太阳跟踪控制方式

太阳跟踪控制方式

国内外，太阳跟踪系统中实现跟踪太阳的方法很多，基本上可以分为两类:一类是实时的探测太阳对地位置，控制对日角度的被动式跟踪;另一类是根据天文知识计算太阳位置以跟踪太阳的主动式跟踪。文献中介绍了被动式跟踪的典型代表:压差式跟踪器和光电式跟踪器;主动式跟踪的典型代表:控放式跟踪器、时钟式跟踪器和采用计

算机控制和天文时间控制的视日运动轨迹跟踪器。以下对两种类型中目前主要采用的

光电跟踪方式和视日运动轨迹跟踪方式进行比较。一般地，在聚光光伏发电的应用多

采用校准的光筒，它可以阻止散射进入传感器达到更精确的太阳位置探测。

（1）光电跟踪

虽然光电跟踪方式本身的精度较高，但是它却具有严重的缺点:在阴天时，太阳辐照度较弱(而散射相对会强些)，光电转换器很难响应光线的变化;在多云的天气里，太阳本身被云层遮住，或者天空中某处由于云层变薄而出现相对较亮的光斑时，

光电跟踪方式可能会使跟踪器误动作，甚至会引起严重事故。对于太阳能发电来说，

是可能在晴朗、阴天和多云等任何天气情况下进行的。光电跟踪能够在较好的天气条

件下，提供较高的精度，但是在气象条件差时跟踪结果不能令人满意。

（2)视日运动轨迹跟踪

视日轨迹跟踪的原理是根据太阳运行轨迹，利用计算机(由天文学公式计算出每天中日出至日落每一时刻的太阳高度角与方位角参数)控制电机转动，带动跟踪装置跟踪太阳。此跟踪方式通常采用开环控制，由于太阳位置计算与地理位置(如纬度、经度等)和系统时钟密切相关，因此，跟踪装置的跟踪精度取决于一是输入信息的准确性，二

是跟踪装置参照坐标系与太阳位置坐标系的重合度，即跟踪装置初始安装时要进行水

平和指北调整。

太阳跟踪机构

双轴跟踪

如果能够在太阳高度和赤纬角的变化上都能够跟踪太阳就可以获得最多的太

阳能，全跟踪即双轴跟踪就是根据这样的要求而设计的。双轴跟踪又可以分为两种方式:极轴式全跟踪和高度角方位角式全跟踪。

1)极轴式全跟踪。

极轴式全跟踪原理如图1一5a所示:跟踪装置的一轴指向天球北极，即与地球自

转轴相平行，故称为极轴;另一轴与极轴垂直，称为赤纬轴。工作时电池板绕极轴运转，其转速的设定与地球自转角速度大小相同方向相反用以跟踪太阳的时角变化;电池板绕赤纬轴作俯仰转动是为了跟踪赤纬角的变化。这种跟踪方式并不复杂，但在结构

上电池板的重量不通过极轴轴线，极轴支承装置的设计比较困难。

2)高度角一方位角式太阳跟踪。

高度角和方位角式太阳跟踪方法又称为地平坐标系双轴跟踪，其原理如图1一sb 所示。电池板的方位轴垂直于地平面，另一根轴与方位轴垂直，称为俯仰轴。工作时

电池板根据太阳的位置变化绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰轴作俯仰运动改变电池

板的倾斜角，从而使电池板的法线始终与太阳光线平行。这种跟踪系统的特点是跟踪精度高，而且集热器的重量保持在垂直轴所在的平面内，支承结构的设计比较容易。

由于太阳跟踪系统采用地平坐标系运动控制规律较为直观，结构受力特性好、操作性强、容易实现跟踪系统的大型化.因此，本章采用矢量分析方法，主要对地平坐标系全跟踪系统跟踪角运动控制方程和控制方式进行全面地分析，并对跟踪机构的安装误差、运行时间误差、运行误差等可能导致跟踪系统精度降低的因素进行系统研究。

地平坐标下，双轴太阳跟踪系统

β=β(φ,L loc,n,t）

ρ=ρ(φ,L loc,n,t)

双轴跟踪系统运动控制方法

通常，太阳跟踪可以采用连续跟踪和间歇跟踪两种基本方法进行太阳跟踪

系统的运动控制。连续跟踪方法为跟踪角按照太阳位置变化规律随时间连续调节以跟随太阳运行轨迹的变化的控制方法，根据上节跟踪系统运动特性的研究结果可以看出，太阳跟踪的两个运动轴的速度非常小，最小速度仅为0.00028转/min，为了避免系统在超低速运动下出现位置伺服控制的不稳定，系统设计时就需要非常大的减速比;但是，连续跟踪意味着电机在不停的运动，将消耗大量

的电能，违背了太阳能发电的目的，因此，连续跟踪方法并不适合用在太阳能发电系统。本论文综合考虑跟踪精度和系统能耗，采用间歇跟踪方法，即每隔一段时间后，运动轴快速调整一次跟踪角，并使各运动轴的转角与其由于停顿导致落后于太阳运行的方位角和高度角相等，其余时间系统跟踪角驱动机构固定不动，如此循环，因而形成跟踪系统间歇追踪太阳的跟踪方法。显然，采用间歇跟踪方法，不仅可以简化系统控制，避免庞大的减速系统;而且可以减少步

