基于PIC16F877A自動(dòng)太陽跟蹤器的設(shè)計(jì)

　　光伏發(fā)電能為人類提供可持續(xù)能源，并保護(hù)賴以生存的環(huán)境，但其發(fā)電效率低，發(fā)電成本相對(duì)較高仍然足制約其大規(guī)模應(yīng)用的重要因素。在沒有出現(xiàn)高效的光伏電池材料之前，研制具有實(shí)用價(jià)值太陽聚光器及自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)低成本，則是促進(jìn)太陽能廣泛應(yīng)用的主要途徑之一。一般雙軸系統(tǒng)可提高發(fā)電量35%左右，單軸系統(tǒng)可提高20%左右，聚光型跟蹤系統(tǒng)會(huì)更高。

　　國外在20世紀(jì)80年代就對(duì)太陽跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了研究，如美國、德國在單雙軸自動(dòng)跟蹤、F1本在聚光菲立爾透鏡跟蹤、西班牙在2倍聚光反射跟蹤等方面均開發(fā)出了相應(yīng)的商品化自動(dòng)太陽跟蹤器。我國于20世紀(jì)90年代左右也對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，2006年10月在西藏羊八井安裝了4套共計(jì)13.2 kW不同形式的單、雙軸并網(wǎng)發(fā)電太陽自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)。之前一直沒有穩(wěn)定可靠的商品化的產(chǎn)品出現(xiàn)，究其原因主要有：

　　(1)系統(tǒng)可靠性不能滿足要求

　　由于大部分光伏電站都安裝在偏遠(yuǎn)地區(qū)，環(huán)境非常惡劣，維護(hù)困難，跟蹤系統(tǒng)增加了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與相應(yīng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，可靠性明顯下降，如果不能保證整個(gè)系統(tǒng)的在各種環(huán)境下都能可靠穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)整個(gè)光伏電站來說都可能將是災(zāi)難性的打擊。

　　(2)跟蹤誤差大

　　尤其對(duì)反射聚光的跟蹤系統(tǒng)，如果跟蹤誤差大，不但不能提高發(fā)電效率，反而會(huì)使電池板受光小均，產(chǎn)乍熱斑等影響，大大縮短了電池板的使用壽命。

　　(3)成本過高

　　全部購買國外成熟的技術(shù)，將大大提高系統(tǒng)的硬件成本與維護(hù)成本。

　　本文基于PIC16F877微處理器為核心，針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)，開發(fā)出一種雙軸自動(dòng)自動(dòng)太陽跟蹤器，他具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、跟蹤誤差小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

　　1 自動(dòng)太陽跟蹤器的基本原理[1-3]

　　自動(dòng)太陽跟蹤器，故名思意基本功能就是使光伏陣列隨著太陽而轉(zhuǎn)動(dòng)，基本原理框圖如圖1所示。

　　該系統(tǒng)時(shí)刻檢測太陽與光伏陣列的位置并將其輸入到控制單元，控制單元對(duì)這2個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)來驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使太陽光時(shí)刻垂直入射到光伏陣列的表面上。

　　雖然太陽在太空中的位置時(shí)刻都在變化，但其運(yùn)行卻具有嚴(yán)格的規(guī)律性，在地平坐標(biāo)系中，太陽的位置可由高度角a與方位角φ來確定，公式如下[2-3]：

　　式中： δ為太陽赤緯角;φ為當(dāng)?shù)氐木暥冉?ω為時(shí)角。

　　太陽赤緯角與時(shí)角可以由本地時(shí)間確定，而對(duì)確定的地點(diǎn)，本地的緯度角也是確定，因此只要輸入當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)地理位置與時(shí)間信息就可以確定此時(shí)此刻的太陽位置。

　　2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案

　　PIC16F877A是一款具有RISC結(jié)構(gòu)的高性能中檔單片機(jī)，僅有35條單字指令，8 k