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傾角傳感器在太陽能跟蹤系統(tǒng)中的應(yīng)用研究0 引 言 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源的需求及其造成的高污染日益凸顯[1]。太陽能作為一種新型清潔能源，可廣泛開發(fā)，已成為各國研究開發(fā)的熱點，如何高效獲取太陽能資源是當(dāng)前的重要課題。傳統(tǒng)的太陽能接收板大多分為固定安裝型，太陽能的方角和高度隨時間而變化，因此這種固定安裝電池接收板的轉(zhuǎn)換效率較低[2]。通過理論分析，光伏發(fā)電系統(tǒng)是否采用太陽自動跟蹤方式，其能量回收率差達(dá)到[3]40 ~ 50，雙軸跟蹤可增加L4]35 ~ 40的發(fā)電量，因此，對陽光線自動跟蹤的研究對光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展具有積極的現(xiàn)實意義。 本文對太陽能量跟蹤控制系統(tǒng)中的傾角檢測與控制進(jìn)行了研究，重點研究了傾角傳感器檢測電路、傾角傳感器的數(shù)據(jù)采集與濾波處理，從而實現(xiàn)了傾角的精確測量。 1太陽能跟蹤控制系統(tǒng)方案 本文所研究的太陽能跟蹤系統(tǒng)由監(jiān)測中心和太陽能跟蹤控制兩部分組成。監(jiān)測中心主要完成太陽能板的狀態(tài)監(jiān)測和控制，太陽能跟蹤控制是系統(tǒng)的核心部分，由兩臺電機在水平方向和傾斜方向(即傾斜角度)上驅(qū)動，完成電池板的自動跟蹤功能。機械指示圖如圖1所示。
在實際的系統(tǒng)控制中，可以根據(jù)GPSS提供的時間信息、經(jīng)緯度信息獲得太陽的實時方位和高度，并通過控制電機調(diào)節(jié)雙軸支架，完成對太陽的跟蹤。系統(tǒng)采用步進(jìn)式視日跟蹤，即兩軸支撐的運行不是連續(xù)的，而是給定一個閾值。如果當(dāng)前太陽能角度與太陽能電池板角度的差值超過設(shè)定的閾值，則啟動兩臺電機完成角度調(diào)整。這樣既減少了支架旋轉(zhuǎn)所消耗的能量，又提高了太陽能轉(zhuǎn)換效率，其控制流程如圖2所示。 2傾斜度測試模塊設(shè)計 2.1巖心選擇 本文選用sca60c單軸傾斜傳感器，它是一種加速度計。它由硅微傳感器和信號處理芯片組成，采用SCS形狀密封。首先測量測量方向的大地感應(yīng)力分量，然后將其轉(zhuǎn)換為重力加速度速度與傳感器敏感軸之間的夾角，從而測量支撐架的傾斜角Ⅲ8]。換能器單極5v電源，靈敏度2v /g，測量范圍1 ~ 1g(響應(yīng)的傾斜角為90度范圍)。~ 90)，電壓輸出范圍為0。5 ~ 4。5 V。傾角與輸出電壓的對應(yīng)公式為:
式中:O偏置為傾角傳感器處于相對水平位置時的輸出電壓;靈敏度是指傾角傳感器的靈敏度。 根據(jù)SCA 60C單軸傾角傳感器的輸出特性，本文選用了宏晶科技公司新一代單時鐘/機周期8051單片機J-SCC 12C 5604A單片機。該指令碼具有高速、低功耗、強干擾等特點，與傳統(tǒng)8051完全兼容，但速度提高8 ~ l2倍。具有4路pw / M, 8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，不需要專門的編程器和模擬器，通過串口(p3) / P 3.1)可按直線順序進(jìn)行，大大節(jié)省了設(shè)計成本。 2.2.1硬件電路設(shè)計 傾斜角傳感器模塊安裝在太陽能電池板的下表面，完成支架傾斜角的采集。工作狀態(tài)下，將sca60c的模擬電壓輸出信號號輸入到單片機的A/D采集口，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號號通過串口與主控箱中的單片機通信，完成角度反饋。硬件電路設(shè)計如圖3所示。
