基于PLC的太陽能電池板自動跟蹤系統的研究

1.3 光伏模塊
　　光伏模塊采用三菱光伏智能功率模塊PV-IPM（PM50B4LA060）,其技術參數主要有峰值功率P_max=85 W，最佳工作電壓17.5 V。這些參數是在標準的試驗條件下測試的(太陽光強度1 000 W/m3，太陽板溫度25 ℃，空氣質量1.5）。
1.4 電磁機械運動控制模塊
　　抗大風自動放帆功能是為了保護跟蹤發電裝置，在風力達到一定強度時防風系統啟動，自動調整受風面，避免設備被風吹壞。經實驗研究，防風傳感器采用德國進口產品，防風系統采用優先工作方式，一旦啟動將切斷跟蹤太陽能系統，自動放帆。
　　機械傳動機構是跟蹤控制的執行機構，它不但在室外工作，還承受裝置的重量、風力，直接影響整機的精度。經研究，水平傳動采用電機、諧波減速機和兩級蝸輪蝸桿減速機，仰角傳動采用電機、諧波減速機和滾珠絲杠，以保證機械精度和傳動效率。
1.5 系統電源模塊
　　電源電路采用開關電源設計，具有高效率、低損耗的特點。采用開關控制芯片L4960，它能提供5.1 V~40 V的輸出電壓和2.5 A的輸出電流。電源電路如圖5所示，通過調整2個電阻R3和R4，以產生12 V~24 V直流電壓，DC 24 V用于PLC電源，DC 44 V直接取自整流橋側供給直流電機。如果用于光伏逆變系統的跟蹤系統，~220 V可以直接取自光伏逆變電源。

2 光伏系統軟件設計
　　并網光伏發電系統控制軟件采用模塊化設計，包括PLC控制和監控程序、PC監控和數據處理程序2個主要部分。
2.1 PLC控制和監控程序
　　PLC控制語句是整個太陽能電池板跟蹤系統的重要組成部分，軟件編程采用歐姆龍公司的CX-Programmer 7.1，CX-P梯形圖編程支持軟件為使用者提供了從操作界面到程序注釋的全中文操作環境，支持Windows的拖拉及粘貼操作，以及完備的檢索功能和常用標準位簡易輸入功能。通過計算機的RS-232C口與PLC的RS-232C口連接，對PLC進行數據實時監控、修改和在線編輯等,可方便地把程序傳遞到PLC中或從PLC中讀出數據。PLC主要完成如下工作：
　　(1)控制跟蹤系統的運動，其控制邏輯如圖6所示。

　　(2)將PLC輸入與輸出狀態復制到內存的特定位置（稱為標記區域），PC監控程序能隨時直接從內存區域讀取輸入和輸出狀態。
　　(3)采樣數據存儲。這是一個在線采集存儲過程，通過RAM數據存儲內部的特殊矩陣，每1小時讀取光敏電阻的值。數據采集白天進行，晚上停止，直到第二天日出。采集的時間（小時和分鐘）存儲在不同的矩陣，然后在PC機的屏幕上顯示出來。當RAM內存滿時，將不再存儲數據，直到復位操作將存儲數據清除。這部分程序采用順序功能圖表SFC(Sequential Functioning Chart)進行編程，算法如圖7所示。

2.2 PC監控和數據處理程序
　　采用面向對象的高級編程語言Visual Basic 6. 0實現以下功能：
　　(1)自動檢測PC機RS232串口和PLC端口的連接狀態。
　　(2)系統監控。決定光伏模塊的實際位置和運動方向，顯示光敏電阻的讀數以及內存溢出標記。
　　(3)模塊的強制性前向和反向運動。通過程序界面，發出指令控制PLC操作。如果出現系統位置異常，可強迫太陽板按照操作要求恢復初始位置。

　　(4)顯示系統設置。顯示存儲在PLC內存中的太陽跟蹤系統的設置，如前向和反向運動極限、光線暗度極限、前向和反向停止極限以及對這些參數設置可直接進行修改。
　　本研究基于歐姆龍PLC，采用光敏電阻比較法，構建了自動跟蹤系統模型，使太陽能電池板自動保持與太陽光垂直。太陽能電池板自動跟蹤太陽光并網發電系統的研究，有效地提高了太陽能的利用率和光伏發電系統的效率，增加了全年的發電功率輸出，從整體上降低了光伏并網發電的成本，符合構建環保型和節能型社會發展的要求，具有很高的經濟效益，并能產生良好的社會影響，具有理論研究意義和應用推廣前景。基于PLC的太陽能電池板跟蹤系統可用于獨立的太陽能光伏發電，也能應用于串/并聯的并網光伏發電系統的現場總線控制，具有良好的應用前景。