一种新型太阳能跟踪装置的研究

【摘要】：世界经济的发展依赖于能源的消耗，但化石能源的储量也是有限的。日益凸显的环境问题也成为了人们关注的焦点，人类迫切需要找到新能源来代替化石燃料，既要避免环境的进一步恶化，又要能够保证经济和社会的繁荣与不断进步。太阳能是被认为是最有前景的新能源之一，但是太阳能目前的利用率还未达到预期目标，主要原因是太阳能的利用率低导致成本高。准确地跟踪太阳，可以提高太阳能的利用和扩大其在该领域的使用。跟踪技术的应用能够有效地提高太阳能的利用率，因此受到了世界各国科技工作者广泛的关注。本文在单轴跟踪装置的基础上，设计研究了一种太阳能自动跟踪装置，这种跟踪装置能够有效地提高太阳能的利用率。 本文首先介绍了太阳能光伏发电技术的应用背景、目前的应用现状和存在问题，继而引出太阳能跟踪的目的和意义，并且介绍了国内外跟踪技术的研究发展现状。接着研究了视日运动轨迹跟踪的原理，提出了本文跟踪技术的方案，从东向西连续跟踪太阳的方位角，达到跟踪太阳的目的。进一步根据跟踪技术方案的要求设计了机械结构部分和跟踪控制部分。机械部分主要介绍了整体机械设计方案和机械跟踪部件，包括步进电机和减速机等核心部件。跟踪控制部分是以MSP430F149单片机为控制核心，根据跟踪技术方案设计整个系统的控制程序和其他硬件，从而实现连续跟踪太阳的目标。 太阳能自动跟踪装置安装在敦煌某太阳能光伏电厂进行实验，实验结果表明，本文设计的太阳能跟踪装置能够有效地提高太阳能的利用率，并且只消耗很少的能量。在不同天气下比较跟踪式系统的发电量和固定式系统的发电量。在晴天天气情况下，跟踪式系统的发电量比固定式系统的发电量提高了31.39%。在多云天气情况下，跟踪式系统的发电量比固定式系统的发电量提高了11.20%。比较连续10天跟踪式系统的发电量和固定式系统的发电量，结果表明跟踪式系统的发电量比固定式系统的发电量提高了30.17%。在晴天天气条件下，跟踪时消耗的能量是0.238kW·h，控制系统消耗的电量只占总发电量的0.89%，消耗的能量只是很微小的一部分。实验说明，整个跟踪系统的运用能够有效地增加发电量，而且跟踪消耗的能量也十分微小，运用本文研究的跟踪系统效果还是十分明显。 【关键词】：太阳能 光伏发电 跟踪系统 单轴跟踪
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究的背景10-13
• 1.1.1 能源危机10-11
• 1.1.2 环境问题11-12
• 1.1.3 太阳能的优势12-13
• 1.2 课题研究目的和意义13
• 1.3 目前太阳能光伏发电的发展现状和存在的问题13-14
• 1.4 国内外跟踪技术的研究现状14-18
• 1.4.1 国外研究现状14-16
• 1.4.2 国内研究现状16-18
• 1.5 本文研究的主要内容18-20
• 2 跟踪技术的原理20-26
• 2.1 太阳运动轨迹20-22
• 2.1.0 赤道坐标系20-21
• 2.1.1 地平坐标系21-22
• 2.1.2 真太阳时和平太阳时22
• 2.1.3 确定跟踪坐标系22
• 2.2 太阳高度角和方位角的计算22-23
• 2.3 选取跟踪装置的类型23-26
• 3 跟踪装置的机械部分26-30
• 3.1 机械结构26-27
• 3.2 减速机27-28
• 3.3 步进电机28-29
• 3.4 T 形丝杠和其他部分29-30
• 4 控制系统结构设计30-44
• 4.1 跟踪控制方案30
• 4.2 单片机的选择30-32
• 4.3 电源电路32-33
• 4.4 时钟电路33-34
• 4.5 串口电路34
• 4.6 LCD1602 液晶显示模块电路34-38
• 4.6.1 LCD1602 液晶的引脚功能35-36
• 4.6.2 LCD1602 的指令说明36
• 4.6.3 LCD 1602 的时序36-37
• 4.6.4 LCD1602 的标准字符库37
• 4.6.5 LCD1602 液晶显示驱动模块37-38
• 4.7 步进电机驱动38-42
• 4.7.1 L297 芯片38-41
• 4.7.2 L298 芯片41-42
• 4.8 重力传感器42-44
• 5 控制系统软件44-48
• 5.1 IAR Embedded Workbench 简介44
• 5.2 流程图设计44-45
• 5.3 控制程序调试45-48
• 6 实验部分48-62
• 6.1 光伏发电系统的分类48-49
• 6.1.1 独立光伏发电系统48
• 6.1.2 并网光伏发电系统48-49
• 6.2 实验准备49-51
• 6.3 跟踪式和固定式的对比51-55
• 6.3.1 晴天天气下跟踪式与固定式的比较51-53
• 6.3.2 多云天气下跟踪式和固定式的比较53-54
• 6.3.3 连续 10 天的对比情况54-55
• 6.4 跟踪消耗的能量55-56
• 6.5 验证倾角传感器低温性能56-62
• 6.5.1 试验材料及设备56-58
• 6.5.2 输出电压与温度的关系58-59
• 6.5.3 倾角变化与温度的关系59-62
• 7 结论62-64
• 致谢64-66
• 参考文献66-72
• 附录：主要电路图72-74
• 硕士研究生期间研究成果74

