季本山

(南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 南通 226010)

一種船用太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

季本山

(南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 江蘇 南通 226010)

為提高船舶上太陽(yáng)能光伏板的光電轉(zhuǎn)換效率，充分利用太陽(yáng)能，提出一種適用于船舶航行特點(diǎn)的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在總結(jié)陸用太陽(yáng)跟蹤設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)船舶航行機(jī)動(dòng)性大、具有搖擺特性等特征，通過(guò)GPS、陀螺羅經(jīng)或磁羅經(jīng)提供的船位、時(shí)間、日期和航向信息，運(yùn)用模糊控制算法完成太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的粗方位跟蹤，利用新型光電跟蹤傳感器實(shí)現(xiàn)方位角和高度角的精確跟蹤，形成一種雙軸船用太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)實(shí)船測(cè)試，驗(yàn)證了跟蹤系統(tǒng)的正確性與可行性，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的，提高了太陽(yáng)能的利用率。

船舶工程；太陽(yáng)跟蹤；航向跟蹤；光電跟蹤；模糊控制；方位角；高度角

近年來(lái)，太陽(yáng)能在船舶(尤其是沿海船舶、內(nèi)河船舶)上的運(yùn)用日益廣泛，給船舶運(yùn)輸企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。然而，由于船舶具有航向機(jī)動(dòng)性大的特點(diǎn)，目前太陽(yáng)能電池板只能水平固定在甲板上，這樣在一天中的任何時(shí)刻，太陽(yáng)光線都無(wú)法垂直射向光伏電池平板組件，使得光電轉(zhuǎn)換效率較低，影響了太陽(yáng)能的利用率。因此，設(shè)計(jì)一種太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，在優(yōu)化雙軸跟蹤系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加船舶航向跟蹤功能，使太陽(yáng)能光伏平板能自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)照射最大的方向，從而提高太陽(yáng)能板接收太陽(yáng)能照射的能力，獲得最大的光伏發(fā)電效率。

目前，國(guó)內(nèi)外陸上太陽(yáng)伺服跟蹤系統(tǒng)按信號(hào)控制方式的不同可分為光電跟蹤系統(tǒng)、視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)、光電與視日運(yùn)動(dòng)軌跡相結(jié)合的跟蹤系統(tǒng)[1]；按機(jī)械控制方式的不同可分為單軸跟蹤系統(tǒng)和雙軸跟蹤系統(tǒng)[2]。光電跟蹤系統(tǒng)采用光電傳感器，檢測(cè)太陽(yáng)的高度和方位變化，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后控制太陽(yáng)能電池板實(shí)時(shí)地跟蹤太陽(yáng)，保證太陽(yáng)能電池板與太陽(yáng)光線垂直。視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)以太陽(yáng)視日運(yùn)動(dòng)規(guī)律數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，由于太陽(yáng)日運(yùn)動(dòng)變化引起的太陽(yáng)高度和方位不僅與時(shí)間有關(guān)，而且與地理位置有關(guān)，因此控制器數(shù)據(jù)處理量大，計(jì)算復(fù)雜。

船舶具有航向機(jī)動(dòng)性大的特點(diǎn)，在船舶上直接使用陸上太陽(yáng)伺服跟蹤系統(tǒng)是不合適的?；诖?，在綜合考慮各種伺服跟蹤系統(tǒng)特征后，設(shè)計(jì)一種新型光電位置傳感器，在方位跟蹤上以航向跟蹤為初步調(diào)節(jié)，以光電跟蹤為精細(xì)調(diào)節(jié)；在太陽(yáng)高度上采用光電跟蹤調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，使太陽(yáng)能電池板保持與太陽(yáng)光線垂直或基本垂直，從而構(gòu)成適應(yīng)船舶航行特點(diǎn)的雙軸太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)。

1 太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1光電跟蹤傳感器結(jié)構(gòu)

