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太阳能光伏发电自动跟踪控制系统设计

摘要：伴随着全球经济的迅速发展，人们对资源的需求量越来越大，这促使

不可再生资源（煤炭、天然气等）日益紧缺，太阳能电池板的发电能力与照射到

光伏的发光强度正相关，接受太阳直射光时可取得较大的光照强度，进而提升太

阳能组件的发电效率。本文将简要介绍根据ARM太阳能光伏发电自动跟踪系统的

设计。

关键字：光伏发电；跟踪系统；嵌入式操作系统；光敏二极管

1介绍太阳能光伏发电自动跟踪控制系统

因为地球的转动和旋转，太阳能的倾斜角随时随地都会转变。针对固定位置

的太阳能发电系统，仅有确保太阳能时刻垂直照射太阳能光伏发电板，才可以做

到较高的发电效率。所以，维持太阳能光伏发电板可以最大限度地接受太阳辐射

能是非常关键的。现阶段最经典的三种跟踪系统是双轴跟踪系统软件。两轴跟踪

系统软件和固定跟踪系统软件。双轴跟踪系统与固定跟踪系统软件对比，双轴跟

踪系统和两轴跟踪系统具备较高的日常输出功率和年功率，但在体系结构和费用

层面，双轴跟踪体系结构简易。成本费更高一些。

2自动跟踪对系统太阳能光伏发电的分类

2.1固定跟踪系统软件

将太阳能电池片部件直接置放在中纬度地域称之为固定重装系统，太阳能光

伏发电列阵选用串联和并联方法搜集太阳能。固定重装系统是确定的，无法一直

垂直直射太阳，因此固定重装系统的太阳能组件无法发挥其发展潜力。

2.2双轴跟踪系统

因为光伏发电列阵只有围绕一个转动轴转动，所以双轴跟踪系统包含倾角双

轴跟踪和水准双轴跟踪。通常情况下，双轴跟踪系统只有降低光的倾斜角，所以

跟踪效果较弱。

2.3两轴跟踪系统

两轴跟踪分成高角。方向角跟踪和极轴跟踪。两轴跟踪系统就是指光伏发电

列阵绕2个转动轴转动，第一个转动轴垂直于平面，第二个转动轴水平于平面。

这类跟踪方式可以同时跟踪水准方位角和垂直高度角。理论上，两轴跟踪系统可

以完全跟踪太阳的运作，太阳的倾斜角为零，所以跟踪精密度相比较高。

2逐日跟踪方式

愈来愈多的理论已经确认了太阳光和发电量效率相互关系。现阶段，人们也

明确提出了很多的办法来跟踪太阳。归纳这种方式的具体办法有两类：光学跟

踪和太阳运动跟踪。

2.1跟踪太阳轨迹

日出和日落有特殊的运动轨迹和规则。依据当地时节和气候特点，可以得到

太阳每日的位置，随后在太阳能电池板上安装对应的管理程序，使太阳能电池板

可以准确无误地跟踪太阳。具体选用双轴方式具体采取两类跟踪设备：双轴跟踪

和两轴跟踪。其中，双轴具体以焦线为核心，沿焦线的垂直方位开展双重跟踪；

两轴可以多方位跟踪高角。双轴关键由两个传动轴构成，即垂直传动轴和水平传

动轴，相对性繁杂。

2.2光学跟踪

太阳的强度可以根据光敏管磁感应，根据两个光敏管组装在太阳能电池片的

两个对应的点，假如太阳能电池片板接收到太阳，其发生的电量在预估电能值误

差要求的阈值，说明现阶段光效果优良，不用太阳能电池板旋转。伴随着时间的

变化，太阳能的轨迹产生变化，太阳能电池片造成的电能慢慢变弱，造成电能和

预估电能产生之间的偏差越来越更高。这时，光敏管检验到的电子信号被放大电

路变大，并运行自动定位控制设备，推动电池板转动，使太阳能电池板与太阳方

向维持垂直。

3设计了根据ARM的太阳能光伏发电自动跟踪系统

3.1自动跟踪系统的整体构造根据ARM太阳能光伏发电

本系统选用两轴跟踪系统，使太阳自始至终垂直照射太阳能光伏板，以实现

较大的发电高效率。本系统软件由ARM11.光敏电阻器太阳能电池板.电动机.放大

仪.减速机.光电二极管.电机驱动芯片和三维支撑架构成。在对比了光敏电阻器

的大小后，ARM11向直流伺服电机传出指令，驱动电机接收到指令后，将其转动

到阻值比较大的一端。第一步是将左右光敏电阻器的电阻开展对比，根据上下转

动调节，直到两个光敏电阻器的电阻相同，随后终止转动；第二步是将水平上边

的电阻值与上下方向的一个电阻器开展对比，根据左右转动调节，直到两个光敏

电阻器相同，随后终止转动（第二步2周运作一次）。

3.2太阳能光伏发电自动定位追踪器的构成及原理

太阳能光伏发电自动定位追踪器由电机驱动芯片、ARM11及相关电源电路构

成。ARM11系统根据对比两个左右光敏电阻器的大小来得到两个阻值间的差别。

系统向相对的直流伺服电机传出指令。电机驱动器太阳能电池板旋转到左右光敏

电阻器的电阻相同的位置，随后将左右光敏电阻器之一