3、傾角傳感器數(shù)據(jù)采集及濾波處理 在本文中，傾角傳感器每300m s采集一次輸出電壓，并在恒速下將面板從o轉(zhuǎn)到90轉(zhuǎn)。結(jié)果數(shù)據(jù)如圖5所示。圖中的z軸表示面板旋轉(zhuǎn)90度。所用的時間，軸是傳感器在相應(yīng)時間下輸出的電壓值。顯然，圖5所示傳感器的輸出電壓信號不能作為面板的角度信號反饋給mc U，否則可能導(dǎo)致傾斜側(cè)的錯誤動作帶動電機向上，造成意想不到的后果，因此需要對波形進(jìn)行濾波，去除毛刺信號。
設(shè)傾角傳感器輸出電壓值為，則將每N組數(shù)據(jù)調(diào)平后，得到平滑后的輸出值為:
如果N值較大，則輸出信號的平滑度較高，但會降低精神靈敏度，同時也受到本文所選單聲機尺寸的限制;如果N的值很小，則無法達(dá)到過濾效果。實驗結(jié)果表明，該應(yīng)用能獲得良好的過濾效果。從圖5可以看出，出站信號很多，需要進(jìn)行限流處理。限制器過濾器設(shè)置一個閾值。如果兩個輸出值之間的差值小于或等于該閾值，則該值有效。相反，丟棄此值并將此值，替換為最后一個值。本文檔根據(jù)太陽初升初落，設(shè)定電池板初始對準(zhǔn)恢復(fù)動作下電壓變化最大值的閾值。則響應(yīng)輸出電壓的最大差值應(yīng)為25m V。 該方法有效地結(jié)合了極限濾波波和計算平坦濾波波的優(yōu)點。首先用極限濾波算法去除超過閾值的無效脈沖數(shù)據(jù)，然后用算術(shù)平均濾波對輸出信號進(jìn)行平滑處理。輸出信號效果圖如圖6所示�？梢钥闯�，濾波器的平滑性得到了很大的提高，完全滿足了控制系統(tǒng)的要求，說明聯(lián)合濾波算法的應(yīng)用是有效的。 4 結(jié)論 本文研究了傾角傳感器在太陽能跟蹤發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，設(shè)計了模塊硬件電路，利用兩種濾波方法的優(yōu)點，根據(jù)需要使用的環(huán)境因素對輸出信號進(jìn)行處理。達(dá)到了預(yù)期的輸出效果，并準(zhǔn)確反饋了太陽能電池板的俯仰角，使太陽能跟蹤實際有效，提高了太陽能電池板的回收率。
圖6合并濾波波后的數(shù)據(jù)圖 參考文獻(xiàn)： [1]王淼。太陽能跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[J]。電氣動技術(shù)，2009(8):1 00 1 1 0 3。 [2]唐世松，舒志兵。兩軸伺服太陽能跟蹤系統(tǒng)設(shè)計[J]。自動化儀表，2011,32(2):49—51。 [3]閆偉峰。太陽發(fā)電自動跟蹤系統(tǒng)的研制[D]。南京:南京航空航天大學(xué)，2011。[4]李建軍，李建軍，李建軍，等。太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究進(jìn)展[j]。[j].太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[j]。太陽能學(xué)報，2009,33(3):2092—20102。 [5]王志強，王志強，王志強，等�；趐lc控制的多軸太陽跟蹤系統(tǒng)研究[j]。[j] .可再生能源，2009,34(4):1 -1 -1 -1。 [6]劉思陽。主動雙軸太陽跟蹤控制器[J]。2.可再生能源，2000,7,25(6):69-72。 [7]李鵬，楊培煥。行走兩軸太陽跟蹤運動控制方法研究[J]。機械制造，2009,47(12):15-18。 [8]張維生。傾角傳感器原理與發(fā)展[J]。傳感器世界，2002,8(8):18 - 21。 [9]陳珊珊。幾種濾波算法的性能比較與分析[J]�，F(xiàn)代經(jīng)濟信息，2009(15):2 3 7。 [10]張超，楊志毅，馬俊燕。限幅濾波算法在WSN數(shù)據(jù)預(yù)處理中的應(yīng)用[J]。科學(xué)技術(shù)與工程，2011,11(6):1207—121 |
