太阳能自动追踪系统

光伏发电系统的太阳能追踪技术与控制

随着能源危机的加剧和环境保护意识的提高，太阳能作为一种绿色、可再生的能源，越来越受到重视。光伏发电系统，作为一种利用太阳能进行能量转换的设备，其发电效率与太阳能的照射角度密切相关。为了最大限度地提高光伏发电系统的发电效率，太阳能追踪技术应运而生。本文将介绍太阳能追踪技术的原理和控制方式。

一、太阳能追踪技术的原理

通过追踪太阳的位置，调整太阳能电池板的朝向，可以使太阳光垂直照射到光伏电池上，从而提高发电效率。太阳能追踪系统通常由光敏电阻、控制器和执行机构三部分组成。

1. 光敏电阻

光敏电阻是太阳能追踪系统的一个重要组成部分。它能够感知到太阳光的方向和强度，并将这些信息传递给控制器。

2. 控制器

控制器接收光敏电阻传来的信息，并根据预设的算法计算出太阳的位置。然后，控制器通过控制执行机构的运动，将太阳能电池板始终保持在最佳的朝向。

3. 执行机构

执行机构负责调整太阳能电池板的朝向。根据具体的设计，执行机构可以采用电动的、液压的、气动的等多种方式。二、太阳能追踪技术的控制方式

太阳能追踪系统有两种主要的控制方式：单轴追踪和双轴追踪。

1. 单轴追踪

单轴追踪系统只能在一个固定的轴线上进行追踪，一般为水平方向或垂直方向。水平单轴追踪是将太阳能电池板绕垂直于地面的轴线旋转，使其始终朝向太阳，这种方式适用于低纬度地区。垂直单轴追踪是将太阳能电池板绕与地平面平行的轴线旋转，以使其始终朝向太阳。这种方式适用于高纬度地区。

2. 双轴追踪

双轴追踪系统可以同时在水平和垂直两个方向上进行追踪。它可以根据太阳的位置进行精确调整，以获得最佳的太阳能照射角度。双轴追踪系统的优点是能够适应不同纬度和季节的变化，提高能量利用率。

三、光伏发电系统的太阳能追踪技术应用前景

太阳能追踪技术可以提高光伏发电系统的发电效率，使其在不同地区和季节都能获得更多的太阳能。随着技术的不断发展，太阳能追踪系统的成本逐渐降低，应用前景广阔。

双轴跟踪

ZXS双轴跟踪支架的介绍与技术参数

紫旭光电ZXS采用西班牙技术，比固定系统增加40%以上的电力输出。紫旭ZXS双轴太阳能跟踪器，平台接收面积最大可达93平方米，拥有252度旋转方位角和60度提升角旋转器。回转轴承和减速电机通过齿轮环驱动垂直轴电动升降机系统驱动水平轴，基于三角公式计算天文位置的创新型混合控制系统，可获得太阳精确位置。

主要特点

1.先进的定位控制

CP125为ZXS提供最佳的定位控制，向日葵方式跟踪，做到精确定位计算，精确地移动控制及风速的安全控制。

2.提高能量输出

紫旭ZXS太阳能地面支架追踪系统比固定的太阳能安装系统多了40%的能量输出。

3.良好的适应性

不受天气、季节和地理位置的影响，可以安装于多种户外环境。

4.安全性

使用独立的传动电动机，驱动受控仪，因此不会受到不均匀沉降的影响，同时提供防雷击系统及台风防止系统。

5.高品质

无论是原材料的选择，还是生产过程，紫旭光电都进行严格的质量管制，以确保系统的结构强度以及使用寿命达到最优。

技术参数

安装地点户外

追踪系统类型双轴

追踪精度 ±1º

最大系统面积 15m²-93m²

系统排列按设计图纸

跟踪轴水平和垂直

垂直和水平旋转角垂直轴最大旋转角度252度

水平轴旋转角70度

跟踪器允许的最大组件功率直至12.9KWp(可调接收平台)

地基按地面性质情况设计尺寸的钢筋混泥土

抗风能力风载1：通常状态-14m/s(50km/h)

风载2：安全状态-35m/s(126km/h)

风载3：瞬间最大-66.5m/s(240km/h)

质保年限十年阳能双轴跟踪系统/太阳能双轴跟踪/双轴太阳能跟踪系统

产品规格：RY-SL-B

产品说明：

系统介绍

目前，国内外太阳能路灯主要采用固定安装方式，其全天的有效日照时间约为5小时，其余日照时间内因太阳光光强不足或阳光入射角小的原因而导致发电量大幅度下降。

基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统

龙源期刊网

基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统

作者：李子剑苗春艳

来源：《数字技术与应用》2013年第10期

摘要：为实现太阳能电池板对太阳光能的最高转换率，改变传统太阳能电池板固定安装对太阳光能利用低下的弊端。本文以光敏电阻构成跟踪器，并利用西门子的S7200系列PLC和MM440设计太阳能单轴自动跟踪系统。该太阳能单轴自动跟踪系统可实现在有太阳光照射的情况下，在任意时刻让太阳光直射太阳能电池板，同时解决了风力过大时太阳能电池板的防风问题。

