光伏跟蹤系統智能控制技術淺析

摘 要：太陽能是一種潛力巨大的可再生清潔能源，因此，目前各國都開始研制開發高效的跟蹤系統智能控制技術，通過全面提升光伏發電技術加強對太陽能的利用。文中介紹了當前常用光伏智能跟蹤系統，并對智能控制技術進行了簡單分析，為智能控制技術的發展提供參考。

關鍵詞：光伏；跟蹤系統；智能控制

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

進入21世紀，資源短缺已經成為比較嚴重的世界性問題，各個國家紛紛提出節能環保的發展戰略，并在此基礎上開始大力提升可再生能源的開發利用。其中，太陽能就是可再生能源中最具代表性的一種，在很早之前就已經開始被開發利用，而經過這些年的發展，太陽能光伏發電取得成果最為顯著，并成為最主要的可再生清潔能源并廣泛應用在各行業當中。但是，由于光伏發電成本比較高，在一定程度上限制了其進一步發展和提升，因此，科學研究人員開始致力于跟蹤技術的研究，并嘗試開發智能控制系統。

一、常用光伏智能跟蹤系統

（一）光電智能跟蹤系統

光電智能跟蹤系統比較常用的一種光伏跟蹤系統，主要通過利用光敏器件對陽光照射強度的感應來實現對太陽的跟蹤。光電智能跟蹤系統的優勢在于系統靈敏度高，結構簡單，成本也比較低，因此，在之前的一段時間里，該系統非常的流行。但是，該系統也有一個致命的缺陷，那就是比較容易受到天氣變化的影響，尤其是陰天和雨天，由于沒有陽光，光敏器件不能通過陽光對太陽的位置進行撲捉，就會影響到系統的正常運行，無法實現太陽跟蹤。

（二）單軸智能跟蹤系統

單軸智能跟蹤系統按照跟蹤方向的不同可以分為東西跟蹤和南北跟蹤兩種方式，其中，南北跟蹤方式的焦線是東西水平布置，而東西跟蹤的焦線，可以是南北水平布置，也可以是傾斜布置。兩種跟蹤方式的原理一樣，都是通過實現單軸旋轉來控制跟蹤系統對太陽位置進行定位跟蹤。這種跟蹤系統的優點在于系統結構簡單，成本低廉，并且整個管理過程中不需要管理人員的參與，也不會受到天氣變化的影響。缺點則在于利用該跟蹤系統對太陽位置進行定位跟蹤，在一整天當中，只有中午時刻太陽光才是直接照射在系統的接受面上，才能夠獲得最大的太陽能，而其他時間，陽光都無法直接照射在系統的接受面上，會在很大程度上受到弦效應的影響，不能全面接受太陽光所帶來的輻射能量，所吸收的太陽能會有所折扣。

（三）極軸式全跟蹤系統

極軸式跟蹤系統能夠實現對太陽進行全方位跟蹤，是一種比較高效的跟蹤設備。在該系統的設置過程中，跟蹤器的極軸要平行于地球的自轉軸，除此之外，還要設置一根與極軸相垂直的赤緯軸。極軸式全跟蹤系統的優點在于，該系統能夠實現對太陽進行全范圍跟蹤，最大限度的吸收太陽能，并且，系統設計比較簡單，系統調整也比較容易。缺點則在于，該系統在對跟蹤器結構進行設計時存在一定困難，既要保證極軸與地球自轉軸相平行，赤緯軸與赤道保持一直，還要保證接受面的重量不能作用在極軸上，避免對極軸轉動造成影響。

二、光伏跟蹤智能控制技術

利用智能控制技術對光伏跟蹤器進行控制的主要目的就是為了能夠讓接受面對太陽位置進行跟蹤，最大限度的吸收太陽光輻射所帶來的太陽能。智能控制技術的主要功能就是對跟蹤器進行智能控制，保證跟蹤器的接受面從早上太陽剛剛升起的那一刻開始就對太陽的位置進行跟蹤，吸收太陽能。然后，在接下來一整天的時間里，智能控制技術還要控制著跟蹤器損失對太陽變化進行檢測，對太陽位置進行跟蹤，等到太陽落山之后，再將跟蹤器歸位，等待新一輪跟蹤過程的開始。

當前，按照部件結構的不同，可以將智能控制技術分為兩種，一種是開環伺服系統，一種是閉環伺服系統[3]。

開環伺服系統大多采用步進電機進行驅動，沒有位置反饋裝置和校正控制裝置，在跟蹤過程中，對接受面跟蹤精度也主要依靠布距角和傳動結構來進行控制。因此，由于步進電機對開環的控制容易受到負載的影響，經常發生丟步和過沖問題，導致系統跟蹤性能大大降低。比如，上文所介紹的光電智能跟蹤就屬于該種系統，在其運行過程中，需要將光敏器件按照規定要求角度安裝在遮光板下方，這樣，在跟蹤系統運行過程中，光敏器件可以通過對陽光照射強度的感應來控制跟蹤器對太陽進行跟蹤。正常情況下，陽光會直接照射到遮光板上，這樣光敏器件就會正好位于遮光板所形成的陰影中。而如果太陽位置發生偏移，陽光無法直接照射在遮光板上，光敏器件無法被遮光板所形成的陰影籠罩，就會暴露在陽光下，就會感受到陽光的照射并將陽光的照射強度轉變成微電流信號輸送到系統中，然后系統會根據信號的強弱對太陽的位置進行判斷，調整跟蹤器角度完成跟蹤。系統中既沒有傳感裝置，也沒有位置控制裝置，跟蹤精度比較容易受到外界因素影響。

相比開環伺服系統，閉環系統的跟蹤精度要高很多。閉環系統中除了設有控制器之外，還設有傳感檢測裝置，可以對跟蹤位置進行反饋和檢測，保證跟蹤精度。當接受面接受太陽輻射時，傳感裝置會將接受到的傳感信號傳遞會控制系統中，然后系統會通過對信號進行分析和計算，對跟蹤精度進行評估，并針對評估結果對跟蹤器位置進行調整，保證跟蹤精度。

比如上文所介紹的極軸式全跟蹤就屬于該種系統，系統中設有控制器和傳感裝置。在其運行過程中，跟蹤器的接受面會繞著極軸以相同于地球自轉角度的速度，相反于地球自轉方向的方向進行運轉，進而實現全方位對太陽進行定位跟蹤。同時，在跟蹤器轉動過程中，系統中的控制器就會對赤緯軸進行控制，使其會與地球自轉過程中赤道的變化保持一致。傳感器也會對陽光照射強度進行感應，并轉化成信號傳遞回系統，然后系統就會對信號進行分析，通過控制器對赤緯軸角度進行適當調整，保證跟蹤器轉動角度變化的精度，使接受面始終能夠直接接受太陽光的照射，最大限度的接受太陽光輻射帶來的太陽能。

三、結束語

提高和完善光伏跟蹤系統智能控制技術對提高跟蹤器的跟蹤精度和太陽能接收能力有著極為重要的影響作用。當前，使用比較廣泛的控制技術主要有開環和閉環伺服系統兩種，其中，閉環伺服系統精確度相對較高，能夠有效提升跟蹤器的跟蹤精度。

參考文獻：

[1]王長貴.太陽能利用技術[M].北京：化學工業出版社，2011.

[2]蔡宣三.太陽能光伏發電發展現狀與趨勢[J].電力電子，2011（02）.

[3]韋巍.智能控制技術[M].北京：機械工業出版社，2010.