基于LM PLC控制的太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)

摘 要 為了更好的利用太陽(yáng)能，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)越來(lái)越多的應(yīng)用于太陽(yáng)能行業(yè)中。基于可編程邏輯控制器(PLC)的太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括硬件和軟件兩部分，其中硬件包括PLC輸入輸出端口、信號(hào)處理單元、驅(qū)動(dòng)部分;軟件包括PLC的控制和監(jiān)控程序兩部分。太陽(yáng)能電池板自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)使光伏電池板能實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)關(guān)照，從而最大限度的獲得太陽(yáng)能，有效地提高太陽(yáng)能的利用率和光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，降低了光伏并網(wǎng)發(fā)電成本，具有理論研究意義和應(yīng)用推廣價(jià)值。

　　1 引言

　　據(jù)測(cè)試，在太陽(yáng)能電池板陣列中，相同條件下采用自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備要比固定發(fā)電設(shè)備的發(fā)電量提高35%左右。

　　所謂太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)是能讓太陽(yáng)能電池板隨時(shí)正對(duì)太陽(yáng)，讓太陽(yáng)光的光線隨時(shí)垂直照射太陽(yáng)能電池板的動(dòng)力裝置，能顯著提高太陽(yáng)能光伏組件的發(fā)電效率。目前市場(chǎng)上所使用的跟蹤系統(tǒng)按照驅(qū)動(dòng)裝置分為單軸太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和雙軸太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。

　　從制手段上系統(tǒng)可分為傳感器跟蹤和視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤(程序跟蹤)。傳感器跟蹤是利用光電傳感器檢測(cè)太陽(yáng)光線是否偏離電池板法線，當(dāng)太陽(yáng)光線偏離電池板法線時(shí)，傳感器發(fā)出偏差信號(hào)，經(jīng)放大運(yùn)算后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使跟蹤裝置從新對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。這種跟蹤裝置，靈敏度高，但是遇到長(zhǎng)時(shí)間烏云遮日則會(huì)影響運(yùn)行。視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤，是根據(jù)太陽(yáng)的實(shí)際運(yùn)行軌跡，按照預(yù)定的程序調(diào)整跟蹤裝置。這種跟蹤方式能夠全天候?qū)崟r(shí)跟蹤，其精度不是很高，但是符合運(yùn)行情況，應(yīng)用較廣泛。

　　從主控單元類型上可以分為PLC控制和單片機(jī)控制。單片機(jī)控制程序在出廠時(shí)由專業(yè)人員編寫開發(fā)，一般設(shè)備廠家不易再次進(jìn)行開發(fā)和參數(shù)設(shè)定。而學(xué)習(xí)使用PLC比較容易，通過(guò)PLC廠家技術(shù)人員的培訓(xùn)，設(shè)備使用廠家的技術(shù)人員可以很方便的學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的調(diào)試和編寫，并且PLC能夠提供多種通訊接口，通訊組網(wǎng)也比較方便簡(jiǎn)單。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)是以PLC主控單元的視日運(yùn)動(dòng)軌跡控制(程序控制)雙軸自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤就是利用PLC控制單元相應(yīng)的公式和算法，計(jì)算出太陽(yáng)的實(shí)時(shí)位置：太陽(yáng)方位角和太陽(yáng)高度角，然后發(fā)出指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)能跟蹤裝，以達(dá)到對(duì)太陽(yáng)實(shí)時(shí)跟蹤的目的。

　　太陽(yáng)在天空中的位置可以由太陽(yáng)高度角和太陽(yáng)方位角來(lái)確定。太陽(yáng)高度角又稱太陽(yáng)高度、太陽(yáng)俯仰角，是指太陽(yáng)光線與地表水平面得之間的夾角。太陽(yáng)方位角即太陽(yáng)所在的方位，是指太陽(yáng)光線在地平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角，可以近似看作是樹立在地面上的直線在陽(yáng)光下的陰影與正南方向的夾角。太陽(yáng)方位角和高度角的實(shí)時(shí)數(shù)值可以通過(guò)地理經(jīng)緯度、時(shí)區(qū)參數(shù)利用公式計(jì)算出來(lái)。

　　主控單元是太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的核心部件，系統(tǒng)選用結(jié)構(gòu)緊湊。配置靈活、指令豐富的和利時(shí)LM PLC。選用的配置包括LM 3108CPU模塊和LM 3310擴(kuò)展模塊。LM3108集成為數(shù)字量24DI和16DO，能滿足要求，通訊集成有RS232和RS485兩個(gè)通訊接口，RS232用于與上位文本顯示器通訊，RS485可用于組網(wǎng)使用。LM 3310為四通AI模塊，可用于采集風(fēng)速等保護(hù)數(shù)據(jù)。配合和利時(shí)HD2400L文本顯示器使用，能夠監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)、改變參數(shù)設(shè)置，以達(dá)到控制目的。

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