寻找到最大功率点.不断地寻找，不断地调整，不断地再寻找，如此周而复始.该方法可以自动适应一年四季太阳位置的变化，无需人工干预，十分有利于提高系统的全年效率[5].太阳能电池的U-I特性具有非线性，并且它随着外界环境(温度、日照强度)的变化而变化，在某一特定的温度或日照强度下总存在着一个最大功率点.太阳能电池阵列的输出功率特性曲线如图2所示[6].由图2可知，最大功率点几乎分布在一条垂直线的两侧，可以将最大功率点看作是对应着某一个恒定电压Un.图2 太阳光伏电池输出功率特性该系统采用一个小型太阳能电池板作为系统的位置传感器，每隔5 min读取1次输出电压.如果测量值比设定的最大值小，则需要驱动步进电机正向转动；如果测量值比设定的最大值大，则需要驱动步进电机反向转动；如果测量值等于设定的最大值，则不需要驱动步进电机转动，说明此时位置合适.该系统采用干扰观测法，这种方法能快速准确地进行MPPT控制，但在最大功率点附近振荡运行，稳态输出波形有一定波动，偏差较大.因此，扰动步长设定无法兼顾跟踪精度和响应速度，需进行多次尝试才能选定最佳步长，而且在光照强度剧烈变化时会出现误判.所以这种方法适用于对控制精度要求不是特别高的情况.例如，各种独立太阳能路灯、太阳能景观系统等小功率系统，采用干扰观测法进行MPPT控制足以满足控制精度，且参数调整合理匹配.4 主要模块电路设计4.1 时钟芯片由于该系统在阴天时需通过当前时间进行太阳位置计算，因此，需要采用实时时钟，系统选用了时钟芯片DS1302.该器件具有实时时钟，可提供秒、分、时、日、星期、月和年（闰年补偿）.DS1302有2个电源，一个是主电源Vcc2，另一个是备份电源Vcc1.主电源Vcc2同单片机一样接5V电源，而备份电源Vcc1使用的是2节1.5V干电池.在系统电源被切断的情况下，DS1302也能正常工作，保证日期、时间的准确性.X1，X2用来外接晶振，晶振的频率为32.768kHz.4.2 A/D转换A/D转换的主要作用是把位置传感器两端采集的电压值（0～5 V的模拟量）转换成数字量.该系统采用PCF8591芯片进行A/D转换，它具有8位的二进制转换精度.传感器采集的模拟量与数字量对应关系的典型值对应：+5 V对应值为FFH，2.5 V对应值为80H，0 V对应值为00H.PCF8591与单片机的连接如图3所示. 图3 PCF8591与单片机的连接图4.3 传动机构传动部分决定着该系统效率的高低、精度的大小.该系统是单轴跟踪，只调整方位角，步进电机就是依靠带动齿轮传动机构来调整太阳能转换利用装置的方位角ψ到位的.该系统在带传动和齿轮传动中选择了齿轮传动.齿轮传动可以做成开式、半开式及闭式，该系统选择了开式齿轮传动.在开式齿轮设计中主要考虑以齿根弯曲疲劳强度和保证齿面接触疲劳强度这2个准则，系统选择了2个齿数分别为16和96的一套齿轮，模数m=2.5，齿数z1=16，z2=96，传动比 i=6，压力角a=20°，齿顶系数 ha=1，齿根系数hf=0.25，中心距a=140.齿轮是重要零件，由于该系统要求的旋转速度不高，考虑到使用寿命和露天的工作环境，选用了优质碳钢（45#钢）材质的齿轮，耐磨性好，如果没有过大的外力损伤，一般不会坏.5 软件设计5.1 系统主程序该系统主程序包括初始化单片机功能模块、选择当前工作方式环节，从而保证可靠驱动步进电机，控制太阳能转换利用装置始终正对太阳.主程序流程如图4所示. 图4 主程序流程图5.2 测量追踪子程序测量追踪子程序是在晴天时启动，通过读取传感用太阳能电池的输出电压判断太阳能的吸收状态，从而调整太阳能转换利用装置准确到达位置.子程序流程如图5所示.5.3 视日运动追踪子程序图5 测量追踪子程序流程图视日运动子程序是在阴天时启动，通过输入的当地经纬度信息、读取的时间信息计算出太阳的准确位置，去实现跟踪.子程序流程如图6所示.