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

一种新型太阳跟踪器的设计    王志超;韩东;徐贵力;毛建国;沈峘;

基于步进电机的太阳跟踪系统设计    马健;向平;赵卫凤;毕玉庆;

太阳能电池自动跟踪系统的研制    张常年 ,赵红怡 ,吕原

基于MSP430F449单片机的24BYJ48步进电机控制    万胜前;

LCD1602在数字钟中的应用    祝凤莲;

风力/光伏混合发电系统研究    徐涢基;祝婧;

基于双CPU的太阳能跟踪系统的研究    刘凤龙;高晗璎;

基于DSP的喷码机运动控制系统的设计    姜昌明;丁明健;王磊;

智能太阳跟踪系统的研究与设计    吴小所;郭存鸽;

全自动跟踪太阳能发电设备的计算机测控系统    任家东,刘永山,何海涛,刘中杰

辽宁康平地区太阳能资源特征变化及评估    孙福义;康敏;姜涛;

建昌县近50年光照资源趋势变化及特征分析    马永忠;李明春;黄英华;杨学强;

太阳能利用跟踪技术的研究进展    许启明;冯俊伟;宫明;

基于垂直双轴结构太阳能光电跟踪系统研究    韩宇龙;於正强;赵安璞;方舟;吴旭峰;

光伏并网发电系统的雷电监控系统研究    罗维平;薛勇;

光伏发电模拟装置的设计    尹亮;宫文宁;

高精度双轴太阳跟踪控制器设计    周培涛;李成贵;刘绍宗;姚刚;

可再生能源发电的发展现状及前景    张丽香;

太阳光源跟踪伺服系统建模与仿真分析    Rudolf Mecke;Hochschule Harz;魏厚震;袁海文;王秋生;

可再生能源的现状和前景(下)    王庆一;

Research of three-loop Control Method Of PV Grid-connected Inverter    

基于MATLAB/Simulink的风/光复合发电系统的稳态建模与仿真    阮睿;井天军;杨明皓;

节能减排在电力工业中的实现    李梅;孙冠群;张松慧;

Application Design of A Sun-Tracking System    Haizai Peng;Tingting Du;Wei Gu;

基于SOGI的单相电流型逆变器    张元吉;叶建华;

