高精度双轴伺服太阳能跟踪系统的设计应用

利用逆变器能够将光伏电池产生的直流电转变为交流电，进而直接输送到电网上。在白天有日照的情况下，光伏电池会将大部分的能量输送到电网上，而到了晚上光伏电池装置会自动与电网断开。

本文所设计跟踪调整装置其结构如图2所示。它主要由底座、立轴、横轴、两台伺服电机、传动齿轮副、丝杆导轨等组成。其中伺服电机a驱动传动齿轮副，使传动齿轮副驱动立轴，令其跟踪太阳方位角的变化；伺服电机b驱动丝杠导轨，支撑太阳能电池板绕横轴作俯仰动作，以跟踪太阳高度角的变化。

图2 光伏跟踪系统演示模型

控制系统的实现取决于两方面：

①电机控制部分和驱动部分；

②风速传感器。对于电气控制部分和驱动部分，我们选择相对领域有优势厂商的部件，尤其考虑到运行温度范围和环境。运行温度范围是－25℃到55℃。

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跟踪器的运行状态可传送给监测台。不仅监测还可远程控制达到稳定。在系统的扩展和配置设计中，应遵循以下原则：

①尽可能选择典型电路，为硬件系统的标准化、模块化打下基础。

②系统的扩展与外围设备配置的水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。

③硬件结构应结合应用软件方案一起考虑。

④系统中相关器件要尽可能做到性能匹配。

系统软件设计

跟踪模式的判断过程完全由软件实现, 灵活度很高, 可以针对不同的地区和不同的气候进行调整,尽量提高光伏电站的发电效率。还可以根据需要,增加光强传感器、风力传感器等多种传感装置。图3为跟踪控制系统程序流程图。

图3 跟踪控制系统程序流程图

风速传感器响应中断子程序是有大风来时，plc接受到风速传感器的高速脉冲，达到规定的脉冲数响应中断，太阳电池板放平以保护电池板组件。图4为大风中断子程序框图。

太阳能电池板有两个自由度, 控制机构将分别对x、y 两方向进行调整。当电池板转到尽头时,由于跟踪装置装了限位触感器，到限位触点时自动切断脉冲输出，电机停止动作，起硬件保护作用。

图4 大风中断子程序流程图

结论

本文介绍了双轴伺服太阳能自动跟踪系统能自动检测昼夜，实时跟踪太阳。以欧姆龙plc作为控制器，计算出太阳的实时位置转化为脉冲发送给伺服驱动器，驱动电机转动跟踪装置跟踪太阳，因此使得该自动跟踪系统的准确性高、可靠性强。即使是在天气变化比较复杂的情况下，系统也能正常工作，提高太阳能的利用效率[9]。如果应用于太阳能电池板，则可将电池板输出的直流电逆变为交流电，直接获取电能，而无需另外输入能量。

作者简介

舒志兵（1965年-） 男南京工业大学运动控制研究所所长，中国人工智能学会智能检测与运动控制技术专委会秘书长，主要从事交流伺服系统、dsp技术、现场总线、数控系统、运动控制、机电一体化系统等的研究。

汤世松（1985年） 男 2008年毕业于南京工程学院自动化系，获得学士学位，现为南京工业大学控制理论与控制工程专业在读硕士研究生；主要从事交流伺服运动控制、伺服电机、机电一体化，plc的研究。

参考文献

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[2] ibrahim sefa, mehmet demirtas, ilhami colak. application of one-axis sun tracking system [j] energy conversion and management,2009;；50：2709－2718.

[3] p roth,a.georgiev．design and construction of a system for sun tracking[j]．renewable energy，2004；29：393-402．

[4] 沈辉，曾祖勤等．太阳能光伏发电技术[m]．化学工业出版社，2009：6.8.

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