进电机的运行次数，增加电机的运行寿命，降低跟踪运动系统本身的能耗。我们知道，虽然间歇跟踪方法具有上述优点，但不可避免的要牺牲系统的跟踪精度，因此本节将从理论上分析不同的运动控制参数对跟踪精度的影响，从而确定在使用要求许可的误差范围内，实现间歇跟踪控制方法。

绝对编码器

位置检测装置是运动控制系统实现精确控制的重要组成部分。在闭环系统

中，它的主要作用是检测位移量，该位移量与给定值进行比较，得到误差信号，控制器根据误差信号进行控制调节，使系统趋向减小误差，最终使误差为零。本文采用绝对式的光电编码器用于跟踪系统高度角和方位角位置的反馈。

由于跟踪装置两轴的跟踪范围均在360”以内，编码器若能直接连接在目标检测轴，单圈的绝对编码器就足够。但是考虑跟踪系统机械设计的特点，安装在最后一级输出轴上比较困难，因此编码器需要安装在前一级间接的检测轴的位置，此时轴的转动角度已经超过360度，此时，必须采用多圈的绝对编码器。最终选用上海精浦机电型号为 GAX60R13/12的编码器，其主要性能指标为分辨率/圈:8192(13位)，连续4096圈，即能检测的最小角度为

360ο/213二 0.0440

由于绝对编码器的输出信号是以格雷码的形式，为了便于信号的采集和处

理，通过二次仪表 GP1312RL/CH进行信号的变换，以2路位置信号输出:一路4一ZOmA模拟量、一路RS485通讯数字量。最后通过一个RS485转USB接口直接将两路信号发送到上位机。

太阳能跟踪器工作原理

太阳能跟踪器的工作原理 一工作原理 “太阳光寻迹传感器”安装在太阳能装置上，根据太阳光的位置，驱动电机，带动机械转动机构，始终跟随太阳位置运动。当太阳偏转一定角度时（一般5--10分钟左右），控制器发出指令，转动机构旋转几秒钟，到达正对太阳位置时时停止，等待下一个太阳偏转角度，一直这样间歇性运动；当阴天或晚上没有太阳出现时停止动作；只要出现太阳它就自动寻找并跟踪到位，全自动运行，无需人工干预，东西向、南北向二维控制，也可单方向控制，使用电源直流12伏，技术指标 1. 跟踪起控角度:1°--10°（不同应用类型） 2. 水平（太阳方位角）运行角度：Ⅰ型0°--360°，Ⅱ型-20°-- +200° 3. 垂直（太阳高度角）调整角度：10°--120°（太阳光与地面夹角） 4. 传动方式：丝杠、涡轮蜗杆、齿轮 5. 承载重量:10Kg-- 500Kg 6. 系统重量：2 Kg--500Kg 7. 电机功率：0.4W--15W 8. 电源电压 DC6V--24V 9. 运行环境温度： -40--85℃ 10.运行时间≥10万小时 11.室外全天候条件运行现有的太阳能自动跟踪控制器无外乎两种：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器，构成光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是使用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两种控制器很难使大阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器，但设在其输人端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。每一组两只光敏电阻中的一只为比

太阳能自动跟踪系统方案

摘要 人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，但是太阳能又存在着低密度、间歇性、空间分布不断变化的缺点，这就使目前的一系列太阳能设备对太阳能的利用率不高。太阳光线自动跟踪装置解决了太阳能利用率不高的问题。本文对太阳能跟踪系统进行了机械设计和自动跟踪系统控制部分设计。 第一，机械部分设计： 机械结构主要包括底座、主轴、齿轮和齿圈等。当太阳光线发生偏离时，控制部分发出控制信号驱动步进电机1带动小齿轮1转动，小齿轮带动大齿轮和主轴转动，实现水平方向跟踪；同时控制信号驱动步进电机2带动小齿轮2，小齿轮2带动齿圈和太阳能板实现垂直方向转动，通过步进电机1、步进电机2的共同工作实现对太阳的跟踪。 第二，控制部分设计： 主要包括传感器部分、信号转换电路、单片机系统和电机驱动电路等。系统采用光电检测追踪模式实现对太阳的跟踪。传感器采用光敏电阻，将两个完全相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西方向边沿处下方。当两个光敏电阻接收到的光强度不相同时，通过运放比较电路将信号送给单片机，驱动步进电机正反转，实现电池板对太阳的跟踪。 关键词太阳能；跟踪；光敏电阻；单片机；步进电机

