基于视日运动轨迹及MPPT一体化光伏自动跟踪系统方案设计.doc

基于视日运动轨迹及MPPT一体化光伏自动跟踪系统方案设计 　　为提高光伏自动跟踪系统的效率，本文设计了一套基于视日运动轨迹与MPPT最大功率跟踪一体化的光伏自动跟踪系统。该系统由基于视日运动轨迹的光伏自动跟踪系统与MPPT最大功率跟踪系统组成。基于视日运动轨迹的光伏自动跟踪系统由万年历芯片计算出当前时间，并结合当地经纬度，计算出当前位置的太阳朝向和高度，通过单片机驱动两个电机，可以控制光伏电池板进行双轴转动，最终确定电池板接收太阳最佳方位。在实现的上述功能后，通过外接扩展模块实现了基于MPPT最大功率跟踪系统，完成最大功率点跟踪功能。实验表明，基于视日运动轨迹与MPPT一体化的光伏自动跟踪系统能在不同天气状况下对太阳进行准确跟踪，不仅能够自动控制太阳能板，保证太阳能板与太阳光相垂直的情况下，同时实现了MPPT最大功率点跟踪功能，尽可能多的供给蓄电池 【关键词】光伏自动跟踪系统 MPPT 设计 目前，对太阳能的开发利用备受人们的关注，如何提高太阳能利用率成为人们研究的焦点。高效的自动跟踪系统是提高光伏系统效率的关键的第一步。跟踪太阳的方法可概括为两种方式：光电跟踪和根据视日运动轨迹跟踪。光电跟踪是由光电传感器件根据入射光线的强弱变化产生反馈信号到计算机，计算机运行程序调整太阳能板的角度实现对太阳的跟踪。光电跟踪的优点是灵敏度高，结构设计较为方便；缺点是受天气的影响很大，如果在稍长时间段里出现乌云遮住太阳的情况，会导致跟踪装置无法跟踪太阳，甚至引起执行机构的误动作。而视日运动轨迹跟踪的优点是能够全天候实时跟踪，所以本设计采用视日运动轨迹跟踪方法和双轴跟踪的办法，利用步进电机双轴驱动，通过对跟踪机构进行水平、俯仰两个自由度的控制，实现对太阳的全天候跟踪。在实现以上系统的情况下，不考虑使用MPPT最大功率跟踪系统直接用太阳能板给蓄电池供电，也在现实的情况中是完全可以的，前提是需要匹配好功率，让蓄电池不至于过充电。另外，当蓄?池充满时，需要手动断开充电回路，以免损坏蓄电池。这样的太阳能蓄电池充电系统，显得操作繁琐而且低效，繁琐在于需要人去观察电压电流以及不时转动太阳能板方向，低效则是因为太阳能板发出的电，并没有尽可能多的供给蓄电池。因此，本文在实现对太阳能的全天候跟踪的前提下，设计了MPPT最大功率跟踪系统，该系统的目的是控制最高电压，让蓄电池不至于充坏，又要控制电流，以便让太阳能板处于最大功率点 1 系统方案设计 1.1 基于视日运动轨迹法的光伏跟踪系统方案设计 本设计采用了视日运动轨迹法，由万年历芯片计算出当前时间，并结合当地经纬度，计算出当前位置的太阳朝向和高度，结合直流电机与角度检测电位器，通过STC89C52单片机系统的计算、对比与输出控制，驱动两个电机，可以控制光伏电池板进行双轴转动，最终确定电池板接收太阳最佳方位。实现了对太阳光的追踪。具体的系统方案设计框图如图1所示 1.1.1 时间信号的获取 本设计中，时间信号选择的是DS1302万年历芯片，在选择高精度晶振的情况下。其每天误差在3秒以内。对于普通控制系统来说，可以满足使用要求。另外，系统还具备时间调节功能，这样可以每隔一定周期手动校正时间 1.1.2 高度与方位角的计算 要获取太阳方位，首先要知道当前时间，但是仅知道当前时间是不够的，因为地球本身是绕太阳公转，而其自身同时又在绕极轴自转。因此，地球上的不同地方，在同一时间内，太阳角度也是不一样的。为了解决这个问题，本设计可以通过修改经纬度。在获知当地时间和经纬度，由三角函数关系，可以求得当前太阳的方位角和高度角 1.1.3 实际角度的测量 当我们计算出太阳当前方位角与高度角时，接下来要做的，就是把太阳能板的角度朝向这个方向。那么首先我们要知道目前太阳能板在什么位置，才能决定控制输出。通过设计在电路板上的两个三芯插件，连接着电路板上的A/D转换器TLC1543以及双轴机械结构上面的电位器。通过设计，电位器的转轴与电机轴是相连的，这样电机在转动时，电位器也会跟着转动，从而产生不同的电压值，这个电压值送入TLC1543进行A/D转换，从而获得当前太阳能板的方位角与高度角信号。将测量得到的实际值与计算得到的理论值进行对比，如果值偏大，则控制电机往小的一方转动，如果偏小，则往大的一方转动。因为电机转动时有惯性和冲击，所以有留有一定余量，否则系统会一直来回转动个不停 1.1.4 输出电机的控制 因为实际角度可能比理论值大，也可能比理论值小。因此，电机既需要可以正转，又需要可以反转，而且每天只需要转动一圈。因此，我们选择控制性能好，而且电路结构简单的有刷直流电机。直流电机的控制非常简单，只需要切换输入电流方向，即可改变电机的转动方向。在日常使用中，可以通过改变接线，或