新能源
NO.012021
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车时代
AUTO TIME
赵春普
（三峡新能源沽源发电有限公司，河北沽源076581）
摘
要：结合实际情况，首先介绍目前常用的光伏支架形式及其结构；其次对采用逐日系统的平单轴跟踪系统结构
进行分析与介绍；针对目前的不足，提出了建设性的建议，为太阳自动跟踪装置的结构设计及其优化提供参考。
关键词：光伏支架；自动逐日；跟踪式；平单轴；控制器 1
蚀刻刀模
常用光伏支架的结构形式
目前常用的光伏支架有：固定式及跟踪式支架。所谓固定式支架即光伏支架固定，组件倾斜角以一年中光伏电池板获得太阳辐射量最大的倾角作为支架的安装倾角，该倾角在运行过程中始终保持不变。
跟踪式支架主要是通过电机控制支架转动以获得更多太阳能辐射，增加发电量。光伏支架跟踪装置根据转动的不同，可以分为单轴跟踪和双轴跟踪。单轴也称为极轴式跟踪，其只能沿着一个方向的旋转来改变电池板的位置角度，提高效率，但是其缺点是沿着一个方向转动，不是光照垂直照射最佳位置；双轴跟踪方式则可以实现东西南北4个方向的跟踪，能够使得光照效果达到时时最佳，但结构相对单轴要复杂，驱动装置较多，成本较高。2 逐日系统原理及分析
目前主要有两种太阳能自动逐日原理：光电跟踪、视日运动轨迹跟踪。光电跟踪系统要求有很高的灵敏度，控制器比较各位置光敏元器件的输入情况，实现自动跟踪。然而很容易受到外界（云层）干扰，调节方式不稳定；视日运动轨迹跟踪分析太阳运动规律、根据太阳一天内的位置变化，结合天文学计算得出太阳每一时刻的高度角和方位角，控制执行机构转动，调整支架的角度。该原理硬件相对简单。由于没有反馈装置，属于开环系统，不受外界干扰。
北方地区一天内太阳方位角的变化比太阳俯仰角的变化大得多，而俯仰角相差不大。平单轴逐日系统中，先保证光伏组件俯仰角度以获得最大的太阳辐射量固定，再考虑支架追踪太阳方位角的移动，既降低算法的难度，又降低对机械部分的要求。3
控制系统机构me0407
平单轴跟踪系统是基于天文算法，PLC作为控制中心，结合倾角传感器，限位开关等，来控制平单轴支架转动做逐日跟踪的系统。系统利用PLC语言编程，结合西门子程序模块、电源模块、通讯模块、GPS时钟模块、角度传感器模块、风速仪模块等元件来实现逐日功能。
采用PLC模块简化了控制系统的硬件，主程序模块通过GPS时间、纬度等信息计算当时的太阳高度角，并根据角度传感器的初始定位角度并计算出输出信号，驱动电机带动支架转动。同时系统选择防风、除雪、清洗等模式。
电源模块为PLC模块提供24V直流电源，供各个模块使用，减少了控制系统对外界直流电源的需求。
太空风洞通讯模块采用MODBUS-RTU通信协议，用于PLC控制器对外部设备或上位机通信，采集GPS ，风速仪，倾角传感器等
数据到控制器进行角度的分析计算。
由于控制系统自身定时系统存在误差，每隔一定时刻，系统会从GPS模块接收当地准确时间，校正系统时间用于控制器初始化算法。
倾角传感器用于监测追踪支架倾斜的角度，反馈控制器，实施精确角度控制。
风速仪为系统提供瞬时风速，当风速较大情况下，系统自动进入防风模式。防止大风破坏光伏组件及跟踪设备。
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机械执行结构
机械执行部分由电源控制箱、步进电机、电机驱动器、行程开关、蜗杆蜗轮减速装置、电动推杆，主
轴、立柱、中间连杆、摆臂等组成。当步进电机驱动水平执行机械通过摆臂驱使组件在太阳方位面上±45°范围旋转。
电源控制箱内置电机过载保护开关、自动追踪控制器，紧急停止按钮及按键模块。可以在检修过程中选择手动/自动模式。手动模式时，将拨动开关控制支架东、西转动。自动模式时，则自动运转跟踪到当前太阳的位置。
步进电机是一种依靠脉冲信号控制的电磁执行元件，能将电脉冲信号转化为角位移信号。根据事先烧录在PLC的程序，控制系统每隔一分钟发出相应的脉冲给步进电机驱动器，通过控制脉冲数量，来实现支架精确转动。与倾角传感器配合，使追踪系统控制精度更高。
硅片切割蜗杆蜗轮减速装置，由于光伏组件、支架重力和其他外界干扰（瞬时大风）无法忽略，当电机处于休眠状态时，所能提供的力矩有限。故选择蜗轮减速器，它适用于高转矩低转速，不但能够实现自锁功能，还能实现减速、增力矩的作用。
步进电机驱动器是步进电机和控制器的接口控件。采用串行控制方式，驱动器主要发出两条信号，一条是传递的步进脉冲信号，按步进电机旋转速度的要求发出相应的脉冲，控制步进电机的准确旋转。另一条传递的方向电平发送信号，控制步进电机按照顺/逆方向旋转。
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行程开关，当追踪式支架倾斜到指定位置时触到行程开关，控制回路导通，使控制器发出驱动电机停转指令。防止当倾角传感器故障时支架过度转动，造成组件及设备损坏。5
建议
对于追踪支架可以实现控等功能，减少维护工作量，通过采用物联网无线通信，实现手机、平板等移动终端实时监测控制。追踪支架采用储能控制，防止电机失电情况下，支架停止转动。利用储存的能量将光伏板继续转动到相对合适的位置，防止电量过多损失，同时减少人力回调支架的消耗。
作者简介：赵春普，助理工程师，研究方向为光伏工程。
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