Abstract Human being is seriously threatened by exhausting mineral fuel, such as coal and fossil oil. As a kind of new type of energy sources, solar energy has the advantages of unlimited reserves, existing everywhere,using clean and economical .But it also has disadvantages ,such as low density,intermission,change of space distributing and so on.These make that the current series of solar energy equipment for the utilization of solar energy is not high. In order to keep the energy exchange part to plumb up the solar beam,it must track the movement of solar.In this paper, the solar tracking system of the mechanical part and control system part are designed. First,the mechanical part is designed. Mechanical structure mainly includes the main spindle, stepping motors, gears and gear ring, and so on. When the sun's rayshas a deviation, small gear arerotated by stepper motor according to the control signal from MCU. And the large gear and main spindle is rotated by small gear in order to track to achieve the level direction.At the same time, another small gear is rotated by another stepper motor according to the control signal.And the large gear and the solar panels are rotated by the small gear in order to track to achieve the vertical direction. Solar is tracked by the two stepper motors together. Second, control system part is designed. Control system mainly includesthe sensors part, stepper motor, MCU system and the corresponding external circuit, and so on. Photoelectric detection systemisused to track solar. Sensors use photosensitive resistance. The two same photosensitive resistances were placed in east and west direction of the bottom edge .When the two photosensitive resistances receiveddifferent light at the same time, the signal from comparison circuit is sent to MCU in order to rotate stepping motors. Keywords Solar energyTrackingPhotosensitive resistance SCMSteppingmotor

太阳能热水器的控制器的设计

太阳能热水器的通用控制器研制 武汉工程大学刘增华李伟 1、系统功能与指标 1.1功能特点 具有目前产品的一般功能： 1)设置上限水位：设置水位上限，可选择50% ~99%之间（我们选取80%），并且在使用中，不得自动上水。 2)设置水箱水温：设置电加热的温度上限，可选择0°C~80°C（我们选取60°C），自动加热。 3)水位指示：LED五段显示。 4)水温指示：LCD液晶数字显示。 5) 自动上水：为防止空晒，当水位低于10%时，系统强制上水；当水位低于30%时，提示报警，若没有使用，启动自动上水，若使用，则报警提示先上水，再使用。 6)辅助加热：当出现阴雨天气，水温达不到要求，启动辅助电加热，电加热温度上限设置为60°C。 同时还具有新加功能： 1)智能模式：检测淋浴水温，自动调节凉水的流量，自动调节，使水温保持在设定温度的2°C范围内，并保持有足够的流量。 1.2技术指标 1)设置上限水位：设置水位上限，可选择50% ~99%之间（我们选取80%），并且在使用中，不得自动上水。 2)设置水箱水温：设置电加热的温度上限，可选择60°C，自动加热。 3)水位指示：分段显示（5段显示）。 4)水温指示：数字显示（精度为1度）。 5)自动上水：为防止空晒，当水位低于30%时，提示报警，若没有使用，启动自动上水。若使用，则报警提示先上水，再使用。 6)智能模式：检测淋浴水温，自动调节热水、凉水的流量，自动调节，使水温保持在设定温度的2°C范围内，并保持有足够的流量。 2、系统结构设计 2.1系统的工作原理 太阳能热水器辅助控制系统结构如图1所示。在太阳能热水器的储水箱内增加一个电加器，采用220V市电加热，由辅助控制系统的继电器控制通断电，用来在温度达不到要求的时候进行辅助加热来保证热水温度。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装在水箱中，通过电缆线接入用户室内控制器。流量控制阀用通过步进电机来精确控制冷水即自来水的流量，来保证热水与冷水混合后的温度达到用户的要求。当水位不足报警时，通过电磁阀启动上水，上水的过程中，不允许淋浴，且放水电磁阀关闭。当需要淋浴时，放水电磁阀打开，通过自动控制冷水电磁阀的开度来保证冷水与热水混合后的温度与用户设定值基本一致（水温保持在设定温度的2°C范围内），淋浴过程中，系统禁止上水和辅助加热。当淋浴完后按下”淋浴完键”，系统停止放水并且电机要复位。系统的总体结构图如下。

太阳能跟踪器小知识

水平单轴跟踪系统 水平单轴跟踪系统是指光伏方阵可以绕一根水平轴东西方向跟踪太阳。跟踪系统主要由：太阳能电池组件安装支架、水平转轴、转动驱动机构、风速检测装置和跟踪控制器组成。 特点及应用：这种跟踪装置结构特点是结构简单、成本较低、更适合于纬度较低的地区，发电效率比固定纬角的固定式结构高30%左右。可以安装在地面也可以安装在屋顶。 极轴式单轴跟踪系统 极轴式单轴跟踪系统具有一根固定纬角的转轴，光伏方阵可以绕该转轴东西向旋转跟踪太阳。跟踪系统主要由：光伏组件安装支架、转轴、支架、电动推杆、风速探头及跟踪控制器组成。 特点及应用：这种跟踪系统的特点是结构最简单，造价最低。比较适合纬度较高的地区使用，发电效率比固定纬角的固定式系统高30%以上。可以安装在地面也可以安装在屋顶。 阵列式双轴跟踪系统 这种系统具有一根南北方向的纵向转轴和固定在纵向轴上的多根横向转轴组成，每块太阳能组件小方阵既可绕纵向轴东西向转动又可绕横向转轴上下旋转。跟踪系统主要由：纵向转轴、横向转轴、东西向推杆、高度角推杆、连杆、支架、组件安装支架、向日跟踪探头、风速探头及跟踪控制器组成。

