双轴式太阳能自动跟踪系统

【摘要】：能源短缺问题是未来世界难以避免的难题,不可再生的能源资源日益枯竭,可再生能源的发展势在必行。目前太阳能利用存在的最主要的问题是效率不高。在太阳能利用设备中,如果能量接收平面垂直于太阳入射光线,这样就可以在单位面积内收集更多的太阳能量。实践表明,相同条件下,有自动跟踪设备的光伏阵列要比固定式设备的发电量提高30%以上,本系统主要应用于太阳能发电方面太阳能跟踪,主要由机械部分、控制系统组成。 机械部分主要是在水平方向和竖直方向进行太阳能跟踪的二维运动云台,其中包括机壳、传动方式的选择,内部结构设计等。通过传感模块的探测,控制器发出信号来驱动水平面步进电机,通过齿轮传动,实现太阳能水平方位的跟踪。同时竖直面内的步进电机驱动齿轮、蜗杆蜗轮实现太阳能电池板在垂直方向上下转动,通过步进电机联合动作实现对太阳能两个方向的跟踪。 控制部分的设计主要包括光照强度、太阳位置传感模块,AD转换,单片机系统和步进电机部分。在研究分析几种主要跟踪模式的基础上,系统采用光电检测跟踪模式实现对太阳能的跟踪,并增加了光强传感器来确定是否启用跟踪系统。本文采用太阳能硅片电池作为光照强度检测的光敏元件,太阳方位角传感器光敏器件选用光敏电阻,两对相同的光敏电阻放置在电池板的四个方向。当两端的光敏电阻接收到的光照强度相差达到一定值时,经过比较运算放大电路送入单片机,实现电机动作、间歇性跟踪太阳能。 为了降低功耗,当光强达到一定值时开始跟踪,低于实验设置值则停止跟踪继续等待比较,减少系统频繁动作引起的损耗。 通过对8天平均每天的太阳能跟踪与非跟踪的采样光强功率的对比及运用MATLAB积分分析差异,实验结果表明了所设计系统的有效性。 【关键词】：太阳能 跟踪 光敏电阻 单片机 步进电机
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目录5-7
• 1 绪论7-17
• 1.1 课题背景及研究意义7-9
• 1.1.1 课题背景7-8
• 1.1.2 我国太阳能资源概况8-9
• 1.1.3 太阳能的特点9
• 1.2 课题研究的目的9-10
• 1.3 研究课题的意义10-12
• 1.3.1 新环保能源缓解危机10-11
• 1.3.2 提高太阳能利用率11-12
• 1.4 太阳能及其国内外利用现状12-14
• 1.5 太阳能跟踪系统国内外的发展现状14-15
• 1.6 研究内容15
• 1.7 论文章节结构15-16
• 1.8 本章小结16-17
• 2 太阳运行规律及太阳能跟踪系统的研究17-23
• 2.1 太阳运行规律的研究17-20
• 2.1.1 地球围绕太阳运行规律的研究17
• 2.1.2 太阳高度角、方位角的确定17-20
• 2.2 太阳能跟踪系统的研究20-22
• 2.2.1 太阳能时控跟踪系统21
• 2.2.2 太阳运动轨迹跟踪系统21
• 2.2.3 控放式太阳能跟踪装置21
• 2.2.4 光电式太阳能跟踪系统21-22
• 2.2.5 视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合22
• 2.2.6 用于天文观测和气象台的太阳能跟踪装置22
• 2.2.7 新型太阳自动跟踪装置22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 太阳能跟踪装置总体设计23-37
• 3.1 机械部分设计及跟踪方式的选择23-24
• 3.1.1 机械部分设计方案23-24
• 3.1.2 本文采用的跟踪方案24
• 3.2 太阳光强、方位检测模块的设计24-29
• 3.2.1 太阳光照强度检测模块25-27
• 3.2.2 太阳方位传感器27
• 3.2.3 太阳方位传感器原理27-29
• 3.3 单片机及其外围电路29-31
• 3.3.1 核心控制器的选择29-30
• 3.3.2 模拟量转换电路30
• 3.3.3 ATmega16单片机及外围电路连接30-31
• 3.4 步进电动机及驱动电路31-33
• 3.4.1 步进电动机介绍31-32
• 3.4.2 步进电机的主要特性32
• 3.4.3 步进电机的选择32-33
• 3.4.4 驱动模块33
• 3.5 系统流程图及部分程序33-36
• 3.5.1 光电跟踪流程图34
• 3.5.2 定时器控制34-35
• 3.5.3 部分程序35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 4 实验数据分析37-42
• 4.1 太阳能跟踪与非跟踪的实验数据分析37-39
• 4.2 太阳能跟踪与非跟踪太阳能接收量对比计算分析39-41
• 4.3 本章小结41-42
• 5 总结与展望42-43
• 5.1 总结42
• 5.2 展望42-43
• 参考文献43-45
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文45-46
• 致谢46

