王煜
天津市第一商业学校 300180
摘要：随着全球资源的日益匮乏和环境污染问题的日益严峻，光伏发电作为一种无污染的新能源发电技术已逐渐受到重视与普及，对于光伏发电系统而言，传感器技术的应用在其中发挥着重要作用。在中职光伏发电技术应用专业中，《光伏设备安装与调试》课程的讲授中涉及了光伏发电系统的设计安装方法以及传感器的作用，本论文将以此课程为依据，浅析传感器技术在中职光伏专业教学中的应用。
关键字：传感器 光伏设备安装与调试 课程 应用
一、中职《光伏设备安装与调试》课程定位
（一）中职光伏专业课构成
随着光伏发电这种新能源发电方式的逐步应用与普及，许多中等职业学校相继开设光伏发电技术应用及相关专业，在中职光伏类专业教学中，依据职业岗位知识和技能需求，开设《光伏材料技术》、《光伏电池片制造技术》、《光伏组件制造技术》等专业基础课与技能课，这三类课程从理论教学与实训教学双方面培养学生对光伏产业生产链的基本认知与操作方法。学生在已学习相关课程并具备以上专业知识与能力的基础上，针对光伏发电系统的实际应用，学校开设《光伏设备安装与调试》课程，旨在使学生对光伏发电的基础理论知识有更深层次的认知，掌握系统安装与调试方法，从而为步入工作岗位，解决实际生产问题打下基础。
（二）《光伏设备安装与调试》课程介绍
结合中等职业教育的办学定位和学生的基本学情，该课程将光伏设备与系统的安装调试相关知识和技能融入典型项目中，内容涉及光伏发电基本原理，光伏发电系统中蓄电池、逆变器、控制器等相关设备的安装与维护，光伏跟踪系统的安装与维护，以及与实际应用相结合，光伏路灯、警示灯系统的安装与维护等。通过典型的工作任务讲授与练习，达到学做合一的目的，从而使学生熟知光伏发电原理，掌握光伏发电应用，贴合新能源产业发展急需的光伏发电系统安装、调试和维护的高技能应用型人才需求，同时培养学生安全文明生产观念、综合素养及团队合作精神等。
二、传感器基本情况介绍
（一）传感器应用与分类
依照我国国家标准对传感器的定义，传感器是能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器技术作为一种信息获取的重要手段，与通信技术、计算机技术共同构成信息技术的三大支柱。目前，传感器技术已经在越来越多的领域得到应用，广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗诊断、军事科研、航空航天、现代办公设备、智能楼宇和家用电器等领域，并已经成为构建现代信息系统的重要组成部分。传感器分类方法较多,大体有以下几种：按传感器检测的范畴可分为物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器；按传感器的输出信号可分为模拟传感器、数字传感器；按传感器的结构可分为结构型传感器、物性型传感器、复合型传感器；按传感器的功能可分为单功能传感器、多功能传感器、智能传感器；按传感器的转换原理可分为机—电传感器、光—电传感器、热—电传感器、磁—电传感器、电—化学传感器；按传感器的能源可分为有源传感器、无源传感器。
（二）传感器技术的发展
传感器技术于20世纪的中期问世，他的发展经历三代历程，第一代为结构性传感器，即利用结构参量变化来感受和转化信号；上世纪70年代后期发展起来的为第二代传感器——由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成的固体传感器，并随着集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术的发展，出现了具有成本低、可靠性高、接口灵活等特点的集成传感器，传感器技术正向着低价格、多功能和系列化的方向发展；上世纪80年代，第三代传感器——智能传感器应运而生，其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。到了上世纪90年代，智能化测量技术有了进一步的提高，在传感器一级水平实现智能化，使其具有自诊断功能、记忆功能、多参量测量功能以及联网通信功能等。
（三）中职光伏专业传感器教学现状
基于传感器技术在各领域的广泛应用，尤其在光伏发电技术领域中也占有举足轻重的作用，中等职业学校光伏类、机电类专业相继开设了《传感器技术》及相关课程。《传感器技术》作为专业基础课，分门别类地重点介绍各种传感器的工作原理和特性，结合工程应用实际，使学生了解传感器在各种电量和非电量检测系统中的应用，培养学生使用各类传感器的技巧和能力，充分了解传感器技术的发展动向，熟悉常用传感器构成和工作原理及在实际生产中的典型应用，能够合理选用传感器件，对电路进行调试、对简单故障进行排除和维修，通过实际教学中，理论与实践的结合，提高学生综合素质和职业能力，以及传感器技术的实际应用能力，以此为基础，为更好地学习光伏专业知识做好充足的知识准备。
