一种侧拉式太阳能跟踪器的研究与设计

【摘要】：太阳能取之不尽用之不竭,是被世界公认的理想的清洁能源。太阳能的利用已经成为研究的热点。目前,制约太阳能光伏发电的主要因素是光电转换成本高,发电量波动大,不适合于远距离输送。采用自动跟综系统可以延长太阳能发电时间,增加发电量,一定程度上降低发电量的波动,降低太阳能发电成本。为了促进自动跟日技术研究,推动太阳能发电技术的快速发展,本文根据许启明导师的发明专利,结合了跟踪器的机械原理和控制原理,在有关机械、控制工程师的配合下,研究了基于单片机控制的全新概念太阳能跟踪器。 在研究了近年来国内外在自动跟日技术和自动跟日系统领域的主要研究成果,技术特征和应用状况的基础上,讨论了一种全新机械设计理念,基于单片机控制的单轴跟踪器。跟踪控制器采用MSP430作为控制芯片,光敏检测装置校正跟踪误差。该跟踪器的主要优点在于结构简单、成本低廉、稳定性好、抗风暴能力强、跟踪能耗低、控制程序简单、精度高等特点。 本文主要工作如下: (1)研究了太阳能利用跟踪技术的主要成果,分析主动式跟踪和被动式跟踪,单轴跟踪和双轴跟踪各自的优缺点和适用场合,确定了本跟踪器设计的方案。 (2)讨论了太阳能跟踪器的机械结构,该结构具有一个自由度,东西方向跟踪太阳转动,南北方向固定角度放置。该机械结构的运动由一个步进电机驱动,完成对太阳的跟踪。 (3)讨论了太阳能跟踪控制系统的硬件系统。硬件系统主要由单片机控制单元、电源单元、光电检测单元、电机驱动、和键盘及信号采集等部分组成,完成整个电路的控制和驱动。 (4)完成了太阳能跟踪控制系统的软件设计。根据各软件功能模块设计相应的软件。主要功能模块为:信号采集模块、步进电机模块以及其他相关功能的模块设计。运用中天定位,使程序控制简化、方便,有利于提高跟踪精度。 (5)对太阳能跟踪系统的控制系统进行了性能测试并进行了经济性分析。 【关键词】：太阳能 光伏发电 跟踪装置
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK513.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-15
• 1 引言10-15
• 1.1 发展太阳能光伏发电的重大意义10-14
• 1.1.1 降低“温室效应”10-11
• 1.1.2 缓解化石能源危机11-12
• 1.1.3 解决无电地区的用电问题12
• 1.1.4 光伏发电技术存在的主要问题12-14
• 1.2 本文研究内容14-15
• 1.2.1 机械结构部分14
• 1.2.2 控制系统硬件设计14
• 1.2.3 控制系统软件设计14-15
• 第2章 太阳能光伏发电跟踪原理15-25
• 2.1 光伏发电跟踪原理15-18
• 2.1.1 赤道坐标系15-17
• 2.1.2 地平坐标系17-18
• 2.2 太阳能跟踪技术的发展现状18-21
• 2.2.1 主动跟踪系统18-19
• 2.2.2 被动跟踪系统19-20
• 2.2.3 混合式跟踪系统20-21
• 2.3 单双轴跟踪系统发电量比较21-22
• 2.4 跟踪系统的广泛应用22-23
• 2.5 太阳能光伏发电产业发展现状23-24
• 2.6 太阳能跟踪技术存在的问题24-25
• 第3章 侧拉式跟踪器设计方案的确定25-30
• 3.1 简介25-26
• 3.1.1 单双轴跟踪系统分析25
• 3.1.2 主被动跟踪方式分析25-26
• 3.2 跟踪系统方案26
• 3.2.1 跟踪轴数的确定26
• 3.2.2 跟踪控制方式的确定26
• 3.3 侧拉式跟踪器设计方案26
• 3.4 设计方案的创新点26-28
• 3.4.1 机械设计原理创新26-28
• 3.4.2 控制系统创新28
• 3.5 本章小结28-30
• 第4章 太阳能跟踪控制器机械结构30-33
• 4.1 太阳能跟踪器机械结构组成30-32
• 4.1.1 水平跟踪自由度方向结构30-32
• 4.2 太阳能跟踪器机械结构的工作原理32-33
• 第5章 系统硬件设计33-41
• 5.1 概述33
• 5.2 硬件设计辅助软件33
• 5.3 控制系统的电路设计33-41
• 5.3.1 单片机电路33-35
• 5.3.2 电源电路35-36
• Ⅰ 源芯片的选型35-36
• Ⅱ 源芯片电路设计36
• 5.3.3 时钟电路36-37
• Ⅰ 钟电路芯片选型36
• Ⅱ时钟电路设计36-37
• 5.3.4 步进电机37-39
• 5.3.5 光敏检测电路39
• 5.3.6 串口通信39-41
• Ⅰ 片选型39-40
• Ⅱ 口电路设计40-41
• 第6章 系统的软件实现41-45
• 6.1 WORKBENCH的应用41
• 6.2 软件设计的程序流程图41-42
• 6.2.1 主体程序41-42
• 6.3 电机驱动的程序设计42-43
• 6.4 软件调试43-45
• 第7章 性能测试与经济效益分析45-50
• 7.1 概述45
• 7.2 侧拉式太阳能自动跟踪器的实验与分析45-47
• 7.2.1 太阳能自动跟踪控制器45-46
• 7.2.2 力学性能测试46-47
• 7.3 侧拉式太阳能跟踪器效益分析47-50
• 7.3.1 侧拉式光伏发电跟踪系统缩短能量偿还时间47-48
• 7.3.2 侧拉式光伏发电跟踪系统经济收益分析48
• 7.3.3 侧拉式光伏发电跟踪系统减少CO_2排放48-49
• 7.3.4 增加就业岗位49-50
• 第8章 结论与展望50-52
• 参考文献52-56
• 附录：硕士研究生期间表论文与科研情况56-57
• 致谢57

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