大范围太阳光线跟踪传感器及跟踪方法的研究

摘要

在太阳能应用系统中，为了寻求一种结构简单、成本低廉且跟踪精度高的太阳跟踪装置，论文研究了用廉价光敏元件和单片机实现大范围太阳跟踪的问题。 论文分析了太阳运行规律和跟踪装置各种可能的工作状态，在综合分析目前各种太阳能发电系统跟踪方法特点的基础上，提出了两级跟踪传感器方案。传统一级跟踪传感器可在一定角度范围内实现高精度跟踪太阳。为了将跟踪范围扩大，课题在一级传感器精定位跟踪的基础上，增加了一组传感器进行粗定位跟踪。当跟踪传感器的中轴线与太阳光线的夹角很大时，先采用粗定位传感器跟踪太阳，直到中轴线与太阳光线的夹角在精定位跟踪角度范围内，再采用精定位传感器跟踪太阳，直到传感器跟踪装置的中轴线正对太阳，这样便实现了高精度、大范围太阳跟踪。 通过对传感器跟踪装置所需要实现的功能分析，论文完成了传感器跟踪的硬件和软件设计，制作了一个简易试验装置，对该传感器跟踪装置进行了试验，试验结果分析表明，该传感器跟踪装置的精度可以达到22″，高度角和方位角跟踪范围达到180°。最后分析了在各种天气状况下，传感器的控制策略，使得跟踪传感器在各种状况下均能稳定的工作。 两级传感器跟踪装置结构简单、成本低廉，可用于聚光光伏发电系统、碟式太阳能热发电系统和塔式太阳能热发电系统。

目录

文摘

英文文摘

学位论文独创性声明及使用授权说明

第一章 绪论

1.1课题背景

1.1.1能源的现状及发展

1.1.2中国太阳能资源

1.2课题意义

1.3国内外的研究动态

1.4本论文研究的主要内容

第二章 太阳运行的规律和跟踪方案的比较

2.1太阳运行的规律

2.2几种主要的太阳能发电装置

2.2.1塔式太阳能发电系统

2.2.2聚光光伏发电系统

2.2.3碟式太阳能发电系统

2.3跟踪方案的选择

2.3.1视日运动轨迹跟踪

2.3.2光电跟踪

2.3.3视日运动轨迹跟踪和光电跟踪相结合

2.4控制系统核心部件的选择

第三章 传感器工作原理分析和大范围跟踪的可行性分析

3.1两级传感器跟踪工作原理分析

3.2光电池的选型

3.3大范围跟踪的可行性分析

3.3.1光电池电压输出特性

3.3.2两片光电池电压差输出特性

3.4精度可行性分析

第四章 控制系统功能配置及控制系统的硬件设计

4.1控制系统所需要实现的功能

4.2单片机的选型

4.3控制系统硬件电路的设计

4.4单片机引脚分配

4.5模拟量输入电路

4.6串口电路

4.7电机驱动调速电路

4.7.1直流PWM调速系统的工作原理

4.7.2专用功率基础电路L298简介

4.7.3PWM调速器的硬件组成

4.8电源模块

第五章 控制系统的软件设计

5.1主控制芯片的软件设计

5.2跟踪方法的设计

5.3模拟量采样软件设计

5.4电机调速程序设计

5.5上位机程序设计

第六章 调试结果分析和改进方案

6.1实验参数设定

6.2实验结果分析

6.2.1整体分析一天的实验数据

6.2.2详细分析实验数据

6.3改进方案

6.3.1提高传感器跟踪精度

6.3.2提高传感器调节精度和跟踪稳定性

6.4不同状况下传感器的跟踪策略

6.4.1如何分辨晴天和阴天天气

6.4.2如何处理快云遮情况

6.4.3如何处理慢云遮情况

第七章 全文总结

7.1本设计的特点

7.2前景与展望

致谢

参考文献

附录