雙軸式太陽能自動跟蹤系統(tǒng)

【摘要】：能源短缺問題是未來世界難以避免的難題,不可再生的能源資源日益枯竭,可再生能源的發(fā)展勢在必行。目前太陽能利用存在的最主要的問題是效率不高。在太陽能利用設備中,如果能量接收平面垂直于太陽入射光線,這樣就可以在單位面積內收集更多的太陽能量。實踐表明,相同條件下,有自動跟蹤設備的光伏陣列要比固定式設備的發(fā)電量提高30%以上,本系統(tǒng)主要應用于太陽能發(fā)電方面太陽能跟蹤,主要由機械部分、控制系統(tǒng)組成。 機械部分主要是在水平方向和豎直方向進行太陽能跟蹤的二維運動云臺,其中包括機殼、傳動方式的選擇,內部結構設計等。通過傳感模塊的探測,控制器發(fā)出信號來驅動水平面步進電機,通過齒輪傳動,實現(xiàn)太陽能水平方位的跟蹤。同時豎直面內的步進電機驅動齒輪、蝸桿蝸輪實現(xiàn)太陽能電池板在垂直方向上下轉動,通過步進電機聯(lián)合動作實現(xiàn)對太陽能兩個方向的跟蹤。 控制部分的設計主要包括光照強度、太陽位置傳感模塊,AD轉換,單片機系統(tǒng)和步進電機部分。在研究分析幾種主要跟蹤模式的基礎上,系統(tǒng)采用光電檢測跟蹤模式實現(xiàn)對太陽能的跟蹤,并增加了光強傳感器來確定是否啟用跟蹤系統(tǒng)。本文采用太陽能硅片電池作為光照強度檢測的光敏元件,太陽方位角傳感器光敏器件選用光敏電阻,兩對相同的光敏電阻放置在電池板的四個方向。當兩端的光敏電阻接收到的光照強度相差達到一定值時,經過比較運算放大電路送入單片機,實現(xiàn)電機動作、間歇性跟蹤太陽能。 為了降低功耗,當光強達到一定值時開始跟蹤,低于實驗設置值則停止跟蹤繼續(xù)等待比較,減少系統(tǒng)頻繁動作引起的損耗。 通過對8天平均每天的太陽能跟蹤與非跟蹤的采樣光強功率的對比及運用MATLAB積分分析差異,實驗結果表明了所設計系統(tǒng)的有效性。 【關鍵詞】：太陽能 跟蹤 光敏電阻 單片機 步進電機
【學位授予單位】：北方工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TK513.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目錄5-7
• 1 緒論7-17
• 1.1 課題背景及研究意義7-9
• 1.1.1 課題背景7-8
• 1.1.2 我國太陽能資源概況8-9
• 1.1.3 太陽能的特點9
• 1.2 課題研究的目的9-10
• 1.3 研究課題的意義10-12
• 1.3.1 新環(huán)保能源緩解危機10-11
• 1.3.2 提高太陽能利用率11-12
• 1.4 太陽能及其國內外利用現(xiàn)狀12-14
• 1.5 太陽能跟蹤系統(tǒng)國內外的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.6 研究內容15
• 1.7 論文章節(jié)結構15-16
• 1.8 本章小結16-17
• 2 太陽運行規(guī)律及太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究17-23
• 2.1 太陽運行規(guī)律的研究17-20
• 2.1.1 地球圍繞太陽運行規(guī)律的研究17
• 2.1.2 太陽高度角、方位角的確定17-20
• 2.2 太陽能跟蹤系統(tǒng)的研究20-22
• 2.2.1 太陽能時控跟蹤系統(tǒng)21
• 2.2.2 太陽運動軌跡跟蹤系統(tǒng)21
• 2.2.3 控放式太陽能跟蹤裝置21
• 2.2.4 光電式太陽能跟蹤系統(tǒng)21-22
• 2.2.5 視日運動軌跡跟蹤和光電跟蹤相結合22
• 2.2.6 用于天文觀測和氣象臺的太陽能跟蹤裝置22
• 2.2.7 新型太陽自動跟蹤裝置22
• 2.3 本章小結22-23
• 3 太陽能跟蹤裝置總體設計23-37
• 3.1 機械部分設計及跟蹤方式的選擇23-24
• 3.1.1 機械部分設計方案23-24
• 3.1.2 本文采用的跟蹤方案24
• 3.2 太陽光強、方位檢測模塊的設計24-29
• 3.2.1 太陽光照強度檢測模塊25-27
• 3.2.2 太陽方位傳感器27
• 3.2.3 太陽方位傳感器原理27-29
• 3.3 單片機及其外圍電路29-31
• 3.3.1 核心控制器的選擇29-30
• 3.3.2 模擬量轉換電路30
• 3.3.3 ATmega16單片機及外圍電路連接30-31
• 3.4 步進電動機及驅動電路31-33
• 3.4.1 步進電動機介紹31-32
• 3.4.2 步進電機的主要特性32
• 3.4.3 步進電機的選擇32-33
• 3.4.4 驅動模塊33
• 3.5 系統(tǒng)流程圖及部分程序33-36
• 3.5.1 光電跟蹤流程圖34
• 3.5.2 定時器控制34-35
• 3.5.3 部分程序35-36
• 3.6 本章小結36-37
• 4 實驗數(shù)據(jù)分析37-42
• 4.1 太陽能跟蹤與非跟蹤的實驗數(shù)據(jù)分析37-39
• 4.2 太陽能跟蹤與非跟蹤太陽能接收量對比計算分析39-41
• 4.3 本章小結41-42
• 5 總結與展望42-43
• 5.1 總結42
• 5.2 展望42-43
• 參考文獻43-45
• 申請學位期間的研究成果及發(fā)表的學術論文45-46
• 致謝46

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