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利用太阳能跟踪系统增加土耳其最具太阳能潜力的地区的电能
Musa Yılmaz and Fevzi Kentli
摘要：在本研究中，我们研究了自己根据固定系统设计的两轴太阳能跟踪光伏系统的效率。在双轴太阳跟踪系统中，采用翻斗电机，最大限度地降低了系统的能耗.这两个系统都安装在同一个地方，以充分比较两轴跟踪系统的效率和固定系统的效率，并使用相同品种的面板，充电调节器，测量装置和电池。结果表明，两轴运动系统的效率高于固定系统，年平均效率为31.67%。这种效率是在一些日子里测量的，冬季高达70%，夏季高达11%。
关键字：太阳能，光伏，双轴太阳跟踪，土耳其太阳能。
1.概述
21世纪，土耳其遇到了严重的能源问题，导致了替代能源的使用。此外，经济发展取决于可靠和可持续的能源供应，这是众所周知的.对环境态度的反思，特别是对全国各大城市减少空气污染和全球变暖的思考，需要使用新技术，而不是使用当今污染更大、温室气体排放更少的能源，以降低全球所有预期的风险。能源最重要的方面之一是其生产效率和成本[1]。今天，用于发电的太阳能电池板已经达到了令人满意的水平。它们具有生产的多样性和从单位表面产生电能的工作。为一定数量的太阳能电池板设置功率值，该电池板被串联/并联以获得所需的功率[2]。然而，如果这些面板实现了更有效的能源，成本就会降低[3]。近年来，人们对太阳能发电的研究越来越多。这些研究还研究了太阳跟踪系统的效率[4]。
1970年，土耳其国家气象局在一项科学研究中首次将太阳能发电。土耳其国家气象局拥有1966年至1982年在土耳其各地测量的与日照时数和太阳辐射有关的数据。根据可再生能源总局的数据，每年的日照时数为2640小时(7.2小时)，7月份的最大值为361.8小时，12月的日照时数为97.8小时。总辐射的平均强度计算为每年1311千瓦时/平方米(3.6千瓦时/平方米)。安纳托利亚东南部是最富有的地区，一年中日照时数达3015.8小时。
在这项研究中，开发了一种基于微控制器的双轴太阳跟踪系统，它可以在方位角和高度角度上跟踪太阳，并且不需要光传感器或比重计，以获得太阳的最大能量。该微控制器利用光伏面板位置的纬度和经度数据计算方位角和高度角。产生并使用基于这些角度的变化的PWM信号来控制直流电机。这项研究的目的是提供有关光伏电池板和太阳跟踪系统的信息。文中给出了该系统的实验结果。
本研究基于上述原因，由于安纳托利亚东南部地区太阳能潜力最大，对位于安纳托利亚东南部的迪亚尔巴克尔市的能源潜力进行了详细的研究，利用太阳能跟踪系统，利用光伏电池板进行太阳能跟踪，使现有潜力大大增加。
2. 太阳跟踪系统的设计
光伏电池是指直接利用太阳能发电的装置，太阳能是可再生能源之一[2]。它们是以不同的尺寸和不同的力量生产的。通过串联或并联连接面板，可以获得更多的功率。选择太阳能电池最重要的原因是它们受益于一个可以被认为是无限的来源，而且它们不会产生废物。
A.太阳跟踪系统
为了从太阳能电池板上获得最大的能量，太阳的光线必须垂直地落在电池板上[2]。
在这些系统的实施过程中遇到了各种困难和不便。带有光敏传感器的跟踪系统需要在两轴跟踪应用中使用4种不同的光敏传感器.此外，当其中一个传感器被阻塞或天气部分多云时，就会产生不稳定性。
控制系统采用不同的控制元件，如单片机、PLC、微处理器等。每个控件元素都有特定的编程方法。
在机械系统中，驱动器的选择是根据电机的类型(直流电机，步进电机)。由于系统中使用的电动机的工作原理，无法从太阳完全获得最大能量。例如，在步进电机中，运动发生在步骤中。虽然太阳射线最初垂直地落在面板上，但由于太阳方位角在经过的时间内发生变化，直到台阶发生变化，所以不能从带有步进电机的系统中获得最大能量。另一方面，在直流电机中，需要使用一个单独的电路来改变方向。
由于上述缺点和后果，本研究采用了一种能跟踪太阳角度的瞬间变化，并能根据控制信号改变系统位置和角度的执行器电机[6]。
B.太阳角度
在本节中，将解释如何在一年中的任何时间、任何地点计算太阳位置。首先，人们认为地球是固定的，太阳围绕其南北轴旋转，我们必须找到太阳的倾斜角(delta;)。delta;角是在赤道的平面和从太阳中心到地球中心的一条线之间。它在23.450到-23.450之间变化。斜度角的计算公式有很多种，但没有一个公式能找到精确的斜度值，因为delta;年年变化很小。其中之一是
delta;=
其中n为年初计算的天数，delta;o 为 [7].
