太陽(yáng)自動(dòng)追蹤光伏LED照明系統(tǒng)的研究

【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源的需求也在日益增長(zhǎng)，而地球上的能源畢竟是有限的,所以人類(lèi)一直把目光投向于新能源的探索,而在新能源的開(kāi)發(fā)利用中，太陽(yáng)能具有諸多的優(yōu)勢(shì)，在許多領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用。本文所研究的太陽(yáng)自動(dòng)追蹤光伏LED照明系統(tǒng)是對(duì)太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)研究的新發(fā)展和應(yīng)用。 首先，本文在參考前人研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)太陽(yáng)自動(dòng)追蹤方式進(jìn)行了分析和比較，提出了一種最佳方案，即：視日運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤和四象限雙孔干涉光電檢測(cè)追蹤相結(jié)合的追蹤方式，該方式能夠準(zhǔn)確判斷太陽(yáng)光照射角度的變化并且能夠使太陽(yáng)能電池板始終保持垂直于太陽(yáng)光線。 其次，本文設(shè)計(jì)了一種以Atmega16單片機(jī)作為控制核心的太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)，主要包括光電檢測(cè)電路、單片機(jī)控制電機(jī)電路、時(shí)鐘和顯示電路的硬件設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的主程序、光電檢測(cè)追蹤模塊程序、視日運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤模塊程序、時(shí)鐘和顯示模塊程序的設(shè)計(jì)。 再次，在光伏LED照明系統(tǒng)中，由于蓄電池充放電裝置是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，本文的蓄電池充放電裝置主要通過(guò)采集當(dāng)前充放電控制電路的電壓和電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充、放電的精準(zhǔn)控制。為了實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)，本文分析了不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及比較了幾種常用的先進(jìn)控制算法，并分別在太陽(yáng)光照射強(qiáng)度、太陽(yáng)能電池溫度保持不變的情況下，做了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，通過(guò)測(cè)試分析總結(jié)出了，適合本文的最大功率點(diǎn)跟蹤算法，即改進(jìn)型擾動(dòng)觀測(cè)法MPPT。在保護(hù)蓄電池、提高能源利用率方面，本文提出了合理的充電控制策略，即變阻二階段的充電方法。該充電方法能夠?qū)崿F(xiàn)蓄電池的過(guò)壓和欠壓保護(hù)，同時(shí)能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行快速安全的充電。 最后，本文完成了相關(guān)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性和可行性。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)自動(dòng)追蹤 光伏 LED照明 Atmega16單片機(jī)
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM923.34;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 課題的研究背景及意義8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)9-13
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 第2章 太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14-22
• 2.1 太陽(yáng)自動(dòng)追蹤方式的選擇14-19
• 2.1.1 光電檢測(cè)追蹤方式14-16
• 2.1.2 視日運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤方式16-19
• 2.2 太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路19-21
• 2.2.1 太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的基本框架19-20
• 2.2.2 太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程20-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 第3章 太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)22-36
• 3.1 Atmega16 芯片簡(jiǎn)介22-23
• 3.2 振蕩電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)23-24
• 3.3 Atemga16 外部接口電路24-25
• 3.4 光電檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)25-29
• 3.5 單片機(jī)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)29-31
• 3.6 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)31-33
• 3.7 顯示電路的設(shè)計(jì)33-35
• 3.8 本章小結(jié)35-36
• 第4章 太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)36-48
• 4.1 太陽(yáng)自動(dòng)追蹤系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)36-38
• 4.2 光電檢測(cè)追蹤模塊的程序設(shè)計(jì)38-40
• 4.3 視日運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤模塊的程序設(shè)計(jì)40-41
• 4.4 時(shí)鐘模塊程序設(shè)計(jì)41-43
• 4.4.1 DS3231 時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)傳送方式以及總線時(shí)序41-42
• 4.4.2 DS3231 時(shí)鐘模塊的程序流程42-43
• 4.5 顯示模塊程序設(shè)計(jì)43-47
• 4.5.1 MAX7219 芯片的數(shù)據(jù)傳送方式以及總線時(shí)序43-44
• 4.5.2 單片機(jī)驅(qū)動(dòng) MAX7219 的 C 語(yǔ)言程序44-46
• 4.5.3 時(shí)間校正程序流程46-47
• 4.6 本章小結(jié)47-48
• 第5章 光伏 LED 照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)48-72
• 5.1 光伏 LED 照明系統(tǒng)的基本框架48-49
• 5.2 光伏電池模型及其特性49-55
• 5.2.1 光伏電池等值電路模型50-51
• 5.2.2 光伏電池 I-V、P-V 特性51-53
• 5.2.3 光伏電池的 MATLAB 仿真53-55
• 5.3 太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）55-60
• 5.3.1 最大功率點(diǎn)跟蹤的工作原理55-56
• 5.3.2 MPPT 控制的幾種不同算法的比較與選擇56-57
• 5.3.3 改進(jìn)型擾動(dòng)觀測(cè)法 MPPT57-60
• 5.4 光伏 LED 照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)60-67
• 5.4.1 信號(hào)采集電路60-61
• 5.4.2 蓄電池充電方式及充電電路61-63
• 5.4.3 蓄電池放電方式及放電電路63-64
• 5.4.4 Boost-Buck 電路64-66
• 5.4.5 蓄電池欠壓和過(guò)壓保護(hù)電路66-67
• 5.5 光伏 LED 照明系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)67-70
• 5.5.1 蓄電池充放電流程圖68-69
• 5.5.2 蓄電池 MPPT 程序69-70
• 5.6 快速 PWM 控制 MPPT 的實(shí)驗(yàn)測(cè)試70-71
• 5.7 本章小結(jié)71-72
• 第6章 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 課題總結(jié)72-73
• 6.2 進(jìn)一步研究方向73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-76

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