目前,太阳能光伏发电系统中,用于实现阳光自动跟踪的方法主要有光电跟踪和太阳运动轨迹跟踪两种[ - ]。
(1)光电跟踪
光电跟踪是一种基于闭环控制的跟踪方法,该跟踪方法通过使用光敏电阻、光敏二极管、硅光电池等光敏元件,来检测太阳能电池板偏离阳光的方向,并控制跟踪装置做一定的调整,从而始终跟踪太阳的运动轨迹 [ ]。光电跟踪装置在安装使用过程中,通常将光敏元件与太阳能电池板平行放置,并在光敏元件旁安装遮光挡板,安装过程中会调整挡板的位置,使得太阳垂直照射时,光敏元件的光敏面全部处在遮光挡板的阴影区域,当太阳位置变化时,光敏元件将会受到阳光的照射,产生与光照强度和光照面积成一定函数关系的电信号。将该电信号输出后并经过一定的电路处理,会作为偏差信号,用来控制跟踪装置对太阳能电池板的朝向做相应的调整,使太阳能电池板对准阳光垂直照射的方向[ ]。21972
光电跟踪采用的控制方法属于闭环控制,其跟踪精度比较好。但光敏元件在检测阳光的过程中,可能会因为天气情况和环境因素而产生一些不可避免的误差,从而会降低跟踪装置在跟踪过程中的稳定性。论文网
(2)太阳运动轨迹跟踪
太阳运动轨迹跟踪是一种基于开环控制的跟踪方法,该跟踪方法通过使用天文学公式,计算出跟踪装置所在地理位置当前时间的太阳方位理论值,从而控制跟踪装置进行阳光跟踪。太阳运动轨迹跟踪有单轴跟踪和双轴跟踪两种,分别为只有一个转轴的一文跟踪和有两个转轴的无死角的二文跟踪[ - ]。
1)单轴跟踪
根据转动轴放置方向的不同,单轴跟踪分为东西向和南北向跟踪[ ]。这种跟踪方式只能在一个方向进行太阳跟踪,一般在设计过程中会使其正午时刻太阳垂直入射,但一天中的其他时刻阳光均为斜射。
单轴跟踪结构简单、容易实现,在一定程度上提高了太阳能电池板的太阳能利用率。但是由于阳光不能始终与太阳能电池板垂直,使得接收到的太阳能有限,依然不能显著提高太阳能的利用率。
2)双轴跟踪
双轴跟踪能够无死角地跟踪太阳,使得太阳能电池板始终与阳光照射方向垂直,从而得到更高的太阳能利用率。常用的双轴跟踪方式是高度角-方位角跟踪法。该跟踪方法是基于地平坐标系的跟踪方法,装置的两个转轴分别控制高度角和方位角的跟踪[ - ]。
相比较单轴跟踪方法而言,高度角-方位角跟踪方法在结构上复杂性略有提高,但是这一方法大大提高了装置的稳定性和太阳能利用率 [ ]。
相比较光电跟踪而言,太阳运动轨迹跟踪方法不受外界天气状况、环境因素的影响,稳定性较好。但是该方法在计算太阳方位时会产生误差,而且因为开环控制方式无法修正误差,会产生越来越大的累积误差。
综上所述,目前使用的各种阳光跟踪方式各有优缺点,而且现有的阳光自动跟踪系统很多地方还不够完善,很难大范围推广使用。阳光自动跟踪这一课题需要更加深入的研究和发展才能逐渐应用到实际中。
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