特点及应用：与水平单轴跟踪相比，实现了双轴跟踪，发电效率更高，比固定纬角的固定结构高45%以上，与立柱式跟踪相比，系统的高度更低，抗风性能更好，单位面积的安装功率更高。既可安装在地面也可安装在屋顶。 立柱式双轴跟踪系统 有一根立轴和一根水平轴，整个光伏方阵由一根立柱支撑，光伏方阵既可绕立轴跟踪太阳的方位角，同时绕水平轴跟踪太阳的高度角，它完全无限制地跟踪太阳方位，最大限度地发挥跟踪系统的效能。跟踪系统主要由：组件安装支架、水平轴、水平动力头、电动推杆、立柱、向日跟踪探头、风速探头、跟踪控制器等组成。 特点及应用：跟踪范围最大、跟踪效率最高，比固定纬角的固定结构高50%以上。一般仅适合安装在地面

太阳能跟踪器

现有的太阳能自动跟踪控制器无外乎两种：一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器，构成光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转；二是使用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大，所以上述两种控制器很难使大阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器，但设在其输人端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。每一组两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻，另一只为下偏置电阻；一只检测太阳光照，另一只则检测环境光照，送至比较器输人端的比较电平始终为两者光照之差。所以，本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳，而且调试十分简单，成本也比较低。 电路原理

电路原理图如图1所示（点击下载原理图），双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器，参考电压为VDD（＋12V）的1/2。光敏电阻RT1、RT2与电位器RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路，该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。如图2所示，将RT1和RT3安装在垂直遮阳板的一侧，RT4和RT2安装在另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线作用时，RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1、RT3受太阳光照射，RT1的内阻减小，LM358的③脚电位升高，①脚输出高电平，三极管VT1饱和导通，继电器K1导通，其转换触点3与触点1闭合。同时RT3内阻减小，LM358的⑤脚电位下降，K2不动作，其转换触点3与静触点2闭合，电机M正转；同理，如果只有RT2、RT4受太阳光照射，继电器K2导通，K1断开，电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧的光照度相同时，继由器K1、

太阳能自动跟踪装置设计报告

吉林铁道职业技术学院 电子制作职业技能大赛（论文） 题目太阳能自动跟踪装置设计

参赛人姓名王志会张卫国朱峰所在系电气工程系 指导教师陈冬鹤 完成时间2013年5月26日

吉林铁道电子制作职业技能大赛设计报告 题目：太阳能自动跟踪装置设计 主要内容、基本要求等： ◆主要内容：加强大学生动手操作能力，促进集体荣誉感。 ◆基本要求：1，利用单片机控制实现太阳能电池板随着太阳（光源）的位置变 化而调整自身相应的姿态，以达到太阳光能的最佳利用。 2，实现一定的姿态控制精度。 3，以低成本、低功耗完成设计并实现目标电路的组装。 ◆主要参考资料：电路基础、电工技术、电子手工焊接、单片机原理及应用、传感器原理与应用。 完成日期：2013年5月26日 指导教师：陈冬鹤 实验组组长：王志会 2013年 6 月 5 日

太阳能自动跟踪装置 研制目的 人类正面临着石油和煤炭等矿物燃料枯竭的严重威胁，太阳能作为一种新型能源具有储量无限、普遍存在、利用清洁、使用经济等优点，太阳能光伏发电是改善生态环境、提高人类生存质量的绿色能源之一，但由于传统太阳能板方向固定，受光时间有限。因此研制可随光移动的太阳能跟随系统。

一自动跟踪系统整体设计 1.1 系统总体结构 本系统包括光电转换器、步进电机、89C5系列单片机以及相应的外围电路等。太阳能电池板可以360度自由旋转。控制机构将分别对水平方向进行调整。单片机加电复位后，首先由TRCT5000构成的定位系统对整个系统进行预置定位，然后单片机将对两光敏电阻采样进来的两个电平进行比较，电平有高电平和低电平两种，若两电平相等则电池板停止转动，若不等单片机将对两电平进行比较判定，驱动步进电机让太阳能板与之相对应转动，实现电池板对太阳的跟踪。图1-1所示： 1.2 光电转换器

太阳能自动跟踪系统的设计

太阳能自动跟踪系统的设计 1引言 开发新能源和可再生资源是全世界面临的共同课题，在新能源中，太阳能发电已成为全球发展最快的技术。太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而由于太阳存在着间隙性，光照强度随着时间不断变化等问题，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求(见图1)。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。据测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。 所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。所谓单轴是指仅可以水平方向跟踪太阳，在高度上根据地理和季节的变化人为的进行调节固定，这样不仅增加了工作量，而且跟踪精度也不够高。双轴跟踪可以在水平方位和高度两个方向跟踪太阳轨迹，显然双轴跟踪优于单轴跟踪。 图1 太阳能的收集装置现场 从控制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪(程序跟踪)。传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线，当太阳光线偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大运算后控制执行机构，使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置，灵敏度高，但是遇到长时间乌云遮日则会影响运行。视日运动轨迹跟踪，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不是很高，但是符合运行情况，应用较广泛。 从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。单片机控制程序在出厂时由专业人员编写开发，一般设备厂家不易再次进行开发和参数设定。而学习使用PLC比较容易，通过PLC厂家技术人员的培训，设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写，并且PLC能够提供多种通讯接口，通讯组网也比较方便简单。

