太陽(yáng)能光伏發(fā)電中跟蹤控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

孫彥祥　馬葉革

摘要：因?yàn)楝F(xiàn)在的技術(shù)上的限制，光伏發(fā)電的方式效果不是很好。這就導(dǎo)致了太陽(yáng)能的使用受到限制。所以為了解決這個(gè)問(wèn)題，就要尋找更加有效的方式來(lái)改善太陽(yáng)能的效率。在利用太陽(yáng)能發(fā)電的時(shí)候，影響的因素有電池板還有太陽(yáng)光射的角度，太陽(yáng)能電池板和太陽(yáng)光線(xiàn)的照射角度是九十度的時(shí)候，效果是最好的。為了能夠使發(fā)電的效率達(dá)到最高?？梢允褂酶櫩刂葡到y(tǒng)的方式。跟蹤系統(tǒng)可以跟蹤太陽(yáng)的光線(xiàn)角度，實(shí)現(xiàn)及時(shí)調(diào)整，就可以使得發(fā)電的效果變好。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；跟蹤系統(tǒng)；研究與設(shè)計(jì)

1 前言

太陽(yáng)能是可以開(kāi)發(fā)利用的十分有潛力的能源。每天都有光照，每天都有能源，并且相對(duì)于其他的能源，可以免去運(yùn)輸?shù)某杀竞蛪毫?。并且相?duì)于其他能源的排氣等污染環(huán)境的問(wèn)題，這種能源沒(méi)有后期要排放的物質(zhì)，也不會(huì)產(chǎn)生工廠(chǎng)的噪音。但是現(xiàn)在在利用太陽(yáng)能的技術(shù)上還有一些問(wèn)題。太陽(yáng)能的能流密度比較大，所以轉(zhuǎn)換的電能比較少。在光線(xiàn)比較好的情況下，一平方米只能產(chǎn)生一千瓦的電。所以需要電多的情況下，就需要增加裝置的面積，這樣就會(huì)增加成本。大氣會(huì)對(duì)光線(xiàn)產(chǎn)生很大影響，所以電的轉(zhuǎn)化就更困難了。為了改善這些問(wèn)題，跟蹤控制系統(tǒng)可以進(jìn)行太陽(yáng)方位的計(jì)算，使得太陽(yáng)電池板可以和太陽(yáng)光線(xiàn)保持垂直，增大轉(zhuǎn)換率。

2 跟蹤控制系統(tǒng)的硬件的研究

2.1 跟蹤控制系統(tǒng)的機(jī)械構(gòu)成

跟蹤系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池板、齒輪傳動(dòng)機(jī)、基座等構(gòu)成的。要將跟蹤控制系統(tǒng)進(jìn)行固定就要用基座。太陽(yáng)光線(xiàn)的角度發(fā)生變化得時(shí)候，減速電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后進(jìn)行齒輪傳動(dòng)，來(lái)調(diào)整電池板的角度，使得它能夠和太陽(yáng)光線(xiàn)的角度達(dá)到九十度，從而獲得最大的轉(zhuǎn)換率。在操作的時(shí)候通過(guò)主軸、齒輪還有齒圈以及底座實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行太陽(yáng)光線(xiàn)的跟蹤。

2.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是由光傳感器、GPS以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。GPS進(jìn)行當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間的采集，用來(lái)進(jìn)行太陽(yáng)的位置的確定，可以確定太陽(yáng)光線(xiàn)的角度位置。傳感器是用來(lái)感應(yīng)光的強(qiáng)度的，如果光線(xiàn)很弱的話(huà)，就將系統(tǒng)關(guān)閉，這樣可以節(jié)省能源。

控制系統(tǒng)最關(guān)鍵的組成部分是太陽(yáng)能的跟蹤控制系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)來(lái)確定安裝的經(jīng)緯度，還有確切的日期以及時(shí)間。然后根據(jù)太陽(yáng)的軌道來(lái)計(jì)算出太陽(yáng)光線(xiàn)的照射方向，然后進(jìn)行電池板的調(diào)節(jié)，使得它和太陽(yáng)光線(xiàn)的角度保持在九十度。還有光敏元件，可以對(duì)光線(xiàn)的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，遇到下雨天沒(méi)有太陽(yáng)光的話(huà)，就把機(jī)械裝置關(guān)閉。可以節(jié)省能源。這個(gè)系統(tǒng)安裝方便，還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，安裝的時(shí)候只要保證安裝是水平的就好，方向是南北方向。這些因?yàn)槎伎梢詡鬏數(shù)綗o(wú)線(xiàn)終端上。隨時(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)信息的查看。整機(jī)的電力是由風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能電池板所提供的。白天的時(shí)候。風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，給蓄電池充上電。晚上的時(shí)候，可以提供LED路燈的用電，如果有足夠的風(fēng)力。風(fēng)力發(fā)電機(jī)既可以支持蓄電池充電，也可以支持路燈用電。