图6 视日运动子程序流程图6 系统安装太阳能电池板的方位角与高度角对其吸收太阳能都有很大影响，考虑到是单轴追踪，只有东西方向可以自动调整，所以，在安装过程中要根据计算数据固定好南北方向的安装角.因为是固定角度，在角度选取上一般采用牺牲一些夏天的能量，尽量增加一些冬天的能量的原则.例如，某地区夏至日的最大高度角为74.6°，相应安装角为15.4°；冬至日的最大高度角为27.7°，相应安装角为62.3°，则取其平均值为(15.4°+62.3°)/2≈39°.考虑到 9：00—11：00，13：00—15：00 的情况，此安装角可适当调大(+5°～+8°).该系统也可以随季节调节安装角，夏季略小，冬季略大，而春季和秋季可与当地纬度相当.该系统在安装时，首先要确定安装地点的经纬度，计算出高度角和方位角.再根据时间和季节进行估算定位.在宁夏地区，考虑到 9：00—11：00，13：00—15：00 的情况，可以使夏季为20°～24°，冬季为67°～70°，春分、秋分以调节到当地纬度加10°为好.7 结语该系统采用的这种自动跟踪太阳的方法，能够使太阳能转换利用装置始终保持在太阳能吸收率最高的位置，控制方法简单，容易实现，可靠性也比较高，尤其在沙漠干旱地区这种强光照环境中，是一种能更好地吸收利用太阳能的好方法，可以广泛应用到太阳能路灯、热水器、太阳灶等太阳能转换利用装置中.【相关文献】[1]肖玉华，熊和金.基于ATmega8的双轴太阳跟踪器设计[J].电子设计工程，2010，3(18)：46-47.[2]郑小年，黄巧燕.太阳能跟踪方法及应用 [J].能源技术，2003，24（4）：149-151.[3]乔彩风，宋世军，何忠.数字视频监控系统的智能化实现[J].计算机与现代化，2007（12）：46-48.[4]许春东.嵌入式数字视频监控系统中串口通信的设计与实现[J].电子技术，2005（11）：61-64.[5]刘洋，白连平.太阳能光伏发电最大功率跟踪控制器的研究[J].节能，2008（12）：8-9.[6]卢琳，殳国华，张仕文.基于MPPT的智能太阳能充电系统研究[J].电力电子技术，2007，41（2）：96-98.[7]刘京诚，任松林，李敏，等.智能型双轴太阳跟踪控制系统的设计[J].传感器与微系统，2008，27（9）：69-71.。
光伏发电自动向日双轴跟踪系统设计
光伏发电自动向日双轴跟踪系统设计作者：徐志伟晁硕叶响陈运戴寅松马思宇徐长帅来源：《无线互联科技》2018年第23期摘要：文章设计了一种双轴光伏发电跟踪系统，利用4个光敏传感器采集光照强度，将光照强度转换为数字信号输入单片机，由电机驱动电路控制双轴电机转动，实现太阳能电池板自动对光跟踪。
关键词：光伏发电；太阳追踪；单片机；步进电机长期以来，我国能源主要依靠矿物燃料，使用时产生大量的温室气体和有害物质，破坏生态环境，并且这些矿物燃料作为不可再生资源，终将枯竭。
太阳能作为自然资源，因其清洁环保、储量丰富、可再生的特性，得到很多国家的广泛关注。
但是，太阳能是一种非集中式、随时间变化的能源[1]，这影响了太阳能的开发和使用，提高太阳能资源的使用效率成为人們关注的热点。
太阳光线与光伏板的角度是影响太阳能发电效率的关键因素，传统的光伏板的方向固定不变，导致了发电效率低[2]。
本文设计了一种光伏发电跟踪系统，该系统能自动跟踪光线，提高了发电效率。
1 系统总体设计图1是系统的总体设计方案，主要模块包括光电转换，模数转换，单片机控制，电机驱动等。
具体方案是光线照在4个光敏传感器上，光照强度转换为电压值，输入模数转换电路进行转换，然后电压采样后输入单片机，经处理后通过电机驱动电路控制步进电机的正反转，使太阳板始终与太阳光线垂直[3]。
2 实现方案2.1 光电转换电路图2为光敏传感器分布图，本设计一共有上下左右4个光敏传感器，在光照下就会产生电压，当光线集中在上面的光敏传感器时，这时，上边电压U3大于下边电压U4，单片机控制驱动芯片水平电机朝着上方转动。
