基于太阳跟踪光探测器的研究与设计

论文摘要

在太阳能应用系统中,为了寻求一种结构简单、成本低廉且跟踪精度高的太阳跟踪装置,论文研究、设计了太阳跟踪光探测器,并应用计算机测试系统对所设计的太阳跟踪探测装置进行了性能测试。论文在研究太阳运动规律和综合分析目前国内几种典型的太阳跟踪光探测装置的基础上,提出了新的太阳跟踪光探测器的方案。其结构是采用硅光电池作为光敏元件,安装在底面为平面反射镜的特定框架结构内。当太阳光垂直照射平面镜时,每个光电池受到的光照强度基本相同,其输出的电流信号值之差很小,跟踪机构停止动作;当太阳光与平面镜之间的夹角在不为90°的一定范围内时,光电池接受的光照度不同,其输出电流值之差较大,跟踪机构开始动作,直到平面镜的法线正对太阳,这样便实现了高精度、大范围太阳跟踪。通过对太阳跟踪光探测装置所需要实现的功能分析,论文完成了其硬件和软件设计,制作了一个简易试验装置,对该太阳跟踪光探测装置进行了试验,试验结果分析表明,该太阳跟踪光探测装置的精度可以达到0.5°,高度角和方位角跟踪范围在2°～178°。最后分析了在各种天气状况下,太阳跟踪光探测器能稳定的工作。该太阳跟踪光探测装置结构简单、成本低廉,可用于聚光光伏发电系统、碟式太阳能热发电系统和塔式太阳能热发电系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 太阳能光伏发电原理与技术
• 1.3 太阳能自动跟踪系统的意义与应用现状
• 1.4 本课题的意义与内容
• 第二章 太阳视运动与目前国内太阳跟踪装置的分析与研究
• 2.1 太阳视运动
• 2.1.1 地球围绕太阳的运行规律
• 2.1.2 太阳高度角和方位角的确定
• 2.2 目前国内太阳跟踪装置的分析与研究
• 2.2.1 “多元法”太阳定位装置
• 2.2.2 比较控制式太阳跟踪装置
• 2.2.3 利用透镜光纤设计的太阳自动跟踪装置
• 2.2.4 用于天文观测和气象台的太阳跟踪装置
• 第三章 太阳跟踪光探测器的探测装置设计方案
• 3.1 光探测器的组成和工作原理
• 3.2 探测装置的光敏元件选型
• 3.2.1 硅光电池的基本结构
• 3.2.2 硅光电池光电特性
• 3.3 光探测装置的结构
• 3.4 探测装置的工作原理
• 3.5 跟踪精度理论分析
• 3.6 跟踪范围理论分析
• 第四章 太阳跟踪光探测器的硬件设计
• 4.1 光探测器的硬件构成
• 4.2 模拟信号调节电路
• 4.2.1 信号采集前处理方法
• 4.2.2 电流-电压信号转换电路
• 4.2.3 辅助电源设计
• 4.3 数据采集电路
• 第五章 太阳跟踪光探测器的软件设计
• 5.1 软件的具有的功能
• 5.2 界面设计
• 5.3 系统流程图
• 5.4 数据采集卡函数的声明与调用
• 第六章 测试结果及分析
• 6.1 实验内容
• 6.2 实验结果分析
• 6.2.1 跟踪精度测试结果及分析
• 6.2.2 跟踪范围测试结果及分析
• 6.3 跟踪策略
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录 论文中的主要程序
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文