关键词：太阳能单轴跟踪控制系统 PLC

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0009-01

1 概述

目前，光伏电池光电转换效率仍然不高而且价格昂贵，同时大型的太阳能发电站中光伏电池板基本都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下。相同条件下，采用固定发电方式要比自动跟踪发电方式的发电量要低35%以上，因此非常有必要对太阳光进行自动跟踪。光伏发电自动跟踪装置是一种可以提高太阳能利用率，降低光伏发电成本的有效途径。研究精确的太阳跟踪装置，可使光伏电池板接收到更多的太阳辐射能量，增加发电量，提高人类对太阳能源的利用率。[1]

目前光跟踪技术主要是两种方法，即：视日运行轨道跟踪方法[2]、光电自动跟踪方法。光电跟踪方式又可以分为单轴跟踪和双轴跟踪，本文以选择单轴跟踪方式，整个系统的PLC硬件选择SIEMENS公司的S7-200系列CPU226（24输入/16输出），其中主机为CPU226，模拟量扩展模块EM231（4输入），EM251（4输入/1输出）。

2 工作原理

单轴自动跟踪系统主要由PLC、传感器、电机等组成。它的基本原理是：当太阳光照射到传感器上时，由惠斯顿电桥及转换电路把光敏电阻值转变为电流值（4～20mA），转化后光照越强相应的电流值越小，光照越弱相应的电流值越大，此电流值经s7-200的模拟量输入模块保存到s7-200中，由s7-200与规定值比较后控制电机转动，使聚光器随着太阳移动而移动，从而达到跟踪的目的。

太阳能辨别方向的原理

- 1 - 太阳能辨别方向的原理

太阳能辨别方向的原理是通过太阳能追踪系统实现的。太阳能追踪系统可以根据太阳的位置来调整太阳能板的方向和角度，以最大化太阳能的收集效率。

通常，太阳能追踪系统会使用传感器来感知太阳的位置。这些传感器可以是光敏电阻、光电二极管或太阳能板上的太阳能电池。当太阳照射到这些传感器时，它们会产生电信号，告诉系统太阳的位置。

基于这些信息，太阳能追踪系统将调整太阳能板的方向和角度，使其始终面向太阳。这样，太阳能板就可以最大程度地吸收太阳能，提高太阳能系统的效率。

除了感知太阳的位置，太阳能追踪系统还需要考虑其他因素，如日落和日出时间、云层遮挡等，来确保系统能够在任何天气条件下最大化太阳能的收集效率。

总之，太阳能追踪系统利用传感器感知太阳的位置，调整太阳能板的方向和角度，以最大化太阳能的收集效率。这是太阳能系统高效利用太阳能的关键之一。

基于永磁同步电机的太阳能跟踪系统研究

ｌ　訇　化　

基于永磁同步电机的太阳能跟踪系统研究　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｉｎｇ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　潘三博。，郝夏斐　

ＰＡＮ　Ｓａｎ＿ｂＯ。．ＨＡＯ　Ｘｉａ．ｆｅｉ　

（１．上海交通大学，上海２００２４０；２．安阳师范学院，安阳４５５００２）　摘要：提高光伏电池、光伏逆变器的效率非常困难，而通过控制太阳能支架，让太阳能板接受最大的　辐射能量则可较大幅度提高太阳能的利用效率。本文通过采用永磁同步电机驱动控制系统实　现了太阳能板接受太阳光辐射能量的提高。采用滑模控制系统又能够增强系统自适应性和鲁　棒性，消除系统抖振现象，这对于提高驱动系统的平稳性和跟踪性能具有重要的应用价值。　关键词：太阳能跟踪：永磁同步电机；滑模控制；伺服　中图分类号：ＴＰ２０２　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００９—０１　３４（２０１１）６（上）一００８５一。３　

Ｄｏｉ：１　０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１　００９－０１　３４．２Ｏ１１．６（｝二）．２５　