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

太阳光跟踪器及其在采光中的应用    胡勋良,强建科,余招阳

基于ATmega8的双轴太阳跟踪器设计    肖玉华;熊和金;

德国太阳能发电最多的国家    

基于并联球面机构的太阳跟踪装置研究    张顺心,宋开峰,范顺成

太阳能利用现状与趋势    胡赛纯,汤青云

新型太阳能控制器的研制    张艳红;张崇巍;吕绍勤;张兴;林闽;

太阳能利用新突破    徐机玲,蔡玉高

太阳跟踪装置的双模式控制系统    侯长来;

太阳能利用中的跟踪控制方式的研究    陈维,李戬洪

太阳能利用综述及提高其利用率的途径    余海

日光温室采光与下挖深度优化设计    李霞;于贤昌;艾希珍;李清明;

双踪太阳能光伏发电系统研究    张宝剑;高国红;

气流上升式太阳能密集烤房烘烤烟叶的研究    陆新莉;徐增汉;吴邦元;王国忠;龚文俊;郭兴志;张西仲;

太阳热水装置(六)    刘鉴民;喜文华;魏一康;张兰英;

太阳能热风采暖系统设计及可行性研究    于洪艳;齐志勇;

基于光照的日光温室总体尺寸确定方法研究    魏晓明;周长吉;曹楠;丁小明;

坦克炮管温度场的有限元计算    罗来科,宣益民,韩玉阁

PVC屋面防水卷材热能转换与控制的研究    陈耀庭,杨亚栩

基于单片机的太阳能电池自动跟踪系统的设计    薛建国

太阳能热水供应的现状与发展    韩晶,石久胜,高云峰

丘陵山区太阳能利用现状和发展趋势    王海军;祝诗平;

我国能源及新能源利用现状及发展趋势    朱国才;

HAA高空飞艇能源与动力系统探讨    赵文利;陈松;杨学武;

太阳能发电技术的发展及应用    钱瑾;王培红;兰立君;陆璐;

光伏跟踪系统智能控制方法的研究    徐晓冰

太阳能电动车关键技术研究    李春芳

太阳能地下混凝土存取热试验研究与数值模拟    赵研

SCPC集热器及其太阳能热泵热水系统研究    穆振英

新型表面微结构硅及其在太阳能热电系统应用的研究与探索    梅浩

低碳经济背景下的碳博弈问题研究    纪明

太阳能光合生物制氢系统及其光谱耦合特性研究    张军合

地源热泵与太阳能集热器联合供暖系统研究及仿真分析    吴晓寒

日本节能与新能源发展战略研究    雷鸣

辐射热力学的基础理论及其应用研究    莫松平

太阳能LED照明系统控制器的设计    杜守增

太阳能果蔬脱水车间性能试验及苹果脱水工艺优化研究    高兴海

居住建筑室内设计中的建筑节能策略研究    丁翠

太阳能电池板自动追踪系统的研究    毛桂生

一种新型的太阳能光伏发电控制系统的研究    刘凤龙

平板太阳能集热器抗冻方法研究    李芷昕

太阳能烟囱发电系统集热器的传热与流动过程的研究    朱海林

光伏发电系统MPPT及自动跟踪控制的研究    焦凌云

保定市村镇规划中新能源利用研究    帅凯

分布式太阳能农村户用系统的研制    朱运周

跟踪式高效太阳能热水器    丁樟富

单片机控制步进电机系统设计    刘国永,陈杰平

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;

