基于PIC16F877A自动太阳跟踪器的设计

　　光伏发电能为人类提供可持续能源，并保护赖以生存的环境，但其发电效率低，发电成本相对较高仍然足制约其大规模应用的重要因素。在没有出现高效的光伏电池材料之前，研制具有实用价值太阳聚光器及自动跟踪系统以实现低成本，则是促进太阳能广泛应用的主要途径之一。一般双轴系统可提高发电量35%左右，单轴系统可提高20%左右，聚光型跟踪系统会更高。

　　国外在20世纪80年代就对太阳跟踪系统进行了研究，如美国、德国在单双轴自动跟踪、F1本在聚光菲立尔透镜跟踪、西班牙在2倍聚光反射跟踪等方面均开发出了相应的商品化自动太阳跟踪器。我国于20世纪90年代左右也对其进行了大量的研究，2006年10月在西藏羊八井安装了4套共计13.2 kW不同形式的单、双轴并网发电太阳自动跟踪系统。之前一直没有稳定可靠的商品化的产品出现，究其原因主要有：

　　(1)系统可靠性不能满足要求

　　由于大部分光伏电站都安装在偏远地区，环境非常恶劣，维护困难，跟踪系统增加了旋转机构与相应的机械机构，可靠性明显下降，如果不能保证整个系统的在各种环境下都能可靠稳定运行，对整个光伏电站来说都可能将是灾难性的打击。

　　(2)跟踪误差大

　　尤其对反射聚光的跟踪系统，如果跟踪误差大，不但不能提高发电效率，反而会使电池板受光小均，产乍热斑等影响，大大缩短了电池板的使用寿命。

　　(3)成本过高

　　全部购买国外成熟的技术，将大大提高系统的硬件成本与维护成本。

　　本文基于PIC16F877微处理器为核心，针对光伏发电系统，开发出一种双轴自动自动太阳跟踪器，他具有运行稳定可靠、跟踪误差小、成本低等优点。

　　1 自动太阳跟踪器的基本原理[1-3]

　　自动太阳跟踪器，故名思意基本功能就是使光伏阵列随着太阳而转动，基本原理框图如图1所示。

　　该系统时刻检测太阳与光伏阵列的位置并将其输入到控制单元，控制单元对这2个信号进行比较并产生相应的输出信号来驱动旋转机构，使太阳光时刻垂直入射到光伏阵列的表面上。

　　虽然太阳在太空中的位置时刻都在变化，但其运行却具有严格的规律性，在地平坐标系中，太阳的位置可由高度角a与方位角φ来确定，公式如下[2-3]：

　　式中： δ为太阳赤纬角;φ为当地的纬度角;ω为时角。

　　太阳赤纬角与时角可以由本地时间确定，而对确定的地点，本地的纬度角也是确定，因此只要输入当地相关地理位置与时间信息就可以确定此时此刻的太阳位置。

　　2 系统的整体设计方案

　　PIC16F877A是一款具有RISC结构的高性能中档单片机，仅有35条单字指令，8 k