基于PIC16F877A自动太阳跟踪器的设计
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2020-08-13
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基于基于PIC16F877A自动太阳跟踪器的设计自动太阳跟踪器的设计
本文基于PIC16F877A单片机为控制核心，设计了一种自动跟踪太阳高度角与方位角转动的自动太阳跟踪器，现
场运行结果表明该系统跟踪准确、能耗低、可靠性高、系统性能稳定，发电效率提高35％以上，对以后建设大
型戈壁沙漠并网电站具有指导性意义。
光伏发电能为人类提供可持续能源，并保护赖以生存的环境，但其发电效率低，发电成本相对较高仍然足制约其大规模应用的
重要因素。在没有出现高效的光伏电池材料之前，研制具有实用价值太阳聚光器及自动跟踪系统以实现低成本，则是促进太阳
能广泛应用的主要途径之一。一般双轴系统可提高发电量35％左右，单轴系统可提高20％左右，聚光型跟踪系统会更高。
国外在20世纪80年代就对太阳跟踪系统进行了研究，如美国、德国在单双轴自动跟踪、F1本在聚光菲立尔透镜跟踪、西班牙
在2倍聚光反射跟踪等方面均开发出了相应的商品化自动太阳跟踪器。我国于20世纪90年代左右也对其进行了大量的研
究，2006年10月在西藏羊八井安装了4套共计13．2 kW不同形式的单、双轴并网发电太阳自动跟踪系统。之前一直没有稳定
可靠的商品化的产品出现，究其原因主要有：
(1)系统可靠性不能满足要求
由于大部分光伏电站都安装在偏远地区，环境非常恶劣，维护困难，跟踪系统增加了旋转机构与相应的机械机构，可靠性明显
下降，如果不能保证整个系统的在各种环境下都能可靠稳定运行CONTROL ENGINEERING China版权所有，对整个光伏电站
来说都可能将是灾难性的打击。
(2)跟踪误差大
尤其对反射聚
光的跟踪系统，如果跟踪误差大，不但不能提高发电效率，反而会使电池板受光小均，产乍热斑等影响，大大缩短了电池板的
使用寿命。
(3)成本过高
全部购买国外成熟的技术，将大大提高系统的硬件成本与维护成本。
本文基于PIC16F877微处理器为核心，针对光伏发电系统，开发出一种双轴自动自动太阳跟踪器，他具有运行稳定可靠、跟
踪误差小、成本低等优点。
1 自动太阳跟踪器的基本原理
自动太阳跟踪器，故名思意基本功能就是使光伏阵列随着太阳而转动，基本原理框图如图1所示。
该系统时刻检测太阳与光伏阵列的位置并将其输入到控制单元，控制单元对这2个信号进行比较并产生相应的输出信号来驱动
旋转机构，使太阳光时刻垂直入射到光伏阵列的表面上。虽然太阳在太空中的位置时刻都在变化，但其运行却具有严格的规律
性，在地平坐标系中，太阳的位置可由高度角a与方位角φ来确定，公式如下：
式中： δ为太阳赤纬角；φ为当地的纬度角；ω为时角。
太阳赤纬角与时角可以由本地时间确定，而对确定的地点，本地的纬度角也是确定，因此只要输入当地相关地理位置与时间信
息就可以确定此时此刻的太阳位置。
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