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聚光光伏发电技术的研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 太阳能光伏发电发展趋势及聚光光伏发电系统的组成

1.2.1 太阳能光伏发电发展趋势

1.2.2 聚光光伏发电系统的组成

1.3 聚光光伏的国内外应用现状

1.3.1 聚光光伏发电技术的应用

1.3.2 聚光光伏发电技术的发展现状

1.4 本文主要的研究内容

2 太阳能电池特性研究及聚光器的选择

2.1 太阳能电池

2.1.1 太阳能电池的工作原理

2.1.2 太阳能电池模型

2.1.3 太阳能电池输出特性

2.2 太阳能电池的数学建模与仿真

2.3 聚光器的选择

2.3.1 聚光器的类型

2.3.2 聚光器的选择

2.4 本章小结

3 太阳跟踪方法及控制策略

3.1 太阳运行轨迹分析

3.1.1 地平坐标系和极轴坐标系

3.1.2 太阳方位角和高度角的计算

3.1.3 赤纬角的计算

3.2 跟踪方式

3.2.1 太阳运行轨迹跟踪

3.2.2 光敏传感器跟踪

3.2.3 图像定位跟踪

3.2.4 控制系统的跟踪算法

3.3 跟踪系统的总体功能

3.4 本章小结

4 自动跟踪系统的硬件设计

4.1 控制系统硬件总体设计

4.1.1 系统硬件框图

4.1.2 成像结构设计

4.2 控制系统核心部件的选择和简介

4.2.1 图像传感器的选型

4.2.2 处理器的选择

4.2.3 步进电机的选择

4.3 系统硬件电路设计

4.3.1 DSP外围电路设计

4.3.2 通讯接口设计

4.3.3 图像采集的硬件电路连接

4.3.4 电机驱动模块

4.4 步进电机控制系统

4.5 本章小结

5 系统的软件设计

5.1 主程序设计

5.2 系统初始化

5.3 图像的采集程序及处理程序

5.4 SCI串口通信模块设置

5.4.1 SCI串口通信模块初始化

5.4.2 串行通讯子程序

5.5 电机控制子程序

5.6 上位机界面设计

5.7 本章小结

6 实验结果分析

6.1 实验系统介绍

6.2 实验结果分析

7 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间发表论文情况

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摘要

随着全球经济的发展和工业化程度的上升,人类社会对于能源的需求量在逐渐增加,传统能源的储量不断减少。各个国家一直在努力开发利用可再生能源和绿色能源以实现人类社会的可持续发展。基于综合储量稳定性等各种因素,太阳能从多种可再生能源中脱颖而出,成为最符合可持续发展战略的理想的新型的可再生绿色能源。但由于现有的光伏发电方式的成本太高且对太阳能量的利用也不够,在此背景下,本文研究了能有效提高太阳能利用率的聚光光伏发电技术,重点对太阳自动跟踪系统进行了设计。
   本文中首先建模仿真了太阳能电池,分析了太阳能电池的输出特性。比较了几种常用的聚光器的性能和经济性,并选用菲涅尔聚光器。对国内外常见的几种跟踪方式进行了讨论,在对比分析的基础上,本文提出了基于图像传感器的太阳自动跟踪系统的设计。该自动跟踪系统采用图像传感器检测太阳位置变化,按照小孔成像原理设计一次传感器—成像机构,将太阳投影成可以被图像传感器采集的光斑图像。通过对光斑定位得到太阳的偏转角度,针对所采集图像的特点来简化跟踪定位算法,最终得到的结果控制步进电机转动相对应的步数,即带动执行部分在两个方向上各旋转相应的角度实现跟踪。
   根据系统的功能分析和要求,论文对跟踪系统的硬件电路和软件进行了设计。论文选择了适合的图像传感器,处理器,步进电机及其驱动器,主要对成像机构,DSP外围电路,图像采集电路和电机控制电路进行了设计。最后对系统进行了实验,并将光线入射偏转角和步进电机应该转动的步数通过串口传送到上位机上显示,实验结果显示该系统达到了研究的预期目标。

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