太阳自动跟踪系统研究

论文摘要

光伏产业发展蓬勃,但目前光伏应用系统的转换效率却普遍低下,致使其发展深受影响。采用太阳自动跟踪技术可以大大提高太阳能的转换效率,故本文就太阳自动跟踪系统进行深入研究,设计基于七点法太阳定位器的自动跟踪系统以有效提高其转换效率。本文阐述了七点法太阳定位器的工作原理,并对其精度进行分析,且推导出基于七点法太阳定位器跟踪系统的控制模型和传递函数,该系统具有跟踪范围广、结构简单、控制方便等优点。针对太阳自动跟踪系统的性能特点及要求,本文设计出单片机控制的机械部分与控制部分。其中,机械部分采用步进电机驱动、齿轮传动实现高度角和方位角的跟踪,且跟踪装置中设有限位开关以便每日跟踪装置复位时在碰到限位开关后单片机能收到中断信号,致使步进电机停止转动而完成复位；对单片机控制部分进行软、硬件设计并进行了联合调试,实现实时采集风速传感器、七点法定位器信息及实时显示时间功能。为保护装置免受破坏,特设置风速传感器,当环境风速达到8级,风速持续5分钟以上时,系统不跟踪；环境风速减弱或停止5分钟以上时,系统恢复跟踪。控制方式采用光电式和时钟式相结合的方式,并限定了跟踪时间,而跟踪时间可根据地区不同有软件方便改写。七点法太阳定位器首先采集环境光辐照量,若光辐照量大于设定值,采用光电式跟踪,否则采用时钟式跟踪,两种跟踪模式自动切换,相互配合,该跟踪系统克服了易受天气影响,误差累积等缺点,能在规定时间内跟踪,提高了太阳能利用率,节约了能源,而且成本较低,可广泛应用于太阳光伏发电系统中,具有很好的推广价值和应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 太阳跟踪技术的国内外研究现状
• 1.2.1 太阳跟踪装置
• 1.2.2 太阳跟踪控制方式
• 1.3 目前国内太阳跟踪技术的主要问题
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 太阳自动跟踪系统的工作原理及总体设计
• 2.1 太阳跟踪方式的确定
• 2.1.1 视日运动轨迹跟踪模式
• 2.1.2 光电式跟踪模式
• 2.1.3 视日运动轨迹与光电式跟踪相结合模式
• 2.1.4 本系统采用的跟踪模式
• 2.2 跟踪装置的确定
• 2.3 控制器的选择
• 2.4 系统的组成和跟踪原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 太阳跟踪装置的设计
• 3.1 跟踪装置的总体设计
• 3.2 跟踪装置传动机构的设计
• 3.2.1 高度角及方位角齿轮的设计计算
• 3.2.2 轴的设计计算
• 3.2.3 轴承及联轴器的选择
• 3.3 跟踪装置驱动机构的设计
• 3.3.1 步进电机的选型
• 3.3.2 提高步进系统精度的措施
• 3.4 跟踪装置运动模拟
• 3.5 本章小结
• 第四章 控制系统硬件的设计
• 4.1 控制系统实现的功能
• 4.2 STC90C52AD单片机控制器的应用
• 4.2.1 STC90C52AD单片机的特性
• 4.2.2 STC90C52AD单片机引脚的分配
• 4.2.3 STC90C52AD单片机的外部接口
• 4.3 七点法定位器及其调理电路的设计
• 4.3.1 光敏元件的选择
• 4.3.2 七点法定位器的结构设计
• 4.3.3 七点法定位器的工作原理
• 4.3.4 七点法定位器的精度分析
• 4.3.5 光辐射量采样调理电路设计
• 4.3.6 自动跟踪系统控制器的设计
• 4.4 风速信号的采集
• 4.5 步进电机驱动控制模块的设计
• 4.5.1 步进电机驱动模块的设计
• 4.5.2 步进电机控制电路的设计
• 4.6 外围电路的设计
• 4.6.1 电源电路的设计
• 4.6.2 时钟电路的设计
• 4.6.3 显示电路的设计
• 4.6.4 辅助电路的设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 控制系统软件的设计及调试
• 5.1 程序整体结构的设计
• 5.2 风速传感器模块的设计
• 5.3 时钟式跟踪模块的设计
• 5.4 光电式跟踪模块的设计
• 5.5 步进电机模块的设计
• 5.6 时钟模块的设计
• 5.7 显示模块的设计
• 5.8 程序联调
• 5.9 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士期间发表和录用的论文