太阳能自动跟踪装置控制系统设计

本科生毕业论文 题目太阳能自动跟踪装置控制系统设计 系别机械交通学院 班级机制 122 姓名李鹏万 学号 123731214 答辩时间 2016年5月 新疆农业大学机械交通学院

目录 摘要：太阳能作为一种新型清洁能源，受到了世界各国的广泛重视。现阶段影响太阳能普及的主要原因是太阳能电池的成木较高而光电转化效率却较低。因此，如何提高太阳能利用效率是太阳能行业发展的关键问题。在国内，大多数太阳能电池阵列都是固定安装的，无法保证太阳光实时垂直照射，导致太阳能资源不能得到充分利用。自动太阳跟踪控制系统在跟踪太阳旋转的情况下可接收到更多的太阳辐射能量，从而提高太阳能电池板的输出功率，该技术在各种太阳跟踪装置中可以广泛应用。 0 1 设计研究背景及意义 (2) 2 主要研究内容 (2) 2.1 系统的设计目标 (2) 2.2 设计的主要内容 (2) 3 系统的总体设计 (3) 3.1 太阳自动跟踪方式的确定 (3) 3.2 本设计的设计思想 (3) 4 太阳能充电控制器的设计 (4) 4.1 太阳能电池的选型 (4) 4.2 蓄电池的选型 (6) 4.2.1 铅酸蓄电池基本概念 (6) 4.2.2 本系统蓄电池的选型 (7) 4.3 太阳能充电控制器的设计 (8) 4.3.1 UC3906芯片的介绍 (8) 4.3.2 BUCK电路的设计 (8) 4.4 充电控制器外围电路设计 (10) 5 跟踪系统传感器检测装置的设计 (12) 5.1 阴天检测装置的设计 (12) 5.2 白天黑夜检测装置 (14) 5.3 太阳位置传感器的介绍 (14) 5.3.1 传感器检测部分的设计 (14) 5.3.2 光敏二极管的介绍 (16) 5.3.3 LM324芯片的介绍 (16) 6 视日运动轨迹模块设计 (17) 6.1 太阳赤纬角的计算 (17) 6.2 太阳高度角的计算 (17) 6.3 太阳方位角的计算 (18) 6.4 日出日落时间计算 (18) 7 执行器件的选型 (18) 7.1 步进电机的选型 (18) 7.2 步进电机驱动器的选型 (19) 7.3 执行器件的连接方式 (20) 8 控制系统的设计 (21) 8.1 单片机电源模块的设计 (22) 8.2 驱动器电源模块的设计 (22)

基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/902211066.html, 基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统 作者：李子剑苗春艳 来源：《数字技术与应用》2013年第10期 摘要：为实现太阳能电池板对太阳光能的最高转换率，改变传统太阳能电池板固定安装对太阳光能利用低下的弊端。本文以光敏电阻构成跟踪器，并利用西门子的S7200系列PLC和MM440设计太阳能单轴自动跟踪系统。该太阳能单轴自动跟踪系统可实现在有太阳光照射的情况下，在任意时刻让太阳光直射太阳能电池板，同时解决了风力过大时太阳能电池板的防风问题。 关键词：太阳能单轴跟踪控制系统 PLC 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）10-0009-01 1 概述 目前，光伏电池光电转换效率仍然不高而且价格昂贵，同时大型的太阳能发电站中光伏电池板基本都是固定的，没有充分利用太阳能资源，发电效率低下。相同条件下，采用固定发电方式要比自动跟踪发电方式的发电量要低35%以上，因此非常有必要对太阳光进行自动跟踪。光伏发电自动跟踪装置是一种可以提高太阳能利用率，降低光伏发电成本的有效途径。研究精确的太阳跟踪装置，可使光伏电池板接收到更多的太阳辐射能量，增加发电量，提高人类对太阳能源的利用率。[1] 目前光跟踪技术主要是两种方法，即：视日运行轨道跟踪方法[2]、光电自动跟踪方法。 光电跟踪方式又可以分为单轴跟踪和双轴跟踪，本文以选择单轴跟踪方式，整个系统的PLC 硬件选择SIEMENS公司的S7-200系列CPU226（24输入/16输出），其中主机为CPU226，模拟量扩展模块EM231（4输入），EM251（4输入/1输出）。 2 工作原理 单轴自动跟踪系统主要由PLC、传感器、电机等组成。它的基本原理是：当太阳光照射到传感器上时，由惠斯顿电桥及转换电路把光敏电阻值转变为电流值（4～20mA），转化后光照越强相应的电流值越小，光照越弱相应的电流值越大，此电流值经s7-200的模拟量输入模块 保存到s7-200中，由s7-200与规定值比较后控制电机转动，使聚光器随着太阳移动而移动，从而达到跟踪的目的。 2.1 机械部分 （1）其追踪太阳实时方位的方式为：电机转动使太阳能电池板对准太阳方向。（2）追踪器实现东西方向180°旋转。该运动范围可以满足在地球任意经度纬度的地区安装，可实现追

