太阳能电池板自动追光系统研究与实现

【摘要】：太阳能是一种无污染可再生的清洁能源，大力开发利用太阳能对缓解我国目前紧张的能源危机有着重要的实际意义。本文在研究现有相关追光理论的基础上，设计了一种新的太阳自动跟踪控制系统，将视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合，从而克服了视日运动轨迹跟踪存在积累误差的问题，同时也解决了光电跟踪容易受外界环境影响，追光性能不稳定等缺点。本文主要对以下几个方面做了研究： （1）对现有的追光理论、追光方式以及目前应用最多的几种光电转换器件的功能和特性进行了研究分析，确定了本文将采用视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合的太阳跟踪方案，采用四象限硅光电池作为本系统的光电转换元器件，并将凸透镜和四象限硅光电池相结合设计了本系统的光电传感器。 （2）对视日运动轨迹跟踪方式中涉及到的太阳高度角及方位角计算公式的精确性和实用性进行了对比分析，确定了本文拟采用的太阳赤尾角和时差计算公式。 （3）对系统的硬件和软件进行了设计。硬件主要对单片机的相关接口电路、光电传感器电路、液晶显示电路以及电机驱动电路进行了设计；对系统软件进行了模块化的设计，主要分为视日运动轨迹跟踪模块和光电跟踪模块两大部分。 （4）针对光电跟踪模块采用电路仿真软件PROTEUS-ISIS对电机驱动部分进行了仿真，通过分析表明电机转动角度符合系统设计要求。 通过实际调试和试验表明，本系统完全能够在没有外界电源的情况下，利用太阳能电池板所产生的电能驱动两个直流电机，实现在不同天气条件下对太阳的实时自动跟踪，这将有助于从太阳能光伏发电装置方面提高太阳能的光电转换效率。 【关键词】：太阳跟踪 跟踪算法 四象限硅光电池 直流电机
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.1 能源危机与环境问题9-10
• 1.1.2 利用太阳能的优势10-11
• 1.2 当前太阳能利用中存在的问题11-12
• 1.3 太阳跟踪技术国内外发展现状12-13
• 1.4 课题的意义和主要工作13-14
• 1.4.1 本课题的研究意义13-14
• 1.4.2 本文的主要内容和结构安排14
• 1.5 本章小结14-15
• 第二章 太阳跟踪原理及方案设计15-32
• 2.1 太阳运行的轨迹分析15-18
• 2.1.1 天球15
• 2.1.2 地平坐标系15-17
• 2.1.3 赤道坐标系17-18
• 2.2 太阳跟踪方案的选择18-24
• 2.2.1 视日运动轨迹跟踪方式18-22
• 2.2.2 光电传感器跟踪方式22-23
• 2.2.3 视日运动轨迹跟踪与光电探测器跟踪方式相结合23
• 2.2.4 三种跟踪方式的比较23-24
• 2.3 光电传感器部分方案选择与设计24-29
• 2.3.1 光电转换器件理论基础24-26
• 2.3.2 光电传感器的设计26-27
• 2.3.3 本课题设计方案基于凸透镜与四象限硅光电池27-29
• 2.4 本课题太阳动态跟踪系统设计29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 太阳视日运动轨迹跟踪算法设计32-42
• 3.1 太阳高度角及方位角的计算32-37
• 3.1.1 太阳赤尾角计算公式的选择32-35
• 3.1.2 太阳时差计算公式的选择35-37
• 3.2 地理经纬度以及时间信息的获取37-41
• 3.2.1 GPS 模块37-38
• 3.2.2 GPS 的应用特点38
• 3.2.3 本系统采用的 GPS 模块性能介绍38-40
• 3.2.4 GPS 通信协议 NEMA-0183 协议40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 系统硬件设计42-52
• 4.1 控制系统总体设计42-43
• 4.2 单片机的选型43-45
• 4.3 单片机接口电路设计45-47
• 4.3.1 电源电路设计45-46
• 4.3.2 晶振电路设计46
• 4.3.3 复位电路设计46-47
• 4.3.4 串口通讯电路设计47
• 4.3.5 在线编程调试接口47
• 4.4 电机驱动电路设计47-49
• 4.5 显示电路设计49
• 4.6 光电传感器电路设计49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第五章 系统软件设计52-62
• 5.1 系统软件开发环境介绍52-54
• 5.1.1 软件开发环境 MPLAB IDE52
• 5.1.2 编译器 CCS 介绍52-53
• 5.1.3 PIC-kit3 编程器/调试器53-54
• 5.2 主控模块软件总体设计54-55
• 5.3 视日运动轨迹跟踪模块软件设计55-59
• 5.3.1 视日运动轨迹跟踪总体设计55-56
• 5.3.2 太阳高度角和方位角天文算法设计56-59
• 5.4 光电跟踪模块程序设计59-60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 系统仿真与调试62-72
• 6.1 仿真软件 PROTEUS 简介62
• 6.2 单片机驱动直流电机的仿真62-69
• 6.2.1 仿真软件 PROTEUS 的环境搭建62-64
• 6.2.2 四象限模拟仿真电路64-65
• 6.2.3 电路仿真分析65-69
• 6.3 系统调试分析69-71
• 6.4 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-76
• 攻读学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

