太阳“追光者”--逐日系统的绿色电源存储装置

太阳“追光者”--逐日系统的绿色电源存储装置

卿嘉鹏

数据科学与信息工程学院   黑龙江省哈尔滨市

摘要：本设计以可编程逻辑控制器（PLC）作为控制器，光照传感器及模拟量采集模块为检测设备，伺服驱动器、伺服电机、减速机构等为执行设备，设计一种基于PLC的太阳能电池板追日系统，系统可以实现自动跟随太阳方向，使太阳光能够直射太阳能电池板，提高接收效率。系统原理是首先通过四颗光照传感器进行光照角度检测，模拟量采集模块通过采集后，将入射角信号形式由模拟量转换为寄存器数据形式，之后可编程逻辑控制器通过MODBUS指令读取到PLC寄存器中，再经过程序进行平均计算后配合模糊PID整定程序进行运算，整定后的结果输出到可编程逻辑控制器的输出寄存器，从而通过控制器程序控制两台伺服电机带动减速机构，实时的调节太阳能电池板的高度角和方位角，让太阳能电池板能够始终垂直于阳光，达到单位时间内，光线的最大接收率。同时也可以通过程序显示实时的伺服电机当前脉冲数和角度信息，并且显示四颗传感器实时传回的光线角度值，供用户分析使用，由此完成基于PLC的太阳能电池板追日系统的设计。

关键词： 可编程控制器；伺服电机；追日系统；太阳能电池板

项目背景：

在工业4.0的大背景下，我们想到了两种解决照射量不足问题的方法。

1、第一个是通过一个开源软件程序，输入太阳能电池板的经纬度信息，软件会以时间为变量进行算法计算，得出此时此地的太阳照射角，再驱动太阳能电池板下面的两个电机进行工作，分别控制太阳能电池板的高度角和方位角；

2、第二种是通过传感器去采集出光照角之后驱动两个电机进行补偿，以达到使太阳能板始终垂直于太阳，而整个照射量和时间的曲线大体会呈现长方形，即为太阳能电池板最大的利用率；

本设计采用可编程逻辑控制器作为基于PLC的太阳能电池板追日系统的主控制器，设计的追日系统具有灵活的转动速度和灵活的精度，以及主控器快速的处理速度，在采用传感器加模糊PID控制方式的方案下，比原有太阳能发电系统的基础上至少提高了30%以上的转换效率，偏差精度为±1度，在同一位置同一时段，能够为客户发出更多的电能，创造更多的利益。

20世纪 80年代的跟踪控制系统使用经典的闭环控制方法（通过集成能够产生误差信号的太阳跟踪传感器，矫正电机的运动）。这类传感器由一对光电二极管及一个能在光电二极管上投下不同阴影的遮光装置组成，一旦不对准当地太阳矢量方向，传感器就会产生不同的光电流。该闭环控制方法便宜且简单易行，然而也存在着一些问题。已证实闭环控制器在低于理想光照条件下运行效果不好；且当太阳被云遮挡后，闭环控制器就会追踪被太阳照亮的云；若没有辅控电路，在阴天时，太阳再次出来前这段时间跟踪既耗能又低效。

20 世纪 90 年代，太阳方位传感控制器利用太阳星历表做数学计算，将结果转换成跟踪轴应转动的角度，驱动无需太阳位置反馈的开环跟踪器转动；从理论上说，该控制器不受天气状况的影响，对夜间或遭遇强风的等情况的非跟踪程序较为简单，廉价的微处理器的和嵌入式电子系统的出现，使得该控制器的价格可接受。然而对该控制器而言，即使星历计算结果很精确，一旦与聚光器相连，出现许多误差，最重要的就是跟踪系统自身特点所造成的误差，且聚光器的制造、安装与装配同样会产生误差。因此整体系统的控制精度略差。

项目创新点与项目特色：

常用的太阳能跟踪方法有视日跟踪和光电跟踪。两种跟踪方式各有特点，常常一起使用。

视日跟踪是根据光伏发电设备所处地方的经纬度和当日的日期等信息计算得出的太阳在当日不同时刻所有角度位置信息存储到单片机等电脑软件中，通过电脑计算太阳位置实现的跟踪方式。

