太阳自动追踪光伏LED照明系统的研究

【摘要】：随着社会经济飞速的发展，人类对能源的需求也在日益增长，而地球上的能源毕竟是有限的,所以人类一直把目光投向于新能源的探索,而在新能源的开发利用中，太阳能具有诸多的优势，在许多领域得到很好的应用。本文所研究的太阳自动追踪光伏LED照明系统是对太阳自动追踪系统研究的新发展和应用。 首先，本文在参考前人研究成果的基础上，对太阳自动追踪方式进行了分析和比较，提出了一种最佳方案，即：视日运动轨迹追踪和四象限双孔干涉光电检测追踪相结合的追踪方式，该方式能够准确判断太阳光照射角度的变化并且能够使太阳能电池板始终保持垂直于太阳光线。 其次，本文设计了一种以Atmega16单片机作为控制核心的太阳自动追踪系统，主要包括光电检测电路、单片机控制电机电路、时钟和显示电路的硬件设计以及相应的主程序、光电检测追踪模块程序、视日运动轨迹追踪模块程序、时钟和显示模块程序的设计。 再次，在光伏LED照明系统中，由于蓄电池充放电装置是整个系统的重要组成部分，本文的蓄电池充放电装置主要通过采集当前充放电控制电路的电压和电流，从而实现对蓄电池的充、放电的精准控制。为了实现最大功率点跟踪(MPPT)，本文分析了不同的电路拓扑结构以及比较了几种常用的先进控制算法，并分别在太阳光照射强度、太阳能电池温度保持不变的情况下，做了实验测试，通过测试分析总结出了，适合本文的最大功率点跟踪算法，即改进型扰动观测法MPPT。在保护蓄电池、提高能源利用率方面，本文提出了合理的充电控制策略，即变阻二阶段的充电方法。该充电方法能够实现蓄电池的过压和欠压保护，同时能够对蓄电池进行快速安全的充电。 最后，本文完成了相关的硬件和软件设计，并进行了部分实验测试。测试结果验证了本文设计方案的准确性和可行性。 【关键词】：太阳自动追踪 光伏 LED照明 Atmega16单片机
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM923.34;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题的研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状及未来发展趋势9-13
• 1.3 本文主要研究内容13-14
• 第2章 太阳自动追踪系统的设计14-22
• 2.1 太阳自动追踪方式的选择14-19
• 2.1.1 光电检测追踪方式14-16
• 2.1.2 视日运动轨迹追踪方式16-19
• 2.2 太阳自动追踪系统的设计思路19-21
• 2.2.1 太阳自动追踪系统的基本框架19-20
• 2.2.2 太阳自动追踪系统的开发过程20-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 太阳自动追踪系统的硬件设计22-36
• 3.1 Atmega16 芯片简介22-23
• 3.2 振荡电路和复位电路设计23-24
• 3.3 Atemga16 外部接口电路24-25
• 3.4 光电检测电路的设计25-29
• 3.5 单片机控制电机运转的设计29-31
• 3.6 时钟电路的设计31-33
• 3.7 显示电路的设计33-35
• 3.8 本章小结35-36
• 第4章 太阳自动追踪系统的软件设计36-48
• 4.1 太阳自动追踪系统的主程序设计36-38
• 4.2 光电检测追踪模块的程序设计38-40
• 4.3 视日运动轨迹追踪模块的程序设计40-41
• 4.4 时钟模块程序设计41-43
• 4.4.1 DS3231 时钟芯片的数据传送方式以及总线时序41-42
• 4.4.2 DS3231 时钟模块的程序流程42-43
• 4.5 显示模块程序设计43-47
• 4.5.1 MAX7219 芯片的数据传送方式以及总线时序43-44
• 4.5.2 单片机驱动 MAX7219 的 C 语言程序44-46
• 4.5.3 时间校正程序流程46-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 光伏 LED 照明系统的设计与实现48-72
• 5.1 光伏 LED 照明系统的基本框架48-49
• 5.2 光伏电池模型及其特性49-55
• 5.2.1 光伏电池等值电路模型50-51
• 5.2.2 光伏电池 I-V、P-V 特性51-53
• 5.2.3 光伏电池的 MATLAB 仿真53-55
• 5.3 太阳能电池最大功率点跟踪（MPPT）55-60
• 5.3.1 最大功率点跟踪的工作原理55-56
• 5.3.2 MPPT 控制的几种不同算法的比较与选择56-57
• 5.3.3 改进型扰动观测法 MPPT57-60
• 5.4 光伏 LED 照明系统的硬件设计60-67
• 5.4.1 信号采集电路60-61
• 5.4.2 蓄电池充电方式及充电电路61-63
• 5.4.3 蓄电池放电方式及放电电路63-64
• 5.4.4 Boost-Buck 电路64-66
• 5.4.5 蓄电池欠压和过压保护电路66-67
• 5.5 光伏 LED 照明系统的软件设计67-70
• 5.5.1 蓄电池充放电流程图68-69
• 5.5.2 蓄电池 MPPT 程序69-70
• 5.6 快速 PWM 控制 MPPT 的实验测试70-71
• 5.7 本章小结71-72
• 第6章 总结与展望72-74
• 6.1 课题总结72-73
• 6.2 进一步研究方向73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-76

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