光伏发电双轴逐日跟踪系统设计与实现
2022年电子技术应用第4期
刘伯明1，张庆海2，赵正旭2
1.石家庄铁道大学 信息科学与技术学院，河北 石家庄050043； 2.青岛理工大学 机械与汽车工程学院，山东 青岛266525
摘要： 为提高太阳能板的光电转化率，采用自动跟踪和人工调节两种模式相结合的方式，设计了一种以STC12C5A60S2单片机为控制核心的光伏发电双轴逐日跟踪系统。人工模式分为人工按键控制和无线远程控制模式；自动模式又分为光电跟踪和视日运行轨迹跟踪模式，两者通过阴晴检测电路判断阴天或者晴天。阴天时，系统利用DS1302时钟芯片结合Super Pairwise Alignment算法，计算实时太阳高度角和方位角，并通过控制步进电机，实现视日运动轨迹跟踪。晴天时，系统利用光电传感器采集的四个方向的光强差值，驱动步进电机，实现光电跟踪。实验表明：系统在混合控制策略下，受天气影响小，跟踪精确高，提高了光电转化率。
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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