摘要：  采用光感跟踪与时间跟踪相结合的方法，设计了全天候太阳方位跟踪控制系统。该系统包括监测装置、跟踪方式转换控制模块和双跟踪方式控制模块。监测装置监测天气状态为跟踪方式转换控制模块提供判断依据。跟踪方式转换控制模块发出指令启动相关跟踪方式，控制传动及支撑装置的运动，以改变太阳能电池板采光面的位置。系统的跟踪精度高，跟踪能耗低。

关键字：  太阳能光伏发电，  光感跟踪方式，  太阳方位跟踪系统

0引言

高效采集和利用太阳能并减少太阳能采集和利用过程中的能量损耗，是太阳能光伏发电的关键技术。常见的太阳跟踪方式有时间跟踪和光感跟踪。时间跟踪方式不对阴天晴天加以区分。只是按程序设定的时间定时启动跟踪装置，跟踪系统的能耗较大;另外。控制时间间隔的限定和机械操作的微小误差。会导致长时间的累计误差，造成太阳能电池板偏离太阳方位。光感跟踪方式存在着跟踪装置如何适应天气阴晴变化等问题。本文提出的新型太阳方位跟踪系统可以根据天气情况变化，控制和选择太阳方位跟踪方式。将光感跟踪与时间跟踪很好地结合来实现精确跟踪。

1时间跟踪方式与光感跟踪方式

时间跟踪方式是先根据时间与地理位置计算太阳的方位，再驱动跟踪装置跟踪太阳15m;光感跟踪方式是根据光感元器件测定太阳的方位，驱动跟踪装置跟踪太阳。

光感跟踪的光感元器件可以是光电池、CMOS器件、光栅、光电二极管、线阵CCD、面阵CCD、APS等，其后续信号处理单元通常是单片机或可编程逻辑器件。

时间跟踪的计算方法有地平坐标跟踪法、极轴跟踪法等。当天气不晴朗时，光感跟踪法误差较大或者根本无法工作：时间跟踪法存在长期运行的累积误差，并且无论气候如何变化都始终在运转，能耗较多。在晴天。只要选择合适的光感装置测定太阳的方位.光感跟踪法的跟踪精度较高，且不存在累积误差。将光感跟踪与时间跟踪两种方式合理的结合起来.可以充分发挥两种方式的各自优点.提高太阳跟踪系统的精度.降低系统的能耗。

2全天候太阳方位跟踪控制系统结构与原理

采用光感跟踪与时间跟踪相结合的方法，设计了全天候太阳方位跟踪控制系统.其结构框图如图1所示。

全天候太阳方位跟踪控制系统主要包括监测装置、双跟踪方式控制模块和跟踪方式转换控制模块。监测装置用于监测天气状态，并将监测到的天气状态以参数形式发送到跟踪方式转换控制模块;跟踪方式转换控制模块根据监测装置发送的参数进行判断，并向双跟踪方式控制模块发出指令;双跟踪方式控制模块根据接收的指令启动相关跟踪方式.控制传动及支撑装置运动.以改变太阳能电池板采光面的位置。

双跟踪方式控制模块包括选择单元、时间跟踪单元、光感跟踪单元，还包括设定显示时间及时问间隔的时间单元、用于确定太阳能光伏发电装置所处地理位置的定位器及用于测量太阳光方位的光感装置。选择单元在接到跟踪方式转换控制模块发送来的指令后町做出判断，并可在时间跟踪单元及光感跟踪单元之间进行切换。时间跟踪单元根据设定时间及位置参数.计算相对的太阳实时方位。按照系统设定的时间间隔.定时向控制单元发送参数信息。光感跟踪单元根据光感装置发送来的太阳光的参数。计算太阳实时方位，按照时间单元设定的时间间隔定时向控制单元发送参数信息。控制单元根据时间跟踪单元或光感跟踪单元发送来的参数信息向传动及支撑装置发送指令。

