基于PSoC的太陽自動(dòng)跟蹤器

摘要
　　太陽能系統(tǒng)效率的高低在很大程度上取決于裝置與太陽照射光線的對準(zhǔn)程度。而太陽自動(dòng)跟蹤裝置可有效提高太陽能系統(tǒng)的效率，從而降低光伏系統(tǒng)的成本。本文基于此原理，利用PSoC芯片設(shè)計(jì)了一款太陽自動(dòng)跟蹤與控制系統(tǒng)，通過PSoC對步進(jìn)電機(jī)的精確控制，可使光伏系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤太陽。本轉(zhuǎn)置采用雙軸結(jié)構(gòu)，可在水平和豎直方向上自動(dòng)跟蹤太陽。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠、跟蹤誤差小、成本低廉，可廣泛應(yīng)用于太陽能電池板、太陽能熱水器等太陽能設(shè)備上。
　　1 引言
　　太陽能作為一種清潔無污染的可再生能源，越來越廣泛的應(yīng)用在我們?nèi)粘Ｉ钪?。近年來如何提高太陽能系統(tǒng)的利用效率正受到越來越多的關(guān)注。而太陽能系統(tǒng)效率的高低在很大程度上取決于裝置與太陽照射光線的對準(zhǔn)程度。太陽能自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)置控制光伏系統(tǒng)以自動(dòng)對準(zhǔn)太陽，可有效提高太陽能系統(tǒng)的效率，從而降低光伏系統(tǒng)的成本。
　　本文設(shè)計(jì)了一種基于PSoC芯片的太陽自動(dòng)跟蹤與控制系統(tǒng)，通過PSoC對電機(jī)的精確控制，可使光伏系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤太陽。本轉(zhuǎn)置將采用雙軸結(jié)構(gòu)，可自動(dòng)檢測太陽的高度角和方位角，并控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)光伏系統(tǒng)跟蹤太陽。
　　2 控制基本原理
　　目前較流行的太陽能跟蹤器主要有時(shí)鐘式和比較控制式兩類［1-3］，時(shí)鐘控制式其控制方法是定時(shí)法：根據(jù)太陽在天空中每分鐘的運(yùn)動(dòng)角度，計(jì)算出太陽光接收器每分鐘應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而確定出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得太陽光接收器根據(jù)太陽的位置而相應(yīng)變東。該方法雖然電路簡單，但由于時(shí)鐘累計(jì)誤差不斷增多，系統(tǒng)的跟蹤精度很低。
　　
　　圖 1 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
　　本方案我們采用比較控制的方法來控制光伏陣列跟蹤太陽。利用光敏電阻在光照時(shí)阻值的變化制作成可以檢測太陽位置的傳感器，結(jié)構(gòu)如圖1所示，利用光敏電阻在光照時(shí)阻值發(fā)生變化的原理，將五只光敏電阻呈十字形排列。R固定在聚光板的指日棒上，RV1、RV2、RH1、RH2對稱分布在指日棒兩側(cè)。RV1、RV2探測太陽高度角的變化，RH1、RH2探測太陽方位角的變化，太陽光線與太陽能集能器的平面法線不平行時(shí)，傳感器就能檢測出偏差信號。R探測太陽輻照度的變化，當(dāng)太陽的輻照度低于或高于工作照度時(shí)就輸出啟動(dòng)或復(fù)位信號。
　　
　　圖 2 系統(tǒng)控制陣列隨光轉(zhuǎn)動(dòng)基本原理框圖
　　系統(tǒng)控制陣列隨光轉(zhuǎn)動(dòng)原理框圖如圖2所示，當(dāng)太陽光線發(fā)生傾斜時(shí)，兩對光敏電阻檢測到陽光的傾斜信號，該信號經(jīng)放大濾波后由控制單元開始計(jì)算并確定整個(gè)裝置需要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向及大小，發(fā)出調(diào)整信號進(jìn)而控制并驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整光伏陣列直到光伏陣列對準(zhǔn)太陽。