基于單片機EM78247的光伏發電系統太陽自動跟蹤器

摘要：由于太陽位置隨時間而變化，使光伏發電系統的太陽能電池陣列受光照強度不穩定，從而降低了光伏電池的效率,因此，設計太陽自動跟蹤器是提高光伏發電系統工作效率的有效措施。本文采用單片機EM78247為控制核心，設計了一個雙軸太陽自動跟蹤器，配合兩臺交流伺服電機實現光伏電池陣列與陽光照射之間的同步跟蹤。該控制器在硬件和軟件各方面采取了多項抗干擾措施，使其具有較好的跟蹤效果和較強的抗干擾能力，且運行可靠穩定，具有較高的實際應用價值。

　　關鍵詞：光伏發電系統；EM78247；太陽自動跟蹤器

　　當今社會人們的環保意識越來越強，光伏發電系統的應用普遍受到各國政府重視。因為它不僅能為我們提供用之不竭的可持續再生電能，并更好地保護人類賴以生存的環境。但其發電效率較低，發電成本相對較高仍然足制約其大規模應用的重要因素。在沒有出現高效的光伏電池材料之前，研制具有實用價值的陽光隨動系統以降低成本，是促進太陽能廣泛應用的主要途徑之一。據研究，雙軸系統可提高發電量35%左右，單軸系統也可提高20%左右。

　　國外在20世紀80年代就對太陽跟蹤系統進行了研究，如美國、德國在單雙軸自動跟蹤、西班牙在2倍聚光反射跟蹤等方面開發出了相應的商品化自動陽光跟蹤器[1]。我國于20世紀90年代左右也對其進行了大量的研究，但一直沒有穩定可靠的商品化產品出現，主要原因在于：

　　首先，系統的運行可靠性不高，無法滿足使用要求。由于大部分光伏電站都安裝在偏遠地區，環境非常惡劣，維護困難，跟蹤系統增加了旋轉機構與相應的機械機構，可靠性明顯下降，如果不能保證整個系統的在各種環境下都能可靠穩定運行，對整個光伏系統反而是災難性的打擊；其次，跟蹤器的控制誤差偏大。尤其對反射聚光的跟蹤器，如果跟蹤誤差偏大，不但不能提高發電效率，反而會使太陽能電池組件的受光面積變小，產生熱斑等不利影響，從而降低太陽能電池組件的使用壽命；第三是采用進口技術和器件使成本過高。全部購買國外成熟的技術，大大提高系統的硬件成本與維護成本，使推廣更加困難。

　　本文以EM78247微處理器為核心，針對光伏發電系統的電池組件，設計開發了一種雙軸陽光隨動控制器，它具有運行穩定可靠、跟蹤誤差小、成本低等優點，具有很高的推廣應用價值。

　　1 陽光隨動控制的基本原理

　　陽光隨動控制器，顧名思義其基本功能就是使光伏陣列隨著陽光而轉動，基本原理框圖如圖1所示。

圖1 光伏陣列陽光隨動系統原理框圖

　　　　該系統時刻檢測太陽與光伏陣列的位置并將其輸入到控制單元，控制單元對這兩個信號進行比較并產生相應的輸出信號來驅動旋轉機構，使陽光時刻垂直入射到光伏陣列的表面上，使光伏陣列始終處于最佳光照條件下，發揮最大光伏轉換效率。

　　雖然太陽在天空中的位置時刻都在變化，但其運行卻具有嚴格的規律性，在地平坐標系中，太陽的位置可由高度角α與方位角ψ來確定，公式如下：

式中： δ為太陽赤緯角；φ為當地的緯度角；α為時角。