傾角傳感器在太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘要：太陽(yáng)能以其普遍性、永久性、無(wú)污染、分布廣、利用方便等優(yōu)點(diǎn)成為各國(guó)競(jìng)相研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。對(duì)太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)中的傾角傳感器應(yīng)用進(jìn)行了研究，以檢測(cè)太陽(yáng)能電池板的傾角，使得太陽(yáng)能電池板在俯仰方向上與太陽(yáng)的高度保持一致。設(shè)計(jì)了傾角傳感器檢測(cè)電路，通過(guò)對(duì)傾角傳感器輸出數(shù)據(jù)的采集和濾波處理，濾除了太陽(yáng)能電池板在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中因抖動(dòng)而產(chǎn)生的隨機(jī)誤差信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了在俯仰方向上的精確測(cè)量。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)；傾角傳感器；角度測(cè)量；軟件濾波

0 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)于能源的需求和由之帶來(lái)的高污染問(wèn)題日趨突出。太陽(yáng)能作為一種新型、清潔能源，發(fā)展前景相當(dāng)廣闊，目前已成為各國(guó)競(jìng)相研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，而如何高效地獲得太陽(yáng)能資源是當(dāng)前一個(gè)重要的課題。傳統(tǒng)的太陽(yáng)能接收板大部分采用固定安裝形式，而太陽(yáng)的方位角度和高度是隨時(shí)間變化的，所以這種固定安裝的電池接收板的轉(zhuǎn)換效率較低。經(jīng)理論分析，光伏發(fā)電系統(tǒng)是否采用對(duì)太陽(yáng)的自動(dòng)跟蹤方式，能量的接收效率相差達(dá)40％～50％之多，而采用雙軸跟蹤可增加發(fā)電量35％～40％，因此，開(kāi)展對(duì)太陽(yáng)光線自動(dòng)跟蹤方面的研究，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展有著積極的實(shí)際意義。
本文對(duì)太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)中的傾角檢測(cè)與控制進(jìn)行了研究，重點(diǎn)對(duì)傾角傳感器檢測(cè)電路、傾角傳感器輸出數(shù)據(jù)的采集和濾波處理進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)傾角的精確測(cè)量。

1 太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)方案
本文研究的太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)由監(jiān)控中心、太陽(yáng)能跟蹤控制兩大部分組成。監(jiān)控中心主要完成太陽(yáng)能板的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制，而太陽(yáng)能跟蹤控制則是本系統(tǒng)的核心部分，由水平方向與俯仰方向(即傾角)上的兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，完成電池板的自動(dòng)跟蹤功能，其機(jī)械示意圖如圖1所示。

實(shí)際系統(tǒng)控制中，根據(jù)GPS輸出的時(shí)間信息、經(jīng)緯度信息，可以得到太陽(yáng)的實(shí)時(shí)方位角和高度角，通過(guò)控制電機(jī)來(lái)調(diào)整雙軸支架，完成對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。系統(tǒng)采用步進(jìn)式視日跟蹤，即雙軸支架的運(yùn)轉(zhuǎn)并非連續(xù)性的，而是給定一個(gè)閾值，如果當(dāng)前太陽(yáng)角度與太陽(yáng)能電池板角度的差值超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，再啟動(dòng)兩個(gè)電機(jī)完成角度的調(diào)整，這樣既降低了支架轉(zhuǎn)動(dòng)而消耗的能量，又提高了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，其控制流程如圖2所示。