方位角（）在南线以东为正，在南线以西为负。方位角和高度角（）是根据纬度、年日数和一天中的时间来确定的。这些角度可以通过以下公式找到：
=
=
3.试验结果
本实验是在迪亚巴克尔(37，91°N，40，27°E)迪科利大学工科学院的一个研究机构的屋顶上进行的。
实验采用了两个多晶光伏组件(DPE-120型，德国DunyaPrestij太阳能)，每个模块的峰值功率为120 W。表一显示了光伏模块的电气参数。
表一：实验光伏模块的典型电气参数
|
峰值功率A(WP) |
W |
120 |
|
开路电压(VOC) |
V |
32.89 |
|
最大电源电压(VPM) |
V |
26.46 |
|
短路电流(ISC) |
A |
4.91 |
|
最大系统电压 |
V |
1000 |
|
最大系列熔断器 |
A |
15 |
标准试验条件(定义为：辐照度=1000 Wm2；电池温度=25℃；AM 1.5g太阳光谱)。额定功率公差plusmn;5%。
在实验中，第一个光伏电池板(PVF)安装在一个固定的倾斜角度37°朝南(如图1所示)，而两个轴的太阳跟踪(PVT)是在整个太阳的方位角和高度角全天应用于第二个面板(PVT)[8]。
为了研究所设计的太阳跟踪系统的性能，建立了一个固定系统。此外，这些系统被安置在同一个屋顶上，以考虑对这两种系统施加的相同条件。图1示出了这两个系统的图。
图1.从屋顶系统看
为了在两个轴上移动面板，使用了固定在面板上的销和连接到这些引脚上的齿轮以及连接到直流电动机的引脚上的其他齿轮。这些直流电动机的供电电压为24V直流[9]。
该系统采用DS 1302芯片，实时采集数据和时间信息，并传输给PIC 18F4520微处理器。该系统的两轴跟踪阵列的照片如图2所示。
数据和时间数据从DS 1302读取，并利用PIC18F4520中的程序计算方位角和斜角。根据方位角和斜角的计算值，PIC18F4520产生了两个PWM信号。采用脉宽调制(PWM)信号驱动MOSFET获得电机控制信号2-10V的电压，并利用电机按规定的角度旋转光伏电池板。在所设计的系统中，光伏面板是根据方位角和斜角旋转的。
图2.追踪阵列的照片
本实验是在迪亚巴克尔大学迪亚巴克尔职业学院(37，91°N，40，27°E)的研究机构屋顶上进行的[8]。
迪亚巴克尔利用太阳能的平均时间为7.91小时。由于太阳能在7.91小时后无法从光伏电池板上收集，光伏电池板被移动到0°位置，直到日出，系统进入待机状态。这样，它的目的是节省能源，减少机械疲劳和磨损[10]。
比较了光伏电池板通过基于传感器的经典方法运动得到的电压和功率变化值，以及通过不需要传感器的方位角和斜角来旋转面板得到的电压和功率变化值。在图3中可以看出，与经典方法相比，所设计的系统产生了更多的电压，获得了更多的功率。
图3.光伏电池板按固定位置和太阳跟踪的功率值曲线。
本研究开发了一种低成本、可编程的实时跟踪太阳方位角和高度角度且不需要光传感器的系统[9]。作为一种基于微控制器的系统开发的光伏面板跟踪系统在土耳其迪亚巴克尔省进行了测试，发现与固定系统相比，该系统从太阳中获得的能量更多。利用本研究开发的系统，无论天气晴朗或阴天，太阳都被实时跟踪。在测量月份进行的实验中(表二和图4)。观测到，与固定系统相比，平均可获得31.67%的能量，并且由于实时跟踪，所获得的能量没有振荡[12]。
图4.实验平均月总增益(%)
4.结论
在本研究中，观察了新的太阳跟踪系统的控制和编程工作的性能，并根据固定系统在冬季获得了高达46.93%的电能。固定太阳能电池板定位在370南侧，夏季跟踪系统效率仅提高8.75%，为实验中最低水平。夏季的热量和辐射反射是造成这种现象的原因。然而，尽管如此，平均增长32.84%，尽管跟踪系统面板价格今天很高，是一个重要的收益。这项应用于该系统的研究安装在位于土耳其太阳带的迪亚巴克尔的迪科利大学工程系的屋顶上。
