高精度雙軸伺服太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

利用逆變器能夠?qū)⒐夥姵禺a(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，進(jìn)而直接輸送到電網(wǎng)上。在白天有日照的情況下，光伏電池會(huì)將大部分的能量輸送到電網(wǎng)上，而到了晚上光伏電池裝置會(huì)自動(dòng)與電網(wǎng)斷開(kāi)。

本文所設(shè)計(jì)跟蹤調(diào)整裝置其結(jié)構(gòu)如圖2所示。它主要由底座、立軸、橫軸、兩臺(tái)伺服電機(jī)、傳動(dòng)齒輪副、絲桿導(dǎo)軌等組成。其中伺服電機(jī)a驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)齒輪副，使傳動(dòng)齒輪副驅(qū)動(dòng)立軸，令其跟蹤太陽(yáng)方位角的變化；伺服電機(jī)b驅(qū)動(dòng)絲杠導(dǎo)軌，支撐太陽(yáng)能電池板繞橫軸作俯仰動(dòng)作，以跟蹤太陽(yáng)高度角的變化。

圖2 光伏跟蹤系統(tǒng)演示模型

控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)取決于兩方面：

①電機(jī)控制部分和驅(qū)動(dòng)部分；

②風(fēng)速傳感器。對(duì)于電氣控制部分和驅(qū)動(dòng)部分，我們選擇相對(duì)領(lǐng)域有優(yōu)勢(shì)廠商的部件，尤其考慮到運(yùn)行溫度范圍和環(huán)境。運(yùn)行溫度范圍是－25℃到55℃。

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跟蹤器的運(yùn)行狀態(tài)可傳送給監(jiān)測(cè)臺(tái)。不僅監(jiān)測(cè)還可遠(yuǎn)程控制達(dá)到穩(wěn)定。在系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循以下原則：

①盡可能選擇典型電路，為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下基礎(chǔ)。

②系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

③硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一起考慮。

④系統(tǒng)中相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

跟蹤模式的判斷過(guò)程完全由軟件實(shí)現(xiàn), 靈活度很高, 可以針對(duì)不同的地區(qū)和不同的氣候進(jìn)行調(diào)整,盡量提高光伏電站的發(fā)電效率。還可以根據(jù)需要,增加光強(qiáng)傳感器、風(fēng)力傳感器等多種傳感裝置。圖3為跟蹤控制系統(tǒng)程序流程圖。

圖3 跟蹤控制系統(tǒng)程序流程圖

風(fēng)速傳感器響應(yīng)中斷子程序是有大風(fēng)來(lái)時(shí)，plc接受到風(fēng)速傳感器的高速脈沖，達(dá)到規(guī)定的脈沖數(shù)響應(yīng)中斷，太陽(yáng)電池板放平以保護(hù)電池板組件。圖4為大風(fēng)中斷子程序框圖。

太陽(yáng)能電池板有兩個(gè)自由度, 控制機(jī)構(gòu)將分別對(duì)x、y 兩方向進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)電池板轉(zhuǎn)到盡頭時(shí),由于跟蹤裝置裝了限位觸感器，到限位觸點(diǎn)時(shí)自動(dòng)切斷脈沖輸出，電機(jī)停止動(dòng)作，起硬件保護(hù)作用。

圖4 大風(fēng)中斷子程序流程圖

結(jié)論

本文介紹了雙軸伺服太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)晝夜，實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)。以歐姆龍plc作為控制器，計(jì)算出太陽(yáng)的實(shí)時(shí)位置轉(zhuǎn)化為脈沖發(fā)送給伺服驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤裝置跟蹤太陽(yáng)，因此使得該自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的準(zhǔn)確性高、可靠性強(qiáng)。即使是在天氣變化比較復(fù)雜的情況下，系統(tǒng)也能正常工作，提高太陽(yáng)能的利用效率[9]。如果應(yīng)用于太陽(yáng)能電池板，則可將電池板輸出的直流電逆變?yōu)榻涣麟?，直接獲取電能，而無(wú)需另外輸入能量。

作者簡(jiǎn)介

舒志兵（1965年-） 男南京工業(yè)大學(xué)運(yùn)動(dòng)控制研究所所長(zhǎng)，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)專委會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)，主要從事交流伺服系統(tǒng)、dsp技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線、數(shù)控系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)電一體化系統(tǒng)等的研究。

湯世松（1985年） 男 2008年畢業(yè)于南京工程學(xué)院自動(dòng)化系，獲得學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為南京工業(yè)大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)在讀碩士研究生；主要從事交流伺服運(yùn)動(dòng)控制、伺服電機(jī)、機(jī)電一體化，plc的研究。

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