混合式光伏发电自动跟踪系统研究

【摘要】：随着化石能源的不断消耗和环境压力持续增加,迫切需要寻找新型能源来填补化石能源的不足。太阳能作为一种理想的绿色替代能源,已成为公认的新能源。太阳能光伏发电作为太阳能利用的重要方式,发展前景非常广阔。在光伏发电系统中使用太阳自动跟踪,能有效的提高太阳能的利用率。因此,本文的研究对提高光伏发电效率、促进光伏发电的推广应用具有重要的意义。 论文首先对混合跟踪系统的总体方案和主要组成部分进行了详细分析,设计了以可编程控制器(PLC)为控制核心的光伏发电系统,该系统在晴天、多云和阴雨三种天气条件下采取不同的跟踪模式；其次分析当前的几种太阳跟踪方法,结合太阳能电池板发电原理,通过实验比较,提出一种将视日运动轨迹跟踪方式和传感器跟踪方式相结合的混合式跟踪方法,该方法能有效提高光电转换效率；再次经过详细分析系统的结构功能,设计了电路的各个部分,并进行整体组合,完成系统电路设计,通过PLC与上位机之间通信接口,实现上位机对系统的实时监控；最后在PLC的专用开发环境STEP7-Micro/WIN32编程软件中完成了对整个系统的软件设计,实现了各个模块的功能,并采用MCGS组态软件实现系统的上位机控制和实时显示。 本论文通过实验测得了混合跟踪、视日跟踪和固定式太阳能电池板输出的开路电压、瞬时电压、电流和输出功率的数据；同时对不同系统的太阳能电池板接收的辐射度进行对比分析,证明混合跟踪系统有较高的光电转化率,并能提供稳定的电能输出,保证用电负载的正常工作。 【关键词】：光伏发电 混合式跟踪 跟踪方式 可编程控制器(PLC)
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TK513.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 光伏自动跟踪系统的国内外发展现状9-10
• 1.3 本文研究的主要内容10-12
• 第二章 太阳能电池板的工作原理12-20
• 2.1 太阳光的性质12-14
• 2.1.1 太阳光性质的有关物理量12-13
• 2.1.2 直射光和散射光13-14
• 2.2 太阳能电池板的工作原理14-19
• 2.2.1 太阳能电池板的基本概念14-15
• 2.2.2 太阳能电池板的封装特性与类型15-17
• 2.2.3 太阳能电池板的发电原理17-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第三章 太阳跟踪方法的研究20-29
• 3.1 太阳跟踪方法介绍20-21
• 3.1.1 传感器跟踪方法20
• 3.1.2 太阳运动轨迹跟踪方法20-21
• 3.2 光伏跟踪方法的研究21-28
• 3.2.1 光电跟踪22-25
• 3.2.2 太阳运动轨迹跟踪25-28
• 3.3 本章小结28-29
• 第四章 跟踪系统硬件设计29-43
• 4.1 光伏跟踪系统的硬件设计30-38
• 4.1.1 太阳方位检测模块30-32
• 4.1.2 光强检测模块32-33
• 4.1.3 数据采集模块33-35
• 4.1.4 PLC控制模块35-38
• 4.2 电机传动系统的硬件电路38-42
• 4.2.1 步进电机的工作原理及特点38-40
• 4.2.2 步进电机的技术指标40
• 4.2.3 步进电机的选择40-41
• 4.2.4 步进电机外部电源41-42
• 4.2.5 步进电机的驱动42
• 4.3 本章小结42-43
• 第五章 跟踪系统软件实现43-54
• 5.1 跟踪系统主程序设计43-44
• 5.2 程序跟踪子程序设计44
• 5.3 传感器跟踪子程序设计44-45
• 5.4 步进电机驱动程序设计45-46
• 5.5 PLC软件开发46-48
• 5.5.1 PLC编程软件简介46-47
• 5.5.2 STEP7-Micro/WIN32编程软件的安装与配置47-48
• 5.6 上位机控制与显示界面48-53
• 5.6.1 上位机开发环境49-50
• 5.6.2 上位机控制与显示界面的设计50-52
• 5.6.3 运行策略52-53
• 5.7 本章小结53-54
• 第六章 实验结果与分析54-63
• 6.1 实验条件54-56
• 6.1.1 太阳能电池型号与参数54-55
• 6.1.2 太阳能光伏发电测试系统55-56
• 6.2 太阳能电池板开路电压及光照强度的测量实验56-61
• 6.3 太阳能电池板输出功率测量实验61
• 6.4 本章小结61-63
• 第七章 总结与展望63-65
• 7.1 本文的工作总结63
• 7.2 论文存在的问题和后续工作展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士期间参加的课题与发表的论文69

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