摘要：鉴于能源危机以及环境恶化问题的日益加重，太阳能光伏发电凭借其取之不尽、用之不竭所特有优势得到了快速发展。但是，相对于其他可再生能源而言，由于发电效率偏低和发电成本偏高的问题，光伏发电系统同样存在其弊端，因此针对这两大问题的研究，对于光伏产业而言，将会起到极大地促进推广的作用。本文分析了自动跟光太阳能光伏发电系统设计。
关键词：自动跟光；太阳能光伏发电；系统设计；
随着技术的进步，太阳能电池效率的大幅提高、成本急剧降低及化石燃料价格的飞涨，太阳能光伏开发利用则步入商业化高速发展阶段。鉴此，有必要从太阳能电池产业/ 技术、光伏市场及应用等方面对世界光伏产业的发展现状及预测进行梳理和总结。
一、太阳能光伏发电原理及特性
太阳能光伏发电技术利用太阳能电池的光生伏打效应（半导体材料表面受到太阳光照射时，其内产生大量电子- 空穴对，在内建电场作用下运动并产生光生直流电），是一种将太阳辐射能直接转变为电能的发电方式。根据应用场合的不同，光伏发电系统可分为离网光伏发电系统（或独立光伏发电系统）和并网光伏发电系统。光伏发电与气象条件密切相关，出力的变化具有很强的周期性，包括日变化周期和季节变化周期；受太阳能辐射时空分布随机性和间歇性等影响，光伏发电出力具有不连续和不稳定特性。通过光伏发电预报技术可为电网科学调度和制定发电规划提供依据，有效降低光伏发电出力波动对电网的冲击。光伏发电可利用太阳能电池俘获直接辐射、散射辐射、反射辐射等直接转换成电，主要优点如下：①无噪音，无公害，无泄漏，不产生温室及有毒气体；②除跟踪式外无旋转部件，不易损坏，安装容易，维护简单；③不受能源危机或燃料市场不稳定影响；④发电组件使用寿命长，超过25 年；⑤可回收、重新使用；⑥适宜于偏远无电地区，降低长距电网建设及输电损失；⑦发电方式灵活，易于在建筑物上集成；⑧制造光伏系统（光伏组件及配套组件）的能量可迅速回收（目前能量偿还时间为6个月至3 年），且随技术进步会不断下降。
二、自动跟光太阳能光伏发电系统设计
1.光电检测模块。光电检测模块主要是用于检测太阳高度角与方位角的变化，其基本原理是利用光敏电阻在光照强度发生变化时阻值也会发生变化的原理，将４ 只光敏电阻分别放置在太阳光接收器的东南西北四个方向上，侦测这４ 个方向的光照强度。若太阳光垂直照射于太阳能电池板上，则相对方向的两个光敏电阻所接收到的光照强度相同，光敏电阻的阻值变化率相等，电机不转动，若太阳光的入射角度不是垂直于太阳能电池板，则相对方向上的光敏电阻所接收到的光照强度不同，其阻值变化率不等，电机将带动太阳能电池板向着太阳光能够垂直入射太阳能电池的方向转动。从而实现太阳能电池板的自动追光功能。
2.步进电机驱动模块。步进电机驱动模块主要受计算机控制模块进行控制，考虑到跟踪系统的执行机构需要能够对角度进行精确控制以及对执行机构的跟踪速度要求不高的因素，本系统采用步进电机进行太阳跟踪。作为机电控制中常用的一种执行机构，步进电机的作用是将电脉冲量转化为角位移量。脉冲信号通过步进电机驱动电路传入步进驱动器中，步进电机根据脉冲信号的高低电平的数量，按设定的方向转动相应角度的角位移量（即步进角），从而达到准确定位的目的。
3.跟光系统设计。跟光系统是指太阳的方位跟踪，首先，通过太阳方位检测电路对方位信号进行采样，得到输入电压信号，而后通过单片机控制模块对采集到的信号进行处理，得到太阳在方位角与高度角上的偏移量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆然后，对绝对值与方位角和高度角的阈值分别进行比较，若均小于阈值，则跟踪结束；反之，则需要进一步的调整跟踪机构追踪太阳，根据符号调整电机的旋转方向，根据值调整电机旋转的角度，而后进入下一次光电跟踪，直至绝对值小于各自相应的阈值，则光电跟踪结束。程序设计思路：程序开始首先进行初始化，而后获取经过AD 转换器进行转换的数据并对其进行比较，从而控制步进电机继电器的开关达到跟光的目的。
