置检测传感器，把信号实时反馈给计算机检查位置是否正确，若有偏差就及时修正：采用普通伺服电机就必须配机械位置检测传感器构成局部的闭环控制，保证运行精度。在图1中的角度信号箭头线就是从位置检测传感器来的反馈信号。(2）赤道坐标系双轴跟踪在极轴式跟踪系统也可以采用主动式跟踪控制，只是计算机的数据是按赤道坐标系处理，根据控制计算机预先存储的当地经纬度等数据与太阳运动的轨迹函数，再根据实时时钟的精确时间信号，计算出实时的太阳绕极轴转动的角度（时角），发出控制信号，使电池板对准太阳。由于俯仰角变化很小，每日不超过0.5度，可每日或几日计算一次俯仰角度，调整电池板的俯仰角度。图20是其控制框图。控制计算机转动信号根据时钟控制电机驱动极轴按每小时15度装置角度信号太阳能电池板转动：根据日历每4日修正俯仰角度，?驱动电机视日运动跟踪（极轴跟踪）控制框图图20极轴双轴跟踪主动式控制框图同样为保证跟踪的准确性，要有电池板轴转动的角度检测传感器把角度信号反馈给计算机。主动式控制也适合于单轴跟踪系统，其计算函数非常简单，对于极轴式跟踪可直接定时转动一定角度即可，保证每小时转动15度。开环控制没有跟踪太阳的传感器，为保证电池板转动精度，必须有两个轴转动的角度检测传感器，把角度信号反回计算机，检测是否出现错误的角度，以便及时处理。对于要求高的聚光太阳能电池跟踪，需提高轴系机械精度与角度检测精度，从而增加了制造成本。（3）太阳能电池的光电跟踪法太阳能电池电机驱动转动信号控制计算机装置根据太阳光跟踪传感器反墙的偏差信号发出控制信太阳光驱动电机偏差信号报踪传感器模拟数字号修正偏差转换器光电跟踪控制框图图21太阳能电池板光电跟踪控制框图光电跟踪法是一种被动式跟踪，控制计算机根据太阳光跟踪传感器反馈的信号计算出电池板位置与太阳位置间的偏差方向与角度，再根据偏差发出控制信号。电池板的轴系驱动部件根据控制信号把电池板对准太阳，直到偏差最小。在整个控制过程中需不停的检测电池板的具体状态数据，再计算发出控制，在自动控制技术中称为闭环控制。图21是光电跟踪控制框25
25 置检测传感器，把信号实时反馈给计算机检查位置是否正确，若有偏差就及时修正；采用普 通伺服电机就必须配机械位置检测传感器构成局部的闭环控制，保证运行精度。在图 1 中的 角度信号箭头线就是从位置检测传感器来的反馈信号。 （2）赤道坐标系双轴跟踪 在极轴式跟踪系统也可以采用主动式跟踪控制，只是计算机的数据是按赤道坐标系处理。 根据控制计算机预先存储的当地经纬度等数据与太阳运动的轨迹函数，再根据实时时钟的精 确时间信号，计算出实时的太阳绕极轴转动的角度（时角），发出控制信号，使电池板对准 太阳。由于俯仰角变化很小，每日不超过 0.5 度，可每日或几日计算一次俯仰角度，调整电 池板的俯仰角度。图 20 是其控制框图。 图 20 极轴双轴跟踪主动式控制框图 同样为保证跟踪的准确性，要有电池板轴转动的角度检测传感器把角度信号反馈给计算 机。主动式控制也适合于单轴跟踪系统，其计算函数非常简单，对于极轴式跟踪可直接定时 转动一定角度即可，保证每小时转动 15 度。 开环控制没有跟踪太阳的传感器，为保证电池板转动精度，必须有两个轴转动的角度检 测传感器，把角度信号反回计算机，检测是否出现错误的角度，以便及时处理。对于要求高 的聚光太阳能电池跟踪，需提高轴系机械精度与角度检测精度，从而增加了制造成本。 （3）太阳能电池的光电跟踪法 图 21 太阳能电池板光电跟踪控制框图 光电跟踪法是一种被动式跟踪，控制计算机根据太阳光跟踪传感器反馈的信号计算出电池板 位置与太阳位置间的偏差方向与角度，再根据偏差发出控制信号。电池板的轴系驱动部件根 据控制信号把电池板对准太阳，直到偏差最小。在整个控制过程中需不停的检测电池板的具 体状态数据，再计算发出控制，在自动控制技术中称为闭环控制。图 21 是光电跟踪控制框
