光伏发电自动跟踪系统设计(2)
6.3 驱动步进电机信号测试 34
6 . 4 本章小结 41
结论 42
致谢 43
参考文献44
附录 A 45
附录 B 46
1 绪论
1.1太阳能的利用
随着社会经济的快速发展，人类所面临的能源问题越来越突出，太阳能作为一种清洁
能源，无疑受到各国的普遍重视。太阳能是已知的最干净、可再生、丰富而且分布非常范
围广，具有广阔的利用前景。在太阳能利用中，如何提高太阳能利用装置的效率，始终是
人们关心的话题，在太阳能的利用过程中，实施太阳光跟踪是很有必要。
在太阳能热利用中,为了得到中高温热能,必须使集热器从日出到日落跟踪太阳；在太
阳能光发电中,相同条件下,自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高 35%,成本下
降 25%。而对于槽式和碟式的聚焦式太阳能光电系统， 要想提高光电转换效率，也需要
使光电转置从日出到日落跟踪太阳。从实验证明，在太阳能光电中，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 35%。应用于旋转抛物面聚光器的跟踪方
式主要是双轴跟踪，从方位角和高度角两个自由度精确跟踪太阳。
对太阳光进行跟踪的方法很多，但不外乎为采用确定太阳位置所用的两种坐标系统，
即赤道坐标系和地平坐标系，并分为双轴跟踪和单轴跟踪。本文主要介绍双轴太阳光跟踪
系统结构简单、成本低，不必人工干预，特别适合天气变化比较复杂和无人值守的情况。
有效地提高太阳能的利用率，有效好的推广应用价值。
因此，研究太阳能跟踪的控制技术对于太阳能的推广应用以及太阳能装置效率的提高
具有重要意义，太阳能跟踪系统的跟踪精度和功耗问题是影响太阳能跟踪系统推广应用的
主要因素。
1.2太阳光跟踪的方法
目前市场中使用的太阳能自动跟踪系统的类型有主动跟踪、被动跟踪和混合跟踪三种
方式。将当地经纬度和太阳运行的轨道参数预先存储到控制部件内，然后通过控制信号去
控制跟踪系统运转称为主动式跟踪。通过光敏传感器接收的太阳光信号控制跟踪系统跟踪
称为被动式跟踪。将以上 2种控制方式结合在一起来控制跟踪系统跟踪称为混合式跟踪。
1.2.1主动式跟踪系统
张晓霞等［2］设计的蝶式聚光主动式双轴跟踪器，她设计的控制系统使用的是
AT89C51 单片机作为控制芯片，系统的基本原理是利用程序计算出聚光器所在地理位置、
具体时间太阳的高度角和方位角，进而计算出聚光器需要旋转的角度，然后驱动高度角和方位角的步进电机，带动聚光器转动相应的角度而跟踪太阳。这种跟踪器的控制精度可以
达到0．1°。
1.2.2被动跟踪系统
郭忠文［12］的设计是被动双轴式跟踪器，跟踪系统由 2 台电动机与减速机，分别组
成方位角转动机构和高度角转动机构，内置光电传感器进行放大，安装位置与太阳电池板
方阵平面垂直。通过驱动调节使光线垂直照射到电池板上。随着太阳位置的变化，方位角
每2min 左右自动调节一次，依据太阳 1h 运行15．0°时角计算，跟踪精度可达 0．5°，
高度角跟踪精度达到 1．0°以内。采用自动跟踪系统能提高电池板发电量 40%，系统耗电
量占总发电量的1%。
1.2.3 混合式跟踪系统
王尚文等 ［14］ 设计的一种混合双轴太阳自动跟踪装置，跟踪系统将耦合程序跟踪
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