高精度太阳能跟踪控制器设计与实现_关继文

《自动化与仪器仪表》２０１０年第３期（总第１４９期） ２３ 高精度太阳能跟踪控制器设计与实现 关继文１，２，３，孔令成１，３，张志华１，３ （１中国科学院合肥智能机械研究所 安徽合肥，２３００３１）（２中国科学技术大学自动化系 安徽合肥，２３００２７） （３常州机械电子工程研究所 江苏常州，２１３１６４） 摘 要：针对目前采用传感器检测实现的太阳能跟踪控制器抗干扰性差，跟踪误差大的缺点，介绍了采用软 件算法和传感器检测控制结合的高精度太阳能跟踪控制器设计与实现的方法。软件算法是根据天体的运行规律来计算太阳的高度角和方位角，控制太阳能跟踪器的水平角和俯仰角的范围。传感器检测控制是由精密的四象限传感器检测电路来实现，在软件算法计算的水平角和俯仰角移动的范围内搜索，精确的跟踪太阳光信号的最强点，提高太阳光能的利用率。 关键词：太阳能跟踪器；四象限传感器；高度角；方位角；算法 Abstract: Due to the existing solar tracking controller having defect of poor anti-interference and large tracking error ,this paper introduces the method of design and implementation of the software algorithms and sensor measurement and control with high precision solar tracking controller . Software algorithms to run in accordance with the laws of celestial bodies to calculate the sun's elevation angle and azimuth control the range of the pitch and horizontal angle of the solar tracker .Sensor measurement and control is a sophisticated four-quadrant sensor detection circuit to achieve in the software algorithm discussed above ,accurate tracking of the sun the strongest signal,and greater utilization of solar energy. Key words: Solar tracker ; Four-quadrant sensor ; Altitude ; Azimuth ; Algorithm 中图分类号：TP273.5 文献标识码：B 文章编号：1001-9227(2010)03-0023-03 0 引 言 太阳能跟踪控制器是能够保持太阳能电池板随时正对太阳，使太阳能电池板能垂直照射的机械动力装置，能够显著提高太阳能光伏器件的发电利用率。由于地球的公转和自转，每一个固定地点在一年四季每天每时每刻，太阳的照射角度都有不同，要提高太阳能的利用率，必须保证太阳能电池板能够根据太阳位置的不同而转动。目前，通用的太阳能跟踪控制器是根据经度和纬度的不同，按照天体运行的规律来计算每时刻太阳所在高度角和方向角。天体运行的计算需要运用到大量的浮点、三角、反三角等复杂的运算，要保证计算的精度，普通的单片机需要耗费大量的时间，不能实时的计算。另外，由于蒙气差（大气折射）的存在，蒙气差随着大气密度、温度和压力等条件的变化而变化，不可能很精确的实现太阳跟踪。现在市场上也有采用硬件检测电路来实现的太阳能跟踪器，其采用光电池作为传感器，来实现太阳跟踪。这种跟踪器的精度要靠高精度的传感器，精密的实验电路来保证；并且抗干扰性差，容易跟错目标［１］。 由于现有的太阳能跟踪控制器存在这些缺点，本文设计了一种新型的高精度太阳能跟踪控制器。该控制器由软件算法、传感器检测控制来综合实现，可以精确的跟踪太阳，提高太阳光能的利用率；具有很高的抗干扰性，并且可以节约跟踪器的成本。 2 太阳能跟踪控制器概述 高精度太阳能跟踪控制器采用软件算法控制和传感器检测精确控制综合来实现。软件算法控制根据天体运行规律，实时计算出太阳的位置，使跟踪器定位到一定的范围。传感器检测控制在该范围内搜索检测太阳光的最强点，提高太阳能的利用率。软件算法控制可以提高系统的抗干扰能力。由于外界自然环境复杂多变，天空中飞起的树叶或生活垃圾，以及云层的运动都会对传感器检测造成干扰，使跟踪器产生很大的跟踪误差。所以采用这种高精度太阳能跟踪控制器可以提高跟踪的精度和抗干扰能力［２］。 太阳能跟踪控制系统框图如图１所示。软件算法控制主要通过读取当前时间，由ＤＳＰ根据相关的算法计算出太阳能电池板要旋转的水平角和俯仰角。传感器检测控制由四象限传感器、信号放大电路、绝对值电路、比较电路等组成。 图１　控制系统框图 收稿日期：２００９－１２－１５ 作者简介：关继文（１９８４－），男，安徽宿州人，研究生，主要研究方向为检测技术与自动化装置，ＤＳＰ 及太阳能跟踪控制。