4.光伏发电系统测试。将光电检测模块、单片机控制模块、步进电机驱动模块、手动操控模块各模块进行整合，组成完整的独立供电太阳能光伏发电系统，对系统进行测试，四块太阳能极板串联连接，固定在转动轴上，光电检测模块固定在太阳能极板的上部，与板面保持平行。下部分为系统的光伏电源系统，该部分系统通过线缆对跟光系统进行供电，使得跟光系统能够稳定的运行；同时，太阳能极板通过线缆将经过光伏电池转换后的电能传输到该系统中，经过控制器、逆变器等器件将电能储存转换为可用的交流电与直流电供给负载使用。避免周围建筑物以及树木等产生的阴影，对测量结果产生影响。此外，另设计了一套由同样规格的太阳能电池板进行串联的固定式光伏发电系统实验设备。每隔两分钟，分别对两组设备进行开路电压与短路电流的采集，进行为期两天的实验测试，选取其中一天的数据进行分析对比，该日天气情况为上午阴天下午晴天。阴天时跟踪电系统的开路电压要明显高于固定式光伏发电系统的开路电压，尤其是下午四点至四点半，由于此刻固定式光伏阵列始终是面向正南，因此接收到的辐射量很少，而跟踪系统始终跟随太阳的运动，因此接收到的辐射量要明显多于固定式，开路电压也比较高式与固定式光伏发电系统曲线区分不明显，且短路电流值都比较小，晴天时跟踪式与固定式光伏发电系统曲线区分尤为明显，阴天时跟踪式与固定式系统输出功率都不高，并且曲线很接近，晴天时跟踪式光伏系统输出功率明显高于固定式光伏系统输出功率，曲线分开的很明显。由此，通过计算可知，跟踪式结构的光伏系统，其输出功率相比于固定式光伏系统输出功率提高3７%，即自动跟踪系统相较于固定式光伏系统发电效率提升3７%。
三、前景分析
光伏发电的应用领域十分广泛，除了在太空用于卫星之外，地面上主要用于照明、通讯、交通等领域；近年来对光伏发电的大范围应用有了新的趋势，即光伏发电与建筑物结合、太阳能ＬＥＤ路灯以及并网发电，被公认为是未来光伏发电的最大市场和最主要的方向。太阳能建筑将太阳能发电技术与建筑材料相结合，实现大型建筑电力自给自足，是未来一大发展方向。太阳能ＬＥＤ路灯集成了太阳能与ＬＥＤ的优点，被认为是本世纪的照明新节能光源．并网式光伏发电系统是当今发展方向，全世界并网式光伏系统年增长率约为２５％～３０％。我国应从根本上加大光伏发电组件效率、最大功率跟踪控制、并网逆变器质量控制、大规模并网接入、光伏发电预报等关键技术问题的研发，降低光伏发电成本，缩小与发达国家光伏发电技术的差距；从政策和法律层面继续完善光伏市场，而不满足于只是作为高耗能和污染的太阳能电池生产大国，两头在外（硅原材料大量依赖进口、光伏组件绝大部分出口），从而解决我国光伏发电与常规能源发电的矛盾，以改善我国能源消费结构。
在对传统的固定式独立光伏发电系统如何有效的提高其光伏发电效率的研究的基础上提出的，硬件具有可便携、光伏发电效率高、跟光系统稳定等特点，软件算法运行流畅，跟光系统能够准确、稳定的跟踪太阳，能够将更多的电能提供给用电负载使用。
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论文作者:王荣生
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/8/1
标签：光伏论文; 系统论文; 太阳能论文; 模块论文; 太阳能电池论文; 固定式论文; 太阳论文; 《基层建设》2018年第18期论文;