简单的自动控制系统

1光伏发电系统的简介 1.1光伏发电系统的背景 当今世界的能源支配中，以化石燃料为主。2011年我国的能源消费结构 中化石能源占92,非化石能源仅占8.在国外国内双重压力下，能源调整不 得不为之，“十二五”期间，国家出台了一系列的可再生能源产业政策。 太阳能是最丰富的可再生能源，光伏发电技术为太阳能的利用开辟了广阔 的空间。同时，太阳能光伏发电具有安全可靠、无污染、就地发电等优点，使 得该技术快速的发展。 1.2光伏发电系统的简介 光伏发电系统是将太阳能直接转换成电能的发电系统，利用的是光生伏打 效应。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系 统。 独立的太阳能光伏发电系统示意图如下 蓄电池组■直流电用户 图1独立的太阳能光伏发电系统示意图 并网的太阳能光伏发电系统示意图如下 蓄电池组 图2并网的太阳能光伏发电系统示意图 太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）和太 阳跟踪控制系统组成。 1.3太阳能光伏发电系统的现状 随着低碳生活的到来，各国对太阳能光伏发电的认可和重视度越来越高。 1997年，美国宣布发起“百万太阳能屋顶计划”和最近的“太阳能先导计 划”；1998年，德国宣布于1999年实施“十万太阳能屋顶计划”；日本和欧 洲光伏应用市场也迅速增加。而中国2009年提出了太阳能光电建筑应用财 政补助资金管理暂行办法、2010年国务院颁布的关于加快培育和发展战 略性新兴产业的决定以及“十二五”计划等政策支持光伏发电产业的发展。 截至2011年底中国太阳能光伏发电累计装机量达300万千瓦。 随着科研资金的大力投入和产业的快速发展，太阳能光伏发电技术得到较 大的发展。其中太阳能电池组件已有晶硅电池（单晶硅和多晶硅）、非晶硅薄 膜电池，转化率越来越高，单价越来越便宜。近年来发展的太阳跟踪控制系 统大大的提高太阳能电池组件的发电效率。 1.4太阳能光伏发电系统的前景 太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替 代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生 能源在总能源结构中将占到30以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应 中的占比也将达到10以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50以上， 太阳能光伏发电将占总电力的20以上；到21世纪末，可再生能源在能源结 构中将占到80以上，太阳能发电将占到60以上。 根据可再生能源中长期发展规划，到2020年，我国力争使太阳能发 电装机容量达到1.8GW （百万千瓦），到2050年将达到600GW （百万千瓦）。 预计，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25,其 中光伏发电装机将占到5。未来十几年，我国太阳能装机容量的复合增长率 将高达25以上。 2太阳能跟踪控制技术的简介 2.1光伏发电的光电转化率与太阳光线角的关系 根据研究，太阳能板的发电效率与太阳光的入射角有关，当太阳光与太阳 能板平面垂直时发电效率最高。采用单轴自动跟踪控制系统比固定式可提高 25,双轴跟踪控制系统比固定式可提高40 下图是晴天时，同一地点两块参数相同的太阳能板，在两种安装方式下的 光伏发电功率对比曲线图 图3两种安装方式下光伏发电功率的对比曲线图 从图中可以明确的看到两种安装方式下光伏发电功率的曲线，从早上 630到1030和1230到1630这两个时间段，自动跟踪系统装置的发电功 率明显比方向固定式装置的发电功率强很多。 根据另一光伏发电产业研究人员的研究报告得到同样的结果跟踪系统装 置比固定式装置的发电功率强很多。 研究人员对固定式和自动跟踪式太阳能板工作时的输出电压和电流进行 了记录，记录数据如下 表一太阳能板固定（板面朝南与水平线成30度角） 田间 1230 1300 1330 1100 1130 U1 V 20.2 20.2 2010 19.8 19.9 rtlifi II MA 139.5 112.2 116.2 tft. 1 109, 8 续表一 时何 1115 1600 15 15 1630 1600 电地U1 V I9.7 19. 1 19.7 19.1 19.2 IQK11 A 8L9 56.3 76.5 59.5 19.8 表二太阳能板自动实时跟踪太阳光线 时问 1230 1300 1330 1100 1130 tJHi U1 V 20.5 20.3 2X2 19.9 20. 1 ■* 176.2 155.7 121. tf 9X5 130.2 续表二 时何 11 15 1503 1515 1530 1600 fUtfe U1 V 19.7 19.5 19.8 19.5 19. 1 92.1 62.2 8L9 65.2 5d.9 同一时刻，自动跟踪装置光电转换率相对固定式装置光电转化率的提高系 数公式如下 7U2 x /2 - x Zj //； x /, x 100 跟据公式计算得到不同时刻的提高系数如下表 表三不同时刻自动跟踪装置的光电转化率提高系数 序 号 时间 光电转化率提高系数 1 1230 28. 18 2 1300 10. 03 3 1330 9. 42 4 1400 8. 76 5 1430 19. 77 6 1445 8. 61 7 1500 11. 05 8 1515 11. 54 9 1530 10. 14 10 1600 11. 39 那么，自动跟踪系统光电转化率的提高系数 〃％ 〃]〃2〃3〃4〃5〃6〃7〃8〃9〃10/顶 12.89 从该研究员的数据中得到的结论装置从1230至I] 1640这个时段进行跟 踪太阳光线，提局系数达到12. 89. 综合上述，可以得到这样的一个结论，随着跟踪系统技术的提高，提高系 数越来越大，比如两轴跟踪系统比一轴跟踪系统的提高系数大；跟踪的有效时 间段越长提高系数越大，比如从10到1630时间段比1230到1640时间 段的提高系数大。 2.2现有太阳能跟踪系统的技术状况 经过近几年的发展，太阳能板跟踪控制方式有很多种。在我国，跟踪控制 技术大体分为三种匀速控制方法、光强控制方法及时空控制方法。 匀速控制方法太阳能板在某些时段以一定速度匀速、周期性旋转。匀速 控制方法一般用于单轴控制系统。众所周知，太阳每天自西向东以15度/每 小时匀速自转，24小时为一个周期。匀速控制法的装置就是把当地纬度作为 极轴不变，设法让太阳能板以同样的速度自西向东旋转从而达到跟踪太阳光 线效果。该方法的优