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        基于步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        作者: 時(shí)間:2012-02-19 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

        摘要:為了高效地利用,根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)行規(guī)律,結(jié)合光電傳感器以單片機(jī)為核心的。首先進(jìn)行硬件控制的軟件實(shí)現(xiàn),然后深入地分析比較一般對(duì)精度的影響。研究結(jié)果表明,與采用一般方法的相比,采用驅(qū)動(dòng)的太陽(yáng)能系統(tǒng)跟蹤精度高,有效地提高太陽(yáng)能利用率。
        關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能;自動(dòng)跟蹤;驅(qū)動(dòng);跟蹤精度

        能源短缺問(wèn)題是目前許多國(guó)家面臨的重要問(wèn)題,太陽(yáng)能作為一種清潔無(wú)污染的能源,有著巨大的開(kāi)發(fā)前景。我國(guó)是一個(gè)太陽(yáng)能資源較為豐富的國(guó)家,充分利用太陽(yáng)能資源,有著深遠(yuǎn)的能源戰(zhàn)略意義。利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵是提高太陽(yáng)能電池板采集太陽(yáng)能的效率,太陽(yáng)能電池板接受太陽(yáng)光的直射,由此得到太陽(yáng)最大光照強(qiáng)度,從而最大限度的采集太陽(yáng)能,目前太陽(yáng)能電池板普遍采用半自動(dòng)單軸跟蹤方式和電池板固定朝南安裝的方式。這些方法存在的缺點(diǎn)是:轉(zhuǎn)換效率較低、跟蹤適應(yīng)能力弱、跟蹤精度低。本文根據(jù)太陽(yáng)運(yùn)行規(guī)律,結(jié)合光電傳感器太陽(yáng)能自動(dòng)跟跟系統(tǒng)。設(shè)計(jì)硬件和軟件控制流程,深入地分析比較步進(jìn)電機(jī)一般驅(qū)動(dòng)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)對(duì)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤精度的影響。該系統(tǒng)跟蹤能雙軸跟蹤,精度高,適應(yīng)性強(qiáng),有望在光伏發(fā)電中使用。

        1 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
        1.1 太陽(yáng)運(yùn)行規(guī)律
        為了提高太陽(yáng)能電池板對(duì)光能的采集效率,需要盡可能的保持太陽(yáng)光垂直照射到太陽(yáng)能電池板上。從高度角方位角兩個(gè)物理量是可以描述太陽(yáng)的這種位置變化的,太陽(yáng)能電池板對(duì)高度角和方位角的跟蹤就能保證陽(yáng)光垂直照射電池板,但是在一般情況下還需要光電傳感器反饋來(lái)對(duì)跟蹤的誤差進(jìn)行修正,以提高自動(dòng)跟蹤的精度。
        太陽(yáng)高度角α
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        式中:t是一天當(dāng)中的時(shí)刻。
        由式(1)-(4)可計(jì)算出太陽(yáng)高度角和方位角,以此進(jìn)行兩個(gè)角度的雙軸跟蹤,來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤。
        1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
        太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)分為六個(gè)部分:時(shí)鐘模塊,初始位置校驗(yàn),單片機(jī)模塊,驅(qū)動(dòng)模塊,光電檢測(cè)模塊和太陽(yáng)能電池板。單片機(jī)是整個(gè)跟蹤系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)運(yùn)算和控制。時(shí)鐘模塊主要把全年每天的時(shí)間提供給單片機(jī)。驅(qū)動(dòng)模塊包括光電隔離、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)電機(jī),為了消除干擾,單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)之間需要加隔離;由于是在高度角和方位角兩個(gè)方向上進(jìn)行雙軸跟蹤,因此需要兩個(gè)相同的驅(qū)動(dòng)模塊。傳感器模塊包括四象限探測(cè)器、信號(hào)處理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。太陽(yáng)光線(xiàn)垂直照射四象限探測(cè)器時(shí),它四個(gè)象限的輸出電流等;

        本文引用地址:http://www.antipu.com.cn/article/161096.htm

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        當(dāng)發(fā)生偏移時(shí),四個(gè)象限的電流不等,通過(guò)四象限探測(cè)器的這種特點(diǎn)檢測(cè)太陽(yáng)光是否直射太陽(yáng)能電池板。信號(hào)處理電路負(fù)責(zé)信號(hào)采集放大,把電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓量并放大后,通過(guò)A/D后送入單片機(jī)運(yùn)算分析并發(fā)出控制信號(hào)給步進(jìn)電機(jī)。
        1.3 硬件設(shè)計(jì)
        系統(tǒng)的控制核心采用的單片機(jī)是AT89S51;時(shí)鐘芯片是DS1302;日出初始位置校驗(yàn)需要使用微動(dòng)開(kāi)關(guān),系統(tǒng)使用三洲集團(tuán)樂(lè)拉電器廠(chǎng)的LXW5-11G2。
        光電檢測(cè)部分: (1)四象限探測(cè)器具有低暗電流,高可靠性、高均勻性、高對(duì)稱(chēng)性,盲區(qū)小的優(yōu)點(diǎn),系統(tǒng)采用的四象限探測(cè)器為Pacific Silicon Sensor的QP20—6T08S。四象限探測(cè)器示意圖如圖2所示,器件是反向偏置的半導(dǎo)體二極管陣列,其工作原理是:當(dāng)太陽(yáng)光垂直照射器件各個(gè)象限時(shí),各個(gè)象限輸出的光電流ia、ib、ic、id相等;而當(dāng)目標(biāo)發(fā)生偏移時(shí),各個(gè)象限的輸出光電流不等,光電流經(jīng)信號(hào)變換及放大后變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓量,太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)偏移量由式(5)算出,由此可測(cè)出太陽(yáng)的方位,從而起到跟蹤的作用。四象限探測(cè)器能在東西方向(方位角方向)和南北方向(高度角方向)上進(jìn)行雙軸跟蹤。并且通過(guò)四個(gè)象限的電流和還可以進(jìn)行陰晴天的判斷,晴天時(shí),太陽(yáng)光線(xiàn)強(qiáng),所產(chǎn)生的電流大,陰天時(shí)產(chǎn)生的電流小,因此確定一個(gè)閾值就能判斷天氣,經(jīng)實(shí)驗(yàn)后得這個(gè)閾值為1.12V。(2)測(cè)量四象限探測(cè)器其中一個(gè)象限所用的光電探測(cè)電路如圖3所示,每個(gè)象限都使用完全相同的光電探測(cè)電路。電阻把光電二極管輸出的光電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),運(yùn)放將這個(gè)壓信號(hào)作適當(dāng)?shù)姆糯?,四象限光電探測(cè)器所產(chǎn)生的阻抗電流,其值一般為mA級(jí),經(jīng)試驗(yàn)后知需要放大的倍數(shù)為2倍。(3)轉(zhuǎn)換器采用的是ADC0809,它是8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān),它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào),只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。
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