船舶上安裝的太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)在進(jìn)行太陽(yáng)方位和船舶航向跟蹤中，船舶航向跟蹤起主導(dǎo)作用，且航向調(diào)整的頻次更多。根據(jù)這一實(shí)際情況，設(shè)計(jì)太陽(yáng)方位傳感器陣列時(shí)主要考慮的因素是降低成本、提高跟蹤的可靠性和穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)方案中，所設(shè)計(jì)的跟蹤傳感器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其中圖1(a)為平面圖。V1～V5為光敏電阻，其中：V1和V3為高度檢測(cè)元件，當(dāng)太陽(yáng)高度變化時(shí)，受遮光體影響，其電阻阻值產(chǎn)生差異；V2和V4為方位檢測(cè)元件，當(dāng)太陽(yáng)方位變化時(shí)，由于遮光體遮擋，其電阻阻值產(chǎn)生差異；V5為光照強(qiáng)度檢測(cè)元件，用于檢測(cè)陰天或夜晚的光照度。在此光電跟蹤傳感器中，因?yàn)榇昂叫兄袝?huì)有一定搖擺，遮光體采用了正方體，試驗(yàn)證明正方體遮光效果比圓柱體更好。檢測(cè)針垂直安裝在傳感器底板上，長(zhǎng)度為10 cm，用來(lái)檢驗(yàn)跟蹤系統(tǒng)穩(wěn)定后的跟蹤效果，如果跟蹤性能良好，檢測(cè)針在底板上應(yīng)沒(méi)有或只有很短小的太陽(yáng)影，即太陽(yáng)能光電平板與太陽(yáng)光線垂直或幾乎垂直。

(a)(b)

圖1 光電跟蹤傳感器結(jié)構(gòu)圖

1.2雙軸機(jī)械跟蹤結(jié)構(gòu)

由于太陽(yáng)日視運(yùn)動(dòng)是由高度和方位決定的，因此必須在高度和方位2個(gè)自由度上對(duì)跟蹤太陽(yáng)的伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。不過(guò)，由于跟蹤伺服機(jī)構(gòu)安裝在甲板上，船舶航行時(shí)方位跟蹤更為復(fù)雜。本設(shè)計(jì)方案中采用的雙軸跟蹤器是在HYGD-20雙軸跟蹤器[3]的基礎(chǔ)上改造的，高度和方位機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)均由減速器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，高度角由安裝在支柱上端的俯仰軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，電池板的法線相對(duì)于水平面可進(jìn)行0°～90°調(diào)節(jié)；方位角由安裝在機(jī)構(gòu)底盤(pán)上的方位軸旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，電池板的法線相對(duì)垂直面有0°～180°的調(diào)整范圍。2個(gè)自由方向均設(shè)有極限位置限位開(kāi)關(guān)，防止在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)損壞機(jī)械或燒壞電動(dòng)。

雙軸跟蹤器支柱固定在陸地上，由地球作參考點(diǎn)，保證電池板的方位大方向是向南的(北半球)，其余通過(guò)方位軸旋轉(zhuǎn)來(lái)跟蹤太陽(yáng)。雙軸跟蹤器裝船后，方位上失去了參考點(diǎn)，電池板的方位大方向無(wú)法確定，為獲得參考點(diǎn)，在方位軸上增加了絕對(duì)光電旋轉(zhuǎn)編碼器，其與方位軸的轉(zhuǎn)速比為1∶1。由于絕對(duì)式光電旋轉(zhuǎn)編碼器是將碼盤(pán)角度直接進(jìn)行數(shù)字化編碼的，且具有零點(diǎn)位置固定、圓形碼盤(pán)的旋轉(zhuǎn)角度與輸出編碼一一對(duì)應(yīng)等特點(diǎn)，將其作為雙軸跟蹤器方位檢測(cè)傳感器具有合理性和科學(xué)性。絕對(duì)式編碼器的分辨率即為分辨角α，取決于碼盤(pán)上的碼道數(shù)n，兩者之間的關(guān)系為：α=360°/2n[4]。在此選擇單圈編碼器碼道數(shù)為10，并行輸出有10位，最大測(cè)量范圍為1 024，分辨角為0.35°， 編碼器數(shù)據(jù)輸出格式為格雷碼。在安裝時(shí)，將絕對(duì)式編碼器零位調(diào)到與電池板平面垂直，即零位指向北時(shí)電池板應(yīng)該對(duì)著南。另外，將方位軸的旋轉(zhuǎn)調(diào)整范圍改造為0°～360°，實(shí)現(xiàn)全回轉(zhuǎn)，以適應(yīng)船舶航行特點(diǎn)。

