光伏發(fā)電自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

【摘要】： 太陽能作為一種可以永續(xù)使用的綠色可再生能源,有著巨大的開發(fā)應(yīng)用潛力。但由于光伏電池的輸出特性與外界環(huán)境因素的變化有很大關(guān)系,目前大規(guī)模量產(chǎn)的光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率仍然不高且價(jià)格昂貴。光伏發(fā)電自動(dòng)跟蹤裝置是提高太陽能利用率,降低光伏發(fā)電成本的有效途徑。研究精確的太陽跟蹤裝置,可使光伏電池板接收到更多的太陽輻射能量,增加發(fā)電量。本文實(shí)現(xiàn)了用廉價(jià)的光敏元件和單片機(jī)電路進(jìn)行太陽跟蹤的功能。 本文根據(jù)光伏發(fā)電原理,用仿真的方法得出了光伏電池的輸出特性。對比幾種典型聚光器,選擇了合適的聚光類型并探討了設(shè)計(jì)方法。分析了太陽運(yùn)行規(guī)律,在對比目前常用跟蹤方法的基礎(chǔ)上,改進(jìn)了以往的跟蹤方式。提出將光電跟蹤作為主要跟蹤方式,視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤方式作為特殊天氣情況下補(bǔ)充跟蹤方式的方案。通過兩種跟蹤方式互補(bǔ),一方面可以充分發(fā)揮光電跟蹤準(zhǔn)確性高的優(yōu)勢,另一方面在陰天等天氣條件下仍能實(shí)現(xiàn)跟蹤。此外,為了確保跟蹤的結(jié)果準(zhǔn)確,在方位角和高度角調(diào)整之后,增加了一組傳感器電路進(jìn)行跟蹤結(jié)果的驗(yàn)證。 通過對控制系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能分析,論文完成了跟蹤系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容包括:單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)、光強(qiáng)檢測電路設(shè)計(jì)、控制執(zhí)行部件設(shè)計(jì)以及光電跟蹤和視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤模塊的軟件設(shè)計(jì)。完成了跟蹤系統(tǒng)試驗(yàn)裝置的制作。試驗(yàn)結(jié)果表明,完全能夠?qū)崿F(xiàn)對太陽的跟蹤功能。最后,根據(jù)試驗(yàn)的跟蹤效果,提出了改進(jìn)方案和處理快云遮問題的新方法。 本文所設(shè)計(jì)的光伏發(fā)電自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,運(yùn)行穩(wěn)定,可廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)和離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 聚光器 光強(qiáng)檢測 自動(dòng)跟蹤
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題背景11-12
• 1.2 光伏發(fā)電的特點(diǎn)12-14
• 1.2.1 光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)12-13
• 1.2.2 光伏發(fā)電存在的問題13-14
• 1.3 光伏發(fā)電自動(dòng)跟蹤技術(shù)的發(fā)展14-16
• 1.3.1 光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 光伏發(fā)電自動(dòng)跟蹤技術(shù)15-16
• 1.4 本文主要完成的工作16-17
• 第2章 光伏電池研究及聚光器的設(shè)計(jì)17-32
• 2.1 光伏電池模型17-22
• 2.1.1 光伏電池的等效模型17-18
• 2.1.2 光伏電池輸出特性參數(shù)18-19
• 2.1.3 光伏電池工程數(shù)學(xué)模型及仿真19-22
• 2.2 影響光伏電池輸出特性的主要因素22-26
• 2.2.1 非標(biāo)準(zhǔn)條件下的光伏電池模型22-23
• 2.2.2 光照強(qiáng)度對光伏電池輸出特性的影響23-25
• 2.2.3 溫度對光伏電池輸出特性的影響25-26
• 2.3 跟蹤系統(tǒng)中聚光器的研究26-31
• 2.3.1 聚光器的分類26-27
• 2.3.2 多反射鏡拋物面聚光器的設(shè)計(jì)27-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 太陽跟蹤方法及控制策略32-42
• 3.1 太陽運(yùn)行軌跡的計(jì)算32-34
• 3.1.1 地平坐標(biāo)系和極軸坐標(biāo)系32-33
• 3.1.2 庫伯方程33
• 3.1.3 太陽角的計(jì)算33-34
• 3.2 太陽運(yùn)行軌跡的跟蹤方式34-38
• 3.2.1 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤35-37
• 3.2.2 光電跟蹤37
• 3.2.3 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤與光電跟蹤相結(jié)合37-38
• 3.3 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)38-40
• 3.3.1 控制系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能分析38-39
• 3.3.2 控制系統(tǒng)的工作過程39-40
• 3.4 機(jī)械執(zhí)行裝置40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)42-58
• 4.1 控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)42-43
• 4.2 控制系統(tǒng)核心部件的選擇43
• 4.3 單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)43-50
• 4.3.1 電源電路43-44
• 4.3.2 串口通訊電路44-46
• 4.3.3 模擬量轉(zhuǎn)換電路46-48
• 4.3.4 看門狗和晶振48-49
• 4.3.5 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路49-50
• 4.4 光強(qiáng)檢測電路設(shè)計(jì)50-55
• 4.4.1 光敏傳感器的選擇50-51
• 4.4.2 光強(qiáng)檢測電路設(shè)計(jì)51-55
• 4.5 控制執(zhí)行部件設(shè)計(jì)55-57
• 4.5.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)55-56
• 4.5.2 本系統(tǒng)所采用的步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)模塊56-57
• 4.6 本章小結(jié)57-58
• 第5章 系統(tǒng)軟件流程及調(diào)試58-65
• 5.1 主控制模塊的軟件設(shè)計(jì)58-59
• 5.2 光電跟蹤模塊59-61
• 5.3 視日運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤模塊61-62
• 5.4 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定62-63
• 5.5 改進(jìn)方案63-64
• 5.5.1 關(guān)于提高準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性63-64
• 5.5.2 快云遮問題的處理64
• 5.6 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 附錄69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70-71
• 致謝71

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