光伏发电单轴跟踪系统的PLC控制与分析

光伏发电单轴跟踪系统的PLC控制与分析

刘靖宇

（中广核新能源投资（深圳）有限公司吉林分公司吉林省长春市130033）

摘要：众所周知，光伏电池所接受的太阳能辐射度与太阳光的入射角存在直接关系，二者之间为正比例关系，也就是说光伏电池所接受的太阳能辐射度会随着入射角的增加而增加，进而有效提升了光伏电池的最大输出功率。前后2个可拆分的支架和中间1根能转动的轴组成了本光伏发电系统，然后由2根钢丝绳对单轴跟踪支架进行连接。一般情况下一台电机可对3个由钢丝绳连接的单轴跟踪支架进行同时控制，通俗来讲就是一台电机可同时拖动3个太阳能支架，借助PLC控制电动机电动蓄电池板进而可自动跟踪太阳，实现电池接收辐射能增加的目的，电机的利用率也随之提升，光伏电池的最大输出功率在此过程中得到有效增长，光伏发电系统的发电量增加。

关键词：光伏发电；单轴跟踪系统；PLC控制

近些年来我国处于高速发展阶段，各行各业随之得到一定程度的进步，在此种整体背景下，社会各界对电能的需求量大幅度上涨，可以说电能是现阶段各行各业生产过程中不可缺少的能源之一，所以我国能源紧缺的矛盾越发严重，必须研发绿色可再生资源对现阶段能源紧缺的难题进行解决。太阳能是现阶段世界范围内应用较多且效益较好的可再生绿色能源之一，有效的缓解了电能源紧缺的难题，于社会发展有十分积极的作用，尤其是跟踪系统的研发和应用，大幅度提升了太阳能的利用率，本文就光伏发电单轴跟踪系统的PLC控制与分析展开论述。

一、光伏发电概述

步入21世纪之后我国乃至世界范围内的经济都进入高速发展阶段，所以世界范围内能源的消耗量骤然增加。因此各类不可再生能源的越发紧缺，环境污染问题也越发严重，已经成为现阶段对人类社会可持续发展造成制约的首要因素。所以社会各界纷纷重视可再生能源的研发和应用，太阳能是一种可再生且重复应用的绿色能源，相比其它能源其利用率最大，是现阶段最为理想的一种可再生能源。

光伏发电的基本原理是借助太阳能电池对太阳光的辐射能进行有效吸收，并将其转变为电能的一种直接型发电方式。对于光电转化而言，太阳能电池单元是其中最小的单位，串并联之后封装太阳能电池单元可以得到一个太阳能电池组，通常情况下其功率范围是几瓦至几百瓦，此种太阳能电池组件可以单独用作电源的最小单元，还可将此种太阳能电池组件继续串并联最终组成一个太阳能电池方阵，可切实满足负载所需的功率输出需求。现阶段我国承受着环保以及能源可持续发展方面的双重压力，所以对可再生能源的应用十分迫切，急需其对现阶段我国发展过程中能源紧缺的问题进行有效缓解。所以说光伏发电在我国具有非常大的发展空间，不远的未来可发展为我国电网中的主要能源，且发展为世界范围内的光伏大国，进而能源紧缺的问题得到有效解决。

二、总结光伏发电系统的组成结构

蓄电池组、太阳能电池方针、工业微处理器（PLC）、充放电控制器、接口电路、逆变器、驱动电路、角度传感器、抗干扰电源、风力测速仪等是光伏发电系统的主要组成部分。

对水平倾斜的单轴跟踪支架进行有效控制，可实现全天无阴影遮挡跟踪太阳的目的，进而太阳能接受效率大幅度提升。跟踪系统可将各类数据项向上位计算机进行及时准确的传输，上位计算机中可将跟踪支架的角度、太阳高度以及各类故障报警信号等进行准确显示。

三、分析控制系统的硬件电路

控制电路的主要目的是实现独立光伏发电系统中的所有控制功能，应用ABB的PLC达成控制电路的目的，PLC负责对角度模拟信号进行接收，然后将当前时间与太阳光的照射角度作为依据对电机的正反转情况进行控制，进而带动电动推杆的伸缩达成对太阳能电池板控制的目的。