土耳其东南部安纳托利亚地区最重要的太阳能潜力是迪亚巴克尔省之一。一年来，在文献中获得了土耳其最具太阳能潜力的东南安纳托利亚地区重要省份迪亚巴克尔的测量结果，并根据年度数据按日、月和年提供了各种图表。总之，本文设计了一种成本最小、功耗最小的固定系统和两轴太阳跟踪系统。通过对迪亚巴克尔省的年度测量，根据不同因素对两种系统进行了比较。清洁能源技术杂志，第一卷。2015年7月，土耳其应增加太阳能工程。东南地区的土地非常平坦和广阔，这是利用太阳能跟踪系统增加的能量。
参考文献
[1] T. C. Akinci, E. Dursun, S. Seker, and O. Kilic, “Coherence analysis
between hydrogen flow and electricity current in fuel cells,” Ener.
Educ. Sci. Tech.-A, vol. 28, pp. 555-562, 2012.
[2] C. Sungur, A. A. Altun, and H. Terzioglu, “A microcontroller-based
real time two-axes sun tracking system for maximum PV energy,” Ener.
Educ. Sci. Tech.-A, vol. 28, pp. 827-834, 2012.
[3] Y. M. Chen, Y. C. Liu, S. C. Hung, and C. S. Cheng, “Multi-input
inverter for grid-connected hybrid PV/wind power system,” Power
Electron IEEE Transac, vol. 22, pp. 1070-1077, 2007.
[4] A. Messai, A. Mellit, A. Guessoum, and S. A. Kalogirou, “Maximum
power point tracking using a Ga optimized fuzzy logic controller and
its FPGA implementation,” Solar Energy, vol. 85, pp. 265-270, 2011.
[5] EIE. Publication of National Energy Conservation Center. (2012,
October). [Online]. Available: http://www.eie.gov.tr.
[6] M. Ustuner and T. Ustuner, “The effects of temperature changes on
efficiency of solar panels in different cities of Turkey,” Ener. Educ. Sci.
Tech.-A, vol. 28, pp. 631-640, 2012.
[7] S. Kivrak, “Comprehensive desing for controlling and modelling of an
off-grid PV system at maximum power output,” Ph.D. thesis, Dept.
Energy Inst., Dokuz Eylul University, Izmir, 2008.
[8] M. Kacira
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