基于TMS320F2812的太陽(yáng)跟蹤器系統設計

太陽(yáng)能是一種無(wú)污染、無(wú)噪聲、無(wú)公害的可再生能源，目前開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能的方式很多，光伏發(fā)電是其中一種主要的利用方式。所謂光伏，是以太陽(yáng)能電池為媒介，將太陽(yáng)光直接轉化為電能的過(guò)程。我國目前采用的光伏發(fā)電電池以普通單晶硅多晶硅為主，轉換效率較低；聚光電池轉換效率較高，但需要跟蹤精度較高的太陽(yáng)跟蹤器，時(shí)時(shí)刻刻跟蹤太陽(yáng)，使太陽(yáng)光線(xiàn)與集光板垂直，利用圖1所示的菲涅耳透鏡使光線(xiàn)匯聚在聚光器的聚光電池上，提高能量密度，從而提高發(fā)電效率。

1 太陽(yáng)跟蹤器跟蹤原理

目前國內外的太陽(yáng)跟蹤器按跟蹤原理分為：傳感器檢測的主動(dòng)跟蹤原理和太陽(yáng)位置計算的被動(dòng)跟蹤原理。本文將兩種原理相結合設計了基于TI公司的DSP芯片TMS320F2812的太陽(yáng)跟蹤控制器。

1．1 傳感器檢測的原理

利用硅光電池的光電效應，在太陽(yáng)能集光板上高度和方位方向各放置兩個(gè)長(cháng)方形的硅光電池板，陽(yáng)光通過(guò)通光筒照射在硅光電池板上，如圖2所示。

高度方向硅光電池被分為A、B兩個(gè)區域，方位方向硅光電池被分為C、D兩個(gè)區域。通過(guò)電壓比較電路可分別計算出它們之間的電壓差：

其中，UA、UB、UC、UD為A、B、C、D各點(diǎn)的電壓，K為標定系數，由此可在一定范圍內檢測角度偏差，從而確定運動(dòng)方向和角度變化大小。

1．2 太陽(yáng)位置計算的原理

太陽(yáng)在天球上的位置可由太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角來(lái)確定。地球上觀(guān)測點(diǎn)同太陽(yáng)中心連線(xiàn)與地平面的夾角，稱(chēng)為太陽(yáng)高度角；地球上觀(guān)測點(diǎn)同太陽(yáng)中心連線(xiàn)在地平面上的投影與正南方向之間的夾角，稱(chēng)為太陽(yáng)方位角。太陽(yáng)運行軌跡與太陽(yáng)高度角α、方位角γ的關(guān)系如圖3所示。

要計算α和γ，可以采用以下計算方法：

δ為太陽(yáng)赤位角，ω為太陽(yáng)時(shí)角，φ為當地的緯度。對于δ和ω這兩個(gè)參數的精確計算要滿(mǎn)足高精度跟蹤的需求，并根據實(shí)際情況來(lái)不斷修正；同時(shí)，還需要結合傳感器檢測的原理加以修正。采用TMS320F2812做主處理器，根據硬件時(shí)鐘提供的日歷時(shí)間計算出太陽(yáng)的高度角和方位角，進(jìn)而控制電機轉動(dòng)方向和角度，由傳動(dòng)機構帶動(dòng)支架轉動(dòng)精確地跟蹤太陽(yáng)。