０引言　

随着可再生能源在节能减排、应对气候变化　

中起着越来越重要的作用，提高对太阳能的利用　

率成为重要的一项研究任务。单晶硅与多晶硅的　效率一般在ｌ５％一１８％，逆变器的效率在９５％左右，　

要提高它们的效率非常困难。而采用太阳能跟踪　

技术，可以使得能太阳能板支架主动接收太阳光　

照射，随着太阳不断移动，调整接收太阳照射的　最佳角度”　。相比目前主要采用的被动式接受太阳　

能照射，不调整接受角度的应用，采用跟踪技术　

的要提高２０％一４０％的利用效率。永磁同步电动机　

具有体积小，损耗低，效率高等优点。用来作为　

跟踪系统的伺服驱动机构，符合国家发改委推广　

高效节能电机的政策。　

本文在原有太阳能支架的基础上，增加光传　感器、转向伺服装置和控制器。以永磁同步电动　

机为执行机构，通过滑模控制，减小系统受参数　

太阳追踪器控制系统设计

南京信息职业技术学院

毕业设计论文

系部

专业

题目太阳追踪器控制系统设计

指导教师

评阅教师

完成时间： 20**年 4月19日毕业设计(论文)中文摘要

太阳追踪器控制系统

摘要：太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，研究太阳能发电技术意义重大。太阳跟踪器须在露天下工作，因此必须考虑到结构的稳定性，运动结构必须可以自锁，因此选择滑动螺旋副和蜗轮蜗杆传动。在本设计中，采用了两个传感器，一个高精度传感器，一个大角度传感器。控制器首先读取大角度传感器的信号，根据光线照射的情况驱动两个电机，调整方位角和俯仰角，即大角度传感器跟踪到位，之后控制器接收高精度传感器信号，同样根据光线照射情况驱动电机，再次调整方位角和俯仰角，使高精度传感器跟踪到位，这样控制器又接收大角度传感器信号，如此反复，达到随时跟踪太阳的目的。并且为了节约能源，在夜间跟踪器应静止不动。

关键词：太阳能；跟踪器；PLC

毕业设计(论文)外文摘要

Solar Tracking Control System

Abstract: Solar photovoltaic power generation is to improve the ecological

environment, improve the quality of human life one of the green energy research

solar power technology is of great significance. Sun-tracking device shall be

太阳能自动追光系统的设计设计

a

a 目录

摘要 ................................................................................................................. 1

关键词 .............................................................................................................. 1

Abstract .......................................................................................................... 1

Key words ....................................................................................................... 1

引言 ................................................................................................................. 2

1 太阳能自动追光系统总体设计方案 ..................................................................... 3

1.1 太阳运行的规律 ........................................................................................... 3

1.2 跟踪器机械执行部分比较选择 ........................................................................ 3

太阳能跟踪器工作原理

太阳能跟踪器是一种利用光电控制技术，将太阳能电池板始终保持与太阳光线垂直的设备。它可以在不同时间追踪太阳的位置，从而最大化太阳能电池板的太阳辐射吸收效率。本文将详细介绍太阳能跟踪器的工作原理，并分析其优缺点。

一、太阳能跟踪器的分类

太阳能跟踪器可以按照其结构和机械原理的不同分类为以下几种类型：

1. 单轴跟踪器：单轴跟踪器只能沿一个轴向跟踪太阳，最常见的就是沿着北-南方向的水平轴跟踪器或沿着垂直轴的升降式跟踪器。

2. 双轴跟踪器：双轴跟踪器可以同时沿两个轴向追踪太阳，实现更高效的太阳能电池板的光照收集效果。

二、太阳能跟踪器的工作原理

太阳能跟踪器的主要工作原理是根据光电传感器实时监测太阳位置，通过控制执行机构进行转动和调整角度，确保太阳能电池板始终与太阳光线垂直。

1. 光电传感器：太阳能跟踪器内部装有光电传感器，能够感知来自太阳的光线。

2. 数据处理系统：光电传感器将获取的光线数据传输给太阳能跟踪器的数据处理系统。 3. 执行机构：根据数据处理系统发出的指令，执行机构控制太阳能跟踪器的转动和调整角度。

4. 位置调整：执行机构根据太阳位置的变化，调整太阳能电池板的角度，保持与太阳光线垂直。

5. 电源系统：太阳能跟踪器需要电源系统供电，常用的是太阳能电池板或蓄电池供电。

三、太阳能跟踪器的优点

太阳能跟踪器相比于固定式太阳能电池板，具有以下优点：

1. 提高能量利用率：太阳能跟踪器可以根据太阳位置的变化，调整太阳能电池板的角度，使其始终垂直于太阳光线，最大限度地吸收太阳辐射能量，提高太阳能电池板的能量转化效率。

2. 增加发电量：由于太阳能跟踪器能够追踪太阳的位置，故而能更好地捕捉到太阳辐射能，并将其转化为电能。相比之下，固定式太阳能电池板只能在早晨和傍晚时光直射时效率较高，而在其他时间会有能量损失。

