基于單片機EM78247的光伏發(fā)電系統太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤器

摘要：由于太陽(yáng)位置隨時(shí)間而變化，使光伏發(fā)電系統的太陽(yáng)能電池陣列受光照強度不穩定，從而降低了光伏電池的效率,因此，設計太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤器是提高光伏發(fā)電系統工作效率的有效措施。本文采用單片機EM78247為控制核心，設計了一個(gè)雙軸太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤器，配合兩臺交流伺服電機實(shí)現光伏電池陣列與陽(yáng)光照射之間的同步跟蹤。該控制器在硬件和軟件各方面采取了多項抗干擾措施，使其具有較好的跟蹤效果和較強的抗干擾能力，且運行可靠穩定，具有較高的實(shí)際應用價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統；EM78247；太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤器

　　當今社會(huì )人們的環(huán)保意識越來(lái)越強，光伏發(fā)電系統的應用普遍受到各國政府重視。因為它不僅能為我們提供用之不竭的可持續再生電能，并更好地保護人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境。但其發(fā)電效率較低，發(fā)電成本相對較高仍然足制約其大規模應用的重要因素。在沒(méi)有出現高效的光伏電池材料之前，研制具有實(shí)用價(jià)值的陽(yáng)光隨動(dòng)系統以降低成本，是促進(jìn)太陽(yáng)能廣泛應用的主要途徑之一。據研究，雙軸系統可提高發(fā)電量35%左右，單軸系統也可提高20%左右。

　　國外在20世紀80年代就對太陽(yáng)跟蹤系統進(jìn)行了研究，如美國、德國在單雙軸自動(dòng)跟蹤、西班牙在2倍聚光反射跟蹤等方面開(kāi)發(fā)出了相應的商品化自動(dòng)陽(yáng)光跟蹤器[1]。我國于20世紀90年代左右也對其進(jìn)行了大量的研究，但一直沒(méi)有穩定可靠的商品化產(chǎn)品出現，主要原因在于：

　　首先，系統的運行可靠性不高，無(wú)法滿(mǎn)足使用要求。由于大部分光伏電站都安裝在偏遠地區，環(huán)境非常惡劣，維護困難，跟蹤系統增加了旋轉機構與相應的機械機構，可靠性明顯下降，如果不能保證整個(gè)系統的在各種環(huán)境下都能可靠穩定運行，對整個(gè)光伏系統反而是災難性的打擊；其次，跟蹤器的控制誤差偏大。尤其對反射聚光的跟蹤器，如果跟蹤誤差偏大，不但不能提高發(fā)電效率，反而會(huì )使太陽(yáng)能電池組件的受光面積變小，產(chǎn)生熱斑等不利影響，從而降低太陽(yáng)能電池組件的使用壽命；第三是采用進(jìn)口技術(shù)和器件使成本過(guò)高。全部購買(mǎi)國外成熟的技術(shù)，大大提高系統的硬件成本與維護成本，使推廣更加困難。

　　本文以EM78247微處理器為核心，針對光伏發(fā)電系統的電池組件，設計開(kāi)發(fā)了一種雙軸陽(yáng)光隨動(dòng)控制器，它具有運行穩定可靠、跟蹤誤差小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的推廣應用價(jià)值。

　　1 陽(yáng)光隨動(dòng)控制的基本原理

　　陽(yáng)光隨動(dòng)控制器，顧名思義其基本功能就是使光伏陣列隨著(zhù)陽(yáng)光而轉動(dòng)，基本原理框圖如圖1所示。

圖1 光伏陣列陽(yáng)光隨動(dòng)系統原理框圖

　　　　該系統時(shí)刻檢測太陽(yáng)與光伏陣列的位置并將其輸入到控制單元，控制單元對這兩個(gè)信號進(jìn)行比較并產(chǎn)生相應的輸出信號來(lái)驅動(dòng)旋轉機構，使陽(yáng)光時(shí)刻垂直入射到光伏陣列的表面上，使光伏陣列始終處于最佳光照條件下，發(fā)揮最大光伏轉換效率。

　　雖然太陽(yáng)在天空中的位置時(shí)刻都在變化，但其運行卻具有嚴格的規律性，在地平坐標系中，太陽(yáng)的位置可由高度角α與方位角ψ來(lái)確定，公式如下：

式中： δ為太陽(yáng)赤緯角；φ為當地的緯度角；α為時(shí)角。