摘要：由于太陽位置隨時間而變化，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池陣列受光照強度不穩(wěn)定，從而降低了光伏電池的效率,因此，設(shè)計太陽自動跟蹤器是提高光伏發(fā)電系統(tǒng)工作效率的有效措施。本文采用單片機EM78247為控制核心，設(shè)計了一個雙軸太陽自動跟蹤器，配合兩臺交流伺服電機實現(xiàn)光伏電池陣列與陽光照射之間的同步跟蹤。該控制器在硬件和軟件各方面采取了多項抗干擾措施，使其具有較好的跟蹤效果和較強的抗干擾能力，且運行可靠穩(wěn)定，具有較高的實際應(yīng)用價值。

　　關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；EM78247；太陽自動跟蹤器

　　當今社會人們的環(huán)保意識越來越強，光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用普遍受到各國政府重視。因為它不僅能為我們提供用之不竭的可持續(xù)再生電能，并更好地保護人類賴以生存的環(huán)境。但其發(fā)電效率較低，發(fā)電成本相對較高仍然足制約其大規(guī)模應(yīng)用的重要因素。在沒有出現(xiàn)高效的光伏電池材料之前，研制具有實用價值的陽光隨動系統(tǒng)以降低成本，是促進太陽能廣泛應(yīng)用的主要途徑之一。據(jù)研究，雙軸系統(tǒng)可提高發(fā)電量35%左右，單軸系統(tǒng)也可提高20%左右。

　　國外在20世紀80年代就對太陽跟蹤系統(tǒng)進行了研究，如美國、德國在單雙軸自動跟蹤、西班牙在2倍聚光反射跟蹤等方面開發(fā)出了相應(yīng)的商品化自動陽光跟蹤器[1]。我國于20世紀90年代左右也對其進行了大量的研究，但一直沒有穩(wěn)定可靠的商品化產(chǎn)品出現(xiàn)，主要原因在于：

　　首先，系統(tǒng)的運行可靠性不高，無法滿足使用要求。由于大部分光伏電站都安裝在偏遠地區(qū)，環(huán)境非常惡劣，維護困難，跟蹤系統(tǒng)增加了旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與相應(yīng)的機械機構(gòu)，可靠性明顯下降，如果不能保證整個系統(tǒng)的在各種環(huán)境下都能可靠穩(wěn)定運行，對整個光伏系統(tǒng)反而是災(zāi)難性的打擊；其次，跟蹤器的控制誤差偏大。尤其對反射聚光的跟蹤器，如果跟蹤誤差偏大，不但不能提高發(fā)電效率，反而會使太陽能電池組件的受光面積變小，產(chǎn)生熱斑等不利影響，從而降低太陽能電池組件的使用壽命；第三是采用進口技術(shù)和器件使成本過高。全部購買國外成熟的技術(shù)，大大提高系統(tǒng)的硬件成本與維護成本，使推廣更加困難。

　　本文以EM78247微處理器為核心，針對光伏發(fā)電系統(tǒng)的電池組件，設(shè)計開發(fā)了一種雙軸陽光隨動控制器，它具有運行穩(wěn)定可靠、跟蹤誤差小、成本低等優(yōu)點，具有很高的推廣應(yīng)用價值。

　　1 陽光隨動控制的基本原理

　　陽光隨動控制器，顧名思義其基本功能就是使光伏陣列隨著陽光而轉(zhuǎn)動，基本原理框圖如圖1所示。

圖1 光伏陣列陽光隨動系統(tǒng)原理框圖

　　　　該系統(tǒng)時刻檢測太陽與光伏陣列的位置并將其輸入到控制單元，控制單元對這兩個信號進行比較并產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，使陽光時刻垂直入射到光伏陣列的表面上，使光伏陣列始終處于最佳光照條件下，發(fā)揮最大光伏轉(zhuǎn)換效率。

　　雖然太陽在天空中的位置時刻都在變化，但其運行卻具有嚴格的規(guī)律性，在地平坐標系中，太陽的位置可由高度角α與方位角ψ來確定，公式如下：

式中： δ為太陽赤緯角；φ為當?shù)氐木暥冉?；α為時角。