光伏阵列双轴跟踪系统的研究与设计

摘要

工业的快速发展过度消耗化石能源，能源紧缺问题越来越严重，加速开发利用以太阳能为主的可再生能源已成为人们的共识。本文主要内容是研究光伏阵列双轴跟踪系统，目的是使光伏阵列能够与太阳的辐射光线保持实时垂直的关系，充分利用太阳的辐射光照提高光伏发电的效率。
　　论文以STC89C52RC单片机作为控制器，采用四象限光敏电阻分压器太阳位置检测和双轴结构来研究如何使光伏阵列垂直接收太阳的辐射光线。用PCF8591P模数转换采集光敏电阻的电压，将电压模拟量转换成数字量。利用单片机的定时器和中断发出PWM脉冲驱动舵机转动，一个舵机完成俯仰轴跟踪，另一个舵机完成方位轴跟踪。双轴跟踪系统的执行机构用两个 SG90模拟舵机来带动光伏阵列转动，根据四象限光敏电阻的电压差是否在允许误差内确定光线是否垂直照射到光伏阵列上。考虑实际光伏发电在白天雨天的情况下还能发出一部分电，系统加入了雨滴传感器来识别雨天，能够在白天雨天的情况下由双轴跟踪变成固定安装光伏阵列的模式，不再跟踪寻光，节约了跟踪系统的能耗。当雨滴传感器上没有雨滴时能够自动转入跟踪的模式。双轴跟踪系统还加入了光敏电阻来识别黑夜，当光伏阵列双轴跟踪系统在黑夜时，不再启用跟踪模式。
　　双轴跟踪的硬件包括总体设计、双轴跟踪控制模块设计、四象限光敏电阻分压器太阳位置检测设计、雨滴传感器和光敏电阻识别天气设计、舵机驱动电路设计。系统软件采用模块化编程，将整个系统分为总体流程设计、模数转换流程设计、雨滴传感器识别雨天流程设计、寻光跟踪流程设计等部分。最后在实验室的条件下对整个双轴跟踪系统进行了实物焊接和波形测试，验证了跟踪的可行性，实现了跟踪寻光。

目录

声明

1 绪 论

1.1 光伏阵列发电背景

1.2 光伏阵列跟踪发展现状

1.3 光伏阵列跟踪课题的提出及意义

1.4 光伏阵列跟踪研究内容与章节安排

2 光伏阵列性能研究与分析

2.1 光伏阵列接收辐射能的因素

2.2 光伏阵列单个电池的数学模型

2.3 光伏阵列双轴跟踪系统分析

2.4 双轴跟踪轨迹算法分析

2.5 本章小节

3 光伏阵列双轴跟踪系统的硬件设计

3.1 双轴跟踪系统的总体设计

3.2 双轴跟踪的控制模块设计

3.3 光敏电阻分压器光强检测电路设计

3.4 雨滴传感器电路设计

3.5 舵机驱动电路设计

3.6 双轴跟踪系统总体原理图

3.7 本章小结

4 光伏阵列双轴跟踪系统的软件设计

4.1 双轴跟踪总体流程设计

4.2 双轴跟踪系统初始化程序设计

4.3 模数转换程序设计

4.4 雨滴传感器和光敏电阻识别天气程序设计

4.5 寻光跟踪程序设计

4.6 本章小节

5 双轴跟踪系统实验测试

5.1 双轴跟踪系统电路焊接

5.2 双轴跟踪系统程序调试

5.3 波形实验测试

5.4 光伏设计软件验证分析

5.5 本章小节

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

作者从事科学研究和学习经历简介

攻读硕士期间主要成果