图。2、双轴跟踪式太阳电池阵列太阳能电池阵列跟踪方式主要分为平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪三种，本实验介绍双轴跟踪，双轴跟踪又主要分极轴式双轴跟踪与高度角-方位角双轴跟踪。跟踪装置由极轴和俯仰轴构成，极轴指向地球北极，与地轴线平行俯仰轴与极轴垂直工作时电池板以地球自转角速度自东向西绕极轴转动，跟踪太阳的时角变化（以每小时15°的转速匀速跟踪）。由于阳光与极轴的夹角随季节的不同变化，还要定期调整电池板绕俯仰轴做俯仰运动，以保证电池板的法线始终与太阳光线平行。太阳电池组件电池组件支架太阳能电池阵列俯仰转轴座极轴西东基座地面南图22极轴跟踪型太阳电池板的转轴结构太阳电池板扣板太阳电池板电池太阳电二俯仰转轴俯仰转轴俯仰转轴极轴极轴极轴冬季夏季春秋季图23极轴跟踪型太阳电池板的俯仰角度双轴跟踪式太阳能电池阵列的间距计算较复杂，不但有前后间距还要左右间距，而月不同的跟踪方式计算方式也不同，需深入了解请另找专业资料。每个双轴跟踪式太阳能电池阵列仅有一个支柱，与整个电池板的连接相当只有一个支点故要求电池板与支点的转动部件有较高的强度。双轴跟踪式太阳电池阵列在设计时应考虑安装的基本条件，特别是风向与风力条件，由于采用单柱支撑，其强度显得特别重要，在遇超强风时可将电池板转向合适角度，减少电池板损坏的可能。下暴雪时可将电池板尽量立起26
26 图。 2、双轴跟踪式太阳电池阵列 太阳能电池阵列跟踪方式主要分为平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪三种，本实验介 绍双轴跟踪，双轴跟踪又主要分极轴式双轴跟踪与高度角-方位角双轴跟踪。 跟踪装置由极轴和俯仰轴构成，极轴指向地球北极，与地轴线平行；俯仰轴与极轴垂直， 工作时电池板以地球自转角速度自东向西绕极轴转动，跟踪太阳的时角变化（以每小时 15° 的转速匀速跟踪）。由于阳光与极轴的夹角随季节的不同变化，还要定期调整电池板绕俯仰 轴做俯仰运动，以保证电池板的法线始终与太阳光线平行。 图 22 极轴跟踪型太阳电池板的转轴结构 图 23 极轴跟踪型太阳电池板的俯仰角度 双轴跟踪式太阳能电池阵列的间距计算较复杂，不但有前后间距还要左右间距，而且不 同的跟踪方式计算方式也不同，需深入了解请另找专业资料。 每个双轴跟踪式太阳能电池阵列仅有一个支柱，与整个电池板的连接相当只有一个支点， 故要求电池板与支点的转动部件有较高的强度。双轴跟踪式太阳电池阵列在设计时应考虑安 装的基本条件，特别是风向与风力条件，由于采用单柱支撑，其强度显得特别重要，在遇超 强风时可将电池板转向合适角度，减少电池板损坏的可能。下暴雪时可将电池板尽量立起