太阳能跟踪器中英文对照外文翻译文献

(文档含英文原文和中文翻译) 中英文对照外文翻译 英文原文 Solar Tracker The Solar Tracker team was formed in the fall of 2005 from five students in an ME design team, and a Smart House liaison. We continued the work of a previous solar tracker group. The task was to design a prototype tracking device to align solar panels optimally to the sun as it moves over the course of the day. The implementation of such a system dramatically increases the efficiency of solar panels used to power the Smart House. This report examines the process of designing and constructing the prototype, the experiences and problems encountered, and suggestions for continuing the project. 1.Introduction

Solar tracking is the process of varying the angle of solar panels and collectors to take advantage of the full amount of the sun?s energy. This is done by rotating panels to be perpendicular to the sun?s angle of incidence. Initial tests in industry suggest that this process can increase the efficiency of a solar power system by up to 50%. Given those gains, it is an attractive way to enhance an existing solar power system. The goal is to build a rig that will accomplish the solar tracking and realize the maximum increase in efficiency. The ultimate goal is that the project will be cost effective – that is, the gains received by increased efficiency will more than offset the one time cost of developing the rig over time. In addition to the functional goals, the Smart House set forth the other following goals for our project: it must not draw external power (self-sustaining), it must be aesthetically pleasing, and it must be weatherproof. The design of our solar tracker consists of three components: the frame, the sensor, and the drive system. Each was carefully reviewed and tested, instituting changes and improvements along the design process. The frame for the tracker is an aluminum prismatic frame supplied by the previous solar tracking group. It utilizes an …A-frame? design with the rotating axle in the middle. Attached to the bottom of this square channel axle is the platform which will house the main solar collecting panels. The frame itself is at an angle to direct the panels toward the sun (along with the inclination of the roof). Its rotation tracks the sun from east to west during the day. The sensor design for the system uses two small solar panels that lie on the same plane as the collecting panels. These sensor panels have mirrors vertically attached between them so that, unless the mirror faces do not receive any sun, they are shading one of the panels, while the other is receiving full sunlight. Our sensor relies on this difference in light, which results in a large impedance difference across the panels, to drive the motor in the proper direction until again, the mirrors are not seeing any sunlight, at which point both solar panels on the sensor receive equal sunlight and no power difference is seen. After evaluation of the previous direct drive system for the tracker, we designed a belt system that would be easier to maintain in the case of a failure. On one end of the frame is a motor that has the drive pulley attached to its output shaft. The motor rotates the drive belt which then rotates the pulley on the axle. This system is simple and easily disassembled. It is easy to interchange motors as needed for further testing and also allows for optimization of the final gear ratio for response of the tracker. As with any design process there were several setbacks to our progress. The first and foremost was inclement weather which denied us of valuable testing time. Despite the setbacks, we believe this design and prototype to be a very valuable proof-of-principle. During our testing we have eliminated many of the repetitive problems with the motor and wiring so that future work on the project will go more smoothly. We also have achieved our goal of tracking the sun in a …hands-off?

最大功率点跟踪(MPPT)基本原理

最大功率点跟踪（MPPT）基本原理 MPPT名词解释 MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”（Maximum Power Point Tracking）太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。下面我们用一种机械模拟对比的方式来向大家解释MPPT太阳能控制器的基本原理。 MPPT 控制器 要想给蓄电池充电，太阳板的输出电压必须高于电池的当前电压，如果太阳能板的电压低于电池的电压，那么输出电流就会接近0。所以，为了安全起见，太阳能板在制造出厂时，太阳能板的峰值电压（Vpp）大约在17V左右，这是以环境温度为25°C时的标准设定的。这样设定的原因，（有意思的是，不同于我们普通人的主观想象，下面的结论可能会让我们吃惊）在于当天气非常热的时候，太阳能板的峰值电压Vpp会降到15V左右，但是在寒冷的天气里，太阳能的峰值电压Vpp可以达到18V! 现在，我们再回头来对比MPPT太阳能控制器和传统太阳能控制器的区别。传统的太阳能充放电控制器就有点象手动档的变速箱，当发动机的转速增高的时候，如果变速箱的档位不相应提高的话，势必会影响车速。但是对于传统控制器来说，充电参数都是在出厂之前就设定好的，这就像车的档位被固定设置在了1档。那么不管你怎样用力的踩油门，车的速度也是有限的。MPPT控制器就不同了，它是自动挡的。它会根据发动机的转速自动调节档位，始终让汽车在最合理的效率水平运行。就是说，MPPT控制器会实时跟踪太阳能板中的最大的功率点，来发挥出太阳能板的最大功效。电压越高，通过最大功率跟踪，就可以输出更多的电量，从而提高充电效率。理论上讲，使用MPPT控制器的太阳能发电系统会比传统的效率提高50%，但是跟据我们的实际测试，由于周围环境影响与各种能量损失，最终的效率也可以提高20%-30%。 从这个意义上讲，MPPT太阳能充放电控制器，势必会最终取代传统太阳能控制器。 为什么要使用MPPT ？ 太阳能电池组件的性能可以用U-I曲线来表示。电池组件的瞬时输出功率（U*I）就在这条U-I曲线上移动。电池组件的输出要受到外电路的影响。最大功率跟踪技术就是利用电力电子器件配合适当的软件，使电池组件始终输出最大功率。

