高精度雙軸伺服太陽能跟蹤系統的設計應用

利用逆變器能夠將光伏電池產生的直流電轉變為交流電，進而直接輸送到電網上。在白天有日照的情況下，光伏電池會將大部分的能量輸送到電網上，而到了晚上光伏電池裝置會自動與電網斷開。

本文所設計跟蹤調整裝置其結構如圖2所示。它主要由底座、立軸、橫軸、兩臺伺服電機、傳動齒輪副、絲桿導軌等組成。其中伺服電機a驅動傳動齒輪副，使傳動齒輪副驅動立軸，令其跟蹤太陽方位角的變化；伺服電機b驅動絲杠導軌，支撐太陽能電池板繞橫軸作俯仰動作，以跟蹤太陽高度角的變化。

圖2 光伏跟蹤系統演示模型

控制系統的實現取決于兩方面：

①電機控制部分和驅動部分；

②風速傳感器。對于電氣控制部分和驅動部分，我們選擇相對領域有優勢廠商的部件，尤其考慮到運行溫度范圍和環境。運行溫度范圍是－25℃到55℃。

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跟蹤器的運行狀態可傳送給監測臺。不僅監測還可遠程控制達到穩定。在系統的擴展和配置設計中，應遵循以下原則：

①盡可能選擇典型電路，為硬件系統的標準化、模塊化打下基礎。

②系統的擴展與外圍設備配置的水平應充分滿足應用系統的功能要求，并留有適當余地，以便進行二次開發。

③硬件結構應結合應用軟件方案一起考慮。

④系統中相關器件要盡可能做到性能匹配。

系統軟件設計

跟蹤模式的判斷過程完全由軟件實現, 靈活度很高, 可以針對不同的地區和不同的氣候進行調整,盡量提高光伏電站的發電效率。還可以根據需要,增加光強傳感器、風力傳感器等多種傳感裝置。圖3為跟蹤控制系統程序流程圖。

圖3 跟蹤控制系統程序流程圖

風速傳感器響應中斷子程序是有大風來時，plc接受到風速傳感器的高速脈沖，達到規定的脈沖數響應中斷，太陽電池板放平以保護電池板組件。圖4為大風中斷子程序框圖。

太陽能電池板有兩個自由度, 控制機構將分別對x、y 兩方向進行調整。當電池板轉到盡頭時,由于跟蹤裝置裝了限位觸感器，到限位觸點時自動切斷脈沖輸出，電機停止動作，起硬件保護作用。

圖4 大風中斷子程序流程圖

結論

本文介紹了雙軸伺服太陽能自動跟蹤系統能自動檢測晝夜，實時跟蹤太陽。以歐姆龍plc作為控制器，計算出太陽的實時位置轉化為脈沖發送給伺服驅動器，驅動電機轉動跟蹤裝置跟蹤太陽，因此使得該自動跟蹤系統的準確性高、可靠性強。即使是在天氣變化比較復雜的情況下，系統也能正常工作，提高太陽能的利用效率[9]。如果應用于太陽能電池板，則可將電池板輸出的直流電逆變為交流電，直接獲取電能，而無需另外輸入能量。

作者簡介

舒志兵（1965年-） 男南京工業大學運動控制研究所所長，中國人工智能學會智能檢測與運動控制技術專委會秘書長，主要從事交流伺服系統、dsp技術、現場總線、數控系統、運動控制、機電一體化系統等的研究。

湯世松（1985年） 男 2008年畢業于南京工程學院自動化系，獲得學士學位，現為南京工業大學控制理論與控制工程專業在讀碩士研究生；主要從事交流伺服運動控制、伺服電機、機電一體化，plc的研究。

參考文獻

[1] salam abdallah,salem nijmeh．two axes sun tracking system with plc control[j]．energy conversion and management，2004；45：1931—1939．

[2] ibrahim sefa, mehmet demirtas, ilhami colak. application of one-axis sun tracking system [j] energy conversion and management,2009;；50：2709－2718.

[3] p roth,a.georgiev．design and construction of a system for sun tracking[j]．renewable energy，2004；29：393-402．

[4] 沈輝，曾祖勤等．太陽能光伏發電技術[m]．化學工業出版社，2009：6.8.

[5] 饒鵬，孫勝利，葉虎勇. 兩維程控太陽跟蹤器控制系統的研制[j]．控制工程，2004；6(11)：542—545．

[6] 程子華，劉小明.plc原理與編程實例[m].北京：國防工業出版社，2007.10.

[7] 劉四洋，伍春生，彭燕昌等. 主動式雙軸太陽跟蹤控制器[j].可再生能源，2009；8： 69-72.

[8] 王淼，王保利，焦翠坪等. 太陽能跟蹤系統設計[j]電氣技術，2009，4：100－103.

[9] 帥麒，朱華．太陽能光伏組件在不同跟蹤方式下的發電量比較[j]中國高新技術企業，2009，4：136－137.