為了更好的利用太陽能派任，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用于太陽能行業(yè)中都泥∨萦洌基于PLC的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)使光伏電池板能實(shí)時(shí)跟蹤太陽關(guān)照宽用，從而最大限度的獲得太陽能闭榛，有效地提太陽能的利用率和光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，降低了光伏并網(wǎng)發(fā)電成本跌缩，具有理論研究意義和應(yīng)用推廣價(jià)值衍肥。

引言

開發(fā)新能源和可再生資源是全世界面臨的共同課題，在新能源中雀肠，太陽能發(fā)電已成為全球發(fā)展最快的技術(shù)刀念。太陽能作為一種清潔無污染的能源，開發(fā)前景十分廣闊胁会。然而由于太陽存在著間隙性贺潜，光照強(qiáng)度隨著時(shí)間不斷變化等問題，這對(duì)太陽能的收集和利用裝置提出了更高的要求施绎。目前很多太陽能電池板陣列基本都是固定的溯革，不能充分利用太陽能資源，發(fā)電效率低下谷醉。據(jù)測(cè)試致稀，在太陽能電池板陣列中，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%左右俱尼。

所謂太陽能跟蹤系統(tǒng)是能讓太陽能電池板隨時(shí)正對(duì)太陽抖单，讓太陽光的光線隨時(shí)垂直照射太陽能電池板的動(dòng)力裝置，能顯著提高太陽能光伏組件的發(fā)電效率号显。目前市場(chǎng)上所使用的跟蹤系統(tǒng)按照驅(qū)動(dòng)裝置分為單軸太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和雙軸太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)臭猜。所謂單軸是指僅可以水平方向跟蹤太陽，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)固定押蚤，這樣不僅增加了工作量蔑歌，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)方向跟蹤太陽軌跡揽碘，顯然雙軸跟蹤優(yōu)于單軸跟蹤次屠。

1  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

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)太陽光線是否偏離電池板法線稀掠，當(dāng)太陽光線偏離電池板法線時(shí)拇蟋，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)，使跟蹤裝置從新對(duì)準(zhǔn)太陽蓖搅。這種跟蹤裝置崖蟀，靈敏度高，但是遇到長(zhǎng)時(shí)間烏云遮日則會(huì)影響運(yùn)行翩汰。視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤吹迎，是根據(jù)太陽的實(shí)際運(yùn)行軌跡，按照預(yù)定的程序調(diào)整跟蹤裝置溃耸。這種跟蹤方式能夠全天候?qū)崟r(shí)跟蹤湃足，其精度不是很高，但是符合運(yùn)行情況发惭，應(yīng)用較廣泛剂户。

從主控單元類型上可以分為PLC控制和單片機(jī)控制。單片機(jī)控制程序在出廠時(shí)由專業(yè)人員編寫開發(fā)罩锐，一般設(shè)備廠家不易再次進(jìn)行開發(fā)和參數(shù)設(shè)定奉狈。而學(xué)習(xí)使用PLC比較容易，通過PLC廠家技術(shù)人員的培訓(xùn)涩惑，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)試和編寫嘹吨，并且PLC能夠提供多種通訊接口，通訊組網(wǎng)也比較方便簡(jiǎn)單境氢。

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)蟀拷，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，計(jì)算出太陽的實(shí)時(shí)位置：太陽方位角和太陽高度角萍聊，然后發(fā)出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)问芬，從而驅(qū)動(dòng)太陽能跟蹤裝，以達(dá)到對(duì)太陽實(shí)時(shí)跟蹤的目的寿桨。

太陽在天空中的位置可以由太陽高度角和太陽方位角來確定此衅，如圖1。太陽高度角又稱太陽高度亭螟、太陽俯仰角挡鞍，是指太陽光線與地表水平面得之間的夾角。太陽方位角即太陽所在的方位预烙，是指太陽光線在地平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角胀爸，可以近似看作是樹立在地面上的直線在陽光下的陰影與正南方向的夾角。太陽方位角和高度角的實(shí)時(shí)數(shù)值可以通過地理經(jīng)緯度千荡、時(shí)區(qū)參數(shù)利用公式計(jì)算出來锌德。

