太阳能光伏发电中跟踪控制系统的研究与设计

孙彦祥　马叶革

摘要：因为现在的技术上的限制，光伏发电的方式效果不是很好。这就导致了太阳能的使用受到限制。所以为了解决这个问题，就要寻找更加有效的方式来改善太阳能的效率。在利用太阳能发电的时候，影响的因素有电池板还有太阳光射的角度，太阳能电池板和太阳光线的照射角度是九十度的时候，效果是最好的。为了能够使发电的效率达到最高。可以使用跟踪控制系统的方式。跟踪系统可以跟踪太阳的光线角度，实现及时调整，就可以使得发电的效果变好。关键词：太阳能；跟踪系统；研究与设计

1 前言

太阳能是可以开发利用的十分有潜力的能源。每天都有光照，每天都有能源，并且相对于其他的能源，可以免去运输的成本和压力。并且相对于其他能源的排气等污染环境的问题，这种能源没有后期要排放的物质，也不会产生工厂的噪音。但是现在在利用太阳能的技术上还有一些问题。太阳能的能流密度比较大，所以转换的电能比较少。在光线比较好的情况下，一平方米只能产生一千瓦的电。所以需要电多的情况下，就需要增加装置的面积，这样就会增加成本。大气会对光线产生很大影响，所以电的转化就更困难了。为了改善这些问题，跟踪控制系统可以进行太阳方位的计算，使得太阳电池板可以和太阳光线保持垂直，增大转换率。

2 跟踪控制系统的硬件的研究

2.1 跟踪控制系统的机械构成

跟踪系统是由太阳能电池板、齿轮传动机、基座等构成的。要将跟踪控制系统进行固定就要用基座。太阳光线的角度发生变化得时候，减速电机就会转动，然后进行齿轮传动，来调整电池板的角度，使得它能够和太阳光线的角度达到九十度，从而获得最大的转换率。在操作的时候通过主轴、齿轮还有齿圈以及底座实现太阳能电池板的转动，进行太阳光线的跟踪。

2.2 控制系统

控制系统是由光传感器、GPS以及电机驱动电路来实现的。GPS进行当地的时间的采集，用来进行太阳的位置的确定，可以确定太阳光线的角度位置。传感器是用来感应光的强度的，如果光线很弱的话，就将系统关闭，这样可以节省能源。

控制系统最关键的组成部分是太阳能的跟踪控制系统。全球定位系统来确定安装的经纬度，还有確切的日期以及时间。然后根据太阳的轨道来计算出太阳光线的照射方向，然后进行电池板的调节，使得它和太阳光线的角度保持在九十度。还有光敏元件，可以对光线的强度进行测试，遇到下雨天没有太阳光的话，就把机械装置关闭。可以节省能源。这个系统安装方便，还可以进行实时监控，安装的时候只要保证安装是水平的就好，方向是南北方向。这些因为都可以传输到无线终端上。随时可以进行系统信息的查看。整机的电力是由风力发电和太阳能电池板所提供的。白天的时候。风力发电机和太阳能进行发电，给蓄电池充上电。晚上的时候，可以提供LED路灯的用电，如果有足够的风力。风力发电机既可以支持蓄电池充电，也可以支持路灯用电。

2.3 控制器

主控制器用的是STC5A60S2，这是STC公司生产的。内部的空间有60Kflash，还有1280字节的ram空间，这就使得GPS进行太阳方位的计算有运行的保证。附加AD功能，对于太阳光线可以直接通过光敏电阻进行感应，不需要增加转换的芯片。GPS的工作，有一部分用的是C3-370C模块，直接输出串口NMEA报文数据。将单片机的工作简化了不少。

2.4 检测电机堵转

太阳能的工作机械设备都在露天的环境下。环境变化下，长时间的暴露比较容易导致故障的发生。比如说出现电机堵转的问题等，为了避免这个问题，如果电机堵转了，继续供电的话会导致驱动损坏，所以要有可以检测的电路。这种检测电路的方式可以通过无线终端来进行控制。电路检测设计：主控制器AT89C51，是Atmel公司的设计，它和STC5A60S2的基本的功能是相似的。无线的终端显示用的是nokia5110，这种液晶显示器，耗能比较小，而且显示的内容多。而且它具有智能控制开关的作用，它可以根据主机传输过来的时间的信息，在白天关闭，可以节约能源。

3 跟踪控制系统的经济优势

我国的太阳能的资源是非常丰富的，所以对于太阳能的开发与利用是十分有潜力的。我国的光伏发电是在二十世纪的七十年代开始的，九十年代中期开始稳步发展。二零零九年的三月二十三日，相关部门出台了《推进将太阳能光电应用在建筑行业的意见》，并附加了《太阳能光电建筑行业的应用财政补助的暂行管理办法》，在符合条件的地方，对每瓦的光伏建筑进行最高二十元的补助。二零零九年的七月二十一日。能源局以及相关的部门。宣布启动了金太阳的示范性工程。相关部门出示了《实施金太阳工程的通知》，为了促进太阳能产业的发展，可以采取财政支持和还有市场拉动以及科技支持的方式，来促进产业发展。并且在两到三年之间，对于五百兆瓦以上的发电的示范项目，进行财政的补助。所以，有了我国财政的大力支持，太阳能发电的前景是非常不错的。跟踪系统的特点不用电缆以及管道的铺设，而且后期维护的成本也比较少。对于费用的计算如下：

城市路灯的用电计算：一百盏的路灯，每盏五百瓦，那么总功率就是五万瓦，每天需要十二个小时的用电，那么一天要用的电是600度，一年的用电量就是二十一万九千度，每度电一元五角的话，那么电费就是三十二万八千。

太阳能的路灯，后期不需要保养以及维护，一年可以节省的费用多达三十二万，太阳能电池板可以使用十五年到二十年，LED灯可以使用十年以上。而通过太阳能发电，十展灯可以节省四万多元，并且煤炭等能源随着数量的下降，价格也会增高，所以相对于而言，节省的成本是非常多的。4结语

太阳能发电也有一定的社会效益。太阳能还有风能的利用，可以减少普通能源排放污染环境的物质。对于改善环境也有长远的帮助。对于城市环境建设，以及人们的身心健康都有好处，雾霾天气对人体有害。也对环境有害。所以太阳能利用的优势是非常大的。所以不管是经济效益还是社会效益，太阳能都是很好的能源。