側拉式太陽能跟蹤裝置設計

摘 要：太陽能是全球公認的最佳清潔型能源，如何更好的利用好太陽能已成為世界各國科研人員研究的重點。現在，影響太陽能完成光伏發電最大的因素就是光電的轉換成本過高的問題，而且發電量的波動過大，這就導致了無法遠距離的輸送。如果使用自動跟蹤系統就可以使太陽能的發電時間延長，還會有效降低發電量產生波動，控制太陽能的發電成本，使太陽能發電的技術獲得更大的發展空間。本文在單片機控制太陽能跟蹤器的研究基礎上，完成了全新的機械設計，以單片機進行控制完成的單軸跟蹤器，也就是側拉式太陽能跟蹤裝置設計。

關鍵詞：側拉式；太陽能；跟蹤裝置

中圖分類號：TK513.4 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

全球的氣候變暖，兩極冰川在融化，全世界各地的自然災害也在頻繁的發生著，現階段的人類生存環境已經受到了很嚴重的威脅。人類對于礦物能源已經過度開發與利用，工業和汽車排放大量二氧化碳與二氧化硫，對環境造成了嚴重的污染。人類對資源過度的開發與利用使生存的環境受到破壞還導致了能源危機的出現。如何開展節能減排，使國家保持可持續發展已成為當前的重要任務，一定要尋找出一種可再生的能源來代替石油、煤炭、天然氣等常規資源，也成為解決氣體排放也解決能源危機的重要途徑。開發太陽能進行發電雖然有很多的優勢，同時，因為太陽能量的密度低，太陽能的能量連續接收差，還會受到季節、晝夜等影響，太陽能的轉化效率不高而且造價極高，使光伏發電無法普及。

一、太陽能跟蹤技術發展的現狀

太陽能光伏發電有著十分重要的意義，但是現階段的太陽能光伏發電轉換成本極高，而且發電量的波動很大，并不方便完成遠距離的輸送。

跟蹤信號產生既有主動、被動和混合，根據旋轉軸個數還可以分成單軸跟蹤與雙軸跟蹤。主動雙軸的跟蹤的設計由單片機完成系統的控制，而開始就要設定好跟蹤的時間與停止的時間，通過CPU發出信號，完成跟蹤。設計手動的開關可以方便維修，通過人為實現太陽能的電池板調整，可以提高跟蹤的精度，還能提高發電量[1]。

自動跟蹤系統既能延長太陽能的發電時間，還能增加發電量，使發電量波動得到有效的控制，還能使太陽能的發電成本降低。可以說，太陽能的跟蹤系統可以有效降低光伏的電價，可見，只有設計出具有高效而節能，具有低成本太陽能的自動跟蹤系統，才能使光伏發電取得最大的發展前景。

二、太陽能跟蹤技術的問題

太陽能跟蹤系統一般要考慮以下幾個方面的因素，在跟蹤的精度上、系統的成本上、實際的耗電量上及后期的維護上都會產生大量的費用，所以，只有對跟蹤系統做出科學的評價，才能考慮好各方面。例如：單軸跟蹤系統可以實現遠比固定的安裝得到更高太陽輻射的利用率，而且這種系統在成本上和耗電量上的消耗都極低，而且在后期的維護上也十分的方便。而雙軸跟蹤系統可以實現最大程度的利用太陽能的輻射能量，而且在自動化的程度上較高，只不過控制比較復雜，而且成本過高，耗電量也過大，在后期的系統維護上費用也過高[2]。

主動跟蹤的優點是實現全天的正常工作，缺點是有著很大的累積誤差，而且這種誤差通過自身是很難消除的。而被動跟蹤優點可以以反饋通過自身的努力將誤差消除掉，不過如果云層較多的情況工作就會發生不穩定的情況，而跟蹤的精度大多要依靠光敏傳感器精度上，而混合控制可以把兩者優點結合起來，還能克各缺點，可以實現被動傳感器的跟蹤，一旦出現云層阻擋太陽后，控制系統就可以轉變成主動跟蹤，將主動與被動形成互相交替的混合控制，達到最佳控制的效果。不過，混合控制系統的成本過高，尤其對于光伏發電，使用跟蹤系統后，雖然能夠提高發電量，可以降低發電的成本和電網的波動，但是附加電力的消耗如果大于了跟蹤產生的電能，那么跟蹤器也就毫無意義了。所以，一定要解決能量消耗的問題，由于跟蹤器處于戶外的工作環境，很容易受到大風或者雨雪的天氣影響，首先，就是要保證跟蹤器的穩定性，對跟蹤器制造的成本也要重點考慮，一定要滿足了能量消耗與穩定使用前提下，使系統成本的回收時期大于使用的壽命，才能證明跟蹤器的性價比。

可見，跟蹤技術一定要解決相關問題，才能實現推廣和應用，只有選擇開發成本不高，能量消耗少的跟蹤器才是主要的開發方向[3]。

三、側拉式太陽能跟蹤裝置的設計

使用單片機遠程控制跟蹤，通過光敏跟蹤配合，以混合的單軸跟蹤系統使跟蹤的精度有效提高，還能簡化模型，完成了全自動的跟蹤。以一維驅動進行太陽能自動的跟蹤系統設計工作，既能減少元器件，還能使硬件系統簡化，有效降低成本。軟件以簡單時間進行控制，以中天坐標完成定位，這樣可以使程度的設計得到簡化，按照時間完成電機轉速與方向，而且光電敏傳感器可以完成同步的校準，既能跟蹤太陽的位置，還能有效抵抗狂風和暴雨的襲擊，成為跟蹤的傳遞軸。可見，中心軸具有十分重要的作用，而光伏電站一般建于戶外，在自然環境的考驗之下，要使跟蹤器保證正常的工作，就要使機械結構保持穩定性，而側拉式太陽能跟蹤裝置的設計克服以往的不足，有以下幾點創新[4]。

（1）把中心的支撐功能進行分解；

（2）把杠桿原理應用于太陽能的跟蹤系統設計中，將杠桿分解轉軸承受到載荷于跟蹤時完成水平跟蹤推動力；

（3）通過三點完成平面或者直線與一點，有效解決了陽光的采集器在平面穩定性；

（4）對風暴與冰雹的預防設計，可以使驅動力減小，使能耗降低，還能轉動機制，尤其在特殊天氣時[5]。

四、結束語

綜上所述，本文對側拉式太陽能跟蹤裝置的設計進行了簡單的分析，對國內跟蹤技術的現狀進行了簡單的闡述，提出了側拉式太陽能跟蹤裝置的設計理念，提出了創新的設計點，發現了太陽能跟蹤光太發電具有十分重要的作用，可以有效改善人類的居住環境，還能有效緩解當前面臨的能源危機問題，使人類得到更清潔的能源。

參考文獻：

[1]王熹徽.多平面鏡聚光太陽能跟蹤系統的設計與研究[D].合肥工業大學，2011（05）.

[2]宋開峰.新型太陽跟蹤裝置機構的研究[D].河北工業大學，2012（01）.

[3]謝卿.太陽能光伏系統的自動跟蹤式裝置[D].華東理工大學，2012.

[4]馬健，向平，趙衛鳳.基于步進電機的太陽跟蹤系統設計[J].電力電子技術，2011（09）：34-36.

[5]肖英，曾元精，羅虎.太陽能自動跟蹤發電系統的創新設計[J].太陽能，2010（10）：155-160.