智能型双轴太阳跟踪控制系统的设计    刘京诚;任松林;李敏;罗勇;杨庆峰;

太阳能电池材料CuInS_2的研究现状    汤会香,严密,张辉,杨德仁

太阳能自动跟踪系统的研究    陈向军;潘宇;于荣金;

采集太阳光的照明系统研究    张耀明

单片机控制步进电机的方法研究与应用    黄灼尧

全自动太阳跟踪器的研制和应用    吕文华;贺晓雷;于贺军;李建英;

试析日本的国际能源战略    王伟军;

我国核能安全立法体系的建设    李晶晶;屈植;

太阳能利用的跟踪与聚集系统研究    张宝星

首架太阳能飞机成功试飞    肖兵;

新产品    黄河;

国内可再生能源新闻    

太阳能交通安全设施照明及其在公路隧道中的应用    苑国良;

新型功率转换技术突破促进太阳能发展    

气球升蓝天收集太阳能    薛钢;徐娜;

绿色误区    

美国研究表明新能源将逐渐成为主流    

美国设计太阳能公路    佚名;

行业话题    

试论太阳能板的受光效率    周志义;

一种新型太阳能控制器的介绍    裴小青;徐贞华;曾丁初;

绿色船舶及其技术发展    路红山;吴崇建;许建;唐滢;

风能发电及风光互补发电系统在边际油田开发中的应用研究    张理;王春升;

嵌入式节能利用型太阳能光伏供电系统在通信局(站)的应用    刘宝贵;侯福平;

基于ANSYS的太阳能自动跟踪机构仿真及实验分析    欧阳玉平;洪添胜;文韬;孙同彪;

航标太阳能供电系统配置及改造细节探讨    李文明;

混联式太阳能果蔬烘干机的研制    马洪江;王海;王颉;

太阳能供电系统在海上平台的应用    杨健;杜银昌;刘树慰;

宁波航标处航标巡检维护标准化流程的建设    何跃盛;

“太阳”指路伴你行    本报记者 英涛 实习生 杨淼 通讯员 王永强

太阳能板块再现网络股激情？    万国测评 李荣昌

中国成为世界太阳能市场新兴力量    林西

首条陶瓷太阳能板生产线投产    记者 蔡忠仁

自制太阳能1W LED灯    合肥 颜德生

太阳能船将进行环球首航    记者　 张亮

中国太阳能 海外放光芒    胡天舒

美学者认为太阳能有望成为替代能源首选    欧飒

草根先锋：发电机成新家电,太阳能的    王玉珏

太阳能国标让消费者放心使用热水器 国家环保部抬高太阳能热水器环保门槛    刘莉

太阳能新风系统设计与控制方法研究    杨军

光伏系统在内蒙古地区标识绿色建筑节能贡献    明杰

分布式风光互补系统控制与最大功率跟踪策略研究    刘立群

节能建筑模块化体系设计与评价及仿真优化方法研究    黄茜

便捷式太阳能充电毯产品设计研究    刘玥

地源热泵与太阳能复合系统在建筑中的应用分析    徐华丽

太阳能一体化高层住宅的结构分析研究    闫银川

炎热气候条件下的被动和主动（太阳能）设计策略    欧萨马

以太阳能为核心能源的生态交通工具研究    于长源

环境设计中太阳能应用的探索与研究    孙婷婷

太阳能一体化建筑热利用的经济评价    田甜

基于DSP的高精度太阳能跟踪控制器设计与实现    关继文

太阳能LED路灯控制系统的设计与制作    俞建军

双轴式太阳能自动跟踪系统    徐海鹏