新型光伏發電體系的設計與實行范文

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智能雙軸跟蹤支架系統控制器采用以時控為主導、光控為輔助，時控與光控相結合的控制策略．控制器處于時控方式時，控制算法根據當地所處的地球經緯度位置，利用Klein太陽位置算法精確計算某一時刻太陽高度角、方位角等關鍵參數，進而對太陽的實際位置進行有效跟蹤．控制器處于光控方式時，利用光敏傳感器對太陽高度角和方位角進行檢測，建立以光照強度、光照角度、環境溫度、風力大小等自然因素為系統狀態，以伺服電機的轉動角度、調整時間間隔為控制輸出的動態模糊模型，應用間歇變步長搜索法實現最大功率點跟蹤．同時結合混沌理論和保成本控制策略實現光伏發電控制系統本身的節能要求．

系統同時具有風載保護、極限限位、故障自動識別、自動保護、自動返回等功能．控制系統原理如圖1所示。光電二極管的光照特性是輸出電流和光照度之間的關系，可以近似看作線性關系．跟蹤系統檢測部分采用四象限結構，在每個象限安裝1個光電二極管，四象限的原點安裝1個太陽光照度檢測光電二極管;后續電路部分采用和差電路形式，電路的連接是先計算相鄰象限信號的和，再計算信號的差．系統將對5個光電二極管的電壓(或電流)信號進行實時采集，經過A/D轉換后送入控制系統，經過對輸入信號的處理之后輸入到功率驅動部分，進而實現對2個軸電機的控制．信號調理電路，對光電二極管的輸出信號進行放大、調零度、滿度等一些處理，使其能夠滿足A/D轉換器的輸入轉換要求，提高整個控制系統的精確性、穩定性和可靠性．控制器采用Microchip公司生產的8位PIC系列單片機，該單片機采用精簡指令集RISC、哈佛雙總線和兩級指令流水線結構．功率驅動部分采用自行設計的直流電機驅動H橋，該橋既能實現電動機的正反轉控制，同時保證足夠的電流輸出，完全滿足伺服電機的驅動和控制要求．

控制器軟件算法:①光伏發電最佳傾角的計算采用月平均太陽輻射量的計算方法，計算傾斜面上的太陽輻射量;②引入基于模糊模型的模糊自適應控制方法，建立以光照強度、光照角度、環境溫度、風力大小等自然因素為系統狀態，以伺服電機的轉動角度、調整時間間隔等為輸出的動態模糊模型;③采用間歇變步長法對光伏電池進行最大功率跟蹤控制，光伏電池板的功率—電壓特性曲線可視為非線性函數，最大功率跟蹤的目的是令光伏電池板的功率輸出始終為功率—電壓特性曲線上的最大值．

跟蹤控制器設計與研究

利用光電二極管傳感器，使光伏發電系統實現位置自動調整;選用單片機作為控制器的中央處理芯片實現成本較低的太陽跟蹤系統．單片機系統具有較好的穩定性，并能夠達到相當高的精確度．為綜合處理各種可能的工況，控制系統內置時鐘，并在系統初始化時設置當地日落最晚時間和日出最早時間，期間為夜晚，當時鐘運行至夜晚開始時，系統回到初始化狀態;當時鐘運行至日出時間時，系統處于待命狀態，此時，單片機采集5號光電二極管的數據，來控制系統的起停．

最大功率點跟蹤控制策略研究

當系統處于時控方式狀態下，需要根據當地所處的地球經緯度位置，精確計算某一時刻太陽高度角、方位角等關鍵參數．具體計算方法如下．

太陽能中天文參數的計算1)日地距離．由于地球繞太陽的運行軌跡是個橢圓，所以地球與太陽之間的距離在1年之內是變化的．到達地球表面的太陽輻射強度和距離的平方(r/r0)2成反比，r0為日地平均距離，r為任意時刻日地距離的準確值．

智能決策軟件研究開發

建立各個地區與太陽能有關的輻射數據庫:①根據安裝地的地名或者所在的經緯度找到對應的輻照度表;②不同傾斜角下各月各季度和年平均的輻照度(kWh/m2);③最佳傾角行所對應的是各月和各季度所對應的最佳傾斜角度;年平均輻照度指的是1年內得到最大日平均輻照度時的傾斜角度;④最佳傾角輻照量是指各月、各季度在最佳傾角時所對應的日平均輻照量;⑤年最佳傾角時輻照度指的是在1年內最大平均輻照量時的傾斜角度所對應的各月、各季度的日平均輻照度．跟蹤模式的判斷過程完全由軟件實現，靈活度高，可以針對不同地區和不同的氣候進行調整，從而提高光伏電站的發電效率．還可以根據需要增加光強傳感器、風力傳感器等多傳感裝置，提高安全性并達到更高的控制要求．通過程序控制，可以自動判斷是否滿足運行條件，從而達到自動啟動運行裝置、自動停止、返回初始狀態等控制．增加風力傳感器用于對系統的保護作用，當風力大于一定數值時，系統停止工作，復位到原點，風速滿足工作條件時，系統自動開始工作．太陽能電池板有2個自由度，控制機構對高度角和方位角2個方向進行調整．當電池板轉到盡頭時，由于跟蹤裝置裝了限位傳感器，到限位觸點時自動切斷輸出，電機停止工作．

跟蹤控制器采用時控與光控相結合的控制方式．采用四象限光敏電阻對太陽高度角和方位角檢測，檢測精度可根據實際需求進行調整．跟蹤器在天氣晴好，太陽不受遮擋的情況下采用光控跟蹤方式;在陰雨天等光照度不足時采用高精度太陽位置算法，根據當地經緯度和時間準確計算出太陽的實際位置進行跟蹤．跟蹤器光控與時控互為補充、自動切換，在保證高精度跟蹤的同時不受陰雨天氣的影響．在天氣由陰轉晴時就立刻將太陽光能絲毫不落的采集出來，實現了最高效率的太陽能跟蹤．同時系統具有風載保護接口，支持外接風速傳感器，能夠隨時控制系統進入機械最大抗風狀態．其智能決策軟件實現流程如圖3所示:

光伏發電智能雙軸跟蹤支架系統的應用前景

目前，大型光伏電站的設計，特別是在國內，很多太陽能電池板陣列基本上是采用固定式結構，存在余弦效應影響，無法保證太陽光垂直照射，光伏電池不能充分利用太陽能資源，發電效率低下，無法保證獲得全年的最大光電轉換效率．采用光伏發電智能雙軸跟蹤支架系統是降低光伏電站電價的潛在途徑．經實驗驗證，跟蹤系統應用到平板光伏發電陣列，可以比固定模式提高30%～40%的發電效率．隨著控制技術的不斷發展與控制成本的不斷降低，實現對太陽方位角和高度角的精確跟蹤的相關技術已成為研究與運用的熱點，因此光伏發電智能雙軸跟蹤支架系統也必將給光伏發電產業帶來巨大的經濟效益，具有不可估量的應用前景．

結束語

光伏發電智能雙軸跟蹤支架系統研究與開發，大大提高了太陽能的利用率，其必將在光伏發電系統中得到廣泛應用，對光伏產業的發展起到重要的推動作用，從而帶來較大的經濟和社會效益．

作者：關煥新張相明單位：沈陽工程學院校產經營集團