為了更好的利用太陽(yáng)能遣耍，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)越來(lái)越多的應(yīng)用于太陽(yáng)能行業(yè)中亲桦∏缶В基于可編程邏輯控制器（PLC）的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)焰雕，包括硬件和軟件兩部分，其中硬件包括PLC輸入輸出端口芳杏、信號(hào)處理單元矩屁、驅(qū)動(dòng)部分；軟件包括PLC的控制和監(jiān)控程序兩部分爵赵。太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)使光伏電池板能實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)關(guān)照吝秕，從而最大限度的獲得太陽(yáng)能，有效地提高太陽(yáng)能的利用率和光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率空幻，降低了光伏并網(wǎng)發(fā)電成本烁峭，具有理論研究意義和應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 引言
       開(kāi)發(fā)新能源和可再生資源是全世界面臨的共同課題氛悬，在新能源中盏酵，太陽(yáng)能發(fā)電已成為全球發(fā)展最快的技術(shù)。太陽(yáng)能作為一種清潔無(wú)污染的能源勃撼，開(kāi)發(fā)前景十分廣闊蚊霞。然而由于太陽(yáng)存在著間隙性，光照強(qiáng)度隨著時(shí)間不斷變化等問(wèn)題鳞集，這對(duì)太陽(yáng)能的收集和利用裝置提出了更高的要求姆盲。目前很多太陽(yáng)能電池板陣列基本都是固定的，不能充分利用太陽(yáng)能資源祷濒，發(fā)電效率低下盒咪。據(jù)測(cè)試，在太陽(yáng)能電池板陣列中勘春，相同條件下采用自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35%左右瘟麻。

       所謂太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)是能讓太陽(yáng)能電池板隨時(shí)正對(duì)太陽(yáng)，讓太陽(yáng)光的光線隨時(shí)垂直照射太陽(yáng)能電池板的動(dòng)力裝置刹埋，能顯著提高太陽(yáng)能光伏組件的發(fā)電效率钮咱。目前市場(chǎng)上所使用的跟蹤系統(tǒng)按照驅(qū)動(dòng)裝置分為單軸太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和雙軸太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。所謂單軸是指僅可以水平方向跟蹤太陽(yáng)这敬，在高度上根據(jù)地理和季節(jié)的變化人為的進(jìn)行調(diào)節(jié)固定航夺，這樣不僅增加了工作量蕉朵，而且跟蹤精度也不夠高。雙軸跟蹤可以在水平方位和高度兩個(gè)方向跟蹤太陽(yáng)軌跡阳掐，顯然雙軸跟蹤優(yōu)于單軸跟蹤始衅。

       從控制手段上系統(tǒng)可分為傳感器跟蹤和視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤（程序跟蹤）。傳感器跟蹤是利用光電傳感器檢測(cè)太陽(yáng)光線是否偏離電池板法線缭保，當(dāng)太陽(yáng)光線偏離電池板法線時(shí)汛闸，傳感器發(fā)出偏差信號(hào)，經(jīng)放大運(yùn)算后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)涮俄，使跟蹤裝置從新對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)蛉拙。這種跟蹤裝置尸闸，靈敏度高彻亲，但是遇到長(zhǎng)時(shí)間烏云遮日則會(huì)影響運(yùn)行。視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤吮廉，是根據(jù)太陽(yáng)的實(shí)際運(yùn)行軌跡苞尝，按照預(yù)定的程序調(diào)整跟蹤裝置。這種跟蹤方式能夠全天候?qū)崟r(shí)跟蹤宦芦，其精度不是很高佛雀，但是符合運(yùn)行情況，應(yīng)用較廣泛哟口。

       從主控單元類(lèi)型上可以分為PLC控制和單片機(jī)控制逃净。單片機(jī)控制程序在出廠時(shí)由專(zhuān)業(yè)人員編寫(xiě)開(kāi)發(fā)，一般設(shè)備廠家不易再次進(jìn)行開(kāi)發(fā)和參數(shù)設(shè)定棠雌。而學(xué)習(xí)使用PLC比較容易萨羽，通過(guò)PLC廠家技術(shù)人員的培訓(xùn)，設(shè)備使用廠家的技術(shù)人員可以很方便的學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的調(diào)試和編寫(xiě)旬城，并且PLC能夠提供多種通訊接口钙径，通訊組網(wǎng)也比較方便簡(jiǎn)單。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
       本系統(tǒng)是以PLC主控單元的視日運(yùn)動(dòng)軌跡控制（程序控制）雙軸自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)卒赖，視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤就是利用PLC控制單元相應(yīng)的公式和算法踊嘲，計(jì)算出太陽(yáng)的實(shí)時(shí)位置：太陽(yáng)方位角和太陽(yáng)高度角，然后發(fā)出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)睡清，從而驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能跟蹤裝疏菩，以達(dá)到對(duì)太陽(yáng)實(shí)時(shí)跟蹤的目的。
 

       太陽(yáng)在天空中的位置可以由太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角來(lái)確定刨仑。太陽(yáng)高度角又稱(chēng)太陽(yáng)高度郑诺、太陽(yáng)俯仰角，是指太陽(yáng)光線與地表水平面得之間的夾角贸人。太陽(yáng)方位角即太陽(yáng)所在的方位间景，是指太陽(yáng)光線在地平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角佃声，可以近似看作是樹(shù)立在地面上的直線在陽(yáng)光下的陰影與正南方向的夾角。太陽(yáng)方位角和高度角的實(shí)時(shí)數(shù)值可以通過(guò)地理經(jīng)緯度倘要、時(shí)區(qū)參數(shù)利用公式計(jì)算出來(lái)圾亏。

