光伏发电板自动逐日与监测系统研究

【摘要】：为了解决当今化石能源过度使用而造成的能源枯竭和环境污染问题,急需寻找和开发新型无污染能源。太阳能是一种总量极大、分布极广、可利用时间极长的清洁可再生能源。因此,绿色无污染的太阳能发电技术被积极的研究与开发,但由于太阳能的强度弱、连续差、不稳定等缺点,使得光伏发电存在太阳能资源利用率低和发电功率不稳定等问题。为此,本文研究了一种光伏发电板自动逐日与远程监测系统,旨在提高光伏发电时太阳能资源的利用率。本系统分为硬件和软件两部分。硬件部分由数据采集模块,控制器模块和电源模块组成。数据采集模块集成太阳位置、光照强度、温度等传感器；控制器模块由MCU单元、显示单元、GPRS通信单元组成：电源模块由锂电池管理单元和±3V、5V开关稳压电源单元构成。软件部分包括上位机服务器程序和下位机程序。在Lab/CVI环境下开发了基于TCP协议的光伏发电板状态量监测服务器程序；移植μC/OS与μC/GUI到STM32F 103ZET6构建下位机程序框架,在此框架下开发数据采样、自动跟踪、TCP通信等算法构成了下位机程序。本系统功能实现流程分为两个方面,一是在光电式太阳位置传感器与逐次逼近式跟踪算法作用下实时调节电动底座朝向使太阳光入射角缩减到极小值实现自动逐日功能；二是上位机与下位机基于TCP协议交互数据实现监测功能。据实际运行数据表明：光伏电池在本系统作用下能够实时跟踪光源并使光线垂直照射其表面,提高了约21%发电量：通过上位机服务器程序可监视系统电流、电压、温度、朝向等参数并可远程调节光伏电池的朝向。 【关键词】：光伏发电 自动跟踪 远程监测 嵌入式实时操作系统
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM615;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 太阳能的特点及利用方式10
• 1.3 太阳能发电技术的发展历程和前景10-11
• 1.4 自动逐日技术研究现状11-12
• 1.5 光伏发电远程监测研究现状12
• 1.6 研究内容及所做工作12-13
• 1.7 本章小结13-14
• 2 系统总体设计14-18
• 2.1 太阳自动跟踪方案14-16
• 2.2 远程监测系统方案16
• 2.3 电源系统方案16-17
• 2.4 本章小结17-18
• 3 硬件设计18-35
• 3.1 数据采集模块18-25
• 3.1.1 高度角与方位角探测电路19-22
• 3.1.2 太阳辐射强度探测电路22-23
• 3.1.3 温度测量电路23-24
• 3.1.4 电流测量电路24-25
• 3.1.5 电压测量电路25
• 3.2 控制器模块25-30
• 3.2.1 MCU接口电路27-29
• 3.2.2 LCD显示接口电路29
• 3.2.3 GPRS模块接口电路29-30
• 3.3 电源模块30-33
• 3.3.1 正5V稳压电路30
• 3.3.2 正负3V稳压30-32
• 3.3.3 锂电池组充电电路32-33
• 3.4 本章小结33-35
• 4 软件设计35-51
• 4.1 下位机程序35-47
• 4.1.1 μC/OSⅡ移植36-39
• 4.1.2 驱动程序设计39-42
• 4.1.3 μC/GUI图形支持系统移植42-43
• 4.1.4 应用程序设计43-47
• 4.2 上位机软件47-50
• 4.2.1 服务器程序设计47-50
• 4.3 本章小结50-51
• 5 系统测试51-63
• 5.1 数据采集电路仿真分析51-55
• 5.1.1 太阳位置传感器电路51-53
• 5.1.2 光照强度传感器电路53-55
• 5.2 电源电路仿真分析55-57
• 5.2.1 正3V稳压电路55-56
• 5.2.2 负3V稳压电路56-57
• 5.3 控制器电路测试57-59
• 5.4 自动逐日功能测试59
• 5.5 远程监测功能测试59-61
• 5.6 实验数据分析61-62
• 5.7 本章小结62-63
• 结论与展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 附录A 攻读学位期间参研项目68

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