让雪滑下，遇大冰霉时同样可以减小对电池板的冲击。3、单轴跟踪式太阳电池阵列为提高太阳能电池的转换效率通常采用对太阳进行自动跟踪的方法，使电池板正对太阳。根据测定，相同环境条件下，一个全方位自动跟踪式太阳能光伏发电系统比固定式太阳能光伏发电系统的发电量提高35%左右。特别是采用单晶硅太阳电池组件的系统，由于价格高，希望获得尽量多的太阳照射，可考虑对太阳进行跟踪。太阳能电池阵列跟踪方式有平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪三种，实训主要介绍单轴跟踪。在跟踪方式中平单轴跟踪是用得较多的方式，分南北向轴线跟踪与东西向轴线跟踪，东西向轴线跟踪比固定倾斜安装没有明显优点，南北向轴线跟踪效果要好于东西向轴线跟踪。平单轴跟踪特别适用在纬度低的地区，下面介绍南北向轴线跟踪。图24是两组平单轴跟踪阵列示意图，每块电池阵列有自己的转轴，转轴与地面的南北方向线平行，转轴安装在支架上，电池阵列可绕自己的转轴旋转，图中黄色箭头线表示太阳光的方向。旋转由太阳跟踪控制装置控制，使电池板转轴垂直面与太阳光平行，图24显示是中午12时的状态，两电池阵列表面水平向上。太阳能电池组件公太阳光转轴转轴图24平单轴跟踪太阳能阵列和斜单轴跟踪太阳能阵列通常太阳能发电场有多个电池阵列，这些电池阵列是同步运行的，可用一个控制杆推动排在一起的电池阵列。在每块电池板转轴上固定一个柄，柄的另一端与控制连杆联接，三个平单轴跟踪的电池阵列，用控制杆联接，中间的电池阵列由跟踪控制系统驱动，通过连杆带动另两台同步转动。为了不遮挡连杆与柄的运动状态，图中去掉两边电池板的支架。太阳电池阵列（非聚光型）不像聚光集热装置要准确跟踪，差几度影响不明显，只需用机电装置几分钟转一个角度即可，间隔以不超过每小时15度为合适，早上与晚也无需转到与地面垂直，到太阳落山再返回即可。单轴跟踪式太阳电池阵列在设计时应考虑安装的基本条件，特别是风向与风力，水平单轴在遇超强风时可将电池板转向水平方向，可避免超强风损坏电池板；斜单轴也可视方向改变电池板角度，减少电池板损坏的可能。4、本次实训介绍的是太阳能双轴跟踪系统控制27
27 让雪滑下，遇大冰雹时同样可以减小对电池板的冲击。 3、单轴跟踪式太阳电池阵列 为提高太阳能电池的转换效率通常采用对太阳进行自动跟踪的方法，使电池板正对太阳。 根据测定，相同环境条件下，一个全方位自动跟踪式太阳能光伏发电系统比固定式太阳能光 伏发电系统的发电量提高 35%左右。特别是采用单晶硅太阳电池组件的系统，由于价格高， 希望获得尽量多的太阳照射，可考虑对太阳进行跟踪。 太阳能电池阵列跟踪方式有平单轴跟踪、斜单轴跟踪、双轴跟踪三种，实训主要介绍单 轴跟踪。 在跟踪方式中平单轴跟踪是用得较多的方式，分南北向轴线跟踪与东西向轴线跟踪，东 西向轴线跟踪比固定倾斜安装没有明显优点，南北向轴线跟踪效果要好于东西向轴线跟踪。 平单轴跟踪特别适用在纬度低的地区，下面介绍南北向轴线跟踪。 图 24 是两组平单轴跟踪阵列示意图，每块电池阵列有自己的转轴，转轴与地面的南北 方向线平行，转轴安装在支架上，电池阵列可绕自己的转轴旋转，图中黄色箭头线表示太阳 光的方向。旋转由太阳跟踪控制装置控制，使电池板转轴垂直面与太阳光平行，图 24 显示 是中午 12 时的状态，两电池阵列表面水平向上。 图 24 平单轴跟踪太阳能阵列和斜单轴跟踪太阳能阵列 通常太阳能发电场有多个电池阵列，这些电池阵列是同步运行的，可用一个控制杆推动 排在一起的电池阵列。