基于模糊控制的太阳能智能追踪系统

【摘要】：本文研究了基于模糊控制的太阳能智能追踪系统。太阳能是一种新兴的可再生能源,为人类创造了一种新的生活形态,使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。未来太阳能的主要利用方式是太阳能发电,而光伏发电是其中重要的发电方式之一,但是太阳能板价格昂贵并且效率不高,阻碍了光伏发电产业的发展。并且由于光伏发电多采用固定安装模式,无法提高效率；而较成熟的采用机械追踪系统的光伏发电技术,受累积误差影响较大,通常采用光电追踪系统的光伏发电技术经常受天气干扰出现误操作。而且太阳能经过云层,周围环境漫反射等影响,接收太阳能的最佳倾斜角与太阳光线实际入射角相比,会有滞后角度,因此以往追踪太阳光线入射角度的追踪方式并不能达到最大效率。本文依托光电追踪技术,提出了将两种光电追踪技术相结合的追踪方式。根据实时的太阳能情况,研究接收太阳能的最佳倾斜角,此角度通常情况下要滞后于太阳光线入射角。在不同的太阳能资源条件下,采用不同的追踪模式,追求最大的发电效率。并且此系统消除了累积误差,降低了出现误操作的概率,从而减少太阳能板的使用数量,降低了成本。本文首先分析并确定了不同天气条件下,应分别采取的追踪模式。整个系统分为太阳能疏追踪系统和太阳能精密追踪系统两个子系统。然后,从整体设计入手,分别设计了疏追踪方式的硬件设计和软件设计,和精密追踪方式的硬件设计和软件方案设计,验证了两种方法的可行性。硬件设计包括信号采集器、信号处理电路、PLC控制系统、反馈模块、步进电机驱动模块；而软件部分设计了太阳能智能追踪系统的疏追踪软件体系和精密追踪软件体系,实现了各个硬件模块的功能,软件部分还包括光电检测数据的处理以及追踪机构的驱动控制。最后,设计了太阳能智能追踪系统的相关环节的实验。通过对实验数据的分析和总结,证明了模糊控制策略更加适用于本智能追踪系统,验证了运算电路和模糊控制的合理性。 【关键词】：太阳能追踪技术 四象限光电探测器 光电追踪 模糊控制
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.4;TP273.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题研究的背景10
• 1.2 太阳能的利用10-11
• 1.3 太阳能利用的特点11-12
• 1.4 课题研究的目的和意义12-14
• 1.4.1 火电特点12-13
• 1.4.2 水电特点13
• 1.4.3 核电特点13
• 1.4.4 太阳能特点13-14
• 1.5 太阳能发电技术的发展与问题14
• 1.6 太阳能利用的国内外发展现状14-15
• 1.7 太阳能利用的未来15
• 1.8 论文的研究内容15-18
• 第二章 太阳能智能追踪系统的整体设计18-22
• 2.1 太阳能智能追踪方式的比较18-19
• 2.1.1 压差式追踪器18
• 2.1.2 控放式追踪器18
• 2.1.3 光电式追踪装置18-19
• 2.1.4 机械运动式追踪装置19
• 2.2 确定太阳能智能追踪方案19-20
• 2.3 系统的整体设计20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 太阳能智能追踪系统的硬件设计22-36
• 3.1 PLC的选型及硬件资源的分配22-23
• 3.2 传感器的选取23-26
• 3.2.1 光敏电阻式传感器23-24
• 3.2.2 光电管式传感器24-25
• 3.2.3 微型光电池式传感器25-26
• 3.3 疏追踪检测传感器及电路设计26-27
• 3.3.1 疏追踪检测装置26
• 3.3.2 疏追踪检测传感器的电路设计26-27
• 3.4 精密追踪检测传感器及电路设计27-31
• 3.4.1 精密追踪检测传感器27-29
• 3.4.2 精密追踪检测传感器的电路设计29-31
• 3.5 驱动器的原理31-32
• 3.6 步进电机调速和驱动电路设计32-34
• 3.7 本章小结34-36
• 第四章 太阳能智能追踪系统的软件方案设计36-46
• 4.1 系统的主程序设计36-41
• 4.2 疏追踪系统的软件设计41-42
• 4.3 精密追踪系统的软件设计42-44
• 4.4 反馈系统程序设计44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 实验设计与分析46-54
• 5.1 追踪系统的电路模拟实验46-47
• 5.2 三种天气状况的电路模拟实验47-48
• 5.3 太阳能电池板输出功率的仿真48-49
• 5.4 运算电路合理性检验49-50
• 5.5 追踪误差对比实验50-53
• 5.6 系统误差分析53
• 5.7 本章小结53-54
• 第六章 结论54-56
• 6.1 工作总结54
• 6.2 展望54-56
• 参考文献56-60
• 作者简介60
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文60-62
• 致谢62

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