光电跟踪是通过光电传感装置采集阳光信号，将得到的电压信号通过模数转换，使用单片机或PLC等控制设备来驱动光伏电池方阵实现实时追踪太阳。

本次主要创新点，在太阳能跟踪系统方面采用光控跟踪控制方式，核心部件是追日跟踪传感器和可编程控制器，并且具备两种模式：手动模式和自动模式。

1、手动模式下，用户可以依据需求手动调节太阳能电池组件的水平角和俯仰角。

2、自动模式下，追日自动跟踪系统能根据不同的天气状况，采取不同的跟踪模式。通过光照强度和太阳辐射强度波动大小来判定天气状况。如果天气晴朗，只进行光电跟踪;如果天气多云，则以太阳运行轨迹跟踪为主，光电跟踪微调;如果阴雨天或者晚上，则不跟踪。

为了尽可能最大化接收太阳光和考虑跟踪系统的功耗，系统每隔一定时间才执行一次自动跟踪程序，另外跟踪装置处于室外，也具备抗风能力。如果风级太大，风速太强，则放平太阳能电池板不再追日，减小电池板的受风力，从而为跟踪装置提供妥善保护。

市场营销：

不管世界上的哪个地区，太阳能对于我们来说，从它的出现开始，就成为了一个必要也是必须的事物。太阳能是现代科技和新能源发展的产物，也是推动以后几十年甚至上百年的一个最重要的行业，那就是太阳能储能行业。说它新兴其实真正出现的时间也不短了，但是在现代高效率、快节奏的现状下任何的行业都避免不了要出现一系列的问题和矛盾，太阳能

储能领域也正是如此，不仅仅是在太阳能储能的使用效率上要考虑怎么创新，更要发展的就是营销策略，营销策略的有效转变是一个公司重新注入活力的强有力的保证。那我们就来说说对于太阳能储能的市场营销策略。

一、积极进行市场调查，定期进行技术调研

在现在的企业中，不管是国内企业的竞争还是国外企业的竞争都愈演愈烈，在这么一个大背景下，对于市场的抢夺就显得尤为重要，可以这么说，抢占到市场的公司才是打了一场漂亮仗，企业若是想做到在太阳能储能上的领先优势，首先要做的就是充分了解市场，了解市场需要什么样的太阳能光伏、需要什么样的效率产品。太阳能储能企业要注重市场细分和目标市场的选择，国际市场上，客户需求截然不同，当面临着不同需求和欲望的客户群体，目标市场细分能有效的选择并进入目标市场。从中选择自己的目标客户群，并明确定位。因此，太阳能储能企业必须重视市场细分和目标市场的选择。在一定的时间内，太阳能储能企业要定期地进行社会市场的调查，并对此做出专业的数据分析，使得整个企业在目标人群的选择上更加明确目的性。在企业内部，有效发布一些关于太阳能光伏市场营销策略的研究报告，以客户的需求为导向，以整个太阳能光伏产业为主线，深入研究太阳能光伏产业的行业发展动态、规模结构、竞争格局以及综合经济信息等，充分发挥企业本身的主观能动性，做到人尽其才。

二、太阳能用户

降低使用太阳能成本-分时计价

保障使用太阳能需求-备电功能

参与太阳能交易-增加弹性

对于使用太阳能用户来说，通过合同能源管理，可在不增加成本的情况下，获得额外的专业支持。

三、太阳能储能企业

延缓建设周期-抑制峰值

释放配置太阳能储存能力-合理利用

减少停用太阳能压力-可控负载

对于太阳能储能企业来说，通过鼓励增设用户侧储能，可减缓高峰配置太阳能使用压力，减少低谷线路闲置。

结　论

本设计的题目是基于PLC的太阳能电池板追日系统的设计，目前能源问题是困扰人们的一个热点问题，不可再生能源和污染能源的大量使用，已经使地球不堪重负，这时候，清洁、效率高的太阳能电池板出现了，而本系统在传统固定式太阳能的基础上，实现了追日效果，太阳能电池板的转换效率提升30%以上，为客户提供了更大的利润空间。

系统可以实现无人化和与人交互等功能，无人化是指本系统可以24小时工作，并且可以自动根据外界情况而产生相应的有利于自身的防护动作，例如夜间低功耗模式等；人机交互是指人可以进入到设备工作范围内，设备检测到人员进入时会自动断开驱动信号，不再发送运动指令，以防与人员产生碰撞危险。

课题名称：太阳“追光者”--逐日系统的绿色电源存储装置

课程编号：X20231330701哈尔滨华德学院大学生创新创业项目