1适用农田的光伏支架设计

1.1常见农业机械数据分析

我国农业机械化发展较晚，大型农业机械已发展至470万台，农业机械化程度达到70%。因此，适应农耕机械化的设计是光伏支架的首要考虑因素。目前，常见的农用机械分以下几大种类：

1）耕地整理机械。①拖拉机：运输、动力机械。②旋耕机：主要作用是平整土地，将大块的土疙瘩破碎成细土。③起垄机：在种地的时候将土地起垄，便于覆膜种植。

2）种子类。①拌种机：为了将种子与保护性的种子农药混合，防止播种时被病虫害侵害。②播种机：主要作用是将种子播撒到地里。

3）采收类。①各类粮食作物收割机（小麦收割机、水稻收割机、玉米收割机）。②脱粒机：在联合收割机没有出现之前常见的，主要的作用是将作物的籽粒提取。③烘干机：烘干籽粒。

4）植保类。①喷雾器：喷洒农药及叶面肥，这些年又多了电动的、汽油的、柴油的等等。②农用航空喷雾器。进行光伏支架设计时，转弯半径过大导致光伏支架铺设密度过低，铺设范围过大，光照利用率过低。农田用光伏支架铺设宽度宜在4200～6000（单位/mm）。因此，可以得出如下结论：在应用常用拖拉机、起垄机和播种机的耕地，可以适用光伏支架；大型联合收割机的转弯半径过大，已经不适宜光伏支架的铺设，不能应用。

1.2支架统的结构设计

对于支架系统材料的选择，采用C型钢材料。C型钢的质量是±1.88kg/m，每跨支架的C型钢梁有3个2m长，质量大约是11.2kg，长度是1.72m的C型钢的前后柱，质量大约是6.47kg。其他组件包括：光伏板、连杆、丝杆、转台座、联动板、丝母和联轴器。每跨支架C型钢结构总质量为47.63kg。

对于支架系统的结构，通过连轴器十字轴与连杆配合，并连接光伏电板。连杆带动一排光伏电板的转动，实现光伏电板的一套控制系统控制多个光伏电板。在进行光伏支架设计时，底部需要增加水泥配重，以防止光伏支架发生倾斜甚至倒塌。为此，设计每跨支架2个底部配重，底部配重采用材料为水泥，其密度约2500kg/m3，前支墩为0.4m×0.4m×0.2m，一侧配重质量约为80kg。两侧配重质量约为160kg。

高度过高会使支架抗风负担加大，对支架的稳定性和安全性造成一定的不良影响。严重时可能会造成人员受伤以及财产损失。为此，农田用光伏支架高度不宜超过2.3m，可适用于除大型联合收割机外的农田。

2追光程序的设计

追光程序的设计应充分考虑它的可靠、稳定和实用。程序设计的硬件探测装置提供了5V电压，使用arduinonano芯片计算出太阳方位角，ds1302芯片计算出反馈。首先，外部独立测光光电传感器在当前是白天之后，控制时钟ds1302模块开始计算，此时系统开始工作，自主测光仪竖直角舵和垂直高度角舵自动重新启动，然后开始了太阳的自动跟踪模式。单片机首先对两个固定在扇形外壳底部的水平角光电传感器进行初始化，当两者均为设定阈值并且光照强度与预先设置的差距小于原定值时，水平方位舵机不再能运行，此时太阳的方位角是较佳的角度；当差值超出所设范围时，主控芯片arduinonano将水平角舵机控制，对比两者光电传感器的光照强度是多大，完成比较后将其偏转到那一方向，通过两者的差值变换为脉冲，使得自主测光器能够准确地检测太阳方位角。

接下来对两个光电传感器进行了检测，得到了确切的太阳高度角，其检测原理与水平光电传感器相一致。该系统设定为30min运行一次，当单片机通过ds1302的时钟计算得到30min为单位的整数倍时，该系统将重新进行一次新的检测。直到外部独立测光装置检查的光照强度没有达到预先设定的阈值，即黑夜时系统不再工作，并使该装置自动恢复到初始位置即复位。光电感应器是用于测量太阳光线的照射强度，用来判定是白天还是黑夜。当太阳照射强度小于预定的工作光照时，即黑夜，会给芯片关闭工作信号，自主测光器进行复位，自主测量仪不能检测，自主测量器也不能工作，舵机也不能运行，执行设备的太阳电池阵列一直保持方位角、高度角的然后不变；当太阳光照强度达到预定工作强度时，即白天，芯片控制自主测光器开始工作，水平和垂直的光电传感器开始测量光线是直射，舵机驱动自主测光器在水平0～20°、竖直0～90°范围内确定角度，执行设备也开始实施。

跟踪光电感应器的功能是探测太阳方位和高度角，利用了很小差异原理。如果太阳光线和扇形的开口面以及旋转筒的开口不垂直于90°，光电传感器的输出光照强度会产生明显的偏差，将光照强度值和两个单片机的差值返回到一个单片机，利用大小的差值确定转动角，控制舵机偏向两个数值较小的方向，然后再进行差值比较。直到两个光电感器之间的光照强度值差距几乎是零，才能实现一个完整的跟踪程序。