自制太阳能自动跟踪控制器

自制太阳能自动跟踪控制器 现有的太阳能自动跟踪控制器无外乎两种:一是使用一只光敏传感器与施密特触发器或单稳态触发器,构成光控施密特触发器或光控单稳态触发器来控制电机的停、转;二是使用两只光敏传感器与两只比较器分别构成两个光控比较器控制电机的正反转。由于一年四季、早晚和中午环境光和阳光的强弱变化范围都很大,所以上述两种控制器很难使大阳能接收装置四季全天候跟踪太阳。这里所介绍的控制电路也包括两个电压比较器,但设在其输人端的光敏传感器则分别由两只光敏电阻串联交叉组合而成。每一组两只光敏电阻中的一只为比较器的上偏置电阻,另一只为下偏置电阻;一只检测太阳光照,另一只则检测环境光照,送至比较器输人端的比较电平始终为两者光照之差。所以,本控制器能使太阳能接收装置四季全天候跟踪太阳,而且调试十分简单,成本也比较低。 电路原理

电路原理图如图1所示,双运放LM358与R1、R2构成两个电压比较器,参考电压为VDD(+12V)的 1/2。光敏电阻 RT1、RT2与电位器 RP1和光敏电阻RT3、RT4与电位器RP2分别构成光敏传感电路,该电路的特殊之处在于能根据环境光线的强弱进行自动补偿。如图2所示,将RT1和 RT3安装在垂直遮阳板的一侧,RT4和RT2安装在另一侧。当RT1、RT2、RT3和RT4同时受环境自然光线作用时,RP1和RP2的中心点电压不变。如果只有RT1、RT3受太阳光照射,RT1的内阻减小,LM358的③脚电位升高,①脚输出高电平,三极管VT1饱和导通,继电器K1导通,其转换触点3与触点1闭合。同时RT3内阻减小,LM358的⑤脚电位下降,K2不动作,其转换触点3与静触点2闭合,电机M正转;同理,如果只有RT2、 RT4受太阳光照射,继电器K2导通,K1断开,电机M反转。当转到垂直遮阳板两侧的光照度相同时,继由器K1、K2都导通,电机M才停转。在太阳不停地偏移过程中,垂直遮阳板两侧光照度的强弱不断地交替变化,电机M转——停、转——停,使太阳能接收装置始终面朝太阳。4只光敏电阻这样交叉安排的优点是: (l)LM358的③脚电位升高时,⑤脚电位则降低,LM358的⑤脚电位升高时,③脚电位则降低,可使电机的正反转工作既干脆又可靠;(2)可直接用安装电路板的外壳兼作垂直遮阳板,避免将光敏电阻RT2、RT3引至蔽阴处的麻烦。 使用该装置,不必担心第二天早晨它能否自动退回。早晨太阳升起时,垂直遮阳板两侧的光照度不可能正好相等,这样,上述控制电路就会控制电机,从而驱动接收装置向东旋转,直至太阳能接收装置对准太阳为止。 安装调试

太阳光自动跟踪设计_图文(精)

摘要 通过分析全国日照时数表得出:开环系统在太阳能光伏工程中效率不高而并不适合采用。为合理地利用太阳能,提高其跟踪效率而采用混合控制系统。文中着重分析了双轴跟踪的原理,提出了手动式方位角跟踪和自动式八方位高度角跟踪,引出了分级接收跟踪原理,设计了软件流程并和一套任意方位跟踪系统。运行结果表明,该系统能实现太阳光任意方位检测并迅速跟踪,有效降低系统运行功耗,减少机械结构损耗,跟踪精度可调,可望在太阳能光伏工程中获得应用。并促进太阳光的接收效率。 【关键词】太阳能跟踪系统；时空控制；光强控制；跟踪传感器 Abstract The open system is not suitable for adoption in solar photovoltaic engineering because of its inefficiency through analyzing the national sunshine duration https://www.wendangku.net/doc/902211066.html,ing the mixture control system can enhance its track efficiency and make full use of solar energy reasonably.The paper analyzed the two axle track principle emphatically,then proposed the manual azimuth tracking and the automatic altitude angle tracking of 8 positions,educed hierarchical receive track principle,designed the software flow and a suit of arbitrariness azimuth track system.Running results indicated that the system can accomplish solar arbitrariness azimuth detection and tracking rapidly,fall running power consume efficiently,reduce consume of mechanical structure,and have adjustable tracking precision.It may obtain applications in solar photovoltaic engineering. 【Key words】 solar Automatic tracking system；time and space control；light intensity control；solar tracking sensor 目录 第一章引言 1