一種側(cè)拉式太陽(yáng)能跟蹤器的研究與設(shè)計(jì)

【摘要】：太陽(yáng)能取之不盡用之不竭,是被世界公認(rèn)的理想的清潔能源。太陽(yáng)能的利用已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。目前,制約太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主要因素是光電轉(zhuǎn)換成本高,發(fā)電量波動(dòng)大,不適合于遠(yuǎn)距離輸送。采用自動(dòng)跟綜系統(tǒng)可以延長(zhǎng)太陽(yáng)能發(fā)電時(shí)間,增加發(fā)電量,一定程度上降低發(fā)電量的波動(dòng),降低太陽(yáng)能發(fā)電成本。為了促進(jìn)自動(dòng)跟日技術(shù)研究,推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展,本文根據(jù)許啟明導(dǎo)師的發(fā)明專利,結(jié)合了跟蹤器的機(jī)械原理和控制原理,在有關(guān)機(jī)械、控制工程師的配合下,研究了基于單片機(jī)控制的全新概念太陽(yáng)能跟蹤器。 在研究了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外在自動(dòng)跟日技術(shù)和自動(dòng)跟日系統(tǒng)領(lǐng)域的主要研究成果,技術(shù)特征和應(yīng)用狀況的基礎(chǔ)上,討論了一種全新機(jī)械設(shè)計(jì)理念,基于單片機(jī)控制的單軸跟蹤器。跟蹤控制器采用MSP430作為控制芯片,光敏檢測(cè)裝置校正跟蹤誤差。該跟蹤器的主要優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、穩(wěn)定性好、抗風(fēng)暴能力強(qiáng)、跟蹤能耗低、控制程序簡(jiǎn)單、精度高等特點(diǎn)。 本文主要工作如下: (1)研究了太陽(yáng)能利用跟蹤技術(shù)的主要成果,分析主動(dòng)式跟蹤和被動(dòng)式跟蹤,單軸跟蹤和雙軸跟蹤各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)合,確定了本跟蹤器設(shè)計(jì)的方案。 (2)討論了太陽(yáng)能跟蹤器的機(jī)械結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有一個(gè)自由度,東西方向跟蹤太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng),南北方向固定角度放置。該機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),完成對(duì)太陽(yáng)的跟蹤。 (3)討論了太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。硬件系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制單元、電源單元、光電檢測(cè)單元、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、和鍵盤及信號(hào)采集等部分組成,完成整個(gè)電路的控制和驅(qū)動(dòng)。 (4)完成了太陽(yáng)能跟蹤控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)各軟件功能模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件。主要功能模塊為:信號(hào)采集模塊、步進(jìn)電機(jī)模塊以及其他相關(guān)功能的模塊設(shè)計(jì)。運(yùn)用中天定位,使程序控制簡(jiǎn)化、方便,有利于提高跟蹤精度。 (5)對(duì)太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能 光伏發(fā)電 跟蹤裝置
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TK513.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-15
• 1 引言10-15
• 1.1 發(fā)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電的重大意義10-14
• 1.1.1 降低“溫室效應(yīng)”10-11
• 1.1.2 緩解化石能源危機(jī)11-12
• 1.1.3 解決無(wú)電地區(qū)的用電問(wèn)題12
• 1.1.4 光伏發(fā)電技術(shù)存在的主要問(wèn)題12-14
• 1.2 本文研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)部分14
• 1.2.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)14
• 1.2.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)14-15
• 第2章 太陽(yáng)能光伏發(fā)電跟蹤原理15-25
• 2.1 光伏發(fā)電跟蹤原理15-18
• 2.1.1 赤道坐標(biāo)系15-17
• 2.1.2 地平坐標(biāo)系17-18
• 2.2 太陽(yáng)能跟蹤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀18-21
• 2.2.1 主動(dòng)跟蹤系統(tǒng)18-19
• 2.2.2 被動(dòng)跟蹤系統(tǒng)19-20
• 2.2.3 混合式跟蹤系統(tǒng)20-21
• 2.3 單雙軸跟蹤系統(tǒng)發(fā)電量比較21-22
• 2.4 跟蹤系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用22-23
• 2.5 太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀23-24
• 2.6 太陽(yáng)能跟蹤技術(shù)存在的問(wèn)題24-25
• 第3章 側(cè)拉式跟蹤器設(shè)計(jì)方案的確定25-30
• 3.1 簡(jiǎn)介25-26
• 3.1.1 單雙軸跟蹤系統(tǒng)分析25
• 3.1.2 主被動(dòng)跟蹤方式分析25-26
• 3.2 跟蹤系統(tǒng)方案26
• 3.2.1 跟蹤軸數(shù)的確定26
• 3.2.2 跟蹤控制方式的確定26
• 3.3 側(cè)拉式跟蹤器設(shè)計(jì)方案26
• 3.4 設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新點(diǎn)26-28
• 3.4.1 機(jī)械設(shè)計(jì)原理創(chuàng)新26-28
• 3.4.2 控制系統(tǒng)創(chuàng)新28
• 3.5 本章小結(jié)28-30
• 第4章 太陽(yáng)能跟蹤控制器機(jī)械結(jié)構(gòu)30-33
• 4.1 太陽(yáng)能跟蹤器機(jī)械結(jié)構(gòu)組成30-32
• 4.1.1 水平跟蹤自由度方向結(jié)構(gòu)30-32
• 4.2 太陽(yáng)能跟蹤器機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作原理32-33
• 第5章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33-41
• 5.1 概述33
• 5.2 硬件設(shè)計(jì)輔助軟件33
• 5.3 控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)33-41
• 5.3.1 單片機(jī)電路33-35
• 5.3.2 電源電路35-36
• Ⅰ 源芯片的選型35-36
• Ⅱ 源芯片電路設(shè)計(jì)36
• 5.3.3 時(shí)鐘電路36-37
• Ⅰ 鐘電路芯片選型36
• Ⅱ時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)36-37
• 5.3.4 步進(jìn)電機(jī)37-39
• 5.3.5 光敏檢測(cè)電路39
• 5.3.6 串口通信39-41
• Ⅰ 片選型39-40
• Ⅱ 口電路設(shè)計(jì)40-41
• 第6章 系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)41-45
• 6.1 WORKBENCH的應(yīng)用41
• 6.2 軟件設(shè)計(jì)的程序流程圖41-42
• 6.2.1 主體程序41-42
• 6.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的程序設(shè)計(jì)42-43
• 6.4 軟件調(diào)試43-45
• 第7章 性能測(cè)試與經(jīng)濟(jì)效益分析45-50
• 7.1 概述45
• 7.2 側(cè)拉式太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤器的實(shí)驗(yàn)與分析45-47
• 7.2.1 太陽(yáng)能自動(dòng)跟蹤控制器45-46
• 7.2.2 力學(xué)性能測(cè)試46-47
• 7.3 側(cè)拉式太陽(yáng)能跟蹤器效益分析47-50
• 7.3.1 側(cè)拉式光伏發(fā)電跟蹤系統(tǒng)縮短能量?jī)斶€時(shí)間47-48
• 7.3.2 側(cè)拉式光伏發(fā)電跟蹤系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益分析48
• 7.3.3 側(cè)拉式光伏發(fā)電跟蹤系統(tǒng)減少CO_2排放48-49
• 7.3.4 增加就業(yè)崗位49-50
• 第8章 結(jié)論與展望50-52
• 參考文獻(xiàn)52-56
• 附錄：碩士研究生期間表論文與科研情況56-57
• 致謝57

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