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题目：光伏发电太阳能电池板双轴伺服控制系统研究
一、题目说明
1、双轴跟踪的基本原理
双轴跟踪又可以分为两种方式：极轴式全跟踪和高度方位角式全跟踪。极轴式全跟踪
原理如图1.1所示，太阳能设备的能量转换部分的一轴指向地球北极，即与地球自转轴相平行，
故称为极轴；另一轴与极轴垂直，称为赤纬轴。工作时太阳能设备的能量转换部分所在平面绕极
轴运转，其转速的设定与地球自转角速度大小相同方向相反用以跟踪太阳方位角：反射
镜
围绕赤纬轴作俯仰转动是为了适应太阳高度角的变化，通常根据季节的变化定期调整
养第轴
图1.1极轴式跟踪
高度角方位角式太阳跟踪方法又称为地平坐标系双轴跟踪，其原理如图1.2所示。太
图1.2高度方位角式全跟踪
阳能设备的能量转换部分的方位轴垂直于地平面，另一根轴与方位轴垂直，称为俯仰轴。工作时
太阳能设备的能量转换部分根据太阳的视日运动绕方位轴转动改变方位角，绕俯仰轴作俯仰运动
改变太阳能设备的能量转换部分的倾斜角，从而使能量转换部分所在平面的主光轴始终与太阳光
线平行。这种跟踪系统的特点是跟踪精度高，而且太阳能设备的能量转换部分的重量保持在垂直
轴所在的平面内，支承结构的设计比较容易。
2、光伏发电系统光电板自动跟踪系统的原理
太阳电池方阵的发电量与阳光入射角有关，光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，如
果改变入射角，发电量将明显下降。其基本原理与结构为：由2台电动机和减速机分别构成方位
角转动机构和高度角转动机构，光电传感器与太阳能电池板方阵平面垂直安装。随着光线方向的
细微改变，传感器失衡，引起系统输出信号产生偏差，达到一定幅度时，方向开关电路启动，执
行机构开始进行纠正，使光电传感器重新达到平衡，即太阳能电池板方阵平面与光线构成90度角
而停止转动，并完成一次调整周期。如此不断地调整，时刻沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构成
一个闭路负反馈系统，实现了跟踪功能。该系统不需设定基准位置，跟踪器永远不会迷失方向。
系统还设有防杂光干扰及夜间停止跟踪电路，并附有手动控制开关，以方便调试。光电板跟踪系
统框图如图1.3所示。
方位角开关电
方位髀动机构
路
3、太阳高度角和方位角
1)Coper方程
高度角转前机
高度角开关电
构
路
太阳光线与地球赤道面的交角就是太阳的赤纬角，以「表示。在一年中，太阳赤纬每天
图1.3光电板自动跟踪系统框图
都在变化，但不超过士23°27的范围。夏天最大变化到夏至日的+23°27;冬季最小变化到冬至
日的-23°27.太阳赤纬随季节变化，按照Coper方程，
计算得:
,284+n
:.=23.45sin(360)(2.1)
365
式中，n为一年中的天数，如：在春分，n=81,则S=0,自春分日起的第d天的太阳赤纬为
(2.2)
365
2)太阳角的计算
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