太阳能跟踪系统中的倾角传感器的应用

时间:2017-02-04 22:51:00 点击:
太阳能是可再生能源之一,它具有丰富、清洁、容易开发等优点。随着全球能源短缺的问题日益凸显,如何开放利用好太阳能,并通过相应的设备进行精确吸收成为了当今世界研究的课题。在新能源中,太阳能发电已成为全球研究的重要领域。太阳能作为一种清洁的能源,开发前景广阔。然而由于太阳存在着光照强度随着时间不断变化等问题,这对太阳能的利用装置提出了一定的技术要求。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的,不能充分利用太阳能资源,发电效率低下。据相关实验表面,在太阳能电池板阵列中,相同条件下采用自动跟踪系统发电要比固定装置发电高35%左右。

太阳能跟踪系统是能让电池板时刻正对太阳,让光线随时垂直照射电池板的系统装置,能显著提高光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为两种,分别是单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。单轴是仅可以水平方向跟踪,在高度上人为的进行调节固定,这样不仅工作量大,而且跟踪精度不高。双轴跟踪可以在水平和高度两个方向跟踪太阳轨迹,显然双轴的性能要明星高于单轴。

跟踪系统从控制手段上系统可分为传感器跟踪和程序跟踪(也称视日运动轨迹跟踪)。传感器跟踪是利用传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线,当太阳光线偏离电池板法线时,传感器发出偏差信号,并控制执行机构,使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置灵敏度高,但是容易受环境影响,如乌云遮住时。程序轨迹跟踪,是根据太阳的实际运行轨迹,按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪,其精度不是很高,但是符合运行情况,应用较广泛。

控制器一般分为PLC和单片机控制。单片机控制程序在出厂时编写开发,一般设备一旦定型,不会再轻易改动。使用PLC开放较为普遍,可以很方便的学会简单的调试和编写,并且PLC的通讯接口多样,通讯组网要比单片机方便简单。本文以使用PLC主控单元,程序控制双轴自动跟踪系统为例进行深入分析,程序跟踪就是利用PLC控制单元相应的公式和算法,计算出太阳的实时位置:方位角和高度角,然后控制执行机构跟踪装,以达到实时跟踪的目的。

太阳方位角即太阳所在的方位,是指太阳光线在地平面上的投影与当地子午线的夹角,可以近似看作是树立在地面上的直线在阳光下的阴影与正南方向的夹角。太阳方位角和高度角的实时数值可以通过地理经纬度等参数利用公式计算出来。控单元是太阳能跟踪系统的核心部件,系统选用结构紧凑。可以选用西门子PLC200,配置灵活、指令,通讯集成有RS232和RS485两个通讯接口,RS232用于与工业触摸屏通讯,RS485可用于组网使用。也可以用一些模拟量模块,方便采集风速等保护数据。工业触摸屏能够监视运行状态、改变参数设置,以达到控制目的。跟踪的机械装置一般由底座、立轴、横轴、两台旋转电机、传动齿轮等组成。其中一台旋转电机驱动横轴,支撑太阳能电池板绕横轴运动,跟踪高度角运行。另一台旋转电机驱动水平轴,以跟踪方位角变化。

在一天的整个过程中,跟踪器能够获得最优的高度角和方位角,电池板能够接收到最大太阳日辐射量。系统用一套公式由PLC计算出实际时刻太阳所在的高度角和方位角。此公式根据所在的地理经度、纬度、时间以及时区,(时区用分钟表示,东区为正)从而得出太阳的高度角和方位角。系统根据实时太阳高度角和方位角与跟踪装置实际的高度角和方位角的差值,以及驱动装置的运转速度,计算出执行机构的跟踪运行时间。最后通过程序执行驱动电机达到要求的位置,实现对高度角和方位角的跟踪。

跟踪模式的判断过程完全由软件实现,灵活度高,可以针对不同地区和不同的气候进行调整,从而提高太阳能发电站的发电效率。还可以根据需要增加光强传感器、风力传感器,倾角传感器等多传感装置,提高安全性和更高的控制要求。关于旋转的角度,可以通过倾角传感器来测量当前的角度值,通过风力传感器用于对系统的保护作用,当风力大于一定数值时,系统停止工作,复位到原点,风速满足工作条件时,系统自动开始工作。太阳能电池板有两个自由度,控制机构对高度角和方位角两个方向进行调整。当电池板转到尽头时,由于跟踪装置装了限位传感器,到限位触点时自动切断输出,电机停止工作。对于串、并联的大型光伏太阳能阵列系统的控制,可以通过通讯网络进行集中控制。由此可见系统具有精度高、能实时跟踪太阳变化、通讯组网方便等特点,能够满足客户的需求。