圖1  方位角示意圖：α-高度角 β-方位角

主控單元是太陽能跟蹤系統(tǒng)的核心部件，系統(tǒng)選用結(jié)構(gòu)緊湊的和利時(shí)LM PLC绅踪。選用的配置包括LM 3108CPU模塊和LM 3310擴(kuò)展模塊沼惹，如圖2所示诗实。LM3108集成為數(shù)字量24DI和16DO，能滿足要求遥浑，通訊集成有RS232和RS485兩個(gè)通訊接口昆饲，RS232用于與上位文本顯示器通訊，RS485可用于組網(wǎng)使用捞勿。LM 3310為四通AI模塊址敢，可用于采集風(fēng)速等保護(hù)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)信號(hào)表如表1所示浆左。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)训措、改變參數(shù)設(shè)置伪节，以達(dá)到控制目的。

圖2  控制元件結(jié)構(gòu)選型

表1  系統(tǒng)信號(hào)表

本文所設(shè)計(jì)跟蹤調(diào)整裝置其結(jié)構(gòu)如圖3所示：它主要由底座绩鸣、立軸怀大、橫軸、兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)呀闻、傳動(dòng)齒輪等組成化借。其中旋轉(zhuǎn)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)橫軸，支撐太陽能電池板繞橫軸運(yùn)動(dòng)捡多，跟蹤高度角運(yùn)行蓖康。旋轉(zhuǎn)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)水平軸，以跟蹤方位角變化垒手。

圖3  跟蹤系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖

在一天的整個(gè)過程中蒜焊，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日輻射量科贬。系統(tǒng)用一套公式由PLC計(jì)算出實(shí)際時(shí)刻太陽所在的高度角和方位角泳梆，根據(jù)實(shí)時(shí)太陽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)速度計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的跟蹤運(yùn)行時(shí)間渺广。最后通過程序執(zhí)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)達(dá)到要求的位置捣睬，實(shí)現(xiàn)對(duì)高度角和方位角的跟蹤。

2  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

跟蹤模式的判斷過程完全由軟件實(shí)現(xiàn)湃鳖，靈活度高克蝶，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)電效率狮最。還可以根據(jù)需要增加光強(qiáng)傳感器寻适、風(fēng)力傳感器等多傳感裝置，提高安全性和更高的控制要稻扔。

通過程序控制凤婆，可以自動(dòng)判斷是否滿足運(yùn)行條件從而達(dá)到自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行裝置短揉、自動(dòng)停止、返回初始狀態(tài)等控制非畜。增加風(fēng)力傳感器用于對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)作用刚肠，當(dāng)風(fēng)力大于一定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)停止工作亦弛，復(fù)位到原點(diǎn)冒晰，風(fēng)速滿足工作條件時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開始工作竟块。太陽能電池板有兩個(gè)自由度壶运，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。當(dāng)電池板轉(zhuǎn)到盡頭時(shí)浪秘，由于跟蹤裝置裝了限位傳感器蒋情，到限位觸點(diǎn)時(shí)自動(dòng)切斷輸出，電機(jī)停止工作耸携，系統(tǒng)控制流程圖如下圖4所示棵癣。

圖4  控制系統(tǒng)流程圖

結(jié)束語

本文介紹了基于和利時(shí)LM PLC控制的雙軸太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)采用視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方法設(shè)計(jì)夺衍，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)行條件狈谊，達(dá)到實(shí)時(shí)跟蹤太陽的效果。以和利時(shí)PLC作為主控單元沟沙，由PLC程序通過算法計(jì)算出太陽實(shí)時(shí)位置與系統(tǒng)位置的角度差河劝，再由旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)行速度計(jì)算出運(yùn)行時(shí)間。通過PLC程序的邏輯控制關(guān)系矛紫，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)丧裁，達(dá)到自動(dòng)跟蹤太陽位置的功能。因此使得該自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確性高环壳、可靠性強(qiáng)央嘱，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，提高太陽能的利用效率乞瑰。因?yàn)镻LC具有很強(qiáng)的可編程性馏纱，客戶可以根據(jù)自己的要求來修改編寫控制程序，達(dá)到最佳的控制效果排击。對(duì)于串素牌、并聯(lián)的大型光伏太陽能陣列系統(tǒng)的控制，可以通過LM PLC的通訊患漆，組成通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制墓且。

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