双跟踪方式控制模块还包括逆指令单元，选择单元可根据判断向逆指令单元发送指令。逆指令单元在接到选择单元发送来的"天亮"指令时。开始初始化并记录双跟踪方式控制模块向传动及支撑装置所发送的指令。在接到选择单元发送来的"天黑"指令时，逆指令单元停止记录，并将白天所记录的指令作一个逆变换。逆指令单元将逆变换后的指令发送到传动及支撑装置，控制传动及支撑装置作逆向运动。通过时间单元设定时间.定位器确定安装地点的经度与纬度.并且将测得的位置参数信息发送到时间跟踪单元。时间跟踪单元根据此信息，确定时间位置关系参数。监测装置包括照度传感器与风速传感器，及时监测太阳光的照度及风速变化情况。并发送到跟踪方式转换控制模块。跟踪方式转换控制模块对所接收数据进行分析，并将所接收数据与预先设定的数据作比较.得出"晴"、"阴"、"多云"，"风大"、"风小"，"天亮"、"天黑"等结论。跟踪方式转换控制模块将所得结论以参数形式发送到双跟踪方式控制模块。

全天候太阳方位跟踪系统的运行原理如图2所示。

当跟踪方式转换控制模块得出"天亮"的结论时。直接将该信息发送给选择单元，选择单元将该指令发送到逆指令单元，并等待跟踪方式转换控制模块继续发送指令。此时，逆指令单元初始化指令记录，并开始记录控制单元的指令。

当跟踪方式转换控制模块得出"风大"或"阴"的结论时("阴"指室外平均照度较差的天气)，直接将该信息发送给选择单元，选择单元关闭光感跟踪单元及时间跟踪单元，最终将跟踪装置保持在固定姿态，减少太阳能电池板风阻，同时降低跟踪系统能耗。

当跟踪方式转换控制模块得出"风小"的结论时，直接将该信息发送给选择单元，选择单元对比跟踪方式转换控制模块发送的"晴"或"多云"的结论后.开始发送指令。当跟踪方式转换控制模块得出"晴"的结论时("晴"指室外平均照度非常好的天气)，将该参数信息发送到选择单元，选择单元激活光感跟踪单元并关闭时间跟踪单元。光感装置可以测量太阳直射光线与水平面的夹角及太阳直射光线在水平面上投影与纬线的夹角。光感装置按照系统设定的时间间隔定时将所测得的数据以参数形式发送到控制单元.控制单元根据该参数信息向传动及支撑装置发送并记录指令，同时将该指令发送到逆指令单元作记录。传动及支撑装置接到指令后运转.保证太阳能电池板的采光面始终与太阳光照射方向垂直。

当跟踪方式转换控制模块得出"多云"的结论时("多云"指室外平均照度较好的天气)，将该参数信息发送到选择单元.选择单元关闭光感跟踪单元并激活时间跟踪单元。时间跟踪单元启动，首先读取系统的时间参数信息.并根据定位器测定的位置参数确定时间位置关系。由此确定太阳光线与水平面的夹角及太阳光线在水平面上投影与纬线的夹角：然后按照系统设定的时间间隔。定时将所测得的数据以参数形式发送到控制单元，控制单元根据该参数信息向传动及支撑装置发送指令，同时将该指令发送到逆指令单元作记录。传动及支撑装置接到指令后运转.以保证太阳能电池板阳光采集面始终与阳光照射方向垂直。

当跟踪方式转换控制模块得出"天黑"的结论时。直接将该信息发送给选择单元，选择单元关闭光感跟踪单元及时间跟踪单元。并将该信息直接发送到逆指令单元。逆指令单元接到该信息后，对记录在该逆指令单元中的指令作逆变换，然后依次将已经作了逆变换的指令发送到传动及支撑装置。传动及支撑装置接到指令后运转，沿原运动轨迹退回到其初始位置。

3结论

全天候太阳方位跟踪控制系统能及时根据天气状况对太阳方位跟踪方式进行控制和选择，将光感跟踪与时间跟踪方式合理地结合.调整系统运行方式。这样，可以降低系统运行能耗，并且能够去除系统累计误差。提高太阳方位跟踪精度。此外。新型控制系统能够监测天气变化情况，采取相应的运行措施以保证太阳跟踪系统在恶劣天气条件下安全运行，提高了跟踪系统的可靠性。