基于DSP的太陽能跟蹤控制系統(tǒng)研究

摘要：針對目前太陽能跟蹤系統(tǒng)存在的跟蹤精度不高，抗干擾能力差的缺點(diǎn)。本文設(shè)計了一種以視日運(yùn)動軌跡跟蹤和光電檢測跟蹤相結(jié)合的控制方法對太陽能進(jìn)行跟蹤，并且以DSP為控制器核心芯片的高精度太陽能智能跟蹤系統(tǒng)。視日運(yùn)動軌跡跟蹤對太陽進(jìn)行粗跟蹤，再利用光電檢測跟蹤對太陽進(jìn)行精確跟蹤。實(shí)現(xiàn)了對太陽的高精度跟蹤，并且使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾和運(yùn)算能力。

Research of solar tracking control system based on DSP

Yang Zhicheng，Liu Hao，Kong Xiangbin，Xiao Huagen

（Changsha University of Science Technology；Institute of Electrical and Information Engineering；Changsha 410114；China）

關(guān)鍵詞：跟蹤控制方法；DSP；太陽能

Abstract：In consider of the inaccuracy and poor anti-interference ability of current solar energy tracking system. This paper presents a high-precision solar energy tracking system which use the control method that obit tracking movement combined with photoelectric detection tracking， and use DSP as controller core chip. The sun is roughly tracked by the obit tracking movement， and then it is accurately tracked by the photoelectric detection tracking. The system has realization of high-precision tracking the sun， and has a strong anti-interference and computing ability.

Key words:tracking control method;DSP;solar energy;

1 引言

理論分析表明：采用相同功率的太陽能電池板，跟蹤式與定點(diǎn)式的太陽能發(fā)電裝置相比，其能量的接收率可提高35%，而目前太陽能利用轉(zhuǎn)化率約為10％～20％。常用的太陽能跟蹤控制器是根據(jù)經(jīng)度和緯度的不同，按照天體運(yùn)行的規(guī)律來計算每時每刻太陽所在高度角和方向角。天體運(yùn)行的計算需要運(yùn)用到大量的浮點(diǎn)、三角、反三角等復(fù)雜的運(yùn)算，要保證計算的精度，普通的單片機(jī)需要耗費(fèi)大量的時間，不能實(shí)時的計算。現(xiàn)在市場上也有采用硬件檢測電路來實(shí)現(xiàn)的太陽能跟蹤器，其采用光電池作為傳感器，來實(shí)現(xiàn)太陽跟蹤。這種跟蹤器的精度要靠高精度的傳感器，精密的實(shí)驗(yàn)電路來保證；并且抗干擾性差，容易跟錯目標(biāo)[1]。因此，本文研究了現(xiàn)有太陽跟蹤器的原理，在對目前國內(nèi)外太陽跟蹤器原理研究的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一種視日運(yùn)動軌跡跟蹤與光電檢測跟蹤相結(jié)合的太陽跟蹤控制系統(tǒng)。通過DSP計算發(fā)出脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度，實(shí)現(xiàn)對太陽的精確跟蹤，使跟蹤裝置始終處于與發(fā)光源垂直的最佳位置。

2 太陽能跟蹤系統(tǒng)概述

目前，太陽能跟蹤的方式很多，比較常見的有視日運(yùn)動軌跡跟蹤和光電檢測跟蹤，但兩種跟蹤方式都存在一定的局限性。對于視日運(yùn)動軌跡跟蹤，主要是在開始運(yùn)行之前需要精確定位，太陽角度計算時容易產(chǎn)生誤差，且產(chǎn)生誤差后不能自動進(jìn)行調(diào)整等，因此需要定期人為調(diào)整跟蹤裝置。而光電檢測跟蹤經(jīng)常由于天氣問題，出現(xiàn)不跟蹤或錯誤跟蹤的情況，特別在多云的天氣會試圖跟蹤云層邊緣的亮點(diǎn)，電機(jī)往復(fù)運(yùn)動，造成了能源的浪費(fèi)和部件的額外磨損。因此，本文設(shè)計的太陽能自動跟蹤系統(tǒng)在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，綜合了兩種跟蹤方式的優(yōu)點(diǎn)．巧妙的將兩種跟蹤方式結(jié)合在一起，使得系統(tǒng)跟蹤更加精確、穩(wěn)定。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 太陽能跟蹤系統(tǒng)框圖

太陽能跟蹤器控制系統(tǒng)主要由DSP主控、時鐘電路、電源電路、信號采樣等部分組成，完成整個電路的控制和驅(qū)動。電機(jī)系統(tǒng)主要由步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器組成。該控制系統(tǒng)如圖2所示，視日運(yùn)動軌跡跟蹤主要通過讀取當(dāng)前時間，由DSP 根據(jù)相關(guān)的算法計算出太陽能電池板要旋轉(zhuǎn)的水平角和俯仰角。傳感器檢測控制由四象限傳感器、信號放大電路、絕對值電路、比較電路等組成。

圖2 控制系統(tǒng)框圖

3 工作原理

太陽能跟蹤控制器采用視日運(yùn)動軌跡跟蹤和光電檢測跟蹤相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。首先利用視日運(yùn)動軌跡跟蹤控制根據(jù)天體運(yùn)行規(guī)律，實(shí)時計算出太陽的位置，使跟蹤器定位到一定的范圍；其次利用光電檢測跟蹤控制在該范圍內(nèi)搜索檢測太陽光的最強(qiáng)點(diǎn)實(shí)施精確跟蹤，提高太陽能的利用率。由于外界自然環(huán)境復(fù)雜多變，天空中飛起的樹葉或生活垃圾，以及云層的運(yùn)動都會對傳感器檢測造成干擾，使跟蹤器產(chǎn)生很大的跟蹤誤差。所以采用這種以視日運(yùn)動軌跡跟蹤進(jìn)行粗跟蹤，光電檢測跟蹤進(jìn)行精確跟蹤的太陽能智能跟蹤控制器可以提高跟蹤的抗干擾能力和精度[2]。

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