摘要：本文介绍了一种高度集成化的双轴智能伺服聚光式光伏太阳能发电跟踪系统解决方案，它改变了过去采用专用控制器或者PLC配两台传统伺服搭建系统的模式，采用以集成化内置控制器和双轴内置伺服驱动模块构成的智能伺服驱动产品，实现双轴跟踪，具有双轴一体，集逻辑控制、跟踪算法、伺服驱动于一体，成本低廉，性能稳定，可靠性高的特点，具有总线控制功能，便于中央控制器对大面积分散布置的光伏太阳能支架进行实时控制和运行监控。

    聚光式光伏和传统光伏不同，由于要实现高精度的聚焦，必须采用双轴高精度伺服跟踪系统实现光伏支架对太阳位置的跟踪。跟踪系统主要的工作是根据一天不同时刻太阳位置的变化，计算出光伏支架在不同时刻的实时更佳角度，进而通过驱动控制水平旋转和俯仰角度的两个伺服电机，来实时控制和调整光伏支架的角度。

传统的光伏跟踪控制系统结构框图如图1所示。

   

各部分的主要功能如下

1、    实时角度计算模块（软件）主要用于计算出当前更佳的水平旋转角度和俯仰角度。目前采用的方法主要有主动跟踪、光控以及两者相结合三种模式。主动跟踪是基于当前的时间和GPS坐标，通过天文学方法计算出太阳的当前位置，进而计算出两轴的更佳角度，这种方法适合于各种天气以及无人值守的场合，适应性强；光控方法则是根据传感器提供的实时太阳光照数据，计算两轴的更佳工作角度，这种方法更加直接，可靠性强；第三种方法则是将上述两种方法进行综合运用。目前，这部分工作大部分是由专用控制器或者PLC来完成。

2、    运动控制控制模块则根据实时角度计算模块提供的目标角度值，对两轴的转动进行运动规划，包括启动过程、停止过程、位置控制，并发送命令（传统上是脉冲信号）到伺服驱动器。传统上这部分工作一般由专用的运动控制器或者PLC来完成。

3、    I/O模块用于处理相关的一些输入出处，主要的输入有风速传感器，提供实时的风速信号给跟踪系统，当出现恶劣天气时应将光伏支架快速放平，确保安全；在要求较高的场合，可以给光伏支架安装上角度传感器，将光伏支架的实际角度反馈到控制器，实现全闭环控制；在需要光控跟踪的场合，比如在移动的车辆上等，可以通过I/O模块，输入光控传感器信号，引导光伏支架根据实现的相对位置实现实时跟踪。

4、    伺服驱动模块（一般也叫伺服放大器或者伺服驱动器）则接收运动控制模块发来的指令，进而驱动伺服电机旋转一定的角度，带动太阳能电池板到达更佳的角度。这部分工作主要由伺服电机配套的伺服驱动器完成。

5、    伺服电机是最终执行转动的执行机构，它受驱动器的控制旋转一定的角度，往往通过减速装置连接到光伏支架机械部分的两个旋转轴，带动光伏支架完成水平和俯仰角度的调整，达到追踪太阳的目的。为了方便使用和尽量降低能耗，用于光伏支架的伺服电机往往功率较小（一般为10到50W），并尽量采用直流供电，以便就地取材利用太阳能电池板提供的电力。

传统的光伏跟踪系统硬件结构构成如下：

1、  PLC系统用于处理各个传感器的输入，并以PLC作为运行跟踪系统控制软件的硬件平台，硬件包括CPU模块，电源模块，I/O模块等，还必须采购专用的导轨，控制箱，端子排进行安装，接线。

2、  PLC以方向+脉冲方式，输出信号到伺服驱动器，进而实现对水平和仰角两轴伺服电机的控制。

3、  伺服电机的实际位置PLC系统无法获得，为取得实际角度位置，必须设置支架的2维角度传感器，以获得支架的实际角度数据。

4、  如需进行现场总线控制，还需要额外PLC总线模块

iSun2000智能双轴伺服光伏跟踪系统（如图2）和上述传统双伺服光伏跟踪系统的不同之处在于它将上述实时角度计算模块，运动控制模块，两轴伺服驱动模块集成到一起，并增加了现场总线接口，形成一个结构紧凑，功能完善，维护方便，造价低廉的系统，相比传统双轴光伏跟踪系统，具有明显的优势。

iSun2000 智能双轴光伏跟踪系统相对于传统双轴光伏跟踪系统的主要优势如下

1、                  高度集成了角度计算模块，运动控制模块，I/O模块和两个伺服驱动模块，节约大量现场电缆，故障点和接线工作量也相应大大减少，可靠性显著提高，维护工作量小；

2、                  系统响应速度因为一体化的结构而大大提高；

3、                  集成化的结构带来用系统电量的显著降低；

4、                  造价比传统双轴伺服光伏跟踪系统降低30%以上；

5、                  内置I/O模块，便于系统扩展和功能扩充；

6、                  在具备条件的场合可以采用电机编码器信号得到支架角度信号，可以省掉两维角度传感器。

除此之外，iSun2000智能双轴光伏跟踪系统的另外一个重要特点是它是一个分布式网络化的控制器，当前版本每组最多可以连接31个光伏支架，并能够通过现场总线网络实时向中央控制室传送光伏支架各个轴的实际位置数据，并能够通过中央控制计算机对系统进行实时控制，实现分布式集散化的管理。基于iSun2000的光伏电站系统如图3所示。

此前由于光伏跟踪系统的价格昂贵，一般只有大型光伏阵列系统才会使用双伺服跟踪系统，iSun2000智能双轴伺服光伏跟踪系统的问世，将大大提高太阳能发电领域采用光伏跟踪技术的范围，即使在中小型光伏发电系统也可以使用iSun2000智能双伺服跟踪系统来提高发电量并获得显著的经济效益。以一5KW的小型光伏系统为例，采用双伺服跟踪系统以后按照提高发电量30%计算，每小时的发电量增加1.5KW，一年增加的发电量为13140度。目前国内太阳能上网电价超过1元，每年多增加产值超过13000元，投资收益是非常明显的。完成双轴跟踪所需要的投资包括iSun2000双轴伺服光伏跟踪系统、光伏跟踪机械部分，一般1年左右即可收回投资。

iSun2000 双轴伺服光伏跟踪系统的主要技术指标和功能如下

1、  系统构成： iSun2000双轴伺服光伏跟踪控制器+两台伺服电机（功率10到50W）

2、  跟踪方式： 主动跟踪 （光控模块可选）

3、  恶劣天气自动保护：当风速超过设定值，系统进入保护状态，将太阳能电池板迅速收平；待风速指标符合运行要求，再自行恢复运转

4、  夜晚自动回位功能：夜间到达指定时间，系统自动将光伏支架回转到东向，等待次日太阳升起。

5、  可选扩展功能模块:A内置GPS模块实现参数自动设置

6、  可选扩展功能模块B 内置无线网络模块实现无线联网

7、  可选扩展功能模块C 内置蓄电池充放电控制功能