模拟光伏发电自动跟踪平台的研究与实现

【摘要】：看过2014年巴西世界杯的人们肯定不会忘记每场球赛都会出现在球场四周的八个中文汉字:“中国英利,光伏入户”。这是我国光伏代表企业英利绿色能源控股有限公司的广告语,这句广告词向全世界揭示了光伏技术普及的必然趋势与广阔前景。在推广光伏发电的过程中,如何最大限度地提高太阳能的利用率已经成为当前国内外学者的研究热点。无论是从能量转换的角度还是接收效率的角度,对太阳能利用率的提高已取得了较大的进步。然而,技术的进步必须以人才作为核心,光伏发电的推广过程需要光伏型人才的培养,这对光伏教学的基础设施建设提出了一定的要求。本文在深入研究了太阳角度变化的理论依据和光伏跟踪的控制方式的前提下,搭建了模拟太阳光源和光伏跟踪系统相结合的智能控制平台,为光伏教学实验提供了硬件基础。在模拟太阳光源方面,通过设计执行机构与智能控制模块,将太阳光源在一天内东升西落的过程缩短在可控的时间范围内,并实现了模拟光源运行方向和光强变化的无线遥控。在光伏跟踪方面,采用低功耗控制电路实现了太阳能板的双轴跟踪,使太阳能电池板与模拟太阳光源的入射光相垂直。其中整个实验平台的机构设计采用SolidWorks进行三维建模与动画仿真,控制模块采用基于单片机的低功耗电路控制电机的运动状态和模拟光源的亮度。本课题首先介绍了光伏跟踪的研究目的与研究现状,完成了光伏跟踪的可行性分析,接着进行了模拟光源的设计,再对整个智能控制平台进行机构设计,硬件电路设计和软件设计,并进行了执行机构和电路板的制作加工,最后进行了整个智能平台的组装和调试。经过反复测试达到了预设的功能和理想的跟踪精度,为光伏发电系统提供了前端设计模型,也为光伏教学实验提供了一个可视化的智能控制平台。 【关键词】：光伏跟踪 模拟光源 单片机 机械建模
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 前言9-15
• 1.1 光伏智能控制平台的研究目的9-10
• 1.2 光伏发电及跟踪系统概述10-12
• 1.2.1 光伏发电系统简介10-11
• 1.2.2 光伏跟踪方案简介11-12
• 1.3 光伏跟踪系统的研究现状12-14
• 1.3.1 国外研究与发展现状12-13
• 1.3.2 国内研究与发展现状13-14
• 1.4 课题的主要内容和意义14-15
• 第二章 光伏跟踪可行性研究15-21
• 2.1 光伏电池工作原理15-16
• 2.2 光伏电池的绒面技术16-17
• 2.3 太阳光辐射量与光伏跟踪的关系17-20
• 2.3.1 太阳辐射量的计算17-18
• 2.3.2 太阳光辐射量与入射角的关系18-19
• 2.3.3 太阳光辐射量与光伏跟踪的关系19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 模拟太阳设计21-32
• 3.1 模拟太阳光源的选择21-24
• 3.1.1 太阳光谱的能量分布21-22
• 3.1.2 模拟太阳光源的通用标准22
• 3.1.3 光源的选择22-24
• 3.2 太阳运行轨迹分析24-30
• 3.2.1 观测坐标的选择25-27
• 3.2.2 太阳运行轨迹的计算27
• 3.2.3 太阳运行轨迹的仿真27-30
• 3.3 本章小结30-32
• 第四章 机构设计32-43
• 4.1 设计平台介绍32-33
• 4.2 总体设计方案33-34
• 4.3 材料选型34-37
• 4.3.1 机构材料的选型34-35
• 4.3.2 太阳能板的选型35
• 4.3.3 电机的选型35-37
• 4.4 核心部件设计37-40
• 4.4.1 轨道装配体的设计37-38
• 4.4.2 光源小车装配体的设计38-39
• 4.4.3 光伏跟踪支架的设计39
• 4.4.4 传感器探头的设计39-40
• 4.5 总装配体的实现40-42
• 4.6 本章小结42-43
• 第五章 硬件设计43-56
• 5.1 整体设计方案43-44
• 5.2 电机控制模块硬件设计44-51
• 5.2.1 主控制模块44-47
• 5.2.2 光敏传感电路47-48
• 5.2.3 电机驱动电路48-49
• 5.2.4 水平传感电路49-50
• 5.2.5 小车调速电路50
• 5.2.6 电源电路50-51
• 5.3 调光模块硬件设计51-54
• 5.3.1 遥控发射电路51-52
• 5.3.2 遥控接收电路52-53
• 5.3.3 调光电路53-54
• 5.4 位置反馈模块硬件设计54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第六章 软件设计56-65
• 6.1 软件框架设计56-58
• 6.2 电机控制模块软件设计58-60
• 6.2.1 跟踪电机软件设计58-59
• 6.2.2 轨道和小车电机软件设计59-60
• 6.3 光源控制模块软件设计60-63
• 6.3.1 编码解码的实现61-62
• 6.3.2 调光电路软件设计62-63
• 6.4 位置反馈模块软件设计63-64
• 6.5 本章小结64-65
• 第七章 平台测试与分析65-74
• 7.1 机构的加工与实现65-67
• 7.2 智能平台测试67-70
• 7.2.1 模块化测试67-69
• 7.2.2 总电路调试69-70
• 7.3 实验结果分析70-73
• 7.4 本章小结73-74
• 第八章 总结与展望74-76
• 8.1 课题总结74
• 8.2 课题展望74-76
• 攻读学位期间发表的学术论文76-77
• 参考文献77-79
• 附录79-83

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