光伏发电自动跟踪系统的设计

【摘要】： 太阳能作为一种可以永续使用的绿色可再生能源,有着巨大的开发应用潜力。但由于光伏电池的输出特性与外界环境因素的变化有很大关系,目前大规模量产的光伏电池光电转换效率仍然不高且价格昂贵。光伏发电自动跟踪装置是提高太阳能利用率,降低光伏发电成本的有效途径。研究精确的太阳跟踪装置,可使光伏电池板接收到更多的太阳辐射能量,增加发电量。本文实现了用廉价的光敏元件和单片机电路进行太阳跟踪的功能。 本文根据光伏发电原理,用仿真的方法得出了光伏电池的输出特性。对比几种典型聚光器,选择了合适的聚光类型并探讨了设计方法。分析了太阳运行规律,在对比目前常用跟踪方法的基础上,改进了以往的跟踪方式。提出将光电跟踪作为主要跟踪方式,视日运动轨迹跟踪方式作为特殊天气情况下补充跟踪方式的方案。通过两种跟踪方式互补,一方面可以充分发挥光电跟踪准确性高的优势,另一方面在阴天等天气条件下仍能实现跟踪。此外,为了确保跟踪的结果准确,在方位角和高度角调整之后,增加了一组传感器电路进行跟踪结果的验证。 通过对控制系统所实现的功能分析,论文完成了跟踪系统的硬件和软件设计。主要内容包括:单片机接口电路设计、光强检测电路设计、控制执行部件设计以及光电跟踪和视日运动轨迹跟踪模块的软件设计。完成了跟踪系统试验装置的制作。试验结果表明,完全能够实现对太阳的跟踪功能。最后,根据试验的跟踪效果,提出了改进方案和处理快云遮问题的新方法。 本文所设计的光伏发电自动跟踪系统结构简单,成本低廉,运行稳定,可广泛应用于并网和离网光伏发电系统。 【关键词】：光伏发电 聚光器 光强检测 自动跟踪
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 光伏发电的特点12-14
• 1.2.1 光伏发电的优点12-13
• 1.2.2 光伏发电存在的问题13-14
• 1.3 光伏发电自动跟踪技术的发展14-16
• 1.3.1 光伏发电的发展现状14-15
• 1.3.2 光伏发电自动跟踪技术15-16
• 1.4 本文主要完成的工作16-17
• 第2章 光伏电池研究及聚光器的设计17-32
• 2.1 光伏电池模型17-22
• 2.1.1 光伏电池的等效模型17-18
• 2.1.2 光伏电池输出特性参数18-19
• 2.1.3 光伏电池工程数学模型及仿真19-22
• 2.2 影响光伏电池输出特性的主要因素22-26
• 2.2.1 非标准条件下的光伏电池模型22-23
• 2.2.2 光照强度对光伏电池输出特性的影响23-25
• 2.2.3 温度对光伏电池输出特性的影响25-26
• 2.3 跟踪系统中聚光器的研究26-31
• 2.3.1 聚光器的分类26-27
• 2.3.2 多反射镜抛物面聚光器的设计27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 太阳跟踪方法及控制策略32-42
• 3.1 太阳运行轨迹的计算32-34
• 3.1.1 地平坐标系和极轴坐标系32-33
• 3.1.2 库伯方程33
• 3.1.3 太阳角的计算33-34
• 3.2 太阳运行轨迹的跟踪方式34-38
• 3.2.1 视日运动轨迹跟踪35-37
• 3.2.2 光电跟踪37
• 3.2.3 视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合37-38
• 3.3 控制系统总体设计38-40
• 3.3.1 控制系统所要实现的功能分析38-39
• 3.3.2 控制系统的工作过程39-40
• 3.4 机械执行装置40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 自动跟踪系统的硬件设计42-58
• 4.1 控制系统硬件总体设计42-43
• 4.2 控制系统核心部件的选择43
• 4.3 单片机接口电路设计43-50
• 4.3.1 电源电路43-44
• 4.3.2 串口通讯电路44-46
• 4.3.3 模拟量转换电路46-48
• 4.3.4 看门狗和晶振48-49
• 4.3.5 实时时钟电路49-50
• 4.4 光强检测电路设计50-55
• 4.4.1 光敏传感器的选择50-51
• 4.4.2 光强检测电路设计51-55
• 4.5 控制执行部件设计55-57
• 4.5.1 步进电机驱动控制系统55-56
• 4.5.2 本系统所采用的步进电机及驱动模块56-57
• 4.6 本章小结57-58
• 第5章 系统软件流程及调试58-65
• 5.1 主控制模块的软件设计58-59
• 5.2 光电跟踪模块59-61
• 5.3 视日运动轨迹跟踪模块61-62
• 5.4 试验参数设定62-63
• 5.5 改进方案63-64
• 5.5.1 关于提高准确度和稳定性63-64
• 5.5.2 快云遮问题的处理64
• 5.6 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-69
• 附录69-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70-71
• 致谢71

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