光伏發電雙軸逐日跟蹤系統設計與實現
2022年電子技術應用第4期
劉伯明1，張慶海2，趙正旭2
1.石家莊鐵道大學 信息科學與技術學院，河北 石家莊050043； 2.青島理工大學 機械與汽車工程學院，山東 青島266525
摘要： 為提高太陽能板的光電轉化率，采用自動跟蹤和人工調節兩種模式相結合的方式，設計了一種以STC12C5A60S2單片機為控制核心的光伏發電雙軸逐日跟蹤系統。人工模式分為人工按鍵控制和無線遠程控制模式；自動模式又分為光電跟蹤和視日運行軌跡跟蹤模式，兩者通過陰晴檢測電路判斷陰天或者晴天。陰天時，系統利用DS1302時鐘芯片結合Super Pairwise Alignment算法，計算實時太陽高度角和方位角，并通過控制步進電機，實現視日運動軌跡跟蹤。晴天時，系統利用光電傳感器采集的四個方向的光強差值，驅動步進電機，實現光電跟蹤。實驗表明：系統在混合控制策略下，受天氣影響小，跟蹤精確高，提高了光電轉化率。
中圖分類號： TP273+.3
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211862
中文引用格式： 劉伯明，張慶海，趙正旭. 光伏發電雙軸逐日跟蹤系統設計與實現[J].電子技術應用，2022，48(4)：127-131.
英文引用格式： Liu Boming，Zhang Qinghai，Zhao Zhengxu. Design and implementation on dual-shaft daily tracking system for photovoltaic power generation[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(4)：127-131.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211862
中文引用格式： 劉伯明，張慶海，趙正旭. 光伏發電雙軸逐日跟蹤系統設計與實現[J].電子技術應用，2022，48(4)：127-131.
英文引用格式： Liu Boming，Zhang Qinghai，Zhao Zhengxu. Design and implementation on dual-shaft daily tracking system for photovoltaic power generation[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(4)：127-131.
Design and implementation on dual-shaft daily tracking system for photovoltaic power generation
Liu Boming1，Zhang Qinghai2，Zhao Zhengxu2
1.School of Information Science and Technology，Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang 050043，China； 2.School of Mechanical & Automotive Engineering，Qingdao University of Technology，Qingdao 266525，China
Abstract： A dual-axis daily tracking system for photovoltaic power generation using STC12C5A60S2 single-chip microprocessor as the controlling core is developed to increase the photoelectric conversion rate of photovoltaic cells by combining two modes of automated tracking and manual adjustment. The manual mode has two modes: manual button control mode and wireless remote control mode; the automated mode has two modes: photoelectric tracking mode and day-dependent trajectory tracking mode. The cloudy and sunny detecting circuit is employed between the two modes to identify whether the weather is cloudy or sunny. When it is cloudy, the system calculates the real-time solar altitude and azimuth angle using the DS1302 clock chip and the super pairwise alignment(SPA) algorithm, and then tracks the sun′s course using the stepper motor. To perform photoelectric tracking on a sunny day, the system leverages the light intensity difference in the four directions acquired by the photoelectric sensor to drive the stepping motor. Experiments demonstrate that the hybrid control technique reduces weather effects, improves tracking accuracy, and increases photoelectric conversion rate.
Key words : dual-shaft daily tracking system；photoelectric tracking；day-dependent trajectory tracking；cloudy and sunny detection circuit
0 引言
為了獲取足夠的生存能源，人類對自然界和未知環境的能源探索從未間斷過。光伏發電作為一種新能源的利用方式，為解決日益嚴峻的能源緊缺問題提供了方向[1-2]。目前光伏發電跟蹤裝置主要分為單軸跟蹤與雙軸跟蹤裝置兩種[3-5]。相較于單軸跟蹤裝置，雙軸裝置的跟蹤精度較高，但由于傳統的雙軸跟蹤裝置的跟蹤策略單一，造成跟蹤精度不高、光電轉化率低和裝置應急性能不足等問題。常見的光電跟蹤策略受天氣影響大；視日運動軌跡跟蹤策略跟蹤精度不高，存在陰天情況下耗能大、斷電重啟時鐘時間重置等不足[6-8]。因此，如何優化跟蹤控制策略，提高跟蹤精度，使太陽能板始終保持最佳吸收太陽能的傾角，增加光電轉化效率成為當前的主要研究熱點。文獻[9]通過對光傳感器改進，提出了一種高精度的太陽跟蹤控制裝置。文獻[10]通過優化太陽輻射吸收的最佳傾角數學模型，設計出跟蹤效果較高的單軸逐日系統。文獻[11]在Lab/CVI環境下開發了一種基于TCP傳輸協議的逐日系統，利用上下位機和TCP/IP協議交互數據，實現了光伏發電和遠程監測的逐日系統。文獻[12]提出將EtherCAT總線應用到逐日系統控制中，實現了對逐日裝置的群控。文獻[13-14]研究了光伏發電最大功率點跟蹤算法，對光伏發電效率進一步提高。
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作者信息：
劉伯明1，張慶海2，趙正旭2
(1.石家莊鐵道大學 信息科學與技術學院，河北 石家莊050043；
2.青島理工大學 機械與汽車工程學院，山東 青島266525)
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