太阳能光伏自动跟踪的研究与设计

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1、太阳能光伏自动跟踪的研究与设计吉基祥贲昆树姜凡王峰科强能源系统工程股份有限公司地址：江苏省海安县海安镇西园大道98号邮编：226600电话：051388838998，15851288868文摘本文介绍太阳能自动跟踪光伏发电的产生和发展，探讨太阳能光伏跟踪发电的基本概念，详细说明太阳能自动跟踪光伏发电具体含义及其与传统太阳能光伏发电的主要区别。针对未来太阳能发电节约成本提高效率，展望跟踪发电在太阳能应用的前景，深入分析了未来光伏发电中应用自动跟踪控制系统的必要性和可行性。文章最后介绍了太阳能光伏跟踪发电系统的结构、特点及其整体结构，给出一个太阳能光伏跟踪发电系统的实例。主题词太阳能；光伏

2、；自动跟踪；发电系统一、引言近几年来，国外太阳能电站的建设非常普遍；在国内的一些边远地区（例如，新疆、内蒙、黑龙江等）也逐渐开始将太阳能电站作为普通的电力供应系统、或能源补充系统来使用。为了提高可用于太阳能电站使用的全天有效日照时间，以提高发电量，人们开始研究并试图应用一种能够在有效日照时间内使太阳能电池板追踪太阳，保持阳光与太阳能电池板相对垂直，从而提供有效日照时间的向日追踪装置。在现有的向日追踪装置中，使用控制单元（例如，向日追踪电路）来对向日追踪装置的仰角和方位角进行控制。例如，当向日追踪装置上的太阳能电池板的法线落后表示太阳方位的平面α角（例如2.5°）时，控制单元发出控制信号

3、使向日追踪装置自东向西旋转，直至太阳能电池板法线超前表示太阳方位的平面α角时停止。每次旋转大约1～2分钟。当太阳下山时，控制单元发出控制信号使向日追踪装置自西向东旋转，直至太阳能电池板指向次日太阳升起位置，迎接次日太阳的升起。现有的控制电路的电机的额定功率大多在90W以上，其驱动电路的功率也都大于50W，即便是控制单元92采用单片机来实现时，控制单元92本身的功耗也至少要在4W左右，所以整个控制装置能耗较大。因此，需要一种可靠性能较高、功耗较低且能够与低功耗的向日追踪装置一起使用的控制电路。二、太阳能光伏发电跟踪系统产生的实际背景1.解决日益紧张的耗能电力工业是国民经济重要产业，又是高

4、耗能产业。2008年全国用电量34268亿千瓦时，总耗能6.75亿吨标煤，占全国能耗总量32.6%。“十一五”规划提出GDP产值能耗降低20%和污染物排放总量减少10%的指标，发展能源问题关系到经济是否能够可持续发展。能源的日益枯竭，已引起全世界的极大关注。本文章中实施为太阳能光伏应用技术基础上提高发电量45%以上，并可实施并网离网发电。为我国乃止全球节约能源，同时解决太阳能光伏发电电池所需多晶硅日益紧张的矛盾。2.国内外发展趋势世界光伏产业从1999年的201MW增加到2008年的1600MW。目前以32.1%的年平均增长率高速发展，位于世界能源发电市场增长率的首位。太阳能发电是太阳

5、能利用的重要方式,随着国家西部开发政策的推行及光明工程的实施,太阳能光伏发电技术取得了较快发展。目前我国已建成的较大的光伏电站有西藏双湖25千瓦光伏电站，西藏安多100千瓦光伏电站以及目前中国最大的新疆北塔山牧场150千瓦太阳能光伏电站等。这些电站都建在光照充足，地理位置偏僻，电网不能到达的地区。一些几瓦到几百瓦的中小型光伏发电应用系统也出现在生活中，如太阳能交通警示灯，高速公路上的太阳能广告牌，太阳能路灯等。我国的太阳能光伏产业以年平均增长率超过40%的速度迅猛发展，江苏更是以拥有光伏企业70余家、配套企业近500家，产能约占全国的70%，而凸显强势。但由于太阳能电池价格昂贵，无跟踪

6、装置的光伏系统发电效率较低，普遍推广应用受到影响。国外自动跟踪系统虽然能提高发电效率（约提高30%），但其造价高，结构复杂维护困难，难以推广使用。针对这一实际情况我们研制的自动跟踪系统相对结构更简单费用更低且稳定性更好的巡日发电系统。一、太阳能光伏发电自动跟踪的基本概念（一）一般定义太阳能光伏自动发电系统，该系统包括太阳方位角探测器、巡日控制器及特种机械结构三部分，可实时测量并追踪太阳方位，保持入射阳光与太阳能电池板相对垂直，从而有效提高45%以上的太阳能发电效率。（二）具体说明1.传感器使用太阳传感器作为基准的方法。太阳传感器的基本结构可以如下图表示：图1-1太阳传感器基本结构在东南

7、西北四个方向各安装一个光敏器件，当光强变化时，光敏器件的电阻或电流发生变化。系统通过比较东、西向光敏器件信号大小，可以得知太阳在东西向的位置，然后调节转动机构使得东西信号平衡，此时传感器在东西方向已经指向太阳。南、北向的工作原理与此相同。太阳传感器能够准确给出太阳方向和传感器指向的夹角，提高系统指向精度到优于0.15度。2.控制器为适应市场需求变化，我们设计研发以单片机为核心管理单元，使用A/D转换将传感器输出的信号数字化，按照事先设定的规则驱