太阳光线双轴智能跟踪系统研究

论文摘要

随着光伏发电技术的迅速发展,提高发电效率一直是国内外研究的热点。太阳光线跟踪是提高发电效率的有效途径之一。太阳能跟踪系统已从过去单轴跟踪系统向着双轴跟踪、自动化、智能化方向发展。为满足当前光伏发电技术发展的需要,本课题开发出一套技术经济性好的太阳光线跟踪系统。主要研究内容如下：(1)总体方案设计研究：根据跟踪装置的性能指标和要求,分析跟踪系统的组成,介绍其工作原理；通过对跟踪装置的传动方案、电机类型、控制器等性能对比确定了系统的总体设计方案；根据设计方案对装置进行总体布局,详细说明其组成部分和工作过程,并提出设计的创新点。(2)机械结构设计研究：根据装置总体布局,重点设计了太阳能电池板框架、支架、支座及其它零部件,对关键零部件进行计算和选型；通过动力学分析确定电机型号；基于SOLIDWORKS软件平台,对太阳光线跟踪装置进行三维建模和组装,以验证各零部件装配的可行性。(3)机械结构分析：采用弹性力学基本理论、有限元方法和优化理论,利用ANSYS分析软件对装置整体模型进行静态分析、模态分析和轻量化；通过结果评定,验证设计结构的可行性,为样机试制奠定基础。(4)控制系统设计研究：根据跟踪系统所要实现的功能,对控制系统的硬件和软件进行设计,并通过实验证明系统具有良好的控制性能和机械性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 课题研究意义和研究内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 课题的研究内容
• 第二章 太阳光线双轴智能跟踪系统总体设计研究
• 2.1 太阳光线跟踪装置设计指标
• 2.2 系统总体设计要求及准则
• 2.2.1 设计要求
• 2.2.2 设计准则
• 2.3 系统总体设计
• 2.3.1 太阳光线跟踪控制方法
• 2.3.2 系统组成及其工作原理
• 2.3.3 传动方案选择
• 2.3.4 电机类型的选择
• 2.3.5 控制器的选择
• 2.3.6 材料选择
• 2.4 装置的总体布局
• 2.4.1 装置的总体布局
• 2.4.2 装置的工作过程
• 2.5 本章小结
• 第三章 太阳光线双轴跟踪装置结构设计研究
• 3.1 太阳能电池板框架
• 3.1.1 太阳能电池板框架结构设计
• 3.1.2 太阳能电池板框架载荷计算
• 3.2 支架的结构设计
• 3.3 支座结构设计
• 3.4 其他零部件结构设计
• 3.5 跟踪减速器的选型
• 3.5.1 方位角跟踪减速器的选型
• 3.5.2 高度角跟踪减速器的选型
• 3.6 动力分析及电机选型
• 3.6.1 方位角动力分析及电机选型
• 3.6.2 高度角动力分析及电机选型
• 3.6.3 能耗计算
• 3.7 跟踪装置的三维建模及装配
• 3.8 本章小结
• 第四章 太阳光线双轴跟踪装置结构分析
• 4.1 结构分析及优化基本原理
• 4.1.1 弹性力学基本理论
• 4.1.2 有限元法
• 4.1.3 优化理论
• 4.2 评定准则
• 4.2.1 强度评定准则
• 4.2.2 刚度评定准则
• 4.3 太阳光线双轴跟踪装置结构分析
• 4.3.1 有限元模型的建立
• 4.3.2 不同工况下的静力分析
• 4.3.3 不同工况下的结果评定
• 4.3.4 不同工况下的模态分析
• 4.4 太阳光线双轴跟踪装置结构优化
• 4.4.1 优化分析
• 4.4.2 优化结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 跟踪装置的控制系统设计研究
• 5.1 控制系统硬件设计
• 5.1.1 微处理器控制单元
• 5.1.2 串行通讯电路
• 5.1.3 电源电路
• 5.1.4 光电检测单元
• 5.1.5 电机驱动单元及接近开关
• 5.2 控制系统软件设计
• 5.3 实验数据
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献
• 附录A
• 致谢
• 发表论文及专利