2 太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1光電跟蹤傳感器信號(hào)處理電路

光電跟蹤傳感器上的5個(gè)光敏電阻(V1～V5)分別承擔(dān)高度、方位和光照度信號(hào)檢測(cè)的任務(wù)。信號(hào)的處理由運(yùn)算放大器LM358構(gòu)成的電壓比較器完成，圖2為高度角信號(hào)處理電路，可看出，當(dāng)太陽(yáng)升高時(shí)，由于遮光體遮擋，V1接收的光照強(qiáng)度小于V3，這時(shí)運(yùn)放LM358的U1A中的2號(hào)腳獲得的參考電壓高于3號(hào)腳的輸入電壓，U1A中的1號(hào)腳輸出OUT1為低電平；而在U1B中，因6號(hào)腳的輸入電壓高于5號(hào)腳上的參考電壓，7號(hào)腳輸出OUT2為高電平。OUT1為低、OUT2為高，兩信號(hào)驅(qū)動(dòng)跟蹤器俯仰軸旋轉(zhuǎn)，使電池板向上翻轉(zhuǎn)，直到V1和V3光照度相同為止。方位角信號(hào)的處理電路與高度角信號(hào)相同(這里從略)。圖3為光照強(qiáng)度信號(hào)處理電路，陰天時(shí)因V5光照度不足，運(yùn)放U3的2號(hào)腳電位高于3號(hào)腳，比較器U3A的輸出為低電平，而U3B的輸出為高電平。這時(shí)控制系統(tǒng)將跟蹤器俯仰軸旋轉(zhuǎn)，使電池板至水平，跟蹤系統(tǒng)停止工作。

圖2 高度角信號(hào)處理電路

圖3 光照強(qiáng)度信號(hào)處理電路

2.2電動(dòng)機(jī)伺服電路

海寶是2010年上海世博會(huì)的吉祥物，以漢字“人”字為核心創(chuàng)意，體現(xiàn)出中國(guó)文化的特色。海寶的造型是漢字“人”和現(xiàn)代卡通形象的結(jié)合體。他有海浪般的頭發(fā)、卡通化的表情、又大又圓的眼睛、圓潤(rùn)的身體，高高豎起的大拇指和站穩(wěn)地面的大腳，全身是象征生命的海藍(lán)色，充滿想象力，這個(gè)形象可愛(ài)、個(gè)性、活潑，是中國(guó)對(duì)世界人民的盛情邀請(qǐng)，也象征了逐步發(fā)展和潛力無(wú)限的中國(guó)。“人”是中國(guó)的人，也是世界的人。文字把人類社會(huì)的原始階段和文明階段區(qū)分開(kāi)來(lái)，文字可以記錄語(yǔ)言、交流信息、積累知識(shí)，從而形成文化。漢字是中國(guó)幾千年來(lái)特有的文字文化，它與卡通形象的結(jié)合加快了中國(guó)文化的傳播。

