智能建筑中太陽能跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用研究

【摘要】：隨著人類對石油、煤礦等不可再生能源的不斷開采,并且在技術(shù)革新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的情況下,能源問題的嚴(yán)重性已經(jīng)威脅到了人類的延續(xù)。而且近些年由于大量的建筑拔地而起,其在建造和運(yùn)營的過程中產(chǎn)生的能耗已占社會總能耗的30%[1]。因此,減少和取代不可再生傳統(tǒng)能源的使用,大力推廣太陽能在建筑中的應(yīng)用,對減少傳統(tǒng)能源的消耗和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。我們國家為了促進(jìn)太陽能光伏系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)與建筑的完美結(jié)合,規(guī)范建筑太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì),已經(jīng)制定了建筑太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。隨著太陽能與智能建筑一體化技術(shù)的迅猛發(fā)展,太陽能光伏建筑一體化(Building integrated Photovoltaic,BIPV)也必將成為綠色節(jié)能建筑和智能建筑未來的發(fā)展趨勢,且太陽能光伏建筑一體化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性也將會得到越來越多的關(guān)注。但是,因?yàn)樘栞椛鋸?qiáng)度比較弱,且目前太陽能轉(zhuǎn)換技術(shù)也不高,因此本文在分析了當(dāng)今智能建筑中太陽能的應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一款基于STM32的雙軸太陽能跟蹤系統(tǒng),以提高智能建筑中太陽能的利用率。本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)功能是實(shí)現(xiàn)智能建筑上的光伏電池板對太陽的同步跟蹤,提高太陽能在智能建筑中的利用效率。本文研究確定了一個太陽運(yùn)行軌跡跟蹤方式與光電跟蹤方式混合太陽跟蹤方案。其中太陽運(yùn)行軌跡跟蹤是通過研究太陽運(yùn)行的天文規(guī)律,并計(jì)算得出太陽相對于地面的實(shí)時運(yùn)行軌跡,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對太陽跟蹤的一種跟蹤方法。光電跟蹤方式是通過光電池感應(yīng)太陽光的變化,由控制器分析判斷來跟蹤太陽。本論文設(shè)計(jì)了兩種跟蹤方式的具體跟蹤方案,實(shí)現(xiàn)了對天氣陰晴狀況的判斷和精確的太陽追蹤。系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括太陽能跟蹤控制系統(tǒng)傳感單元設(shè)計(jì)、跟蹤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、確定太陽位置的算法、STM32主控制器軟硬件功能的實(shí)現(xiàn)以及建筑中總值班控制室內(nèi)控制計(jì)算機(jī)上本系統(tǒng)的LabVIEW上位機(jī)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)。最后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試,實(shí)現(xiàn)了對太陽運(yùn)行軌跡的全天候自動跟蹤和建筑值班員對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控,提高了智能建筑中太陽能的接收效率。 【關(guān)鍵詞】：智能建筑 太陽能 光電跟蹤 太陽運(yùn)行軌跡跟蹤 STM32
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP273.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 引言9
• 1.2 論文選題背景及意義9-12
• 1.2.1 選題背景9-11
• 1.2.2 研究目的與意義11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容及所做工作15-16
• 1.5 依托項(xiàng)目16-17
• 第二章 智能建筑中太陽跟蹤系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)17-26
• 2.1 智能建筑太陽能光伏系統(tǒng)的組成及總體結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 太陽跟蹤系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18-21
• 2.2.1 單軸跟蹤機(jī)構(gòu)18-19
• 2.2.2 雙軸跟蹤機(jī)構(gòu)19-21
• 2.3 太陽自動跟蹤控制方案的設(shè)計(jì)21-25
• 2.3.1 太陽運(yùn)行軌跡跟蹤21-22
• 2.3.2 光電自動跟蹤22-24
• 2.3.3 本論文太陽跟蹤方法的確定24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 太陽運(yùn)行原理及其位置算法研究26-32
• 3.1 太陽運(yùn)行的天文規(guī)律26
• 3.2 赤道坐標(biāo)系太陽赤緯角和時角的計(jì)算方法26-30
• 3.3 地平坐標(biāo)系太陽高度角與方位角的計(jì)算方法30-31
• 3.4 本章小結(jié)31-32
• 第四章 跟蹤系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)32-47
• 4.1 硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)32-33
• 4.2 太陽跟蹤控制器的設(shè)計(jì)33-37
• 4.2.1 STM32核心芯片33-34
• 4.2.2 控制器電源模塊34-35
• 4.2.3 控制器串.模塊35
• 4.2.4 LCD顯示模塊35-36
• 4.2.5 STM32太陽跟蹤控制器36-37
• 4.3 傳感器檢測模塊37-41
• 4.3.1 光電傳感器及其信號處理37-40
• 4.3.2 角度傳感器模塊40-41
• 4.4 GPS模塊的選擇41-43
• 4.5 步進(jìn)電機(jī)模塊43-45
• 4.6 跟蹤機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)45-46
• 4.7 本章小結(jié)46-47
• 第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)47-60
• 5.1 概述47
• 5.2 控制系統(tǒng)集成開發(fā)環(huán)境47-48
• 5.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)48-54
• 5.3.1 太陽自動跟蹤主程序設(shè)計(jì)48-50
• 5.3.2 LabVIEW上位機(jī)設(shè)計(jì)50-51
• 5.3.3 太陽運(yùn)行軌跡跟蹤程序設(shè)計(jì)51-52
• 5.3.4 光電自動跟蹤程序設(shè)計(jì)52-54
• 5.4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析54-59
• 5.4.1 太陽能跟蹤系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置54-55
• 5.4.2 GPS模塊數(shù)據(jù)接收測試55
• 5.4.3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析55-59
• 5.5 本章小結(jié)59-60
• 結(jié)論60-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果65-66
• 致謝66

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