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

微网多目标优化运行及控制策略研究    崔明勇

中国地面太阳辐射长期变化特征及短期预报方法研究    马金玉

太阳能热光伏系统机理与实验研究    陈雪

太阳能热电—光电复合发电系统的热力学分析与结构优化    杨天麒

中国光伏产业发展战略研究    李晓刚

人工智能及其在风—光互补发电场中的应用研究    张伯泉

大容量风电并网对电力系统安全稳定的影响研究    张红光

面向温室补光的太阳自动跟踪系统研究    张起勋

光伏发电系统效率提高理论方法及关键技术研究    朱艳伟

丛粒藻形态多样性、遗传多样性分析与培养条件优化    王朋云

太阳能行业中技术创新型企业的现状、问题和对策    沈达

基于SCP范式中国光伏产业产业组织研究    黄欢

一种新型的太阳能光伏发电控制系统的研究    刘凤龙

基于生物网络的光伏并网发电系统研究    王磊

光伏发电系统MPPT及自动跟踪控制的研究    焦凌云

光伏照明系统中智能照明策略研究和工程应用    杜思远

可再生能源发展对电网管理体制的影响研究    陈立忠

基于虚拟仪器的聚光太阳能伏安特性测试系统    王利权

太阳能跟踪控制系统的研究与设计    方建钢

基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计    薛建国

一种新型太阳跟踪器的设计    王志超;韩东;徐贵力;毛建国;沈峘;

我国太阳能产业现状分析及政策建议    沃野;

独立光伏电源系统设计方法    杨树明;史胜达;

光伏发电系统中逆变器技术应用及展望    陈维;沈辉;邓幼俊;舒杰;

世界风电技术发展趋势和我国未来风电发展探讨    许洪华,郭金东 ,鄂春良

风力发电与电力市场    雷亚洲,Gordon Lightbody

风能太阳能综合电源系统设计    张荣甫,高树发,邵振付

21世纪太阳能发电的展望    杨金焕,陈中华

太阳能自动跟踪系统的研究    陈向军;潘宇;于荣金;

风/光互补混合发电系统优化设计    李爽

独立运行风/光互补电站控制监测系统的研究    定世攀

太阳自动跟踪装置控制系统的研究    任超

基于DSP的太阳跟踪控制系统研究    张翌翀

自动电视跟踪装置基本原理    Frank J.Thomas ,Chester A.Winsor ,刘正廷

电视自动跟踪装置基本原理 第二部分——区域跟踪装置    F.J.Thomas ,C.A.Winsor ,刘正廷

热成象跟踪装置的光电配置    倪永华;

一种智能型全自动太阳跟踪装置的机械设计    李建英,吕文华,贺晓雷,于贺军

一种自给动力式太阳跟踪装置的结构及工作原理    侯长来

太阳跟踪装置的双模式控制系统    侯长来;

太阳跟踪装置    冯小强;宋伟峰;宋婉贞;赵永进;

“逐日号”太阳能智能跟踪装置的制作    李自平;邓国军;

基于四元数的球面太阳跟踪装置位置反解    阳波;张帅;道辻洋平;

可移动的跟踪装置电视监视自动跟踪    铁生;

基于COSMOSMotion太阳能跟踪凸轮机构的设计    郑硕;李明滨;尹东文;杨柳斌;

太阳能跟踪装置生产项目落户津港工业园    通讯员 徐巍　孙继权

一种新型太阳跟踪装置问世    本报记者 吴佩

加速光伏发电产业化 领跑宁夏新能源装备制造业    

追着太阳转 高效用能源    记者 黄哲雯

抢占太阳能发展制高点    北方交通大学王瑞峰

一种新型太阳跟踪装置的研制    胡叶广

大型聚光光伏跟踪装置结构优化    黄磊

新型太阳跟踪装置机构的研究    宋开峰

基于球面机构的太阳跟踪装置控制系统的研究    王涛

基于阵列式的太阳跟踪装置研究    张学刚

月球车跟踪装置伺服控制系统研究    吕世良

一种新型太阳能跟踪装置的研究    杨刘

光电池太阳光跟踪装置的研制    周志

太阳能追日系统的设计与实现    韩玥

太阳能光伏定向跟踪装置的设计与开发    聂健