本設(shè)計(jì)方案的跟蹤器驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用永磁直流電動(dòng)機(jī)，由蓄電池供電，驅(qū)動(dòng)芯片采用H橋MC33186[5]驅(qū)動(dòng)芯片。MC33186的主要技術(shù)參數(shù)有：工作電源電壓為5～28 V、連續(xù)輸出電流5 A，最大輸出電流6.5 A，輸出電流gt;8 A時(shí)短路保護(hù)動(dòng)作等。該芯片最常用的使用方式是將COD和DI1接地，DI2接高電平時(shí)，利用IN1和IN2的電平控制使OUT1和OUT2輸出不同極性的電壓，從而使永磁直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。圖4為MC33186的典型應(yīng)用，IN1輸入高電平、IN2輸入低電平時(shí)，OUT1通過(guò)晶體管接到電源正極，OUT2通過(guò)晶體管接到電源負(fù)極，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)；相反，N1輸入低電平、IN2輸入高電平時(shí)，OUT1通過(guò)晶體管接到電源負(fù)極，OUT2通過(guò)晶體管接到電源正極，電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖4 MC33186芯片典型應(yīng)用電路

2.3系統(tǒng)控制主電路

太陽(yáng)跟蹤控制系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，整體框圖見(jiàn)圖5，主電路見(jiàn)圖6。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)輸出數(shù)據(jù)根據(jù)NMEA0183協(xié)議，通過(guò)RS485接口(主電路中J02)為跟蹤控制系統(tǒng)提供時(shí)間、日期和經(jīng)緯度信息；陀螺羅經(jīng)(或磁羅經(jīng)傳感器)輸出數(shù)據(jù)根據(jù)NMEA0183協(xié)議，通過(guò)另一個(gè)RS485接口(主電路J03)為系統(tǒng)提供船舶航向信號(hào)；2個(gè)MX485接口芯片分別由P2口的P2.4和P2.5置高電位實(shí)現(xiàn)GPS和陀螺羅經(jīng)數(shù)據(jù)信號(hào)的分時(shí)接收；太陽(yáng)能電池板相對(duì)船首的位置信號(hào)由十位光電旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)主電路J04提供；方位角、高度角、光強(qiáng)度、風(fēng)速信號(hào)經(jīng)過(guò)主電路中的J01從P0口提供相關(guān)信號(hào)。風(fēng)速信號(hào)經(jīng)過(guò)J06送P3口的P3.4和P3.5。所有輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，由P2口的P2.0～P2.3經(jīng)J05控制H橋MC33186驅(qū)動(dòng)模塊，從而控制方位角電機(jī)和高度角電機(jī)驅(qū)動(dòng)方位軸、俯仰軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖5 跟蹤控制系統(tǒng)框圖

3 太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)船舶航行狀態(tài)的特征，要使太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)具有良好的跟蹤性能，必須解決方位角跟蹤問(wèn)題。分析太陽(yáng)日運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，太陽(yáng)方位在視時(shí)上午10時(shí)前和下午14時(shí)后一般每小時(shí)在15°以下變化，而在視時(shí)上午10時(shí)后和下午14時(shí)變化較快，一般每小時(shí)有30°甚至40°的變化；太陽(yáng)的方位和相對(duì)航向的變化總是連續(xù)、緩慢、有規(guī)律的。在設(shè)計(jì)程序時(shí)，方位角跟蹤以航向?yàn)槌醪礁?，以光電跟蹤為精確跟蹤。雙軸跟蹤機(jī)構(gòu)底座固定到船舶甲板上之后，太陽(yáng)能電池板平面與光電旋轉(zhuǎn)編碼器零線垂直，而光電旋轉(zhuǎn)編碼器零線平行船舶首尾線并指向船首，這樣太陽(yáng)能電池板平面和船首(即航向)就建立了方位上的關(guān)聯(lián)。通過(guò)船舶航向旋轉(zhuǎn)方位電機(jī)可以使光電旋轉(zhuǎn)編碼器零線指向真北，這時(shí)太陽(yáng)能電池板平面指向南，在地球的北半球能保證太陽(yáng)光線直射的基本方向。但是，利用光電跟蹤傳感器對(duì)太陽(yáng)方位進(jìn)行跟蹤的動(dòng)態(tài)范圍小，以北半球?yàn)槔?，如果總以光電旋轉(zhuǎn)編碼器零線指北為基準(zhǔn)確定電池板的一個(gè)基本方向，那么，每次船舶改向后，光電跟蹤的調(diào)整方位范圍會(huì)很大，這樣光電跟蹤的效率就會(huì)降低，跟蹤穩(wěn)定性就會(huì)變差。為找出船舶改向后光電旋轉(zhuǎn)編碼器零線指向基準(zhǔn)，在指北(北半球時(shí))的基礎(chǔ)上，利用模糊控制算法，根據(jù)時(shí)間、日期計(jì)算出當(dāng)時(shí)太陽(yáng)方位的修正量，確定一個(gè)新的光電旋轉(zhuǎn)編碼器零線指向基準(zhǔn)，確保船舶改向后光電跟蹤方位角調(diào)節(jié)范圍很小或?yàn)榱?，提高跟蹤效率和可靠性?/p>

