太阳能光伏发电自动跟踪系统.pdf

1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 郭思文 一引言 太阳电池方阵的发电量与太阳光人射角有关 当太阳光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大 目前太阳能光伏发电普遍采用的固定方阵是低效发 电方式 采用自动跟踪系统可提高发电量 从 而降低投资成本以上 笔者本着简单 可靠 造价低 易操作维护的原则 经过实验设计出新型 太阳光跟踪传感器专利申请号 和太阳能光伏发电自动跟踪系统图 其自动跟踪 效果令人满意 使提高能量转换效率成为现实 统输出信号产生偏差 当偏差达到一定幅度时 传 感器输出相应信号 执行机构开始进行纠偏 使光 电传感器重新达到平衡 即由传感器输出信号控 制的太阳电池方阵平面与光线成角时停止转动 完成一次调整周期 如此不断调整 时刻沿着太阳 的运行轨迹追随太阳 构成一个闭路反馈系统 实 现 自动跟踪 系统不需设定基准位置 传感器永不 迷失方向 系统设有防杂光干扰及夜间跟踪电路 并附有手动控制开关 以方便调试 二系统基本结构原理 传感器安装在太阳电池方阵上 与其同步运 行 光线方向一旦发生细微改变 则传感器失衡 系 三系统性能 自动跟踪 全部跟踪信号来 自传感器 系统无需起始定 位 适应各种天气情况 只要有阳光 系统就会在 范围内自动跟踪 在任何方位再启动都不会迷 失方向 白天光照不足时 电路自动休眠等待 不 会盲目跟踪一旦 日出 无论此时传感器与太阳的 角度是多少 都会即刻追踪 傍晚 系统夜停在西 方次日清晨日出 系统会在分钟内调整到位 转 向东方 跟踪精度 平均跟踪精度 跟踪精度与照度和时段有 关 日照越强跟踪精度越高 跟踪精度在 一 范 围内可调 实际上 大型太 阳能发电系统传动机构 的间隙精度很难做到 所以 对于太阳能发电 跟踪精度在 以内可满足需要 风停和夜停 为 了保护构件不被大风吹坏 设计了风停电 路 风速达到 耐 风速传感器输出信号 太阳电 池方阵 自动收帆 停止跟踪 大风过后分钟恢复 自动跟踪 风速传感器可 以对多个太阳电池方阵进 行群控 夜停是指当照度降低到一定值时 系统休眠 停止跟踪 因天气情况 每天夜停位置不固定 只 要光线弱至不能发电 随时夜停 减少了无效运行 节省系统耗电 夜停期间不会被杂光如汽车灯光等 1994 2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 人为光源或远处雷电光 干扰误起动 夜停由传感器 控制 方位角转动机构两端终点和高度角转动机构 上下终点都设限位开关 作为双重保护 系统耗电低 传感器工作期间平均电流 夜眠 在 发电系统中近乎零耗电 可忽略不计 手动和自动转换 转换开关有三档 向上是自动跟踪 中间档是 系统停止运行 向下是手动跟踪 方位电机和高度 电机各设一个三档开关正转 停止 反转 手动跟 踪只在特殊情况下使用 正常情况下手动 自动转换 开关置自动位置 两个电机手动跟踪开关不起作用 系统电源及控制容量 标准型传感器采用供电 无源触点输 出 电机最大控制功率 输出容量和 电压可根据太阳能发电系统大小任意扩展 转动机构和构架 转动机构的承载负荷包括轴向力 倾覆力和风 载 风载按 计算 除合理计算负荷外 最重 要的是传动机构的自锁性 自锁性能好坏 决定跟 踪灵敏度 如果传动机构间隙过大 随风而动 传 感器精度再高也发挥不了作用 方位传动机构必须 用涡轮涡杆或 自锁性更佳的减速机构 高度传动机 构用丝杠 构架既要考虑重量轻 又要牢固 使用环境 确保适应各种恶劣环境 风 雨 冰雹 传感 器被浮尘和大雪覆盖的情况下 仍能正常跟踪 铸 铝外壳加光学衰减片保护电路元件 可抗紫外线和 高温 简单 易维护 低造价 系统结构简单 无需配套设施 光 伏发电阵列 传感器输出直通传动电机 十分简单 如果出现故障 可快速更换传感器 普通电工即可 维护 造价低 无特殊昂贵元件和器材 批量生产成 本更低 该系统传感器和电器设施的造价不足其它 类型跟踪系统造价的十分之一 跟踪测试仪 在规模较大的太阳能发电系统中 安装 调试 和使用过程 中 需要积累许多数据 需要设计一台 自动跟踪测试仪 用于 测试跟踪精度 系统耗电 基 准定位 太 阳辐射度 风速等 积累原始数据 以 便建立企业标准 四 系统样机实验分析 发电量对比 用两块参数相同的太阳电池板 一块固定朝南 略偏西放置 另一块安装在自动跟踪器上 分别测 试两块太阳电池板的发电功率 图为晴朗无云天 气下得到的太阳能光伏发电功率对比曲线 从图看出 固定方向太阳电池板全天平均功 率为 自动跟踪太阳能电池板全天平均 功率为 发电功率增加 固定方 向太阳电池板全 天只有小时左右在辐射强度 下工作 而加了自动跟踪的太阳电池板达 到了小时 功率大大增加特别在左右 低辐照度时段 功率增加幅度超过了 系统耗电情况 根据所需转数和扭矩计算减速比及电动机功 率 对于的太阳电池方阵 台电动机 功率均为每天运转分钟 耗电量为 传感器 和控制电路 电 压 日夜平均电流 小时耗电量为 系统合计日耗电量 为 只相