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       主控單元是太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的核心部件，系統(tǒng)選用結(jié)構(gòu)緊湊封拧。配置靈活志鹃、指令豐富的和利時(shí)LM PLC。選用的配置包括LM 3108CPU模塊和LM 3310擴(kuò)展模塊泽西。LM3108集成為數(shù)字量24DI和16DO曹铃，能滿(mǎn)足要求，通訊集成有RS232和RS485兩個(gè)通訊接口捧杉，RS232用于與上位文本顯示器通訊陕见，RS485可用于組網(wǎng)使用。LM 3310為四通AI模塊募型，可用于采集風(fēng)速等保護(hù)數(shù)據(jù)指晾。配合和利時(shí)HD2400L文本顯示器使用，能夠監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)哀揽、改變參數(shù)設(shè)置理斜，以達(dá)到控制目的。
 

       本文所設(shè)計(jì)跟蹤調(diào)整裝置其結(jié)構(gòu)如下圖所示：它主要由底座睬肮、立軸伐薯、橫軸、兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)匣诉、傳動(dòng)齒輪等組成诡岂。其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)橫軸，支撐太陽(yáng)能電池板繞橫軸運(yùn)動(dòng)辜色，跟蹤高度角運(yùn)行啥葡。旋轉(zhuǎn)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)水平軸，以跟蹤方位角變化潜呻。
 

       在一天的整個(gè)過(guò)程中政模，跟蹤器能夠獲得最優(yōu)的高度角和方位角，電池板能夠接收到最大太陽(yáng)日輻射量蚂会。系統(tǒng)用一套公式由PLC計(jì)算出實(shí)際時(shí)刻太陽(yáng)所在的高度角和方位角淋样，根據(jù)實(shí)時(shí)太陽(yáng)高度角和方位角與跟蹤裝置實(shí)際的高度角和方位角的差值，以及驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)速度胁住，計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的跟蹤運(yùn)行時(shí)間趁猴。最后通過(guò)程序執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到要求的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)高度角和方位角的跟蹤彪见。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
       跟蹤模式的判斷過(guò)程完全由軟件實(shí)現(xiàn)儡司，靈活度高娱挨，可以針對(duì)不同地區(qū)和不同的氣候進(jìn)行調(diào)整，從而提高光伏電站的發(fā)電效率捕犬。還可以根據(jù)需要增加光強(qiáng)傳感器跷坝、風(fēng)力傳感器等多傳感裝置，提高安全性和更高的控制要碉碉。

       通過(guò)程序控制柴钻，可以自動(dòng)判斷是否滿(mǎn)足運(yùn)行條件從而達(dá)到自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行裝置、自動(dòng)停止垢粮、返回初始狀態(tài)等控制淫蜕。增加風(fēng)力傳感器用于對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)作用，當(dāng)風(fēng)力大于一定數(shù)值時(shí)抬奠，系統(tǒng)停止工作肩检，復(fù)位到原點(diǎn)，風(fēng)速滿(mǎn)足工作條件時(shí)疲飘，系統(tǒng)自動(dòng)開(kāi)始工作钳雄。太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)自由度，控制機(jī)構(gòu)對(duì)高度角和方位角兩個(gè)方向進(jìn)行調(diào)整婴悠。當(dāng)電池板轉(zhuǎn)到盡頭時(shí)，由于跟蹤裝置裝了限位傳感器汞坚，到限位觸點(diǎn)時(shí)自動(dòng)切斷輸出罐闰，電機(jī)停止工作。
 

4 結(jié)論
       本文介紹了基于和利時(shí)LM PLC控制的雙軸太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)梦立，系統(tǒng)采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方法設(shè)計(jì)噪芭，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)行條件，達(dá)到實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)的效果港遇。以和利時(shí)PLC作為主控單元楞艾，由PLC程序通過(guò)算法計(jì)算出太陽(yáng)實(shí)時(shí)位置與系統(tǒng)位置的角度差，再由旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)行速度計(jì)算出運(yùn)行時(shí)間龄广。通過(guò)PLC程序的邏輯控制關(guān)系硫眯，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)位置的功能择同。因此使得該自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確性高两入、可靠性強(qiáng)，即使在天氣變化比較復(fù)雜的情況下系統(tǒng)也能正常工作敲才，提高太陽(yáng)能的利用效率裹纳。因?yàn)镻LC具有很強(qiáng)的可編程性，客戶(hù)可以根據(jù)自己的要求來(lái)修改編寫(xiě)控制程序紧武，達(dá)到最佳的控制效果剃氧。對(duì)于串敏储、并聯(lián)的大型光伏太陽(yáng)能陣列系統(tǒng)的控制，可以通過(guò)LM PLC的通訊朋鞍，組成通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制虹曙。由此可見(jiàn)基于和利時(shí)LM PLC開(kāi)發(fā)的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)具有精度高、能實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)變化番舆、通訊組網(wǎng)方便等特點(diǎn)露您，能夠滿(mǎn)足客戶(hù)的需求。

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