基于视日运行轨迹的双轴太阳跟踪系统-论文.pdf

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1、第35卷第4期太原科技大学学报Vo1．35No．42014年8月JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYAug．2014文章编号：1673—2057(2014)04—0262—05基于视日运行轨迹的双轴太阳跟踪系统张国梁，李虹，刘立群，张巧娟(太原科技大大学电子信息工程学院，太原030024)摘要：为了提高光伏发电的效率，设计了双轴太阳能跟踪装置。本设计以ATmagel6单片机作为控制芯片，在选用高精度太阳位置算法的基础上，用光敏电阻对视日跟踪进行角度微调。并且通过分析装置运行时的耗能和产能的关系。对不同时间段的跟踪次数和跟踪间隔进行优

2、化。理论分析与实验结果表明，该方案能够准确跟踪太阳，且能有效提高太阳能的利用率。关键词：单片机；视日运行轨迹；光敏电阻；步进电机中图分类号：102文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1673-2057．2014．04．005太阳能是一种清洁的可再生能源，并且经过转换可以大规模应用于工业生产和生活，所以，太阳能利用的关键在于太阳能转换技术。提高太阳能的转换率可以从两个方面进行改进：一方面是提高太阳能电池的能量转换率，另一方面是提高太阳能的接收效率。太阳能跟踪装置在实时跟踪太阳的情况下，可有效提高太阳能的接收效率，且相比于前者更容易实现4。。理论分析表明：太阳的跟踪与非跟踪，能量

3、的接收率相差J，高精度的跟踪太图1地平坐标系阳可以有效提高太阳能利用率。Fig．1Thehorizontalcoordinatesystem本文在前人研究的基础上，充分考虑阴云遮蔽图中是天顶角，是太阳高度角，y是太阳等复杂天气情况的影响。采用两步跟踪方案，即装方位角。太阳高度角、赤纬角和时角的关系为式置先进行视日运行轨迹跟踪，后用光电跟踪方式进(1)，由此可以计算出高度角。行角度微调，并且充分考虑产能与耗能的关系，对sina=C080z=sinq~sin8+cosq~cosScosto(1)不同时间段的跟踪次数和跟踪间隔进行优化，从而式中，是双轴系统所在地区的纬度，6是赤纬达到预测跟踪的目的

4、。角，∞是时角。通常太阳赤纬角的近似计算公式为(2)，时角1太阳位置的确定方法的计算公式为(3)．而太阳方位角、时角、赤纬角和视日运动轨迹跟踪即根据太阳的运行规律实高度角的关系为公式(6)所示，其中n为一年中日现实时跟踪，确定太阳的位置是实现跟踪的关键因期序号。素之一。相对于地平面而言，太阳的位置通常用高=23．45sin(2)度角和方位角两个坐标决定，如图l所示。收稿日期：2014-02-26基金项目：太原科技大学研究生创新项目(20134031，20125015)；太原科技大学同洲电子科技创新基金项目(TZ201319)作者简介：张国梁(1990一)，男，硕士研究生，主要研究方向为控制理

5、论与控制工程。第35卷第4期张国梁，等：基于视日运行轨迹的双轴太阳跟踪系统263作一次，假设某一时刻太阳光线与倾斜面法线重∞±+斋5。(3)合，电池板位置为。并且停止动作。根据太阳辐照度e=9．87sin2B一7．53cosB一1．5sinB(4)的变化规律，近似取时间t内的太阳辐照度为定值。=(5)时间t后太阳入射光线与倾斜面法线形成夹角0，电池板运动到位置b，以保持太阳光线与倾斜面法si=(6)线重合。设时间2f后电池板法线与太阳光线重合的位置为C，即原定电池板从a处运行至c处动作了两当太阳光线照射到倾斜面上时，定义太阳光线次。若电池板在2时间内一直停留在0，在2时刻直与倾斜面法线之间的

6、夹角为太阳入射角OT则太阳接运动至c处，期间所获得的太阳辐照量为(运入射角与其它角度的关系如图2所示。行时间忽略不计)；在t时刻由。运动至b，然后在2时刻由b运行至c，期间所获得的能量为．设两种情况下电机的耗能分别为P、P2，则P2一P为两种情况的耗能差，计为P．此时，判断、与P的关系，若(一)>P，则说明太阳能电池板从口运动到b是有意义的；同理，若(一)

7、incidenceangle载扭矩的升高，频繁启停克服惯性所消耗的电量andtheotherangles越高圳。图中，是斜面倾角，K是倾斜面朝向赤道的方根据以上分析，对一天中不同时间段内的太阳位角，是天顶角，是太阳方位角，％是太阳高能电池板动作次数做精确的设定，并且通过计算和度角。实验分析对时间t进行优化设置，从而达到预测跟由图2可得太阳入射角与其它角度之间的关系踪的目的。如式(7)：cosOr=sinBsi