光伏系统中的高精度太阳跟踪方法研究

【摘要】：在传统化石能源濒临枯竭的今天，太阳能作为一种环保无污染的可重复使用能源，具有相当大的市场潜力和研究价值。近十年来，我国在太阳能光伏发电领域取得了长足进步，但是我国太阳能光伏发电成本高、效率低、技术落后。为了提高太阳能的利用率，降低光伏发电成本，本文提出了一种新的高精度太阳跟踪方法。该方法不仅克服了光电跟踪易受天气条件影响的缺点，也解决了视日跟踪产生累积误差不能消除的问题。且该跟踪系统结构简单、成本低廉、跟踪精度高、具有很高的实用价值。 本文在分析太阳运行规律的基础上，对比几种常用的天文算法，通过编程仿真得到更精确的太阳位置计算公式，提高了视日运动轨迹跟踪的精度。通过对比几种常用光电传感器的光照特性，设计了四象限硅光电池作为光信号检测器，提高了光电跟踪的精度。跟踪开始后，先采用视日跟踪确定太阳的位置，再采用光电跟踪在小范围内精确跟踪太阳。 通过分析太阳跟踪控制系统的功能，本文完成了太阳跟踪系统的硬件和软件设计。设计主要内容包括：单片机接口电路、光照强度检测电路、步进电机驱动电路以及视日运动轨迹跟踪和光电跟踪模块的软件设计。并完成了跟踪系统的仿真实验，实验结果表明该系统完全能够满足设计的预期要求，可以全天候高精度跟踪太阳，提高光伏发电的效率。 【关键词】：光伏发电 天文算法 四象限光电池 控制器 步进电机
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本文主要内容与结构安排12-13
• 第二章 太阳能13-17
• 2.1 太阳能光伏发电特点13
• 2.2 太阳能光伏发电系统13-14
• 2.3 太阳跟踪对光伏发电的影响14-17
• 第三章 太阳跟踪控制系统的总体设计17-37
• 3.1 太阳跟踪方案的选择18-27
• 3.1.1 太阳运行轨迹分析18-21
• 3.1.2 光电跟踪21-22
• 3.1.3 视日运动轨迹跟踪22-25
• 3.1.4 光电跟踪和视日运动轨迹跟踪相互切换25
• 3.1.5 太阳跟踪新方法25-27
• 3.2 高精度天文算法的选择27-32
• 3.2.1 太阳赤纬角计算公式的选择27-29
• 3.2.2 时差计算公式的选择29-32
• 3.3 跟踪系统控制器的选择32-33
• 3.4 光电传感器的选择33-37
• 第四章 控制系统硬件电路设计37-53
• 4.1 控制系统硬件总体设计37-38
• 4.2 单片机的选型38-39
• 4.3 单片机接口电路设计39-44
• 4.3.1 电源电路设计39-40
• 4.3.2 时钟电路设计40-42
• 4.3.3 串口通讯电路设计42-43
• 4.3.4 复位电路设计43-44
• 4.4 光强检测电路设计44-48
• 4.4.1 传感器检测原理44-46
• 4.4.2 信号采集电路46
• 4.4.3 光强检测电路46-48
• 4.5 步进电机驱动电路48-53
• 4.5.1 步进电机概述48-49
• 4.5.2 步进电机驱动系统49-50
• 4.5.3 步进电机驱动芯片 L297/L29850-51
• 4.5.4 步进电机驱动电路设计51-53
• 第五章 系统软件流程设计53-61
• 5.1 主控制模块软件设计53-54
• 5.2 视日运动轨迹跟踪模块54-58
• 5.2.1 视日跟踪主程序设计54-55
• 5.2.2 太阳方位天文计算设计55-58
• 5.3 光电跟踪模块58-61
• 5.3.1 光电跟踪主程序设计58-59
• 5.3.2 步进电机脉冲计算设计59-61
• 第六章 仿真与分析61-67
• 6.1 单片机驱动步进电机仿真61-65
• 6.1.1 KEIL 软件与 PROTEUS 软件简介61
• 6.1.2 单片机驱动步进电机仿真61-65
• 6.2 结果分析65-67
• 第七章 总结与展望67-69
• 7.1 总结67
• 7.2 展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 攻读学位期间发表的学术论文目录75-76

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