光伏斜板平单追日控制系统

光伏斜板平单追日控制系统

王家亮

(鲁能青海新能源公司810000)

摘要：光伏追日控制系统是在光学原理的基础上提升太阳光吸收率的控制系统。本文首先介绍了光伏追日控制系统的发展现状，然后从组件和驱动、结构设计、操作原理和系统调节四个方面光伏斜板平单追日控制系统的总体结构，进而帮助人们初步了解光伏追日控制系统。

关键词：光伏追日控制系统；光伏组件；驱动系统

前言：太阳能电池行业的发展代表着我国对绿色资源利用和环境保护的追求，顺应当代的社会经济和社会建设。光伏斜板平单追日控制系统能够提升太阳能电池对阳光的吸收能力和转化能力，进而保障企业的利益。基于此，光伏斜板平单追日控制系统的研究应该得到重视。

一、光伏追日控制系统发展现状

光伏追日控制系统发展始于20世纪80年代，由于其性能良好、成本较低等特点受到工业领域的欢迎，其发展过程主要分为以下几个阶段。第一，在20世纪80年代，追日控制系统的运行方式依赖于太阳跟踪器和矫正电机，利用光电二极管和遮光装置进行调节。这类控制系统的运行原理是在光电二极管不能反映太阳矢量方向时，闭环中产生光电流。这个时期的控制系统的主要缺点是闭环控制器的追踪效果不佳，难以判断太阳和云，由此形成能量耗费。第二，为了摆脱追踪器对云和其他高空物体的追踪，研究人员对原有追踪器进行改进，研制出新的太阳方位传感器。这种传感器能够在夜间和恶劣环境中转化为非跟踪模式，降低能量损耗，进而降低运行成本，这种追踪装置中还采用了价格较低的处理器和电子系统，降低了控制器的价格。但是由于装配和零件精度等问题，这种追踪器的追踪环节经常出现误差[1]。第三，目前，追踪器多数将闭环设计和开环设计综合，联系器控制形式，这种新的控制策略先利用太阳星历表瞄准，然后通过传感器计算精确位置，进而保证跟踪精准，不再需要安装跟踪系统和校准。总而言之，现代光伏追踪器技术仍然在不断完善。

二、光伏斜板平单追日控制系统的结构分析

（一）光伏组件和驱动系统

光伏组件和驱动系统是光伏斜板平单追日控制系统中的重要组成部分，光伏组件保证太阳能电池的转化能力，驱动系统是整个系统的能量来源。一方面，光伏组件设计时利用激光切割机切割156*156mm和124*124mm两种规格的太阳能电池片，将两种电池片进行先串联再并联处理，进而允许高电压和高电流的通过。光伏斜板平单追日控制系统的光伏组件要求以南方为朝向倾斜，为了保证太阳能量的有效吸收，将夹角设置范围小于太阳阴影遮挡角度。这种倾斜角度的设置不仅能增加太阳辐射量，避免灰尘和雨雪的覆盖，还利用风向和雨水清理板面灰尘。同时，相比于正常放置，倾斜角度的设置能够提升太阳能电池板的空间利用率，帮助企业降低生产成本。另一方面，驱动系统的设计主要包括电机和回转减速机，也可以组装霍尔传感器，其工作环境保证在-30℃-80℃范围内。以鲁能格尔光伏追日控制系统设计为例，减速器构件包括油杯、蜗杆、密封条和基座等十大构件。为了延长减速器寿命，运行初始时间控制在100h，间隔500h对电机进行润滑油维护，工作环境保证在50℃左右。

（二）控制系统结构设计

控制系统是光伏斜板平单追日控制系统中的关键部分，是保证系统光向测量精准度的主要技术，良好的控制系统设计能够增强太阳能电池板的使用效率。一方面，控制系统的硬件包括支架、电机和相关电路构成，其中控制电路板中安装检测和驱动芯片，芯片上装置三个光学感应探头。是整个系统精准度的保障。在硬件安装时，要先确保支架安装的正确性，然后再组装电机和控制电路板。另一方面，控制系统的机械架构分为立柱、横梁和网架三个部分，横向减速机放置在立柱和横梁之间，纵向减速机放置在横梁和网架中间。其中网架采用错层设计，保证网架转动时的中心和轴心，避免减速机放置后整体架构重量不均衡。机械架构安装时需要注意各零件的连接处理和防护控制。以立柱的安装为例，可以利用24个M14螺母将立柱固定在大平垫上。为了配合板面倾斜角度，立柱中最高位置的孔在西端，连接件的开口朝向南端，连接件和立柱距离保持在50mm。

（三）控制系统操作原理

基于上述的控制系统硬件和机械结构设计，光伏斜板平单追日控制系统的操作原理分为段位避影和时控跟踪两种。一方面，光伏斜板平单追日控制系统可以应用时控的追日装置，系统先从GPS系统中获取纬度和时间，计算机根据获取信息计算现在的太阳方位，最后驱动电机进行支架朝向的微调，如果时间为夜晚，驱动电机将下达归位指令。这种测量方式的精准度较低，需要在操作后转入系统的光控调节。另一方面，段位避影追日控制方法是光控跟踪方法的一种，利用控制电路中的三个光学感应探头实现跟踪阳光的效果[2]。光学感应探头A和C分别设置在控制系统上下两个方位，探头B为边缘中间位置，探头B由两个元件和隔板组成。以10点到16点的工作流程为例，探头A和C检测的数据为10点之前和16点之后，当某一个探头被遮挡时，控制电路发出调节指令，光伏组件开始改变角度，保证太阳光直射。同理，在10点到16点中间时，探头B的两个敏感元件扮演着探头A和C的作用，两者受光差别较大时控制电路发出调整指令。

（四）光伏斜板平单追日控制系统调节

光伏斜板平单追日控制系统调节能够延长系统的使用寿命，降低企业成本，主要包括系统的硬件调试和联结调试。一方面，追日控制系统的硬件设备情况调节主要包括控制器、支架、电缆和减速机设备。企业应该注意控制器是否生锈、锁紧孔是否锁实、各部分螺丝是否固定完好以及通过电机和减速机运行声音判断设备是否运行顺畅。另一方面，系统联结的调试需要考虑控制电路的元件焊接情况、检查电路设计图以及元器件的安放位置。硬件的调试可以利用逻辑笔进行，检查系统是否存在过热运行现象，然后及时进行维修处理。例如，在调试时，发现光学感应探头A运行过热，分析发现电源电压过高导致探头A已经被烧坏，形成电路连接混乱的情况，需要及时更换光学敏感探头。总体而言，企业应该安排定期的系统调试，一旦发现异常状况及时检测维修。

结论：综上所述，光伏追日控制系统能够促进太阳能转化为电能。从文中分析可以看出，光伏斜板平单追日控制系统需要保证光伏组件的倾斜，立柱、网架和控制电路安装稳定，采用时控和光控跟踪方法调节板面角度，定期安排调试工作。由此，光伏斜板平单追日控制系统能够促进相关产业发展。

参考文献：

[1]陈进,王月红.聚光光伏追日系统调节控制策略研究[J].测控技术,2018,37(02):75-79.

[2]汪源.聚光光伏追日控制系统的设计与优化[D].江苏大学,2016.