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【6h】

太阳能光伏定向跟踪装置的设计与开发

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目录

摘要

第1章 绪论

1.1 发展太阳能的背景

1.1.1 太阳能的利用现状及发展趋势

1.1.2 我国太阳能的资源分布情况

1.1.3 太阳能利用的优缺点

1.2 国内外太阳跟踪技术研究动态

1.2.1 国外太阳跟踪技术研究

1.2.2 国内太阳跟踪技术研究

1.3 研究的目的和意义

1.4 论文的主要研究内容及所作的工作

1.4.1 机械结构

1.4.2 控制系统硬件

1.4.3 控制系统软件

1.4.4 软件和硬件联调

1.5 论文的组织与安排

第2章 太阳跟踪原理及整体方案设计

2.1 太阳跟踪原理

2.2 太阳运行的天文规律

2.2.1 赤道坐标系

2.2.2 地平坐标系

2.3 太阳能跟踪机械装置划分

2.3.1 单轴跟踪机构对比

2.3.2 双轴跟踪机构对比

2.4 太阳能跟踪方式的比较

2.4.1 视日运行轨迹跟踪

2.4.2 光电跟踪

2.4.3 视日运行轨迹跟踪与光电跟踪相结合

2.5 光伏发电

2.5.1 光伏特性曲线

2.6 最大功率跟踪技术

2.6.1 最大功率跟踪原理

2.6.2 最大功率跟踪方法

2.7 跟踪系统总体方案设计

2.8 本章小结

第3章 机械结构设计

3.1 机械结构方案及设计

3.1.1 结构要求及实现原理

3.1.2 旋转机构的设计

3.1.3 机械机构限位控制

3.1.4 太阳能电池板尺寸选择及受力分析

3.2 步进电机原理

3.2.1 步进电机的特点及型号选择

3.3 电动推杆原理及型号选择

3.4 涡轮蜗杆设计选择及轴承选择

3.5 机械机构旋转方案实现

3.6 本章小结

第4章 控制系统硬件电路设计

4.1 控制系统总体方案设计

4.2 光电传感器

4.2.1 光电传感器的工作原理

4.2.2 光电传感器的选型

4.2.3 光电传感器处理电路的设计

4.3 时钟电路芯片选型和设计

4.4 LCD显示模块的设计

4.5 GPS模块设计

4.6 中断按键电路设计

4.7 电流检测电路设计

4.8 电动推杆驱动电路设计

4.9 MPPT电路设计

4.10 本章小结

第5章 控制系统的软件设计

5.1 跟踪控制系统软件设计

5.2 软件调试环境简介

5.2.1 嵌入式系统简介

5.2.2 STM32F103ZET6简介

5.3 系统应用软件设计

5.3.1 程序总体设计要求

5.3.2 系统跟踪主程序设计

5.3.3 太阳角度计算子程序

5.3.4 视日运行轨迹跟踪子程序设计

5.3.5 光电跟踪子程序设计

5.3.6 最大功率跟踪子程序设计

5.4 上位机程序

5.4.1 Visual basic简介

5.4.2 程序设计要求

5.4.3 程序设计及实现

5.5 实验数据分析

5.5.1 视日运行轨迹跟踪与光电跟踪算法准确性分析

5.5.2 电池板跟踪性能检测以及对比

5.5.3 误差分析

5.5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 课题研究设计总结

6.2 展望

参考文献

附录1 部分图片清单

附录2 攻读硕士学位期间所获成果

致射

声明

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摘要

太阳能作为一种绿色、清洁,可持续的发展能源,成为当今世界各国努力探索并开发的新能源,但太阳能本身存在一些缺陷,限制了人们对太阳能的利用和开发。太阳能光伏跟踪控制系统的研究,能够提高对太阳能的利用效率、促进光伏电产业的发展,缓解能源压力。基于此,本文设计了一款基于立柱式的双轴太阳跟踪控制系统,并从以下几个方面展开了研究工作:
  (1)设计跟踪装置的机械结构,机械部分为提高太阳能的使用效率,本文设计了一种立柱式双轴跟踪装置,该装置包括两个自由度,可在方位角和高度角上对太阳进行跟踪,方位角由步进电机控制,高度角由电动推杆控制。控制部分为提高跟踪精度采用视日运行轨迹跟踪与光电跟踪这两种跟踪方式相结合。
  (2)设计控制模块的硬件电路,针对机械部分和控制部分的功能要求,对硬件电路进行了模块化设计,包括信号处理电路、LCD显示电路、中断按键电路、电流检测电路、GPS信息接收电路、限位电路、最大功率跟踪电路、电动推杆驱动电路。研究了视日运行轨迹跟踪的计算方法,给出了光电跟踪方式的具体跟踪策略。对系统的软件设计包括太阳自动跟踪控制系统主程序、视日运行跟踪子程序,光电跟踪子程序,最大功率点跟踪子程序及实现各个子模块的功能。驱动执行机构对太阳高度角和方位角进行跟踪转动,最后总结了跟踪系统误差产生的主要原因,并提出了系统改进方案。
  通过以上研究工作,基本完成了太阳跟踪控制系统的设计,实际运行结果表明:该控制系统运行稳定可靠,能确保太阳能电池板在误差允许范围内与太阳光线基本保持垂直,实现了对太阳光线的全天候自动跟踪,提高了太阳能的接收效率。

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