太陽能電池板二維自動跟蹤系統(tǒng)的研究

【摘要】：本文主要內(nèi)容是對太陽能電池板二維自動跟蹤系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)最大功率發(fā)電任務(wù)。太陽能作為一種新興的綠色能源受到全球重視，特別是光伏發(fā)電作為利用太陽能直接而最有效方式將會是人類的一次新型能源革命。光伏發(fā)電系統(tǒng)通常采用固定方式安裝或者一維跟蹤方式，盡管其結(jié)構(gòu)簡單，但是發(fā)電效率低，不利于充分利用太陽能進(jìn)行高效發(fā)電。 本文采用以Msp430F149單片機(jī)作為控制器采用光電跟蹤和視日運動軌跡跟蹤方式相結(jié)合的二維自動跟蹤方式，進(jìn)而能夠最大的提高對太陽能的利用效率。根據(jù)天氣狀況確定跟蹤方式，晴天采用光電跟蹤方式，多云采用視日運動軌跡跟蹤方式，陰雨天氣系統(tǒng)不采用任何跟蹤方式以減少系統(tǒng)的能耗。整個系統(tǒng)有太陽自動跟蹤系統(tǒng)、光伏電源系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)，相應(yīng)地進(jìn)行了硬件設(shè)計和程序編寫。整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要是對太陽位置檢測模塊、太陽光強(qiáng)檢測模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、單片機(jī)控制模塊、光伏電源模塊、電機(jī)驅(qū)動電路模塊的設(shè)計。系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化的編程思想，將系統(tǒng)功能劃分為太陽自動跟蹤主程序、視日運動軌跡跟蹤程序、光電跟蹤程序和數(shù)據(jù)采集程序等相對獨立的功能模塊。最后，通過對整個系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能進(jìn)行測試，相應(yīng)模塊的模擬結(jié)果表明能夠?qū)崿F(xiàn)對太陽的自動跟蹤。 本文的光伏電源系統(tǒng)完成對太陽能電池板陣列發(fā)出的電進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換以實現(xiàn)負(fù)載的需求。選擇滿足系統(tǒng)能量需求的鉛酸蓄電池，能夠在多云和陰雨天氣條件下實現(xiàn)整個系統(tǒng)能量的自給自足，實現(xiàn)最大化利用太陽能能源。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 光電跟蹤 視日運動軌跡跟蹤 Msp430F149單片機(jī) 鉛酸蓄電池
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景10
• 1.2 太陽能的特點和利用10-11
• 1.3 太陽能在全球的發(fā)展概況11
• 1.4 光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展與問題11-12
• 1.5 國內(nèi)外光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀和未來12-13
• 1.5.1 國內(nèi)外光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和未來走向12-13
• 1.6 課題研究意義13-14
• 1.6.1 理論意義13
• 1.6.2 實際意義13-14
• 1.7 太陽自動跟蹤的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.7.1 光電跟蹤方式14
• 1.7.2 視日運動軌跡跟蹤方式14-16
• 1.8 論文研究的內(nèi)容16-18
• 第2章 系統(tǒng)的總體設(shè)計18-28
• 2.1 確定太陽自動跟蹤方案18-20
• 2.1.1 光電跟蹤18-19
• 2.1.2 視日運動軌跡跟蹤19-20
• 2.2 太陽運行規(guī)律20-22
• 2.2.1 太陽赤緯角20
• 2.2.2 太陽時角W20
• 2.2.3 基于地平坐標(biāo)系的高度角一方位角式全跟蹤20-22
• 2.2.4 日出日落時刻的確定22
• 2.2.5 視日運動軌跡跟蹤的原理22
• 2.3 光伏電源系統(tǒng)22-25
• 2.3.1 獨立光伏電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)22-24
• 2.3.2 光伏電源系統(tǒng)的能耗設(shè)計預(yù)算24-25
• 2.4 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)25-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計28-48
• 3.1 太陽位置檢測傳感器28-31
• 3.2 光強(qiáng)檢測傳感器31-33
• 3.3 光強(qiáng)檢測模塊33-34
• 3.3.1 硅光電池的選擇33-34
• 3.4 電源電路34-36
• 3.5 Msp430F149 單片機(jī)控制模塊36-41
• 3.5.1 單片機(jī)的選取36-38
• 3.5.2 太陽位置采集模塊38
• 3.5.3 光強(qiáng)信號采集模塊38
• 3.5.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC12 模塊38-39
• 3.5.5 時鐘芯片 DS1302 模塊39-41
• 3.6 步進(jìn)電機(jī)調(diào)速和驅(qū)動電路設(shè)計41-42
• 3.6.1 步進(jìn)電機(jī)的概述41
• 3.6.2 步進(jìn)電機(jī)的種類劃分41
• 3.6.3 步進(jìn)電機(jī)的主要特性41-42
• 3.7 驅(qū)動器的原理42-44
• 3.7.1 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動42-44
• 3.8 光伏電源系統(tǒng)的硬件設(shè)計44-47
• 3.8.1 設(shè)備選型44-47
• 3.9 本章小結(jié)47-48
• 第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計48-52
• 4.1 太陽自動跟蹤主程序48-49
• 4.2 視日運動軌跡跟蹤程序49-50
• 4.3 光電跟蹤程序50
• 4.4 數(shù)據(jù)采集程序50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第5章 實驗設(shè)計與分析52-60
• 5.1 三種天氣狀況的電路模擬52
• 5.2 光電跟蹤系統(tǒng)的電路模擬52-54
• 5.3 視日運動軌跡跟蹤系統(tǒng)的電路模擬54-55
• 5.4 監(jiān)測報警系統(tǒng)的電路模擬55-56
• 5.5 電機(jī)工作的電路模擬56-58
• 5.6 太陽能電池板功率輸出仿真58-59
• 5.7 本章小結(jié)59-60
• 第6章 結(jié)論與展望60-62
• 6.1 結(jié)論60
• 6.2 存在的不足和設(shè)想60-61
• 6.3 本章小結(jié)61-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 致謝66-68
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68-69

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