同理，当有较大的光照强度在左侧光敏传感器时，左边电压大于右边电压，方位电机朝着左侧转动。
总之光伏板总是朝着光强度高的区域旋转[4]。
2.2 模数转换电路图3为模数转换电路，模数转换电路包括信号输入部分，模数转换部分、模数电压采样和信号输出部分。
2.3 单片机控制电路图4为单片机最小系统。
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自动跟踪太阳光伏发电设备控制器的设计
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引言
能源是人类面临经济发展和环境维护平衡需要解决的最根本最重要的问题。
太阳能是一种极为丰富的清洁能源，同时通常最普遍且最方便使用的是电能。
因而太阳能光伏发电是最有应用前景的太阳能利用方式。
目前，光伏发电的成本太高，世界各国正在积极改进电池制造工艺。
采用新技术以提高转换效率，降低光伏发电的成本。
全自动跟踪太阳发电设备从控制技术出发，采用新的光伏发电装置技术，与固定式相比发电能力提高35％，成本下降25％。
全自动跟踪控制是控制器的核心任务。
本文设计的这套控制装置是以工控计算机作为检测与控制的核心，利用其PCI总线插槽、插入采集卡和I／O卡，实现巡回检测多路模拟信号以及开关信号，可对检测信号进行采集、显示、查询、图形图像处理、打印输出，并且具有自校准、自诊断和自测试功能，同时可以根据测试的结果进行自动控制，形成智能化控制器。
2 全自动跟踪控制器硬件设计
2.1 硬件结构的基本组成
全自动跟踪太阳光伏发电控制器主要由各种传感器、转换电路、A／D采集卡、工控计算机、I／O卡、执行元件等组成。
其硬件结构图如图1所示。
各种传感器检测到的参数信号通过转换电路，转换成标准的1 V～5 V电信号，传输到模-数(A／D) 采集卡，将采集的各参数信号转换为计算机可以处理的数字量，然后计算机对这些经过离散并量化的数字信号进行监测与处理，并通过输入／输出卡(I／O)输出控制信号，以控制执行元件的接通或断开。
利用人机界面的系统监控软件。
设置系统运行方式，选择控制算法，显示实时和历史的数据与图表、分析、保存、报警、打印、发送命令控制系统运行等功能。
2.2 传感器的选择和模拟输入电路设计
该装置可检测14路系统参数，分别是光伏阵列的输出电压／电流、跟踪光强、环境光强、蓄电池充电电流／电压、逆变器的输出交流电流、交流电压、环境温度、蓄电池温度、光伏阵列温度、太阳方位角、高度角和风速。
电流检测是采用北京中新康达电子有限公司生产的电流传感器CHT50A-S实现的。
该电流互感器的主要传感器件是霍尔元件，采用磁平衡原理。
检测精度高，线性度好，而且检测电路与被检测电路完全隔离。
但电流互感器实际上是电流一电流变换器，即将被测电流转换为0 mA～50 mA标准电流，并以电流源方式输出，为了获得可供A／D采集卡采集的电压信号，还必须外加电压取样电路，将电流信号转变成电压信号。
其检测电路原理如图2
所示。
环境温度检测是采用AD590温度传感器实现的，它具有较高的精度和重复性，相对于热敏电阻精度有所提高，且检测温度范围为：-55℃～+155℃。
检测电瓶温度和光伏阵列温度采用PT100铂电阻。
为了获得A/D采集卡采集的电压信号，还必须外加电压取样电路。
取样电路采用高阻抗同相放大器。
检测电路原理如图3所示。
太阳光强和太阳能电池组件表面光强的检测非常重要，是系统太阳能电池组件性能和聚光发电效率的一个重要参数。
在太阳光的照射下，由于太阳电池的输出短路电流与太阳辐照度成正比，故选取一块经标准光强标定好的光电池作为光强传感器，只要测出其输出短路电流和表面温度即可推算出当时其表面所受的辐射光强。
检测电路原理如图4所示。
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风速检测是采用长春气象仪研究所生产的FC-1型风速风向传感器。
