基于PLC的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統的研究

1.3 光伏模塊
　　光伏模塊采用三菱光伏智能功率模塊PV-IPM（PM50B4LA060）,其技術(shù)參數主要有峰值功率P_max=85 W，最佳工作電壓17.5 V。這些參數是在標準的試驗條件下測試的(太陽(yáng)光強度1 000 W/m3，太陽(yáng)板溫度25 ℃，空氣質(zhì)量1.5）。
1.4 電磁機械運動(dòng)控制模塊
　　抗大風(fēng)自動(dòng)放帆功能是為了保護跟蹤發(fā)電裝置，在風(fēng)力達到一定強度時(shí)防風(fēng)系統啟動(dòng)，自動(dòng)調整受風(fēng)面，避免設備被風(fēng)吹壞。經(jīng)實(shí)驗研究，防風(fēng)傳感器采用德國進(jìn)口產(chǎn)品，防風(fēng)系統采用優(yōu)先工作方式，一旦啟動(dòng)將切斷跟蹤太陽(yáng)能系統，自動(dòng)放帆。
　　機械傳動(dòng)機構是跟蹤控制的執行機構，它不但在室外工作，還承受裝置的重量、風(fēng)力，直接影響整機的精度。經(jīng)研究，水平傳動(dòng)采用電機、諧波減速機和兩級蝸輪蝸桿減速機，仰角傳動(dòng)采用電機、諧波減速機和滾珠絲杠，以保證機械精度和傳動(dòng)效率。
1.5 系統電源模塊
　　電源電路采用開(kāi)關(guān)電源設計，具有高效率、低損耗的特點(diǎn)。采用開(kāi)關(guān)控制芯片L4960，它能提供5.1 V~40 V的輸出電壓和2.5 A的輸出電流。電源電路如圖5所示，通過(guò)調整2個(gè)電阻R3和R4，以產(chǎn)生12 V~24 V直流電壓，DC 24 V用于PLC電源，DC 44 V直接取自整流橋側供給直流電機。如果用于光伏逆變系統的跟蹤系統，~220 V可以直接取自光伏逆變電源。

2 光伏系統軟件設計
　　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統控制軟件采用模塊化設計，包括PLC控制和監控程序、PC監控和數據處理程序2個(gè)主要部分。
2.1 PLC控制和監控程序
　　PLC控制語(yǔ)句是整個(gè)太陽(yáng)能電池板跟蹤系統的重要組成部分，軟件編程采用歐姆龍公司的CX-Programmer 7.1，CX-P梯形圖編程支持軟件為使用者提供了從操作界面到程序注釋的全中文操作環(huán)境，支持Windows的拖拉及粘貼操作，以及完備的檢索功能和常用標準位簡(jiǎn)易輸入功能。通過(guò)計算機的RS-232C口與PLC的RS-232C口連接，對PLC進(jìn)行數據實(shí)時(shí)監控、修改和在線(xiàn)編輯等,可方便地把程序傳遞到PLC中或從PLC中讀出數據。PLC主要完成如下工作：
　　(1)控制跟蹤系統的運動(dòng)，其控制邏輯如圖6所示。

　　(2)將PLC輸入與輸出狀態(tài)復制到內存的特定位置（稱(chēng)為標記區域），PC監控程序能隨時(shí)直接從內存區域讀取輸入和輸出狀態(tài)。
　　(3)采樣數據存儲。這是一個(gè)在線(xiàn)采集存儲過(guò)程，通過(guò)RAM數據存儲內部的特殊矩陣，每1小時(shí)讀取光敏電阻的值。數據采集白天進(jìn)行，晚上停止，直到第二天日出。采集的時(shí)間（小時(shí)和分鐘）存儲在不同的矩陣，然后在PC機的屏幕上顯示出來(lái)。當RAM內存滿(mǎn)時(shí)，將不再存儲數據，直到復位操作將存儲數據清除。這部分程序采用順序功能圖表SFC(Sequential Functioning Chart)進(jìn)行編程，算法如圖7所示。

2.2 PC監控和數據處理程序
　　采用面向對象的高級編程語(yǔ)言Visual Basic 6. 0實(shí)現以下功能：
　　(1)自動(dòng)檢測PC機RS232串口和PLC端口的連接狀態(tài)。
　　(2)系統監控。決定光伏模塊的實(shí)際位置和運動(dòng)方向，顯示光敏電阻的讀數以及內存溢出標記。
　　(3)模塊的強制性前向和反向運動(dòng)。通過(guò)程序界面，發(fā)出指令控制PLC操作。如果出現系統位置異常，可強迫太陽(yáng)板按照操作要求恢復初始位置。

　　(4)顯示系統設置。顯示存儲在PLC內存中的太陽(yáng)跟蹤系統的設置，如前向和反向運動(dòng)極限、光線(xiàn)暗度極限、前向和反向停止極限以及對這些參數設置可直接進(jìn)行修改。
　　本研究基于歐姆龍PLC，采用光敏電阻比較法，構建了自動(dòng)跟蹤系統模型，使太陽(yáng)能電池板自動(dòng)保持與太陽(yáng)光垂直。太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)光并網(wǎng)發(fā)電系統的研究，有效地提高了太陽(yáng)能的利用率和光伏發(fā)電系統的效率，增加了全年的發(fā)電功率輸出，從整體上降低了光伏并網(wǎng)發(fā)電的成本，符合構建環(huán)保型和節能型社會(huì )發(fā)展的要求，具有很高的經(jīng)濟效益，并能產(chǎn)生良好的社會(huì )影響，具有理論研究意義和應用推廣前景。基于PLC的太陽(yáng)能電池板跟蹤系統可用于獨立的太陽(yáng)能光伏發(fā)電，也能應用于串/并聯(lián)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統的現場(chǎng)總線(xiàn)控制，具有良好的應用前景。