四、探讨控制系统软件设计变成思路

通常情况下可以将控制系统具体分为两种运行模式，一种称之为机旁模式，另外一种则称之为集中模式，二者具有各自的特征和优势。

1.机旁模式分析

通常情况下机旁模式会在初始调试阶段和后续检修阶段进行应用，正常生产过程中都对集中模式进行应用。此种模式指的是将操作箱的转换开关位于在”机旁”位，此时计算机室内的操作人员无法有效控制设备，需要现场的岗位工作人员在操作箱上进行操作达成控制设备的目的。

2.集中模式分析

集中模式是相对于机旁模式而言，此种模式主要应用在设备的正常运行过程中。此时操作箱上的转换开关在”集中”位，PLC程序则继续依照事先设定的模式自动运行，系统在此时也可依据现场实际状况完成自动运转。其具体工作程序可以分为以下几个方面：第一，正常运行模式。此时系统将现阶段的时间与太阳能入射角度的自动跟踪结果调节太阳能支架的角度，旨在确保太阳能照射的最大化接收。第二，复归模式。如系统发生故障可以进行自动复位，系统会于下一个运行阶段自动重新运转，进而系统可恢复正常工作。可在大风以及大雪等程序中进行应用。第三，大风、大雪模式。如风力传感器检测风速已经达到一定数值后，系统会依照检测结果推出正常运行模式而进入复归模式，等外部条件满足相关规则之后再次自动恢复至正常运行模式。第四，夜返模式。夜晚时分太阳能支架会自动转入初始状态，然后等到第二天再开始对太阳能的初始角度进行计算，并依据计算结果对太阳能支架运转的设定角度进行控制。

五、分析光伏发电单轴跟踪系统PLC控制的功能及特征

该系统借助经纬度完成太阳能照射角度的计算，并采用一拖三的方式达成三面电池板同步运行的目的，进而确保三面太阳能电池板都可与太阳保持在正对的位置及角度，太阳能的利用率达到最大化，大幅度提升了电池接收的辐射能。

此外，支架结构具有简单且合理的优势，即使风力相对较大时依然可对系统安全且稳定的运行进行保证。其它部件也均依照户外要求进行设置，将其防护等级设置为IP65，因此可满足长期野外中相对恶劣的工作环境。

通常情况下应用发电单轴跟踪系统PLC控制技术可将光伏组件性能提升35%以上；其跟踪进度可在±10以内，最小风速≤120Km/h。

结束语

本文首先对光伏发电单轴跟踪系统中的PLC控制技术进行简单介绍，系统借助PLC对太阳光的位置和角度进行自动计算，进而达成可对太阳光进行实时跟踪的目的。将PLC作为主要控制单位，然后借助PLC程序通过相应的计算程序得出太阳实时位置和系统位置之间的角度差，最后由旋转电机的运行速度对运行时间进行计算。利用PLC程序的逻辑控制关系达成驱动电机运转的目的，进而实现对太阳位置自动跟踪的目的。所以说此种自动跟踪系统具有可靠性强、准确性高的优势，可以对各种天气变化有效适应，太阳能的利用率大幅度提升。此外，PLC还具备非常强的可编程性，因此用户可将自身需求作为依据对程序进行修改，以达成获取最佳的控制效果。总之，PLC开发的太阳能自动跟踪系统高精度以及高可靠性可以大幅度提升太阳能的利用，于我国电能的绿色发展有十分积极的意义。

参考文献：

[1]胡惠军.基于台达PLC可编成控制器的槽式单轴跟踪太阳能发电系统[J].国内外机电一体化技术，2018，21（02）：24-26.

[2]李子剑，苗春艳.基于PLC的太阳能单轴跟踪控制系统[J].数字技术与应用，2013（10）：9.

[3]任官堂，胡成.提高光伏电站发电水平的研究与实践[J].太阳能，2012（21）：21-25.

[4]王海波.光伏发电系统增加单轴跟踪装置的经济性分析[J].能源工程，2012（04）：62-65.