光伏并网发电中太阳跟踪系统的设计

【摘要】：世界能源需求的不断攀升和自然资源的日益枯竭,对能源供应商、工业企业及消费者都提出了新的挑战,尽可能以高效和可持续的方式使用能源的同时,向新能源进军也成了大势所趋。太阳能作为绿色的新能源之一,以其取之不竭、用之不尽的优势吸引了世界各国的广泛关注,然而太阳能的利用方面又存在着许多不稳定因素,如何持续而高效的利用太阳能便成了太阳能发电领域的一个重要研究方向。 本文根据太阳能利用技术的现状,设计了一套用于光伏并网发电的太阳跟踪控制系统,以提高太阳能的利用效率,产生的电能通过输电线路、汇流箱流入逆变器,变换成稳定的交流电并入市电电网。 本文首先介绍了太阳能电池的光伏特性和太阳相对地球的运动规律,在此基础上设计双轴太阳跟踪系统。该系统主要包括太阳能电池板、DS1302时钟电路、四象限传感器、单片机、步进电机及驱动器、传动装置和电源电路。其中控制系统以ATmage8单片机为核心,采用视日运动轨迹跟踪进行初定位,然后以传感器跟踪进行误差校正。单片机的主要功能是将时钟电路和传感器的信息转换成控制信号,并输出到步进电机驱动器以驱动步进电机的转动。电源部分主要包括开关电源电路、DC/DC电路和防雷电路。从市电电网取出的交流电,通过开关电源电路转变为24V直流电,以供步进电机驱动器用电；然后再通过DC/DC变换将24V转为其他等级的电压供控制电路用电；防雷电路则用来保护室外工作的控制器。本文对跟踪控制的硬件部分和软件部分进行设计,搭建了跟踪系统实验平台,并进行实时对比实验。实验结果表明：双轴跟踪系统运行稳定,相对于固定系统而言,光伏电池的发电量提高30%以上 【关键词】：光伏发电 太阳跟踪 单片机 双轴跟踪控制 开关电源
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题背景9-11
• 1.1.1 太阳能9-10
• 1.1.2 太阳能的利用10-11
• 1.2 课题意义11-12
• 1.3 国内外太阳能发展及研究现状12-15
• 1.3.1 国外太阳能光伏技术的发展12-13
• 1.3.2 国内太阳能光伏技术的发展及现状13-15
• 1.4 目前存在的主要问题15
• 1.5 本课题的主要研究内容及系统组成15-17
• 1.5.1 主要研究内容15-16
• 1.5.2 系统组成16-17
• 2 太阳能电池的原理和特性17-24
• 2.1 太阳能电池的发电原理17
• 2.2 太阳能电池特性17-21
• 2.2.1 光电特性17-18
• 2.2.2 I-V特性18-19
• 2.2.3 太阳能电池随温度和日照变化的I-V特性和P-V特性19-21
• 2.3 太阳电池的分类21-22
• 2.4 太阳能电池的光电转换效率22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 太阳跟踪系统控制规律及机械结构设计24-34
• 3.1 我国太阳能资源分布及运动规律24-27
• 3.2 太阳跟踪方式27-30
• 3.2.1 单轴跟踪方式28
• 3.2.2 双轴跟踪方式28-29
• 3.2.3 视日运动轨迹跟踪方式29-30
• 3.2.4 传感器跟踪方式30
• 3.3 最终跟踪方案选择30-31
• 3.4 太阳跟踪系统机械结构31-32
• 3.5 四象限传感器简介32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 4 太阳跟踪系统硬件电路设计34-48
• 4.1 硬件电路总体设计方案34
• 4.2 跟踪控制芯片选型34-35
• 4.3 信号提取电路35-36
• 4.4 DS1302实时时钟电路36-37
• 4.5 电源电路37-46
• 4.5.1 开关电源电路设计37-42
• 4.5.2 DC/DC电路设计42-44
• 4.5.3 防雷击浪涌保护设计44-46
• 4.6 系统时钟及复位电路46
• 4.7 限位开关量输入电路46-47
• 4.8 本章小结47-48
• 5 太阳跟踪系统软件设计48-53
• 5.1 主程序设计48-50
• 5.2 视日运动轨迹跟踪子程序50
• 5.3 传感器跟踪子程序50-51
• 5.4 软件仿真51-52
• 5.5 本章小结52-53
• 6 实验及结果分析53-56
• 6.1 实验方法53
• 6.2 实验结果及分析53-55
• 6.3 并网方式55
• 6.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 附录A 时差表60-61
• 附录B 控制系统硬件电路图61-62
• 附录C 开关电源电路图62-63
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64-65

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