2.3控制模块的设计
早期控制模块多采用单片机技术设计,对工作时钟要求较高,界面不够友好且开发难度较大。随着科技发展,计算精度更高的界面更友好的超小型计算机发展很快,国外也出现了采用树毒派小型PC作为控制终端的案例。在互联网技术高度发达的今天,采用网络授时、远程控制的终端具有更广阔的应用前景。
由于太阳方位角的变化相对较慢,太阳能追踪系统不需要持续大角度调整光伏发电设备的角度和位置。控制模块多采用间歇式工作的方式发出动作指令,其他时间控制模块可处于小功耗待机状态,减少太阳能追踪系统自身的能量消耗。
2.4驱动模块的设计
2.4.1驱动方向轴的选择
按照驱动装置轴向分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。所谓单轴是指仅能够在水平方向跟踪太阳位置,在高度上根据地理和季节的变化人工进行调节,增加了管理难度。双轴跟踪可以在水平和高度两个方向跟踪太阳轨迹,显然双轴跟踪优于单轴跟踪,但双轴追踪系统结构更为复杂,造价也更高。
2.4.2驱动动力的选择
太阳能追踪系统间歇式的调整方式决定了驱动动力的选择。而步进电动机就是一种非常好的选择:将电脉冲信号转变为角位移、线位移,从而控制光伏发电设备的角度和位置。步进电动机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响。步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动电动机按设定的方向转动固定的角度,称为步距角,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确的定位。步进电动机的精度一般为步进角的3%~5%且不累积。
采用蜗轮蜗杆传动。蜗轮蜗杆传动可以得到很大的传动比,相当于多齿啮合传动,其传动平稳、噪声小。机构具有自锁性,可实现反向自锁,即只能由蜗杆带动蜗轮,而不能由蜗轮带动蜗杆,这也为系统的准确定位增加了可靠性。
2.5保护系统的设计
当环境风速或降雨、降雪、冰冻等因素不适宜光伏发电系统工作时,太阳能跟踪系统会自动停止工作,并使整个系统的受光面与地平面成平行状态或垂直状态,以避免系统遭到破坏。同时,光伏发电设备的支撑系统应具有足够的稳定系数,抵抗恶劣天气的影响。国外设计出花瓣式的光伏发电系统,太阳能电池板可以像花瓣一样打开或折叠,具有仿生设计,像向日葵一样追踪太阳能,夜间或特殊天气,太阳能电池板像花瓣一样折叠在一起,该系统占地面积小,可靠性较高。
3 小结
在保证安全可靠的前提下,太阳能追踪系统设计应尽量降低总造价,一般小型分布式光伏发电系统,其太阳能追踪系统造价在1 000~2000元。采用太阳能追踪系统的光伏发电设备发电能量可以增加40%,系统自身耗能较低,年耗电能量仅几十千瓦时,具有较高的推广应用价值。
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