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摘要：太阳能是可再生资源，随着我国能源消耗形势的加剧，做好太阳能的利用关系到经济的发展。本文分析槽式太阳能跟踪控制系统的相关内容，希望能够对读者提供一些借鉴和参考。
关键词：槽式太阳能跟踪控制系统；原理；设计
前言
太阳能资源取之不尽用之不竭，是清洁能源。对太阳能的开发具有重要的商业价值。通过对太阳能跟踪控制系统的应用能够大大提高对太阳能的利用。
二、太阳能跟踪系统跟踪原理
系统在跟踪时刻选择太阳运行轨迹跟踪方式，调整电池板到滞后30min的位置，存储当前位置信息并等待30min，然后启动光电传感器跟踪以校正太阳运行轨迹跟踪产生的误差。光电检测模块检测到信号的电压差值超过阈值时驱动直流电机旋转，直到电压差值小于阈值，再等待30min，进入下一次跟踪循环，实现全天实时跟踪。
三、系统总体设计
1、跟踪方案选择
本系统采用时控法与反馈修正法相结合的控制方式，开始时，由当地经纬度、实时时间，通过天文算法计算出当前太阳的高度角h及方位角γ。从控制器根据此信息通过程序处理后发出相应的脉冲、方向信号，驱动执行机构，使光伏组件快速对准太阳的理论位置，完成初步跟踪。由于跟踪过程中存在误差，倾角仪采集光伏组件跟踪后的角度并反馈给从控制器，然后从控制器判断角度偏差是否在允许范围内，如果超出该范围，控制器输出相应的脉冲完成微调，使偏差角度达到偏差要求，偏差在允许范围内系统重复上述过程，完成整个跟踪过程。
2、控制方式的选择
目前主流的控制方式主要分为:集中式控制、分散式控制、集中式与分散式相结合的控制方式，综合比较以上种方法优缺点及电站运行特点后，该系统采用主从控制器相互配合集中式与分散式相结合的控制方式。控制方式拓扑图如图1所示。
图1 控制方式拓扑图
如图1所示，主从控制器相互配合组成了整个控制系统，主控制器采用比从控制器运算速度快、处理信息量大的CPU，主要完成对从控制器信息的传输，信号模块信息采集，特殊天气下的集控;每个从控制器完成太阳位置计算，逆变器发电量信息采集，响应反馈信息发出相应脉冲完成对执行机构的驱动，从而实现对太阳的追踪。
3、通信方式的选择
考虑到光伏电站面积大、布线比较困难的特点，本系统采用性价比较高的综合式通信接入方案，采用无线和硬线结合的方式。信号采集模块与从控制器之间为硬线连接，逆变器与从控制器通过工业总线连接，从控制器之间的通信方式为硬线连接的Profinet网络。主控制器之间、主控制器与上位机之间采用西门子工业级无线通信网络。综合式通信方式既可以减少有线式连接的施工费用，也可以灵活地确立通信方案，性价比较高。
四、系统的硬件设计
本系统硬件主要由远程监控模块、现场HMI模块、跟踪控制系统、无线通信模块、信号采集模块、驱动模块及外围电路组成。远程监控模块，完成对整个系统电能质量及运行状态的远程实时监控;现场HMI模块，实现对支架运行状况进行本地组态显示;跟踪控制系统，由主从控制器组成，主控制器为西门子S7-1200CPU1217C，从控制器为CPU1214C，两者相互配合保证了整个系统稳定运行;无线通信模块，采用西门子SCALANCEW系列产品，是连接控制系统与远程监控系统的桥梁;信号采集模块，主要由总辐射传感器、温度传感器、风速传感器、倾角仪组成，协助控制系统完成相应的控制策略;驱动模块，为直流电机与减速器组成的推杆，带动跟踪支架转动完成追踪。
五、系统软件设计
系统的软件结构设计主要分为两个部分:自动跟踪主程序、HMI程序设计。
1、自动跟踪主程序设计
自动跟踪主程序是在从控制器内用SCL语言编写并实现，完成太阳高度角及方位角的计算以及根据采集模块采集到信息制定相应的控制策略。开始时从控制器根据所在地地理信息计算出当天的日出日落时间，将该时间段做为设定值，然后读取实时时间，判断该时间是否在该时间段内，如果不在则系统复位回到初始位置;若时间在该时间段内，进一步读取总辐射传感器测得的总辐射值。当辐射值大于设定值(阴雨天辐射值)时，系统开始启动追踪，计算出太阳高度角及方位角，然后根据时间所处的时间段，按照方位角和高度角各自的跟踪间隔模式来调整太阳能电池板阵列的位置。该动作完成后接收来自倾角仪的反馈值，将反馈值与理论值做差，判断差值是否在允许的范围内，如果在范围内则重复上述过程，如果不在范围内系统做出微调后回到正常的跟踪模式下。如果辐射值小于设定值，系统延时后再判断，当控制器接收到的辐射信号满足要求时，系统重复上述过程。所有从控制器的控制策略相同，彼此相互独立，保证整个系统的稳定工作。特殊天气下，通过远程或本地监控向主控制器发出相应命令，使光伏组件处于最佳受保护角度，减少整个电站光伏组件的损坏率。
2、HMI程序设计
随着科技的飞速发展，越来越多的机器与现场操作都趋向于使用人机界面，本系统通过HMI程序设计完成对电站运行情况及发电量信息的远程及本地监控。监控画面涉及的信息比较全面，包括了某个支架运行情况、使用地的地理信息及该地实时太阳高度角及方位角、支架的实时发电量及总发电量、节能减排的效果等。HMI除具有实时监测功能外，还可以实现简单控制，包括顺时针及逆时针对跟踪角度的校正以及以任意角度进行手动调节。
六、跟踪结果比较分析
本文设计的跟踪液压驱动的运行采用间歇跟踪驱动方式，分析结果表明最大间歇误差在0.4°以内，采用的太阳位置的计算方法与SPA算法的误差在0.12°以内，控制器的角度输出和聚光器测量角度的最大偏差在0.4°以内,聚光器的测量角度和SPA计算角度误差在0.5°以内。在遇到大风等恶劣天气时，装置能快速返回到保护位置。该装置具有成本低、跟踪精度较高、便于自动控制、结构简单等特点，是适用于槽式太阳能光热系统的跟踪效果较好的一种跟踪控制方式，具有较高的实用性和广阔的发展前景。
结束语
综上所述，通过比较分析，我们对太阳能跟踪控制系统有了一定程度的了解。我们要不断深入对太阳能的控制研究，提高太阳能的利用效率。
参考文献
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论文作者:李劲松
论文发表刊物:《电力设备》2016年第4期
论文发表时间:2016/6/6
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