倾角传感器在太阳能跟踪系统中应用探究

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1、倾角传感器在太阳能跟踪系统中应用探究　　摘要：随着社会的发展与进步，重视倾角传感器在太阳能跟踪系统中的应用具有重要的意义。本文主要介绍倾角传感器在太阳能跟踪系统中的应用的有关内容。关键词；倾角；传感器；太阳能；跟踪系统；应用；中图分类号：TP212.9文献标识码：A文章编号：引言随着经济的高速发展，对于能源的需求和由之带来的高污染问题日趋突出。太阳能作为一种新型、清洁能源，发展前景相当广阔，目前已成为各国竞相研究和开发的热点，而如何高效地获得太阳能资源是当前一个重要的课题。传统的太阳能接收板大部分采用固定安装形式，而太阳的

2、方位角度和高度是随时间变化的，所以这种固定安装的电池接收板的转换效率较低。经理论分析，光伏发电系统是否采用对太阳的自动跟踪方式，能量的接收效率相差达40%～50%之多，而采用双轴跟踪可增加发电量35%～40%，因此，开展对太阳光线自动跟踪方面的研究，对于光伏发电系统的发展有着积极的实际意义。一、倾角传感器原理7倾角传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器，下面就它们的工作原理进行介绍。1、“固体摆”式惯性器件固体摆在设计中广泛采用力平衡式伺服系统，由摆锤、摆线、支

3、架组成，摆锤受重力G和摆拉力T的作用，其合外力F为：F＝Gsinq=mgsinq（1）其中，θ为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时，可以认为F与θ成线性关系。如应变式倾角传感器就是基于此原理。图1液体摆原理示意图2、“液体摆”式惯性器件液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等，如图1所示。当壳体水平时，电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻RI和RIII。若液体摆水平时，则

4、RI＝RIII。当玻璃壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，三根电极浸入液体的深度也发生变化，但中间电极浸入深度基本保持不变。如图2所示，左边电极浸入深度小，则导电液减少，导电的离子数减少，电阻RI增大，相对极则导电液增加，导电的离子数增加，而使电阻RIII减少，即7RI＞RIII。反之，若倾斜方向相反，则RI＜RIII。在液体摆的应用中也有根据液体位置变化引起应变片的变化，从而引起输出电信号变化感知倾角的变化。在实用中除此类型外，还有在电解质溶液中留下一气泡，当装置倾斜时气泡会运动使电容发生变化而感应出倾角的“液体摆”。图2

5、倾角为α时液体摆原理简图3“气体摆”式惯性器件气体在受热时受到浮升力的作用，如同固体摆和液体摆也具有的敏感质量一样，热气流总是力图保持在铅垂方向上，因此也具有摆的特性。“气体摆”式惯性元件由密闭腔体、气体和热线组成。当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时，热线的阻值发生变化，并且热线阻值的变化是角度q或加速度的函数，因而也具有摆的效应。其中热线阻值的变化是气体与热线之间的能量交换引起的。“气体摆”式惯性器件的敏感机理基于密闭腔体中的能量传递，在密闭腔体中有气体和热线，热线是唯一的热源。当装置通电时，对气体加热

6、。在热线能量交换中对流是主要形式。二、太阳能跟踪控制系统方案本文研究的太阳能跟踪系统由监控中心、太阳能跟踪控制两大部分组成。监控中心主要完成太阳能板的状态监测与控制，而太阳能跟踪控制则是本系统的核心部分，由水平方向与俯仰方向(即倾角)上的两个电机驱动，完成电池板的自动跟踪功能，其机械示意图如图3所示。7图3双轴支架机械结构图实际系统控制中，根据GPS输出的时间信息、经纬度信息，可以得到太阳的实时方位角和高度角，通过控制电机来调整双轴支架，完成对太阳的跟踪。系统采用步进式视日跟踪，即双轴支架的运转并非连续性的，而是给定一个阈

7、值，如果当前太阳角度与太阳能电池板角度的差值超过设定的阈值时，再启动两个电机完成角度的调整，这样既降低了支架转动而消耗的能量，又提高了太阳能转换效率。三、倾角检测模块设计3.1硬件电路设计倾角传感器模块安装在太阳能电池板的下表面，完成支架倾角的采集。工作状态下，SCA60C的模拟电压输出信号输入到单片机的A/D采集端口，转换后的数字量信号通过串口与主控箱中的单片机通信，完成角度反馈，其硬件电路设计如图4所示。图4倾角检测模块系统结构图3.2软件设计单片机的8路A/D口需要通过对ADC_CONTR7寄存器中CHS0CHS1

8、CHS2三位的设置来选择使用的模拟输入通道，并且必须将其设置为开漏模式或高阻模式，即需要对P1M0(0～7)，P1M1(0～7)中相应位进行设置，如本例中选择P1.2为SCA60C的电压信号采集端，为开漏模式，则设置为：ADC_CONTR

9、=0x02；//选择P1.2为A/D的转换端口P1M0

10、=0x