高精度雙軸伺服太陽(yáng)能跟蹤系統的設計應用

利用逆變器能夠將光伏電池產(chǎn)生的直流電轉變?yōu)榻涣麟?，進(jìn)而直接輸送到電網(wǎng)上。在白天有日照的情況下，光伏電池會(huì )將大部分的能量輸送到電網(wǎng)上，而到了晚上光伏電池裝置會(huì )自動(dòng)與電網(wǎng)斷開(kāi)。

本文所設計跟蹤調整裝置其結構如圖2所示。它主要由底座、立軸、橫軸、兩臺伺服電機、傳動(dòng)齒輪副、絲桿導軌等組成。其中伺服電機a驅動(dòng)傳動(dòng)齒輪副，使傳動(dòng)齒輪副驅動(dòng)立軸，令其跟蹤太陽(yáng)方位角的變化；伺服電機b驅動(dòng)絲杠導軌，支撐太陽(yáng)能電池板繞橫軸作俯仰動(dòng)作，以跟蹤太陽(yáng)高度角的變化。

圖2 光伏跟蹤系統演示模型

控制系統的實(shí)現取決于兩方面：

①電機控制部分和驅動(dòng)部分；

②風(fēng)速傳感器。對于電氣控制部分和驅動(dòng)部分，我們選擇相對領(lǐng)域有優(yōu)勢廠(chǎng)商的部件，尤其考慮到運行溫度范圍和環(huán)境。運行溫度范圍是－25℃到55℃。

[next]

跟蹤器的運行狀態(tài)可傳送給監測臺。不僅監測還可遠程控制達到穩定。在系統的擴展和配置設計中，應遵循以下原則：

①盡可能選擇典型電路，為硬件系統的標準化、模塊化打下基礎。

②系統的擴展與外圍設備配置的水平應充分滿(mǎn)足應用系統的功能要求，并留有適當余地，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

③硬件結構應結合應用軟件方案一起考慮。

④系統中相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。

系統軟件設計

跟蹤模式的判斷過(guò)程完全由軟件實(shí)現, 靈活度很高, 可以針對不同的地區和不同的氣候進(jìn)行調整,盡量提高光伏電站的發(fā)電效率。還可以根據需要,增加光強傳感器、風(fēng)力傳感器等多種傳感裝置。圖3為跟蹤控制系統程序流程圖。

圖3 跟蹤控制系統程序流程圖

風(fēng)速傳感器響應中斷子程序是有大風(fēng)來(lái)時(shí)，plc接受到風(fēng)速傳感器的高速脈沖，達到規定的脈沖數響應中斷，太陽(yáng)電池板放平以保護電池板組件。圖4為大風(fēng)中斷子程序框圖。

太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)自由度, 控制機構將分別對x、y 兩方向進(jìn)行調整。當電池板轉到盡頭時(shí),由于跟蹤裝置裝了限位觸感器，到限位觸點(diǎn)時(shí)自動(dòng)切斷脈沖輸出，電機停止動(dòng)作，起硬件保護作用。

圖4 大風(fēng)中斷子程序流程圖

結論

本文介紹了雙軸伺服太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統能自動(dòng)檢測晝夜，實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)。以歐姆龍plc作為控制器，計算出太陽(yáng)的實(shí)時(shí)位置轉化為脈沖發(fā)送給伺服驅動(dòng)器，驅動(dòng)電機轉動(dòng)跟蹤裝置跟蹤太陽(yáng)，因此使得該自動(dòng)跟蹤系統的準確性高、可靠性強。即使是在天氣變化比較復雜的情況下，系統也能正常工作，提高太陽(yáng)能的利用效率[9]。如果應用于太陽(yáng)能電池板，則可將電池板輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，直接獲取電能，而無(wú)需另外輸入能量。

作者簡(jiǎn)介

舒志兵（1965年-） 男南京工業(yè)大學(xué)運動(dòng)控制研究所所長(cháng)，中國人工智能學(xué)會(huì )智能檢測與運動(dòng)控制技術(shù)專(zhuān)委會(huì )秘書(shū)長(cháng)，主要從事交流伺服系統、dsp技術(shù)、現場(chǎng)總線(xiàn)、數控系統、運動(dòng)控制、機電一體化系統等的研究。

湯世松（1985年） 男 2008年畢業(yè)于南京工程學(xué)院自動(dòng)化系，獲得學(xué)士學(xué)位，現為南京工業(yè)大學(xué)控制理論與控制工程專(zhuān)業(yè)在讀碩士研究生；主要從事交流伺服運動(dòng)控制、伺服電機、機電一體化，plc的研究。

參考文獻

[1] salam abdallah,salem nijmeh．two axes sun tracking system with plc control[j]．energy conversion and management，2004；45：1931—1939．

[2] ibrahim sefa, mehmet demirtas, ilhami colak. application of one-axis sun tracking system [j] energy conversion and management,2009;；50：2709－2718.

[3] p roth,a.georgiev．design and construction of a system for sun tracking[j]．renewable energy，2004；29：393-402．

[4] 沈輝，曾祖勤等．太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)[m]．化學(xué)工業(yè)出版社，2009：6.8.

[5] 饒鵬，孫勝利，葉虎勇. 兩維程控太陽(yáng)跟蹤器控制系統的研制[j]．控制工程，2004；6(11)：542—545．

[6] 程子華，劉小明.plc原理與編程實(shí)例[m].北京：國防工業(yè)出版社，2007.10.

[7] 劉四洋，伍春生，彭燕昌等. 主動(dòng)式雙軸太陽(yáng)跟蹤控制器[j].可再生能源，2009；8： 69-72.

[8] 王淼，王保利，焦翠坪等. 太陽(yáng)能跟蹤系統設計[j]電氣技術(shù)，2009，4：100－103.

[9] 帥麒，朱華．太陽(yáng)能光伏組件在不同跟蹤方式下的發(fā)電量比較[j]中國高新技術(shù)企業(yè)，2009，4：136－137.