2.3 控制器

主控制器用的是STC5A60S2，這是STC公司生產(chǎn)的。內(nèi)部的空間有60Kflash，還有1280字節(jié)的ram空間，這就使得GPS進(jìn)行太陽(yáng)方位的計(jì)算有運(yùn)行的保證。附加AD功能，對(duì)于太陽(yáng)光線(xiàn)可以直接通過(guò)光敏電阻進(jìn)行感應(yīng)，不需要增加轉(zhuǎn)換的芯片。GPS的工作，有一部分用的是C3-370C模塊，直接輸出串口NMEA報(bào)文數(shù)據(jù)。將單片機(jī)的工作簡(jiǎn)化了不少。

2.4 檢測(cè)電機(jī)堵轉(zhuǎn)

太陽(yáng)能的工作機(jī)械設(shè)備都在露天的環(huán)境下。環(huán)境變化下，長(zhǎng)時(shí)間的暴露比較容易導(dǎo)致故障的發(fā)生。比如說(shuō)出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)的問(wèn)題等，為了避免這個(gè)問(wèn)題，如果電機(jī)堵轉(zhuǎn)了，繼續(xù)供電的話(huà)會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)損壞，所以要有可以檢測(cè)的電路。這種檢測(cè)電路的方式可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)終端來(lái)進(jìn)行控制。電路檢測(cè)設(shè)計(jì)：主控制器AT89C51，是Atmel公司的設(shè)計(jì)，它和STC5A60S2的基本的功能是相似的。無(wú)線(xiàn)的終端顯示用的是nokia5110，這種液晶顯示器，耗能比較小，而且顯示的內(nèi)容多。而且它具有智能控制開(kāi)關(guān)的作用，它可以根據(jù)主機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的時(shí)間的信息，在白天關(guān)閉，可以節(jié)約能源。

3 跟蹤控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

我國(guó)的太陽(yáng)能的資源是非常豐富的，所以對(duì)于太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)與利用是十分有潛力的。我國(guó)的光伏發(fā)電是在二十世紀(jì)的七十年代開(kāi)始的，九十年代中期開(kāi)始穩(wěn)步發(fā)展。二零零九年的三月二十三日，相關(guān)部門(mén)出臺(tái)了《推進(jìn)將太陽(yáng)能光電應(yīng)用在建筑行業(yè)的意見(jiàn)》，并附加了《太陽(yáng)能光電建筑行業(yè)的應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)助的暫行管理辦法》，在符合條件的地方，對(duì)每瓦的光伏建筑進(jìn)行最高二十元的補(bǔ)助。二零零九年的七月二十一日。能源局以及相關(guān)的部門(mén)。宣布啟動(dòng)了金太陽(yáng)的示范性工程。相關(guān)部門(mén)出示了《實(shí)施金太陽(yáng)工程的通知》，為了促進(jìn)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，可以采取財(cái)政支持和還有市場(chǎng)拉動(dòng)以及科技支持的方式，來(lái)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。并且在兩到三年之間，對(duì)于五百兆瓦以上的發(fā)電的示范項(xiàng)目，進(jìn)行財(cái)政的補(bǔ)助。所以，有了我國(guó)財(cái)政的大力支持，太陽(yáng)能發(fā)電的前景是非常不錯(cuò)的。跟蹤系統(tǒng)的特點(diǎn)不用電纜以及管道的鋪設(shè)，而且后期維護(hù)的成本也比較少。對(duì)于費(fèi)用的計(jì)算如下：

城市路燈的用電計(jì)算：一百盞的路燈，每盞五百瓦，那么總功率就是五萬(wàn)瓦，每天需要十二個(gè)小時(shí)的用電，那么一天要用的電是600度，一年的用電量就是二十一萬(wàn)九千度，每度電一元五角的話(huà)，那么電費(fèi)就是三十二萬(wàn)八千。

太陽(yáng)能的路燈，后期不需要保養(yǎng)以及維護(hù)，一年可以節(jié)省的費(fèi)用多達(dá)三十二萬(wàn)，太陽(yáng)能電池板可以使用十五年到二十年，LED燈可以使用十年以上。而通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電，十展燈可以節(jié)省四萬(wàn)多元，并且煤炭等能源隨著數(shù)量的下降，價(jià)格也會(huì)增高，所以相對(duì)于而言，節(jié)省的成本是非常多的。4結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能發(fā)電也有一定的社會(huì)效益。太陽(yáng)能還有風(fēng)能的利用，可以減少普通能源排放污染環(huán)境的物質(zhì)。對(duì)于改善環(huán)境也有長(zhǎng)遠(yuǎn)的幫助。對(duì)于城市環(huán)境建設(shè)，以及人們的身心健康都有好處，霧霾天氣對(duì)人體有害。也對(duì)環(huán)境有害。所以太陽(yáng)能利用的優(yōu)勢(shì)是非常大的。所以不管是經(jīng)濟(jì)效益還是社會(huì)效益，太陽(yáng)能都是很好的能源。