3. 降低成本：尽管太阳能跟踪器的制造和维护成本较高，但通过增加太阳能电池板的能量利用率和发电量，可以在长期运行中降低每单位发电成本，提高太阳能技术的经济性。

跟踪式光伏支架原理

跟踪式光伏支架是一种能够自动追踪太阳光线的光伏系统，它可以提高光伏发电效率，降低成本。其原理是通过安装在支架上的电机和控制系统，使光伏板始终保持与太阳垂直的角度，最大程度地吸收太阳能。

跟踪式光伏支架主要由以下几部分组成：支架、驱动系统、控制系统、传感器和电源等。

首先是支架部分。跟踪式光伏支架通常采用双轴或单轴结构。双轴结构可以实现水平和垂直两个方向的转动，而单轴结构只能实现水平方向的转动。双轴结构相对更复杂，但可以更好地追踪日出日落时太阳运动的路径。

其次是驱动系统。驱动系统通常由电机、减速器和传动装置组成。电机提供驱动力，减速器降低转速并增加扭矩，传动装置将转速传递给支架。

接下来是控制系统。控制系统通常由微处理器和程序控制单元组成。微处理器负责读取传感器的数据，程序控制单元根据数据计算出最佳转动角度，并控制电机转动。

然后是传感器。传感器通常有光照强度传感器和倾斜角度传感器两种。光照强度传感器用于检测太阳的位置和光照强度，倾斜角度传感器用于检测支架的倾斜角度。

最后是电源。跟踪式光伏支架通常使用太阳能电池板或市电供电。太阳能电池板可以将太阳能转化为电能，为跟踪式光伏支架提供所需的电力。

跟踪式光伏支架的工作原理如下：当太阳升起时，光照强度传感器会检测到太阳位置和光照强度，并将数据发送给微处理器。微处理器根据数据计算出最佳转动角度，并向程序控制单元发送指令。程序控制单元根据指令控制驱动系统，使支架始终保持与太阳垂直的角度。

当太阳移动时，光照强度传感器会不断调整数据，并发送给微处理器。微处理器会不断重新计算最佳转动角度，并向程序控制单元发送指令。程序控制单元会根据指令控制驱动系统，使支架始终保持与太阳垂直的角度。

跟踪式光伏支架相对于固定式光伏支架的优势在于可以提高光伏发电效率。由于跟踪式光伏支架可以始终保持与太阳垂直的角度，能够吸收更多的太阳能，从而提高发电效率。此外，跟踪式光伏支架也可以降低成本。虽然跟踪式光伏支架相对固定式光伏支架成本更高，但由于其能够提高发电效率，因此在长期运行中可以降低总成本。

太阳能跟踪控制器设计

摘要：本文对太阳能跟踪系统进行了自动跟踪系统控制部分设计。系统采用光电检测追踪实现对太阳光线的跟踪，从而提高太阳能的利用效率。

关键词：太阳能；跟踪；光敏电阻；单片机；步进电机

中图分类号：tm615 文献标识码：a 文章编号：1674-7712 （2013）

08-0000-01

一、太阳能自动跟踪系统总体设计

（一）光源检测方案的确定

1.视日运动轨迹跟踪

不论是采用极轴坐标系统还是地平坐标系统，太阳运行的位置变化都是可以预测的，通过数学上对太阳轨迹的预测可完成对日跟踪。

在设定跟踪地点和基准零点后，控制系统会按照太阳的地平坐标公式自动运算太阳的高度角和方位角。然后控制系统根据太阳轨迹每分钟的角度变化发送驱动信号，实现跟踪装置两维转动的角度和方向变化。在日落后，跟踪装置停止跟踪，按照原有跟踪路线返回到基准零点。

优点：精度高，不受环境因素影响，但是不同地区需要设置不同的初始值，。

缺点：系统复杂，但是不同地区需要设置不同的初始值，太过于复杂。

2.光电跟踪光线在同种均匀介质中沿直线传播，不能穿过不透明物体而形成的较暗区域，形成的投影就是常说的影子，地球每天不停的自转，同时它要围绕太阳作公转，因此，地球和太阳的相对位置是在不停的变化，太阳光照射在地球上的影子也随之变化。因此，如果在地球上的某个位置放置一个不同透光的物体，那么，这个物体在太阳光的照射下就会产生影子，而这个影子的长度也会随太阳和地球空间位置的相对变化而产生变化。

我们将影子的变化转换为电压的变化，并且通过调节机械部分来调节影子的变化从而达到调节电压的变化达到我们的目的，这样也可以构成一个闭环系统。这样一来我们就考虑用光敏行性器件来检测太阳的变化从而实现光电跟踪。

优点：成本低，思路简单，容易实现。

缺点：容易受阴天雨天的影响。

3.采集传感器的选择

方案一：采用光敏电阻作为轨迹的采集器件。光敏电阻的值能随光强的变化而变化，光敏电阻的测量灵敏度较高。