全自動雙軸跟蹤太陽能發電車設計

劉新林

摘? 要：太陽能作為一種清潔無污染能源，雖然有著節能環保且經濟的特點，但是使用率極低，該文就以設計的全自動雙軸跟蹤太陽能發電車為對象，對全自動雙軸跟蹤太陽能發電車從設計系統和應用范圍等角度進行分析。

關鍵詞：太陽能;自動跟蹤;雙軸系統

中圖分類號：TK511? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 設計思路

該文設計的全自動雙軸跟蹤太陽能發電車采用雙軸跟蹤系統，具有跟蹤太陽、實現360°全方位旋轉的功能，可以讀取當前太陽光方位角、俯仰角、行程開關狀態等初始數據，通過太陽能板或柴油機發電，實現220 V的交流輸出，可以憑借蓄電池儲存的電能逆變輸出供應負載，主要組成配置為拖車底盤、太陽能板方陣、控制機柜、柴油發電機、蓄電池組，主要為中小型用電設備提供應急電源，適用于惡劣的野外環境，如圖1所示。

2 設計案例

該全自動雙軸跟蹤太陽能發電車主要的2個亮點結構在于其太陽能方陣結構設計、跟蹤控制系統和驅動、調節系統以及光伏發電系統。接下來將對其進行詳細地設計案例分析。

2.1 總體方案

首先我們確定該全自動雙軸跟蹤太陽能發電車的主要組成部分為太陽能板方陣、控制機柜、蓄電池組、升降臂系統、柴油發電機、拖車底盤（艙體）等。其次，確定太陽能電池板裝機容量為3.2 kW，蓄電池容量48 kWh，可提供230 V/12 kW交流及24 V/500 W直流2種輸出，主要為了適用于有一定日照條件的偏遠地區或市電供應不便的場合，給通信設備及其他中小型用電設備供電，象野外指揮所、野戰醫院和野外炊事車等多種應急或長期電力需求。通過其具備的太陽能跟蹤和太陽能板伸縮功能，可在行進中發電，并配備柴油發電機組作應急供電手段，保證陰雨條件下電源供給連續性。 該發電車采用牽引式設計，自身不帶動力，靠牽引頭拖動實現轉場。所以整體的原理架構為使用操作面板控制主控制器，由主控制器調節跟蹤控制和太陽能板方針，再將太陽能通過一體機柜、柴油發電機和蓄電池組進行配電輸出，達到太陽能發電的效果。

2.2 太陽能方陣結構設計

太陽能方陣是該產品的重要結構之一，它保證了太陽能可以被充分吸收，為接下來的太陽能轉換為電能打下堅實基礎。設計要點：太陽能方陣在升降臂高度過低時容易造成太陽能方陣活動空間不夠引發碰撞，在這里為了避免出現這類情況，我們將其設計成當升降臂上升高度<30 cm時，除升降外，展開、方位角調整及俯仰角調整等功能均禁用。如此一來可以避免升降臂高度過低造成太陽能方陣活動空間不夠而引發碰撞危險。其次，當太陽能方陣遇到大風、沙塵和積雪等惡劣環境時，發電車自動啟動撤收程序，2臺伸縮電機任意一臺出現故障或因阻力大發生停止現象，則另一臺同步停止工作，避免單機工作損壞設備，大大降低了環境對太陽能收集的影響。

太陽能方陣由太陽能電池板、骨架、滑軌、雙軸驅動器、轉接座、線材等材料構成，選用高效單晶硅太陽能板，總功率達3.2 kW，太陽能板輸出為70 V/22.8 A。該太陽能方陣通過不同的動作對太陽能進收集，可將太陽能轉化成電能。系統采用模塊化設計，通過傳感器進行組件的可靠伸縮，具有抗沙塵、抗風、抗積雪和抗振動能力。太陽能方陣4個角位置設有光電傳感器，在20 cm以內檢測到有障礙物（象人體、樹枝、墻壁等）則停止動作（包括升降、展開、方位角調整及俯仰角調整等），障礙物消除后，須人工干預繼續工作。俯仰角限位為0°～54°;方位角限位為±270°，即從初始位置分別向2個方向最大能轉動270°;為避免升降臂高度過低造成太陽能方陣活動空間不夠而引發碰撞危險，對于其升降高度、方位角調整和電池板的展開動作進行邏輯設置;發電車程序設計中，為了避免由于電機的過負荷工作帶來的系統損壞風險，不允許單機工作。因此，太陽能陣列具有在復雜環境下的自保護功能，極大地提高了其免維護性。

2.3 跟蹤控制系統

跟蹤控制系統包括操作面板、中央控制器、跟蹤器及相應開關、線纜等部分，具有實現太陽能跟蹤控制，提供跟蹤發電人機操控界面的功能，操作方便性、安全性、可視化。通過自動跟蹤控制太陽能方陣的動作，實現太陽能轉換。

跟蹤控制系統的設計難點在于當電機電流超過限值會導致電機損壞，且任意電機的損壞則會造成2臺電機同時停機，因此在對此處進行設計時過載保護較為重要。

2.4 驅動、調節系統（液壓、螺桿、齒輪、電機等）

這部分系統包括升降臂、油泵站等結構，升降臂含伸縮筒及油缸，實現太陽能方陣的升降，確保太陽能板轉向空間。油泵站含油泵站、48 V蓄電池組、外殼支架等，為升降臂提供相對獨立的動力結構。

2.5 光伏發電系統（含發電、儲能、逆變、輸出控制）

光伏發電系統包括太陽能機柜、蓄電池組、配電部分等結構，見表1。太陽能機柜含太陽能控制器、逆變器、匯流排、熔斷器、開關等結構，利用太陽能板實現對蓄電池充電及逆變輸出。蓄電池組包括蓄電池、電池支架等，存儲太陽能電池板所發電能通過逆變器實現交流輸出。配電部分包括配電面板、輸出接口、斷路器、開關、按鈕等，實現發電車日供配電。

2.6 方艙總成

方艙包括廂體和底盤，含骨架、艙門、隔墻、緊固件、附件、龍骨、車橋、輪胎、制動及輔助支撐等結構，為艙內設備提供防護及支撐，結合太陽能發電需要，經濟又節能。

3 應用范圍

該產品應用范圍廣，在眾多惡劣的野外環境下均可適用。設計中充分考慮了太陽能電池板受天氣的影響，采用柴油機發電作為應急備用。另外，可移動使用的特點，極大地拓展了其應用范圍，不僅可以在孤立電網中使用，同時還可以保證電源的穩定供給，因此，在軍事領域、野外醫療中應用較多。

4 結語

該全自動雙軸跟蹤太陽能發電車可以很好地應對偏遠惡劣地區電力供給不足的狀況，而這類地區大多處于太陽能資源豐富的地區，將該產品投入這樣的地區，可以改善偏遠地區或市電供應不便的問題，給通信設備及其他中小型用電設備供電，同時減少對煤炭的過度依賴，實現節能環保的目的，為緩解環境污染和能源危機做出貢獻。

參考文獻

[1]蔡世杰.太陽能利用技術研究現狀及發展前景[J].中國高新科技，2018（21）：50-52.