基于PLC的太陽能電池板自動跟蹤系統(tǒng)的研究

1.3 光伏模塊
　　光伏模塊采用三菱光伏智能功率模塊PV-IPM（PM50B4LA060）,其技術(shù)參數(shù)主要有峰值功率P_max=85 W，最佳工作電壓17.5 V。這些參數(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)的試驗條件下測試的(太陽光強(qiáng)度1 000 W/m3，太陽板溫度25 ℃，空氣質(zhì)量1.5）。
1.4 電磁機(jī)械運動控制模塊
　　抗大風(fēng)自動放帆功能是為了保護(hù)跟蹤發(fā)電裝置，在風(fēng)力達(dá)到一定強(qiáng)度時防風(fēng)系統(tǒng)啟動，自動調(diào)整受風(fēng)面，避免設(shè)備被風(fēng)吹壞。經(jīng)實驗研究，防風(fēng)傳感器采用德國進(jìn)口產(chǎn)品，防風(fēng)系統(tǒng)采用優(yōu)先工作方式，一旦啟動將切斷跟蹤太陽能系統(tǒng)，自動放帆。
　　機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)是跟蹤控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它不但在室外工作，還承受裝置的重量、風(fēng)力，直接影響整機(jī)的精度。經(jīng)研究，水平傳動采用電機(jī)、諧波減速機(jī)和兩級蝸輪蝸桿減速機(jī)，仰角傳動采用電機(jī)、諧波減速機(jī)和滾珠絲杠，以保證機(jī)械精度和傳動效率。
1.5 系統(tǒng)電源模塊
　　電源電路采用開關(guān)電源設(shè)計，具有高效率、低損耗的特點。采用開關(guān)控制芯片L4960，它能提供5.1 V~40 V的輸出電壓和2.5 A的輸出電流。電源電路如圖5所示，通過調(diào)整2個電阻R3和R4，以產(chǎn)生12 V~24 V直流電壓，DC 24 V用于PLC電源，DC 44 V直接取自整流橋側(cè)供給直流電機(jī)。如果用于光伏逆變系統(tǒng)的跟蹤系統(tǒng)，~220 V可以直接取自光伏逆變電源。

2 光伏系統(tǒng)軟件設(shè)計
　　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)控制軟件采用模塊化設(shè)計，包括PLC控制和監(jiān)控程序、PC監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理程序2個主要部分。
2.1 PLC控制和監(jiān)控程序
　　PLC控制語句是整個太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)的重要組成部分，軟件編程采用歐姆龍公司的CX-Programmer 7.1，CX-P梯形圖編程支持軟件為使用者提供了從操作界面到程序注釋的全中文操作環(huán)境，支持Windows的拖拉及粘貼操作，以及完備的檢索功能和常用標(biāo)準(zhǔn)位簡易輸入功能。通過計算機(jī)的RS-232C口與PLC的RS-232C口連接，對PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、修改和在線編輯等,可方便地把程序傳遞到PLC中或從PLC中讀出數(shù)據(jù)。PLC主要完成如下工作：
　　(1)控制跟蹤系統(tǒng)的運動，其控制邏輯如圖6所示。

　　(2)將PLC輸入與輸出狀態(tài)復(fù)制到內(nèi)存的特定位置（稱為標(biāo)記區(qū)域），PC監(jiān)控程序能隨時直接從內(nèi)存區(qū)域讀取輸入和輸出狀態(tài)。
　　(3)采樣數(shù)據(jù)存儲。這是一個在線采集存儲過程，通過RAM數(shù)據(jù)存儲內(nèi)部的特殊矩陣，每1小時讀取光敏電阻的值。數(shù)據(jù)采集白天進(jìn)行，晚上停止，直到第二天日出。采集的時間（小時和分鐘）存儲在不同的矩陣，然后在PC機(jī)的屏幕上顯示出來。當(dāng)RAM內(nèi)存滿時，將不再存儲數(shù)據(jù)，直到復(fù)位操作將存儲數(shù)據(jù)清除。這部分程序采用順序功能圖表SFC(Sequential Functioning Chart)進(jìn)行編程，算法如圖7所示。

2.2 PC監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理程序
　　采用面向?qū)ο蟮母呒壘幊陶Z言Visual Basic 6. 0實現(xiàn)以下功能：
　　(1)自動檢測PC機(jī)RS232串口和PLC端口的連接狀態(tài)。
　　(2)系統(tǒng)監(jiān)控。決定光伏模塊的實際位置和運動方向，顯示光敏電阻的讀數(shù)以及內(nèi)存溢出標(biāo)記。
　　(3)模塊的強(qiáng)制性前向和反向運動。通過程序界面，發(fā)出指令控制PLC操作。如果出現(xiàn)系統(tǒng)位置異常，可強(qiáng)迫太陽板按照操作要求恢復(fù)初始位置。

　　(4)顯示系統(tǒng)設(shè)置。顯示存儲在PLC內(nèi)存中的太陽跟蹤系統(tǒng)的設(shè)置，如前向和反向運動極限、光線暗度極限、前向和反向停止極限以及對這些參數(shù)設(shè)置可直接進(jìn)行修改。
　　本研究基于歐姆龍PLC，采用光敏電阻比較法，構(gòu)建了自動跟蹤系統(tǒng)模型，使太陽能電池板自動保持與太陽光垂直。太陽能電池板自動跟蹤太陽光并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究，有效地提高了太陽能的利用率和光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，增加了全年的發(fā)電功率輸出，從整體上降低了光伏并網(wǎng)發(fā)電的成本，符合構(gòu)建環(huán)保型和節(jié)能型社會發(fā)展的要求，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，并能產(chǎn)生良好的社會影響，具有理論研究意義和應(yīng)用推廣前景。基于PLC的太陽能電池板跟蹤系統(tǒng)可用于獨立的太陽能光伏發(fā)電，也能應(yīng)用于串/并聯(lián)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)場總線控制，具有良好的應(yīng)用前景。