一种光伏发电自动跟踪控制方法的研究

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1、一种光伏发电自动跟踪控制方法的研究摘要：提高光伏发电效率的一种重要途径是设计自动跟踪的光伏发电系统，本文针对已有的光伏跟踪控制方法的缺陷与不足，考虑到执行电机在转动时间内对太阳位置角度的变化与跟踪误差范围的预测与控制，提出了一种改进型的间歇跟踪控制方法，并通过理论分析与Matlab/Simulink仿真结果验证了其可行性。关键字：自动跟踪，间歇跟踪，仿真Abstract：AkindofimportantwaytoimprovetheefficiencyofPVpowergenerationistodesign

2、anautomatictrackingsystemofthePVmodules.Inthispaper,aimingatthedefectsandshortcomingsoftheexistingtrackingcontrolmethod,animprovedintermittenttrackingmethodisproposed,inwhichtheactuatingmotor’srotatingtakesintoaccountofthepositionchangesofthesunangleandthet

3、rackingerrorrangeintherotationtime.Thefeasibilityisdemonstratedbythetheoreticalanalysisandthesimulationresults.Keywords：Automatictracking,intermittenttracking,Simulation0引言太阳能光伏发电产业是当今世界发展速度最迅速的行业之一，为了解决未来能源危机和生态环境恶化，实现可持续发展，世界各国都将光伏发电作为新能源与可再生能源发展中的重点。但目前太

4、阳能光伏发电的一个应用瓶颈就是发电效率低，很大程度上制约了光伏发电的应用和发展。研究发现，在光伏发电系统设计中，光伏组件的安装形式与放置角度对其接收太阳辐射有很大的影响[1-2]。在光伏电池组件能量转换效率一定的情况下，提高光伏发电效率的一种重要可行的途径是设计光伏组件的自动跟踪。自动跟踪是指太阳升起后根据太阳的高度与方位的变化，调整太阳能光伏组件的偏转角度来跟踪太阳的运行轨迹，使太阳的入射光线尽量垂直照射到太阳能电池板上，从而最大限度地接收太阳辐射能量。据试验得知，同等环境条件下，相同功率的电池组件采用自动

5、跟踪式比固定式安装的光伏发电系统的发电量提高25%以上[3-4]。1太阳位置计算太阳能跟踪系统形式多样，根据跟踪方式的不同可以分为光电跟踪与视日运动轨迹跟踪两种方式，在光伏发电跟踪系统中，一般采用视日运动轨迹跟踪。视日运动轨迹是指根据地理位置与实时时间计算出太阳的位置参数，通过计算机控制电机转动，驱动跟踪装置进行轨迹跟踪。地平坐标下，太阳位置可以由高度角与方位角两个量进行描述[5]。1.1太阳赤纬角太阳光线与地球赤道面的夹角称为赤纬角，记为，一年之内始终在±23°27′间进行变化，太阳赤纬角度随时间的变换规律

6、可以根据Cooper方程[6]来计算：（1）1.2太阳时角太阳时角是与时间相关的太阳角度，记为。太阳每小时转动15°的经度角，正午时，每隔一小时增加15°，上午为负，下午为正，可以用式（2）来计算：（2）其中，，为当前小时数，为分钟，为秒钟。实际上，时角是一个与真太阳时有关的物理量，计算真太阳时与当地所在经度有关，但是在光伏跟踪系统中，计算时角所用的太阳时用平太阳时替代，一般不考虑经度对时角所产生的影响。1.3太阳高度角太阳高度角为太阳光线与地平面的夹角，记为，可以用式（3）进行计算：（3）其中，为地理纬度；

7、为太阳赤纬角；为太阳时角。1.4太阳方位角太阳方位角是指太阳光线在地面上的投影线与南北方向线间的夹角，记为，可以用式（4）进行计算：（4）其中，为太阳高度角，为地理纬度；为太阳时角；为太阳赤纬角。由式（3）、（4）可以看出，太阳角度的变化规律与安装地地理纬度与所处时间有关，一年之中不同日期及一天之中不同时间，变化规律都有所不同，具有较强非线性。2跟踪控制方法为了获得较好的跟踪效果，减小控制系统的耗能量，光伏发电跟踪系统一般采用间歇型跟踪方法进行控制。间歇跟踪是指执行电机满足一定的条件下，转动到控制系统的指定位

8、置，其余时间内电机保持静止的运动控制方法。2.1间歇跟踪控制方法的改进在以往的太阳能跟踪控制系统的设计中，间歇跟踪方法的实现方式大都是这样实现的：电机的运动的前提条件是固定的时间间隔，即执行电机在跟踪时间内，每隔时间转动一次，从而带动跟踪器的水平轴或垂直轴调整到与当前太阳运行所在位置的高度角与方位角保持一致。间隔时间内跟踪系统的跟踪双轴保持固定，而执行电机也保持静止状态，如此往复循环，实现太阳能跟踪