三、传感器在光伏追日跟踪系统中的应用
（一）光伏追日跟踪技术介绍
所谓追日跟踪技术，是指在太阳能光伏发电系统中，要求光伏组件与太阳光的投射方向相垂直，以使太阳光能转换成电能的效率达到最大化，设计满足要求的追日系统，以确保光伏组件有最佳的工作角度。
追日跟踪技术在国内发展现状：1.2009年杭州电子科技大学徐静以森林防火为应用目的对独立光伏发电系统及其跟踪做了深入探讨。与以往类似系统的不同之处在于将一天中可能出现的天气细分为晴天。多云和阴雨三种不同的状况，并确定了应对上述三种不同天气状况的相应跟踪模式。2.2012年河南师范大学路博对高精度的太阳跟踪方法进行了研究，并用选取的高精度的天文公式计算结果对太阳位置进行初定位，通过对多种光电元件各自特性的分析，设计了由硅光电池构成的太阳方位检测传感器用来弥补初定位的误差，克服了两种跟踪方法各自的缺点，实现了精确跟踪。追日跟踪技术在国外发展现状：1.1994年德国北部，采取了单轴太阳能跟踪装置的太阳能厨房开始应用2.1997年研制了单轴太阳能跟踪器，完成了东西方向的自动跟踪，而南北方向则通过手动调节，接收器的接受效率提高了。
（二）光伏追日跟踪教学中的传感器应用
在《光伏设备安装与调试》课程教学中，教师指导学生为光伏发电系统设计一套自动追日跟踪装置。两盏控制灯光模拟太阳光源，灯的几何位置模拟太阳的运行轨迹以及太阳光的入射角度。通过太阳能电池板上的追日跟踪传感器提供的模拟太阳光照度信息及位置信息，控制太阳能电池板的水平和垂直运动，使太阳能电池板始终正对着模拟太阳光源，以提高太阳能电池的发电效率。系统主要由4块太阳能电池板组件、3盏300W投射灯、追日跟踪传感器、水平和俯仰运动机构、直流电动机和支架组成。
其中，追日跟踪传感器为光线传感器。光线感应器又称亮度感应器，由投光器和受光器这两个组件构成，其工作原理是利用投光器将光线通过透镜聚焦，光线经过传输到达受光器的透镜，最后被接收感应器所接收，感应器将收到的光线信号转换成电信号。光伏追日跟踪系统即利用光线传感器的此项特性，来完成光伏组件对太阳光线的追踪，以达到最佳入射角度。
光伏供电由光伏供电装置和光伏供电系统完成，光伏供电主电路电气原理如图1所示。继电器KA1和继电器KA2将单相AC220V通过接插座CON2提供给摆杆偏转电动机，电动机旋转时，安装在摆杆上的投射灯由东向西方向或由西向东方向移动。摆杆偏转电动机是单相交流电动机，正、反转由继电器KA1和继电器KA2分别完成。继电器KA7和继电器KA8将单相AC220V通过接插座CON3分别提供给投射灯1和投射灯2。
光伏电池方阵分别向东偏转或向西偏转是由水平运动直流电动机控制，正、反转由继电器KA3和继电器KA4通过接插座CON4向直流电动机提供不同极性的直流24V电源，实现直流电动机的正、反转。光伏电池方阵分别向北偏转或向南偏转是由另俯仰运动直流电动机控制，正、反转由继电器KA5和继电器KA6完成。直流12V开关电源提供给光线传感器控制盒中的继电器线圈使用。继电器9KA1至继电器KA8的线圈使用+24V电源。
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图1 光伏供电主电路电气原理图
1.根据追日跟踪原理，基于PLC，绘制出光源模拟跟踪控制系统电气原理图，如图2所示。
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图2 光源模拟跟踪控制系统电气原理图
2.plc I/O分配结果如表1所示
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3.使用西门子S7-300 PLC软件进行编程实现预期的控制
主程序：
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自动程序：
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四、结语
光线传感器安装在光伏追日跟踪系统中，使整个机构对太阳光进行跟踪，有效地将太阳能转化为电能，为供电装置和负载提供有效支持。该装置也可应用在家庭或光伏发电厂中。因此，传感器知识在《光伏设备安装与调试》课程及中职光伏课程教学中具有重要的应用。在专业课教学中，应将传感器知识与光伏设备安装与调试技能有机结合，使中职学生在了解传感器基本概念、原理的基础上，掌握其在光伏系统中的应用方法，为深入学习光伏专业知识、走向光伏相关岗位打下基础。
参考文献
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