一种基于四象限光电探测器的对准新方法    王秀青;徐德;谭民;刘云;

电视跟踪系统的硬件设计    付晓炜,李久贤

光伏发电系统多方位检测与跟踪技术    梁勇;梁维铭;卢文全;丁宣浩;

AD590温度测量电路分析与设计    张守峰;

基于AVR单片机的门禁控制器的设计与实现    周斌;陈伟海;于守谦;

双轴跟踪装置对太阳能发电系统增效的理论研究    卢育发;李旗号;李倩;

智能型遮阳控制系统的研究及构建    陈一飞

太阳能供电与半导体制冷箱的设计    张曦;

太阳辐射量与光伏系统优化设计软件    杨金焕;葛亮;

光伏系统设计思路及注意事项    王润波;

大型集中并网光伏电站硬件设计要求及安全保护    王志刚;龙维绪;崔海昱;邓菊莲;刘祖明;廖华;涂洁磊;

串联式混合动力电动汽车电机控制系统研究    牛礼民;冯能莲;陈龙;杨启耀;

基于PC控制的智能机械手控制系统    卓树峰;黄净晴;

跟踪式光伏发电系统的性能分析    高亮;蔡世俊;高鹏;李果华;施正荣;朱拓;

采用四象限探测器的双轴跟踪控制技术    王岱,杨世洪

基于单片机的数字式热敏温度计设计    冯霞;

采用EPLD设计视频同步信号发生器的方法    朱伟,沈红光

太阳能光伏系统最大功率跟踪器的研究    崔岩;黄宏生;李大勇;胡宏勋;

机载武器四象限测角制导新算法    张洪建,方斌,李伟仁

快速倾斜反射镜精跟踪系统    万敏,张家如,聂文杰,周克恩,于真,张蓉,张凯

光斑模式对PSD定位的研究    吕爱民,袁红星,贺安之

太阳能利用中的跟踪控制方式的研究    陈维,李戬洪

温度传感器校准系统中红外信号检测电路设计    王锐;郝晓剑;周汉昌;王淑娟;

基于单片机的温度控制系统的分析与设计    刘泽群;江世明;

光电跟踪定位系统统计跟踪率误差测试研究    白廷柱,邹正峰,芦汉生,周立伟

方位角准确预测法在光电跟踪中的应用研究    魏刚;江传富;杨坤涛;

星载光电跟踪关键技术研究    刘伟;胡以华;王恩宏;蔡晓春;

舰载平台下的光电跟踪技术    沈永良;徐亚飞;

军用光电跟踪伺服控制技术分析    黄璐;胡大军;吴晗平;

光电跟踪火控技术发展初步思考    裴晓黎;

一种快速三轴全方位光电跟踪策略    官伯林;贾建援;朱应敏;

机载光电跟踪平台脱靶量滞后的补偿方法研究    彭东;

用优选法調試光电跟踪綫切割机床    

光电跟踪线切割机床调试使用中的几个问题    

光电跟踪监视、卫星通信、海事搜索灯等设备在海事巡航搜救中的组合应用    林建辉;

星载光电跟踪关键技术研究    刘伟;胡以华;王恩宏;蔡晓春;

非线性滤波在光电跟踪中的应用及仿真研究    李晓峰;徐军;王洪水;徐利国;

大型地面光电跟踪测量设备静态测角实验室检测技术研究    韩冰;陈琦;马洪涛;何煦;沈湘衡;

光纤旋转连接技术在光电跟踪设备中的应用    韩红霞;耿爱辉;曹立华;王地男;

光电跟踪测量仪器垂直轴晃动测量结果的分析    周兴义;居波;

双DSP系统在某光电跟踪产品中的应用    闫琳;李红波;邹斌阳;高淑慧;

光电跟踪产品双DSP系统间的数据传输    闫琳;李红波;邹斌阳;高淑慧;

双DSP系统在某光电跟踪产品中的应用    闫琳;李红波;邹斌阳;高淑慧;

光电设备低对比度目标捕获能力检验方法研究    叶露;

光电跟踪产品受到国家海洋局青睐    韩放 王秀玲

探路“光电王国”    陈万军 陈炳锋

机载光电跟踪测量的目标定位误差分析和研究    金光

陀螺稳定光电跟踪平台伺服控制系统研究    姬伟

复合轴光电跟踪系统控制策略的研究    李文军

基于Compax3的数据融合高精度光电跟踪伺服控制系统研究    王威立

光电跟踪全数字伺服随动控制器设计    廉学正

光电跟踪伺服系统控制策略理论与实验研究    王卫兵

图像非线性处理及在型号光电跟踪中的应用    籍刚

光电跟踪转台的光学系统研究    初宏亮

机动式光电跟踪转台小型化设计与可靠性研究    刘儒贞

舰载光电跟踪伺服控制系统建模及稳定性研究    黄璐

舰载光电跟踪视轴稳定技术    刘翔

提高光电跟踪伺服系统精度关键技术研究    林森

一种视频、图形、汉字叠加系统在雷达光电跟踪中的应用    罗凌

轻型通用光电跟踪平台跟踪控制系统设计    翟园林