圖6 跟蹤控制系統(tǒng)主電路

在同一地理位置，太陽(yáng)方位的變化不僅與時(shí)間有關(guān)，而且與日期有關(guān)，分析太陽(yáng)方位年變化規(guī)律和時(shí)變化規(guī)律，建立模糊控制規(guī)則。將太陽(yáng)年方位變化率CE作為模糊集合的論域，并取為[-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6]，模糊子集為[NL，NM，NS，Z0，PS，PN，PL]；將太陽(yáng)時(shí)方位變化量E作為誤差輸入量，設(shè)E和CE的隸屬度函數(shù)為三角形狀(見(jiàn)圖7)，建立二維模糊控制器。根據(jù)太陽(yáng)方位變化制定模糊控制規(guī)則(見(jiàn)表1)，并計(jì)算得到模糊控制查詢表；單片機(jī)程序通過(guò)查表的方式完成模糊控制算法，得到太陽(yáng)方位的修正量Ae。

圖7 隸屬函數(shù)曲線圖

跟蹤系統(tǒng)從陀螺羅經(jīng)串行數(shù)據(jù)輸出接口或磁羅經(jīng)傳感器的信號(hào)序列的$-HDT[7]語(yǔ)句中提取出船舶的真航向，方位角跟蹤電機(jī)以與真航向相反的方向旋轉(zhuǎn)，使光電編碼器的零線轉(zhuǎn)至航向值上，即-TC(北半球時(shí))。這樣，船舶航向改變后，太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)將光電旋轉(zhuǎn)編碼器的零線調(diào)整為A=-TC+At+Aλ+Ae，此時(shí)電池板平面應(yīng)與太陽(yáng)光線垂直或基本垂直，船舶航向穩(wěn)定后再通過(guò)光電傳感器進(jìn)行方位角精確跟蹤。

表1 模糊控制規(guī)則

船舶在夜間航行時(shí)，航行燈或探照燈的干擾會(huì)使跟蹤系統(tǒng)誤動(dòng)作，通過(guò)從GPS輸出序列信號(hào)的GPRMC語(yǔ)句中獲取UTC時(shí)間信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為區(qū)時(shí)(或船時(shí))來(lái)確定跟蹤系統(tǒng)的工作時(shí)間段，保證系統(tǒng)只在白天起動(dòng)，在夜晚、光照強(qiáng)度傳感器檢測(cè)為陰天或檢測(cè)到風(fēng)力gt;12 m/s時(shí)停止工作，使太陽(yáng)能電池板旋轉(zhuǎn)呈水平態(tài)。

