太阳能双轴跟踪系统的实现及其MPPT算法研究

摘要

随着全球性传统能源紧缺与严重的环境污染，太阳能作为可再生资源逐渐受到全世界关注和重视。在人类开发和利用太阳能中，太阳能跟踪系统是利用太阳能至关重要组成的一部分。据研究分析得知：在条件相同的情况下,太阳能发电跟踪式系统能量接收率比不跟踪式系统能量接收率提高了37.7％。所以在这种的背景下，出于提高太阳利用率为目的情况下，本文设计出了以单片机K60P100SYS为控制核心，步进电机为驱动的传动机构，通过程序控制为主，光电检测构成反馈回路来实现全方位高精度的智能型太阳能双轴自动跟踪的装置。
　　本文首先介绍了课题研究和太阳能发展的背景，在此基础上分析了太阳能的特点；而后对跟踪系统与最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking， MPPT)国内外现状进行分析；同时还介绍了研究本课题意义和应用前景。
　　其次，介绍了太阳运行规律和太阳跟踪系统的研究，对这些跟踪系统方案分析与选择后，对整个系统的机械结构设计与装置的选择。同时还介绍了太阳能跟踪系统电路设计：包括电机驱动电路设计、电压和电流采集电路设计和对太阳能电池板进行了降温除尘电路设计。再次，介绍了几种常见光伏组件最大功率点跟踪控制算法，建立仿真模型对扰动观察法、电导增量法和细菌觅食算法进行系统仿真实现，比较了它们优缺点。仿真分析表明细菌觅食算法比其他方法更快，更稳定，不会出现误判等优点。最后，对系统装置进行组装、结构焊接和焊接电路板设计出实物，然后对太阳能跟踪系统实物进行室外调试和测试，并验证了设计的合理性和准确性，同时对全文进行了总结和展望，并提出了后续还需改进的地方。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究目的和意义

1.4 论文研究的内容

1.5 论文组织结构安排

第2章 太阳能双轴跟踪系统的总体设计

2.1 太阳运行规律

2.2 太阳跟踪系统的研究

2.3 机械结构设计

2.4 步进电机

2.5 硬件设计

2.6 控制系统的设计思想与总体结构

2.7 本章小结

第3章 基于细菌觅食算法的MPPT方法研究

3.1 MPPT方法

3.2 基于细菌觅食算法的MPPT控制方法

3.3 仿真与比较系统仿真实现

3.4 本章小结

第4章 实物实验和结果分析

4.1 单轴和双轴实验结果分析

4.2 步进电机性能试验

4.3 跟踪功率对比

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

攻读学位期间的研究成果