太陽能光伏發電中跟蹤控制系統的研究與設計

孫彥祥　馬葉革

摘要：因為現在的技術上的限制，光伏發電的方式效果不是很好。這就導致了太陽能的使用受到限制。所以為了解決這個問題，就要尋找更加有效的方式來改善太陽能的效率。在利用太陽能發電的時候，影響的因素有電池板還有太陽光射的角度，太陽能電池板和太陽光線的照射角度是九十度的時候，效果是最好的。為了能夠使發電的效率達到最高。可以使用跟蹤控制系統的方式。跟蹤系統可以跟蹤太陽的光線角度，實現及時調整，就可以使得發電的效果變好。關鍵詞：太陽能；跟蹤系統；研究與設計

1 前言

太陽能是可以開發利用的十分有潛力的能源。每天都有光照，每天都有能源，并且相對于其他的能源，可以免去運輸的成本和壓力。并且相對于其他能源的排氣等污染環境的問題，這種能源沒有后期要排放的物質，也不會產生工廠的噪音。但是現在在利用太陽能的技術上還有一些問題。太陽能的能流密度比較大，所以轉換的電能比較少。在光線比較好的情況下，一平方米只能產生一千瓦的電。所以需要電多的情況下，就需要增加裝置的面積，這樣就會增加成本。大氣會對光線產生很大影響，所以電的轉化就更困難了。為了改善這些問題，跟蹤控制系統可以進行太陽方位的計算，使得太陽電池板可以和太陽光線保持垂直，增大轉換率。

2 跟蹤控制系統的硬件的研究

2.1 跟蹤控制系統的機械構成

跟蹤系統是由太陽能電池板、齒輪傳動機、基座等構成的。要將跟蹤控制系統進行固定就要用基座。太陽光線的角度發生變化得時候，減速電機就會轉動，然后進行齒輪傳動，來調整電池板的角度，使得它能夠和太陽光線的角度達到九十度，從而獲得最大的轉換率。在操作的時候通過主軸、齒輪還有齒圈以及底座實現太陽能電池板的轉動，進行太陽光線的跟蹤。

2.2 控制系統

控制系統是由光傳感器、GPS以及電機驅動電路來實現的。GPS進行當地的時間的采集，用來進行太陽的位置的確定，可以確定太陽光線的角度位置。傳感器是用來感應光的強度的，如果光線很弱的話，就將系統關閉，這樣可以節省能源。

控制系統最關鍵的組成部分是太陽能的跟蹤控制系統。全球定位系統來確定安裝的經緯度，還有確切的日期以及時間。然后根據太陽的軌道來計算出太陽光線的照射方向，然后進行電池板的調節，使得它和太陽光線的角度保持在九十度。還有光敏元件，可以對光線的強度進行測試，遇到下雨天沒有太陽光的話，就把機械裝置關閉。可以節省能源。這個系統安裝方便，還可以進行實時監控，安裝的時候只要保證安裝是水平的就好，方向是南北方向。這些因為都可以傳輸到無線終端上。隨時可以進行系統信息的查看。整機的電力是由風力發電和太陽能電池板所提供的。白天的時候。風力發電機和太陽能進行發電，給蓄電池充上電。晚上的時候，可以提供LED路燈的用電，如果有足夠的風力。風力發電機既可以支持蓄電池充電，也可以支持路燈用電。

2.3 控制器

主控制器用的是STC5A60S2，這是STC公司生產的。內部的空間有60Kflash，還有1280字節的ram空間，這就使得GPS進行太陽方位的計算有運行的保證。附加AD功能，對于太陽光線可以直接通過光敏電阻進行感應，不需要增加轉換的芯片。GPS的工作，有一部分用的是C3-370C模塊，直接輸出串口NMEA報文數據。將單片機的工作簡化了不少。

2.4 檢測電機堵轉

太陽能的工作機械設備都在露天的環境下。環境變化下，長時間的暴露比較容易導致故障的發生。比如說出現電機堵轉的問題等，為了避免這個問題，如果電機堵轉了，繼續供電的話會導致驅動損壞，所以要有可以檢測的電路。這種檢測電路的方式可以通過無線終端來進行控制。電路檢測設計：主控制器AT89C51，是Atmel公司的設計，它和STC5A60S2的基本的功能是相似的。無線的終端顯示用的是nokia5110，這種液晶顯示器，耗能比較小，而且顯示的內容多。而且它具有智能控制開關的作用，它可以根據主機傳輸過來的時間的信息，在白天關閉，可以節約能源。

3 跟蹤控制系統的經濟優勢

我國的太陽能的資源是非常豐富的，所以對于太陽能的開發與利用是十分有潛力的。我國的光伏發電是在二十世紀的七十年代開始的，九十年代中期開始穩步發展。二零零九年的三月二十三日，相關部門出臺了《推進將太陽能光電應用在建筑行業的意見》，并附加了《太陽能光電建筑行業的應用財政補助的暫行管理辦法》，在符合條件的地方，對每瓦的光伏建筑進行最高二十元的補助。二零零九年的七月二十一日。能源局以及相關的部門。宣布啟動了金太陽的示范性工程。相關部門出示了《實施金太陽工程的通知》，為了促進太陽能產業的發展，可以采取財政支持和還有市場拉動以及科技支持的方式，來促進產業發展。并且在兩到三年之間，對于五百兆瓦以上的發電的示范項目，進行財政的補助。所以，有了我國財政的大力支持，太陽能發電的前景是非常不錯的。跟蹤系統的特點不用電纜以及管道的鋪設，而且后期維護的成本也比較少。對于費用的計算如下：

城市路燈的用電計算：一百盞的路燈，每盞五百瓦，那么總功率就是五萬瓦，每天需要十二個小時的用電，那么一天要用的電是600度，一年的用電量就是二十一萬九千度，每度電一元五角的話，那么電費就是三十二萬八千。

太陽能的路燈，后期不需要保養以及維護，一年可以節省的費用多達三十二萬，太陽能電池板可以使用十五年到二十年，LED燈可以使用十年以上。而通過太陽能發電，十展燈可以節省四萬多元，并且煤炭等能源隨著數量的下降，價格也會增高，所以相對于而言，節省的成本是非常多的。4結語

太陽能發電也有一定的社會效益。太陽能還有風能的利用，可以減少普通能源排放污染環境的物質。對于改善環境也有長遠的幫助。對于城市環境建設，以及人們的身心健康都有好處，霧霾天氣對人體有害。也對環境有害。所以太陽能利用的優勢是非常大的。所以不管是經濟效益還是社會效益，太陽能都是很好的能源。