双轴太阳能光伏发电自动跟踪系统可靠性研究

【摘要】：在传统能源日益短缺的今天,为了应对能源危机而开发替代新能源是未来能源战略的重中之重。太阳能作为一种普遍、无害、巨大、长久的新能源,备受国内外所青睐,各种技术和设备应运而生,作为提高太阳能利用率的太阳能光伏发电自动跟踪系统就是代表之一。由于其安装在户外,所以环境、选材、设计等因素必然会影响太阳能光伏发电自动跟踪系统的使用寿命,因此研究太阳能光伏发电自动跟踪系统的性能和可靠性对提高其工作稳定性、设备使用寿命和市场竞争力以及太阳能利用的普及都有重要意义。针对现有单、双轴太阳能光伏发电自动跟踪系统的缺点和不足,综合分析系统机械结构部分和电气控制部分对整个系统可靠性的影响,从联合跟踪模式方案的制定、复合控制策略的设计和系统总体软件方案的设定等方面对双轴太阳能光伏发电自动跟踪系统的运行过程可靠性进行了系统研究。采用联合跟踪模式可以适应各种天气变化,不但解决了单一跟踪方式所带来的种种问题,如遇到多云或阴雨天会使实时跟踪机构发生误转动,还可能使跟踪控制系统失效、需要人为定期调整机械累积误差等问题,而且还能确保双轴太阳能光伏发电自动跟踪系统在设计使用寿命中无故障运行,提高系统可靠性。根据负载情况对桁架选材、支架结构设计和电机选型,利用Proe软件对系统整体三维建模,Fluent软件对太阳能光伏电池板所受风载荷进行静压仿真分析,根据静压力云图结果利用Ansys软件对系统整体受力仿真分析,得到总体变形图和应力分布图,确定了负载、材料、结构及强度间的关系。增加了风速风向检测模块和系统自动避风设计,大大降低由于高风速对系统的影响,通过增设旁路二极管的方法解决光伏电池板热斑失效问题,从而大大提高双轴太阳能光伏发电自动跟踪系统的整体可靠性,从而提高工作寿命。 【关键词】：双轴太阳能跟踪系统 可靠性设计 自动避风 风载荷 单片机
【学位授予单位】：陕西理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题的研究背景9-10
• 1.2 课题研究的目的及意义10-11
• 1.3 太阳能光伏发电跟踪系统的产生及研究现状11-14
• 1.4 课题研究内容14-15
• 第2章 机电一体化产品可靠性理论与研究15-29
• 2.1 机械产品可靠性15-23
• 2.1.1 机械零件产品应力-强度分析15-16
• 2.1.2 零件疲劳强度计算与寿命设计16-20
• 2.1.3 机械零件磨损的基本规律与耐磨可靠度设计20-23
• 2.2 电子产品可靠性23-28
• 2.2.1 元器件的质量和可靠性23-26
• 2.2.2 降额设计26-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第3章 运行过程可靠性研究29-39
• 3.1 跟踪方式的选择29-31
• 3.2 跟踪控制方案的选择与优化31-32
• 3.3 系统的总体设计32-38
• 3.3.1 现存跟踪器的分析比较32-35
• 3.3.2 本系统的设计说明35-36
• 3.3.3 系统的总体软件设计方案36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 提高系统机械结构可靠性研究与仿真39-57
• 4.1 太阳能光伏电池板的原理特性及选型39-43
• 4.2 桁架结构设计及受力分析43-50
• 4.2.1 桁架选材分析43-44
• 4.2.2 风载荷对太阳能光伏电池板的受力分析44-47
• 4.2.3 桁架结构的设计及校核47-50
• 4.3 回转减速器的选型50-53
• 4.4 电动推杆的选型53-56
• 4.5 电机的选型56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 提高系统电气控制可靠性研究与实现57-75
• 5.1 太阳光线的检测及电路设计57-64
• 5.1.1 太阳方位检测57-61
• 5.1.2 太阳光强检测61-64
• 5.2 风速风向检测及系统自动避风设计64-69
• 5.2.1 风速、风向传感器选型64-68
• 5.2.2 系统自动避风设计68-69
• 5.3 热斑失效分析69-71
• 5.4 蓄电池和充放电控制器的选型71-73
• 5.5 误差分析73-74
• 5.6 本章小结74-75
• 结论与展望75-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果80-81
• 致谢81

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