聚光型光伏發(fā)電的太陽(yáng)能定位和跟蹤系統

摘要：在資源緊缺的今天，太陽(yáng)能以它恒定的來(lái)源和高強的輻射能量，日漸成為資源利用的首要選擇。聚光型光伏發(fā)電的基本原理是采用帶有菲尼爾透鏡的太陽(yáng)能電池板，利用圖像采集傳感器，拍攝參照物的太陽(yáng)影子長(cháng)度，并以與垂直投影做出的比較測出太陽(yáng)的偏轉角度，通過(guò)高速控制芯片，根據對采集信息的分析，控制傳動(dòng)機構調節太陽(yáng)能電池板的偏轉角度，實(shí)現對太陽(yáng)的定位和跟蹤，從而實(shí)現太陽(yáng)能的高效采集。
關(guān)鍵詞：聚光型；光伏發(fā)電；跟蹤；定位；高效

1 設計思路
目前我國的太陽(yáng)能利用率處于較低水平，主要原因是太陽(yáng)能密度低，照射到地面上的平均光強只有1 kW／m2，并且隨著(zhù)季節和天氣因素的變化，更增強了太陽(yáng)能利用的難度；我國現有的太陽(yáng)能電池板的發(fā)展水平也限制了太陽(yáng)能的利用率，目前，單晶體硅的太陽(yáng)能轉化率可以達到23％，多晶體硅可以達到16％，而薄膜的只能達到8％。這具有挑戰性的難題是這次太陽(yáng)能定位和跟蹤系統設計的出發(fā)點(diǎn)。
為了克服太陽(yáng)能量密度低的劣勢，我們采用了帶有定位與跟蹤功能的太陽(yáng)能電池板支架，利用電機傳動(dòng)帶動(dòng)電池板的兩個(gè)自由度的旋轉，盡量使每個(gè)時(shí)刻電池板都能垂直接收太陽(yáng)能。跟蹤功能的實(shí)現根本是定位，我們使用分辨率為640×320的CCD圖像采集傳感器，以至少0．2 s／幅的速度來(lái)拍攝參考物的太陽(yáng)影子長(cháng)度并與參考物的垂直投影作比較，精確地測量出當前太陽(yáng)的偏轉角度；通過(guò)高速的控制芯片，將得到的角度進(jìn)行采集與處理，得到相應的控制角度與位移量。這樣，定位的目的實(shí)現了，跟蹤的效率自然就會(huì )大大提高。使用精度為1／10 000度的伺服電機與高精度渦輪蝸桿傳動(dòng)機構，使太陽(yáng)能支架能自如的旋轉，以最高的效率接受太陽(yáng)能。

2 支架設計部分
在設計太陽(yáng)能電池板支架的過(guò)程中，不僅要考慮到材料自身重量和慣性的因素，還要考慮到投入應用后，實(shí)際的自然條件的因素。大風(fēng)是不可忽略的一個(gè)重要自然現象，在世界各個(gè)國家各個(gè)城市，全年都會(huì )刮起不同風(fēng)速等級的大風(fēng)。這就要求支架足夠堅固，固定太陽(yáng)能電池板的軸承足夠穩定，足以承受大風(fēng)所帶來(lái)的力的作用。

為此，設計中把支架和電池板的連接處設計成如圖1所示。即在電池板的距離較長(cháng)的對應兩側中央安裝軸承，帶動(dòng)電池板做上下方向的旋轉。這樣的設計使“點(diǎn)接觸”擴大到“線(xiàn)接觸”。又由于太陽(yáng)能電池板的重量平均分布在中軸的兩側，因此大風(fēng)對電機的影響會(huì )降到最低，在旋轉過(guò)程中，風(fēng)也會(huì )由于平均作用在了電池板的兩側而減少電池板的形變。
太陽(yáng)能電池板左右方向的旋轉由下面箱體中的伺服電機控制，如圖2所示。角鋼支架與電動(dòng)機的連接也采用鋼管與軸承的連接方式。鋼管橫截面與角鋼支架水平焊接，鋼管的直徑與壁厚根據電池板，支架，電機，軸承的總重量而定，以穩定性好為原則。

控制左右方向旋轉與上下方向旋轉的伺服電機都密封在箱體里，主要考慮到雨雪天氣里金屬的傳動(dòng)機構不會(huì )有損害。