时控法光伏发电智能追日系统的研究

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在新能源发展巾，太阳能发电储量丰富，无污染，因此太阳能的开发利用具有重大的现实意义。在太阳能电池板发电相同的条件下 ，采用 自动追踪发电设备要比同定发电设备的发电量提高 35%。目前，市场 L作为商用的太阳自动追踪系统较少，且精度较高的自动追踪系统，多采用精密光学器件，价格昂贵、跟踪速度慢，多用存科研、航天、测控、天文等高端诚，不适用于商用民用产品配套使用。而现有的采用光电晶体管的民用产品精度较差，大约34。的误差，故障率较高-发-种价格低廉、性能可靠、适用于小型光伏发电系统的商用太阳自动追踪系统日趋重要。

2智能追日系统的整体设计光伏发电智能追日系统主要由双轴机械跟踪系统、角度反馈系统、GPS定位系统 、风力检测拈和单片机控制系统组成 ， 2.1其结构，如图 1所示。

图 1智能追日系统结构框图Fig.1 The Structure Diagram ofthe Sun-Track System双轴跟踪机械结构机械部分采用双轴跟踪方法，实现对太阳光的高度角和入来稿日期：2012-1 1-叭基金项目：中央高校基本科研业务经费11D10304；海高校盐培养优秀青年教师科研专项基金资助项目sdjlO007作者简介：陈玉沽，1985-，女，湖北随州人，硕士，工程师，主要研究方向：机电-体化，光伏发电
174 机 械设 计 与 制造No.9Sept.2013追 日系统中双轴电机转角的自动控制，从而实现太阳能板始终垂直于太阳光照。由文献 呵知，太阳的高度角与方位角的变化是随地理经度、纬度、时间而变化的。

4.1追日系统控制算法研究太阳光线与地面的夹角称为太阳高度角，用O/ 表示，如图6a所示，可由式1确定。

sina sin sir c0s妒cos6c0sE， 1式中： -当地纬度；r 时角，时间的变化，以当地太阳正中时为0。，下午为正，上午为负 ，每小时 l5。，每 4min。； 太阳赤纬角，季节日期的变化，该 Et太阳光直射的纬度81。

太阳方位角是太阳聚光器与太阳连线在地面上的投影与南北方向线之间的夹角，用Y 表示，如图6b所示∩由式2确定：COS'ys-sina sintp-sin6/cosoL cosq 2N0a太阳高度角o/ 定义视图 b方位角 判定图6太阳方位角和高度角的定义Fig.6 The Definition of the Sun Azimuth and Elevation Angle采用 GPS芯片采集当前经纬度、日期、时间等信息，设地理经度-J 、纬度- 、日期设定 Et期参数为-年中的日子数 ，时间-t，以分为单位。因此，太阳高度角为3： L 3太阳方位角： L 4分别对式34进行扩展得太阳高度角：arcsinsinio23.5。xsin360。x284n/365costflcossinp23 5。xsin360。x284n/365xcos-1260120- L∞x4-t/4 5太阳方位角：y arccossinc sino-sin23.5。xsin360。284n/365/COSOt 6得到了太阳角，就确定了太阳的位置，从而可以通过步进电机驱动跟踪系统，调整跟踪系统的姿态，使太阳光垂直于太阳能板。

4.2时控法计算举例例 ：假设当地位置为东经 109。，北纬 37。；时间为 5月 7日，上午 8：36。

贝0，时角：cD-12：44-5：36/4-12x6044-gx60-36-62。

太阳赤纬角：8235。xsin360。x284n/36516.72。

式中：23.5。-回归线纬度；284-经验值常数。

将 09上述参数代人公式中即可求得：f arcsinsin sir c0s co cos 32.16。

太阳能板俯仰角为O/s的余角，57.84。。水平转角为272.77。。

4.3追日系统控制流程追日系统控制流程图，如图7所示。

图7程序流程图Fig.7 Program Flow Chart5结论在分析了光伏追 日系统功能需求的基础上，设计了双轴追踪系统的水平旋转机构及垂直旋转机构，并采用 AVR单片机为核心控制器，基于时问控制计算太阳位置的算法实现了智能追 日系统的太阳自动跟踪。实验运行结果表明：所设计的太阳跟踪控制系统T作稳定可靠，适用于太阳能路灯、太阳灶等等多种太阳能装置上，具有较高的推广价值和应用前景。