單片機(jī)通過(guò)J04接口讀取光電旋轉(zhuǎn)編碼器的十位太陽(yáng)能電池板位置信號(hào)，再用公式計(jì)算的方法把格雷碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，確定太陽(yáng)能電池板相對(duì)船首角度。其算法是將二進(jìn)制數(shù)Ci與格雷碼Ri之間的關(guān)系表示為：Cn=Rn；Cn-1=Rn⊕Rn-1；Cn-2=Rn⊕Rn-1⊕Rn-2；…；C1=Rn⊕Rn-1⊕Rn-2⊕…⊕R1；C0=Rn⊕Rn-1⊕Rn-2⊕… ⊕R1⊕R0。

太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)控制程序流程圖見(jiàn)圖8。

圖8 太陽(yáng)跟蹤控制程序流程圖

4 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與驗(yàn)證

將太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)安裝在實(shí)船上進(jìn)行試驗(yàn)，注意光電旋轉(zhuǎn)編碼器的零線位置與船首線的相對(duì)位置。經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，在陰天、夜晚和大風(fēng)狀態(tài)下都能使電池板置于水平。船舶航向機(jī)動(dòng)時(shí)，跟蹤系統(tǒng)的方位角調(diào)整響應(yīng)時(shí)間lt;3 s；由于采用了模糊控制算法，船舶改向后光電傳感器的方位角控制量很小，保證了光電跟蹤的方位控制精度，方位跟蹤精度達(dá)到了1°。由于船舶橫搖周期短，船舶橫搖時(shí)高度角跟蹤有振蕩現(xiàn)象，在高度角信號(hào)處理中增加了延時(shí)控制，克服了高度角跟蹤的振蕩，高度精度也達(dá)到了1°。用檢測(cè)桿檢查，跟蹤系統(tǒng)穩(wěn)定后檢測(cè)桿的影子長(zhǎng)度≤0.2 cm。太陽(yáng)光線幾乎垂直照射到太陽(yáng)能光伏板上，船用太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)計(jì)太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)時(shí)，首次提出適用于船舶航行狀態(tài)的太陽(yáng)能跟蹤控制關(guān)鍵技術(shù)，最大限度地提高了太陽(yáng)能的利用率。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制可靠、跟蹤精度高、維護(hù)方便的特點(diǎn)。

[1] 陸仲達(dá)，田群宏，張金龍.一種太陽(yáng)方位跟蹤器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 魯東大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2012(28)： 18-22.

[2] 舒志兵，湯世松，趙李霞. 高精度雙軸伺服太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J]. 伺服控制， 2010(4)：31-33.

[3] HYGD-20雙軸自動(dòng)跟蹤器聚光太陽(yáng)能發(fā)電站說(shuō)明書(shū)[K].山東華藝陽(yáng)光太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的有限公司,2008.

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[7] 黃凌.船舶偏航報(bào)警及航向記錄儀的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D]. 南京：南京理工大學(xué)，2007.

DesignofSun-TrackingSystemforShips

JIBenshan

(Nantong Shipping College, Nantong 226010, China)

A sun-tracking system is proposed to make full use of solar energy so as to improve the photoelectric conversion efficiency of solar photovoltaic panels onboard ships. The design is different from land sun-tracking designs because it must deal with maneuvering and swaying of ships. A twin screw ship sun-tracking system is designed working in coarse-fine mode. The coarse tracking of sun azimuth is performed by fuzzy control algorithm according to date, time, the position from GPS, and the heading from the gyro or magnetic compass, and the fine tracking of the sun giving azimuth and elevation angle is achieved by a new type of photoelectric tracking sensor. The design is verified through ship trial, which shows noticeable improvement of solar energy utilization.

ship engineering; untracking; course tracking; photoelectric tracking; fuzzy control; azimuth; elevation angle

2014-08-29

季本山(1961—)，男，江蘇如東人，教授，碩士生導(dǎo)師，從事船港電及其自動(dòng)化教學(xué)與研究。E-mail:jbs@ntsc.edu.cn

1000-4653(2014)04-0100-05

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