基于PSoC的太陽自動跟蹤器

摘要
　　太陽能系統效率的高低在很大程度上取決于裝置與太陽照射光線的對準程度。而太陽自動跟蹤裝置可有效提高太陽能系統的效率，從而降低光伏系統的成本。本文基于此原理，利用PSoC芯片設計了一款太陽自動跟蹤與控制系統，通過PSoC對步進電機的精確控制，可使光伏系統自動跟蹤太陽。本轉置采用雙軸結構，可在水平和豎直方向上自動跟蹤太陽。本系統運行穩定可靠、跟蹤誤差小、成本低廉，可廣泛應用于太陽能電池板、太陽能熱水器等太陽能設備上。
　　1 引言
　　太陽能作為一種清潔無污染的可再生能源，越來越廣泛的應用在我們日常生活中。近年來如何提高太陽能系統的利用效率正受到越來越多的關注。而太陽能系統效率的高低在很大程度上取決于裝置與太陽照射光線的對準程度。太陽能自動跟蹤轉置控制光伏系統以自動對準太陽，可有效提高太陽能系統的效率，從而降低光伏系統的成本。
　　本文設計了一種基于PSoC芯片的太陽自動跟蹤與控制系統，通過PSoC對電機的精確控制，可使光伏系統自動跟蹤太陽。本轉置將采用雙軸結構，可自動檢測太陽的高度角和方位角，并控制步進電機帶動光伏系統跟蹤太陽。
　　2 控制基本原理
　　目前較流行的太陽能跟蹤器主要有時鐘式和比較控制式兩類［1-3］，時鐘控制式其控制方法是定時法：根據太陽在天空中每分鐘的運動角度，計算出太陽光接收器每分鐘應轉動的角度，從而確定出電動機的轉速，使得太陽光接收器根據太陽的位置而相應變東。該方法雖然電路簡單，但由于時鐘累計誤差不斷增多，系統的跟蹤精度很低。
　　
　　圖 1 傳感器結構示意圖
　　本方案我們采用比較控制的方法來控制光伏陣列跟蹤太陽。利用光敏電阻在光照時阻值的變化制作成可以檢測太陽位置的傳感器，結構如圖1所示，利用光敏電阻在光照時阻值發生變化的原理，將五只光敏電阻呈十字形排列。R固定在聚光板的指日棒上，RV1、RV2、RH1、RH2對稱分布在指日棒兩側。RV1、RV2探測太陽高度角的變化，RH1、RH2探測太陽方位角的變化，太陽光線與太陽能集能器的平面法線不平行時，傳感器就能檢測出偏差信號。R探測太陽輻照度的變化，當太陽的輻照度低于或高于工作照度時就輸出啟動或復位信號。
　　
　　圖 2 系統控制陣列隨光轉動基本原理框圖
　　系統控制陣列隨光轉動原理框圖如圖2所示，當太陽光線發生傾斜時，兩對光敏電阻檢測到陽光的傾斜信號，該信號經放大濾波后由控制單元開始計算并確定整個裝置需要轉動的方向及大小，發出調整信號進而控制并驅動步進電機轉動，調整光伏陣列直到光伏陣列對準太陽。