在每块电池板转轴上固定一个柄，柄的另一端与控制连杆联接，三个 平单轴跟踪的电池阵列，用控制杆联接，中间的电池阵列由跟踪控制系统驱动，通过连杆带 动另两台同步转动。为了不遮挡连杆与柄的运动状态，图中去掉两边电池板的支架。 太阳电池阵列（非聚光型）不像聚光集热装置要准确跟踪，差几度影响不明显，只需用 机电装置几分钟转一个角度即可，间隔以不超过每小时 15 度为合适，早上与傍晚也无需转 到与地面垂直，到太阳落山再返回即可。 单轴跟踪式太阳电池阵列在设计时应考虑安装的基本条件，特别是风向与风力，水平单 轴在遇超强风时可将电池板转向水平方向，可避免超强风损坏电池板；斜单轴也可视方向改 变电池板角度，减少电池板损坏的可能。 4、本次实训介绍的是太阳能双轴跟踪系统控制
本次与实训介绍的是太阳能双轴跟踪系统的原理、控制的机理、上下调节、左右调节、自动跟踪等方面的供能，系统的机构见图25所示。图25太阳能双轴跟踪系统三、实训仪器及药品太阳能单晶硅双轴跟踪器1台，太阳能双玻电池跟踪器1台。四、实训步骤1、介绍太阳能双轴跟踪的特点；2、控制器调节注意事项；3、控制器按钮功能介绍，并进行现场演示。五、实训报告撰写1、在上课之前写原理部分，可以选择性抄录2、记录教师现场讲解的组装步骤，对关键步骤需要图片3、自己到网络上查找跟踪器的运行原理，并将自己查到的材料撰写于实训报告当中；4、记录讲师演示过程当中强调的相关注意事项。六、注意事项1、实训过程当中应该注意周围安全；2、不轻易使用手抚摸电站周边金属物。七、思考题1、为什么采用双轴跟踪之后，太阳能电站的效率会比固定式高？2、增加跟踪系统之后增加成本，但是效率又有所提高，请你用自己的理解论述一下增加跟踪装置时候是否划算？参考书籍1、《光伏发电实验实训教程》李涛等编，中国水利水电出版社，2018年2、《太阳能光伏学》，郭连贵等，化学工业出版社，2012年3、《新能源科学与工程专业实验教程》，吴复忠，贵州大出版社，2016年28
28 本次与实训介绍的是太阳能双轴跟踪系统的原理、控制的机理、上下调节、左右调节、 自动跟踪等方面的供能，系统的机构见图 25 所示。 图 25 太阳能双轴跟踪系统 三、实训仪器及药品 太阳能单晶硅双轴跟踪器 1 台，太阳能双玻电池跟踪器 1 台。 四、实训步骤 1、介绍太阳能双轴跟踪的特点； 2、控制器调节注意事项； 3、控制器按钮功能介绍，并进行现场演示。 五、实训报告撰写 1、在上课之前撰写原理部分，可以选择性抄录； 2、记录教师现场讲解的组装步骤，对关键步骤需要图片； 3、自己到网络上查找跟踪器的运行原理，并将自己查到的材料撰写于实训报告当中； 4、记录讲师演示过程当中强调的相关注意事项。 六、注意事项 1、实训过程当中应该注意周围安全； 2、不轻易使用手抚摸电站周边金属物。 七、思考题 1、为什么采用双轴跟踪之后，太阳能电站的效率会比固定式高？ 2、增加跟踪系统之后增加成本，但是效率又有所提高，请你用自己的理解论述一下增 加跟踪装置时候是否划算？ 参考书籍 1、《光伏发电实验实训教程》李涛等编，中国水利水电出版社，2018 年 2、《太阳能光伏学》，郭连贵等，化学工业出版社，2012 年 3、《新能源科学与工程专业实验教程》，吴复忠，贵州大出版社，2016 年
《新能源科学与工程课程综合设计》29
29 《新能源科学与工程课程综合设计》