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基于PSoC的太阳自动跟踪器
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2017-11-15
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摘要
太阳能系统效率的高低在很大程度上取决于装置与太阳照射光线的对准程度。而太阳自动跟踪装置可有效提高太阳能系统的效率，从而降低光伏系统的成本。本文基于此原理，利用PSoC芯片设计了一款太阳自动跟踪与控制系统，通过PSoC对步进电机的精确控制，可使光伏系统自动跟踪太阳。本转置采用双轴结构，可在水平和竖直方向上自动跟踪太阳。本系统运行稳定可靠、跟踪误差小、成本低廉，可广泛应用于太阳能电池板、太阳能热水器等太阳能设备上。
1 引言
太阳能作为一种清洁无污染的可再生能源，越来越广泛的应用在我们日常生活中。近年来如何提高太阳能系统的利用效率正受到越来越多的关注。而太阳能系统效率的高低在很大程度上取决于装置与太阳照射光线的对准程度。太阳能自动跟踪转置控制光伏系统以自动对准太阳，可有效提高太阳能系统的效率，从而降低光伏系统的成本。
本文设计了一种基于PSoC芯片的太阳自动跟踪与控制系统，通过PSoC对电机的精确控制，可使光伏系统自动跟踪太阳。本转置将采用双轴结构，可自动检测太阳的高度角和方位角，并控制步进电机带动光伏系统跟踪太阳。
2 控制基本原理
目前较流行的太阳能跟踪器主要有时钟式和比较控制式两类［1-3］，时钟控制式其控制方法是定时法：根据太阳在天空中每分钟的运动角度，计算出太阳光接收器每分钟应转动的角度，从而确定出电动机的转速，使得太阳光接收器根据太阳的位置而相应变东。该方法虽然电路简单，但由于时钟累计误差不断增多，系统的跟踪精度很低。
图 1 传感器结构示意图
本方案我们采用比较控制的方法来控制光伏阵列跟踪太阳。利用光敏电阻在光照时阻值的变化制作成可以检测太阳位置的传感器，结构如图1所示，利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将五只光敏电阻呈十字形排列。R固定在聚光板的指日棒上，RV1、RV2、RH1、RH2对称分布在指日棒两侧。RV1、RV2探测太阳高度角的变化，RH1、RH2探测太阳方位角的变化，太阳光线与太阳能集能器的平面法线不平行时，传感器就能检测出偏差信号。R探测太阳辐照度的变化，当太阳的辐照度低于或高于工作照度时就输出启动或复位信号。
图 2 系统控制阵列随光转动基本原理框图
系统控制阵列随光转动原理框图如图2所示，当太阳光线发生倾斜时，两对光敏电阻检测到阳光的倾斜信号，该信号经放大滤波后由控制单元开始计算并确定整个装置需要转动的方向及大小，发出调整信号进而控制并驱动步进电机转动，调整光伏阵列直到光伏阵列对准太阳。
太阳能系统效率的高低在很大程度上取决于装置与太阳照射光线的对准程度。而太阳自动跟踪装置可有效提高太阳能系统的效率，从而降低光伏系统的成本。本文基于此原理，利用PSoC芯片设计了一款太阳自动跟踪与控制系统，通过PSoC对步进电机的精确控制，可使光伏系统自动跟踪太阳。本转置采用双轴结构，可在水平和竖直方向上自动跟踪太阳。本系统运行稳定可靠、跟踪误差小、成本低廉，可广泛应用于太阳能电池板、太阳能热水器等太阳能设备上。
1 引言
太阳能作为一种清洁无污染的可再生能源，越来越广泛的应用在我们日常生活中。近年来如何提高太阳能系统的利用效率正受到越来越多的关注。而太阳能系统效率的高低在很大程度上取决于装置与太阳照射光线的对准程度。太阳能自动跟踪转置控制光伏系统以自动对准太阳，可有效提高太阳能系统的效率，从而降低光伏系统的成本。
本文设计了一种基于PSoC芯片的太阳自动跟踪与控制系统，通过PSoC对电机的精确控制，可使光伏系统自动跟踪太阳。本转置将采用双轴结构，可自动检测太阳的高度角和方位角，并控制步进电机带动光伏系统跟踪太阳。
2 控制基本原理
目前较流行的太阳能跟踪器主要有时钟式和比较控制式两类［1-3］，时钟控制式其控制方法是定时法：根据太阳在天空中每分钟的运动角度，计算出太阳光接收器每分钟应转动的角度，从而确定出电动机的转速，使得太阳光接收器根据太阳的位置而相应变东。该方法虽然电路简单，但由于时钟累计误差不断增多，系统的跟踪精度很低。
图 1 传感器结构示意图
本方案我们采用比较控制的方法来控制光伏阵列跟踪太阳。利用光敏电阻在光照时阻值的变化制作成可以检测太阳位置的传感器，结构如图1所示，利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理，将五只光敏电阻呈十字形排列。R固定在聚光板的指日棒上，RV1、RV2、RH1、RH2对称分布在指日棒两侧。RV1、RV2探测太阳高度角的变化，RH1、RH2探测太阳方位角的变化，太阳光线与太阳能集能器的平面法线不平行时，传感器就能检测出偏差信号。R探测太阳辐照度的变化，当太阳的辐照度低于或高于工作照度时就输出启动或复位信号。
图 2 系统控制阵列随光转动基本原理框图
系统控制阵列随光转动原理框图如图2所示，当太阳光线发生倾斜时，两对光敏电阻检测到阳光的倾斜信号，该信号经放大滤波后由控制单元开始计算并确定整个装置需要转动的方向及大小，发出调整信号进而控制并驱动步进电机转动，调整光伏阵列直到光伏阵列对准太阳。
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