太陽能雙軸自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計與研究

【摘要】：在能源短缺日趨嚴重,不可再生能源日漸枯竭的國際形勢下,大力發(fā)展可再生能源勢在必行。太陽能憑借其清潔、普遍、儲量無盡的優(yōu)點,成為了當(dāng)今世界各國努力探索與研究的熱門。但太陽能分散、不穩(wěn)定的缺點制約了它的開發(fā)和利用。太陽自動跟蹤系統(tǒng)是高效利用太陽能資源不可或缺的組成部分。研究證實,天氣良好且其他條件相同的情況下,配備雙軸自動跟蹤系統(tǒng)的太陽能電池板比起面對正午太陽固定朝向安裝的電池板,發(fā)電量增加30%以上。雙軸自動跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用有助于增加日照利用率,提高發(fā)電效率。本文基于簡單與高效并舉的理念,設(shè)計了一款采用STM32F103R8T6單片機的半遮擋式四象限光電檢測法結(jié)合時鐘控制法的雙軸太陽跟蹤控制系統(tǒng)。設(shè)定每4分鐘檢測一次天氣情況,判斷跟蹤方式。光照充足時選擇光電跟蹤,通過對陰影導(dǎo)致的電流變化進行計算,確定太陽位置,實現(xiàn)太陽軌跡的自動跟蹤。光照不足時采用時控跟蹤,按照設(shè)定的方式旋轉(zhuǎn)太陽能電池板,使電池板表面近似對準(zhǔn)太陽位置,減少計算量和能量損耗。遇到8級以上大風(fēng)天氣時,暫停跟蹤,風(fēng)速下降至安全范圍內(nèi)則恢復(fù)跟蹤。本文設(shè)計的光電檢測法搜索范圍很廣,不會因為中斷跟蹤而丟失目標(biāo)。本系統(tǒng)對電池板的安裝精度要求不高,即使電池板的兩根旋轉(zhuǎn)軸沒有做到精確豎直或水平放置,也可以高精度的跟蹤太陽。在地質(zhì)條件小幅變化時,本系統(tǒng)不需要進行維護或重新安裝。為了實現(xiàn)遠程管理,電池板參數(shù)采集模塊的信號經(jīng)單片機進行A/D轉(zhuǎn)換,通過USART串行通信傳輸數(shù)據(jù)。本文在完成了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及軟件工作流程的總體設(shè)計后,選定了核心控制芯片,按照設(shè)計要求和各元件接口類型分配了芯片引腳,將電路劃分為多個功能模塊,然后分析了各元件的選型、工作原理及電路接線,并完成了相關(guān)軟件設(shè)計。實驗證明了該太陽能雙軸跟蹤控制系統(tǒng)的方案是可行而有效的。該方案的優(yōu)點有:跟蹤迅速、精度高、抗干擾性好、可靠性好、設(shè)備成本不高等優(yōu)點。同時也提出了一些不足和有待改進的地方。 【關(guān)鍵詞】：太陽能跟蹤 雙軸 四象限 光電跟蹤 單片機
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK513.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-18
• 1.1 太陽能的發(fā)展背景10-13
• 1.1.1 當(dāng)前能源局勢10-11
• 1.1.2 中國太陽能資源的分布情況11
• 1.1.3 太陽能的特點11-13
• 1.2 太陽能跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.3 研究課題的目的和意義14-15
• 1.4 研究內(nèi)容和技術(shù)路線15-16
• 1.5 論文的結(jié)構(gòu)安排16-18
• 第2章 太陽運行規(guī)律與雙軸跟蹤基本原理18-25
• 2.1 太陽運行的天文規(guī)律18-19
• 2.2 太陽位置的計算19-22
• 2.3 太陽跟蹤裝置的基本原理22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 跟蹤方法研究與總體設(shè)計25-34
• 3.1 太陽能跟蹤方法分類25-28
• 3.2 太陽能跟蹤方案的分析與選擇28-30
• 3.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計思想和目標(biāo)30
• 3.4 控制系統(tǒng)的工作原理與程序總體結(jié)構(gòu)30-33
• 3.4.1 控制系統(tǒng)的工作原理31-32
• 3.4.2 控制系統(tǒng)程序的總體結(jié)構(gòu)32-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 第4章 控制系統(tǒng)各模塊原理與實現(xiàn)34-54
• 4.1 控制芯片的選擇34-35
• 4.2 控制芯片的外部接口分配35-36
• 4.3 步進電機的單片機控制模塊36-42
• 4.3.1 步進電機的分類37
• 4.3.2 步進電機的主要特點37-38
• 4.3.3 步進電機的選擇及工作原理38-39
• 4.3.4 步進電機的單片機控制方法39-40
• 4.3.5 單片機與步進電機驅(qū)動電路的接口40-42
• 4.4 風(fēng)速檢測模塊42-43
• 4.5 光照強度檢測模塊43-44
• 4.6 光電跟蹤模塊44-49
• 4.6.1 光電探測器的選擇44
• 4.6.2 光電探測器處理電路44-45
• 4.6.3 半遮擋式光電比較法的原理與優(yōu)點45-47
• 4.6.4 光電跟蹤子程序47-49
• 4.7 時鐘模塊49-50
• 4.8 太陽能電池參數(shù)采集模塊50-52
• 4.8.1 溫度采集電路50-51
• 4.8.2 電壓采集電路51
• 4.8.3 電流采集電路51-52
• 4.9 復(fù)位模塊52-53
• 4.10本章小結(jié)53-54
• 第5章 系統(tǒng)實驗與成果分析54-58
• 5.1 晴天跟蹤與非跟蹤的實驗數(shù)據(jù)對比分析54-56
• 5.2 陰雨天跟蹤與非跟蹤的實驗數(shù)據(jù)對比分析56
• 5.3 成果分析56-57
• 5.4 本章小結(jié)57-58
• 第6章 總結(jié)與展望58-61
• 6.1 課題總結(jié)58-59
• 6.2 展望59-61
• 參考文獻61-64
• 致謝64

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