风杯风速仪是用风杯旋转架作为感应元件，一个多齿转盘和光电断器用来将转子速度转换为与风速成正比的频率电信号，为了获得A／D采集卡采集的电压信号，还必须外加电压取样电路。
将电频率信号转变成电压信号。
把频率信号送入频率／电压转换器中，经过取样电路，就可以得到与风速成正比的标准电压信号。
其检测电路原理如图5所示。
太阳能电池阵列角度检测是采用北京天海科科技公司DWQ-360-BZ-V型角度传感器实现的，该传感器具有分辨率高、温度稳定性好等突出优点。
2.3 自动跟踪太阳与蓄电池充放电控制
太阳位置的变化会引起照射在平面镜镜面光强的变化，要使平面镜接收到最大的光强，应使镜面与太阳光线照射垂直，因此必须使平面镜跟踪太阳。
太阳位置由高度角和方位角确定，可利用两个步进电机驱动平面镜作两轴运动，达到跟踪太阳的目的。
在高度角和方位角跟踪时分别利用两只2CU型光电二极管作为太阳位置的敏感元件。
4只光电二极管安装在同一个半球形的传感器壳内。
每对二极管被中间隔板隔开，对称地放在隔板两侧。
传感器俯视结构如图6(a)所示。
当镜面对准太阳时，太阳光平行于隔板，两只二极管的感光量相等，输出电压相同。
当太阳光略有偏移时，隔板的阴影落在其中一只二极管上，使两只二极管的感光量不等，输出电压也不相等。
根据输出电压确定步进电机的转向，控制相关的继电器动作，接通步进电机使其转动。
当转到太阳光重新平行于隔板时，两只二极管输出相同电压，继电器断开，电机停转。
光电二极管信号放大电路如图6(b)所示。
蓄电池作为光伏发电系统的重要元件，延长其使用寿命是关键问题。
蓄电池在充电过程中过量充电或是在放电过程中过量放电都会对蓄电池的性能造成不良影响，所以采用计算机实时检测蓄电池的端电压，根据充放电要求，控制充放电电子开关的导通和截止，从而延长蓄电池的使用寿命。
确保系统的正常运行。
蓄电池放电即负载用电可以采用两点控制方式，当蓄电池电压下降到一定值时报警，提醒工作人员节约用电，减少负荷；当电压下降到更低的下限值时，系统切断负载，从而防止蓄电池过放电造成的损坏。
为了提高系统运行的可靠性，还设有自动防风保护功能，当风力达到8级以上时，通过风速传感器检测到风速报警信号后，由计算机系统的继电器输出放翻控制动作，使太阳能电池组件和多平面镜阵快速收平，当风力降下来时，延迟10分钟，解除防风状态，恢复平面
镜阵的跟踪过程。
此系统还设有夜晚自动恢复原始排放状态功能，当系统采集的实时环境光强和实时时间都小于设定的最小经济发电光强和傍晚时间时，平面镜阵恢复到原始位置，等待第二天的运行。
2.4 采集卡与I／O卡的选择
数据采集选用中泰研创科技有限公司生产的PC-6330模拟量输入采集卡，单端16路1 2位A／D转换输入和PS-003通用接线端子板配合使用完成现场数据采集与处理；开关量输出输入输出采用PC-6408光隔离开关量输入输出接口卡，DI为16路，DO也为16路，与PS-002继电器板配合使用完成现场信号输出控制。
3 全自动跟踪控制器的软件设计
系统运行流程图如图7所示。
本软件设计采用Windows操作系统作为工作平台，以采集卡和I／O卡的驱动程序作为编程语言，主要包括主程序、采集数据子程序、监控子程序、跟踪子程序、蓄电池充放电子程序等。
此系统中数据采集量巨大，数据的处理要求高，随着时间的推移，数据的统计、保存、查询都会变的更加复杂。
因此，必须采用先进的数据库管理技术。
系统采用Visual Basic6.0软件平台。
4 结束语
光伏发电系统输出电压为75 V，功率为3 kW。
只要对控制器的部分软硬件作适当的改动，即可适用于更大或更小容量的光伏系统。
该控制器是集光、机、电于一体的多功能智能控制器，系统经过长时间的实验模拟运行，具有精度高、操作方便、运行稳定等特点，提高了太阳能发电设备的利用率，大幅度降低了太阳能发电的成本。