太阳能电池板二维自动跟踪系统的研究

【摘要】：本文主要内容是对太阳能电池板二维自动跟踪系统的研究，实现最大功率发电任务。太阳能作为一种新兴的绿色能源受到全球重视，特别是光伏发电作为利用太阳能直接而最有效方式将会是人类的一次新型能源革命。光伏发电系统通常采用固定方式安装或者一维跟踪方式，尽管其结构简单，但是发电效率低，不利于充分利用太阳能进行高效发电。 本文采用以Msp430F149单片机作为控制器采用光电跟踪和视日运动轨迹跟踪方式相结合的二维自动跟踪方式，进而能够最大的提高对太阳能的利用效率。根据天气状况确定跟踪方式，晴天采用光电跟踪方式，多云采用视日运动轨迹跟踪方式，阴雨天气系统不采用任何跟踪方式以减少系统的能耗。整个系统有太阳自动跟踪系统、光伏电源系统两个子系统，相应地进行了硬件设计和程序编写。整个系统的硬件设计主要是对太阳位置检测模块、太阳光强检测模块、数据采集模块、单片机控制模块、光伏电源模块、电机驱动电路模块的设计。系统软件设计采用模块化的编程思想，将系统功能划分为太阳自动跟踪主程序、视日运动轨迹跟踪程序、光电跟踪程序和数据采集程序等相对独立的功能模块。最后，通过对整个系统要实现的功能进行测试，相应模块的模拟结果表明能够实现对太阳的自动跟踪。 本文的光伏电源系统完成对太阳能电池板阵列发出的电进行相应的转换以实现负载的需求。选择满足系统能量需求的铅酸蓄电池，能够在多云和阴雨天气条件下实现整个系统能量的自给自足，实现最大化利用太阳能能源。 【关键词】：光伏发电 光电跟踪 视日运动轨迹跟踪 Msp430F149单片机 铅酸蓄电池
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 太阳能的特点和利用10-11
• 1.3 太阳能在全球的发展概况11
• 1.4 光伏发电技术发展与问题11-12
• 1.5 国内外光伏发电发展现状和未来12-13
• 1.5.1 国内外光伏发电的现状和未来走向12-13
• 1.6 课题研究意义13-14
• 1.6.1 理论意义13
• 1.6.2 实际意义13-14
• 1.7 太阳自动跟踪的研究现状14-16
• 1.7.1 光电跟踪方式14
• 1.7.2 视日运动轨迹跟踪方式14-16
• 1.8 论文研究的内容16-18
• 第2章 系统的总体设计18-28
• 2.1 确定太阳自动跟踪方案18-20
• 2.1.1 光电跟踪18-19
• 2.1.2 视日运动轨迹跟踪19-20
• 2.2 太阳运行规律20-22
• 2.2.1 太阳赤纬角20
• 2.2.2 太阳时角W20
• 2.2.3 基于地平坐标系的高度角一方位角式全跟踪20-22
• 2.2.4 日出日落时刻的确定22
• 2.2.5 视日运动轨迹跟踪的原理22
• 2.3 光伏电源系统22-25
• 2.3.1 独立光伏电源系统的结构22-24
• 2.3.2 光伏电源系统的能耗设计预算24-25
• 2.4 系统的整体结构25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 系统的硬件设计28-48
• 3.1 太阳位置检测传感器28-31
• 3.2 光强检测传感器31-33
• 3.3 光强检测模块33-34
• 3.3.1 硅光电池的选择33-34
• 3.4 电源电路34-36
• 3.5 Msp430F149 单片机控制模块36-41
• 3.5.1 单片机的选取36-38
• 3.5.2 太阳位置采集模块38
• 3.5.3 光强信号采集模块38
• 3.5.4 模数转换 ADC12 模块38-39
• 3.5.5 时钟芯片 DS1302 模块39-41
• 3.6 步进电机调速和驱动电路设计41-42
• 3.6.1 步进电机的概述41
• 3.6.2 步进电机的种类划分41
• 3.6.3 步进电机的主要特性41-42
• 3.7 驱动器的原理42-44
• 3.7.1 步进电机的驱动42-44
• 3.8 光伏电源系统的硬件设计44-47
• 3.8.1 设备选型44-47
• 3.9 本章小结47-48
• 第4章 控制系统软件设计48-52
• 4.1 太阳自动跟踪主程序48-49
• 4.2 视日运动轨迹跟踪程序49-50
• 4.3 光电跟踪程序50
• 4.4 数据采集程序50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 实验设计与分析52-60
• 5.1 三种天气状况的电路模拟52
• 5.2 光电跟踪系统的电路模拟52-54
• 5.3 视日运动轨迹跟踪系统的电路模拟54-55
• 5.4 监测报警系统的电路模拟55-56
• 5.5 电机工作的电路模拟56-58
• 5.6 太阳能电池板功率输出仿真58-59
• 5.7 本章小结59-60
• 第6章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60
• 6.2 存在的不足和设想60-61
• 6.3 本章小结61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 发表的学术论文68-69

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