多平面镜聚光太阳能跟踪系统的设计与研究

摘要

太阳能发电是当今能源利用的一个重要研究方向,如何提高太阳能电池板的发电效率是光伏系统研究的重要课题之一.本文在利用包含角度信息的全景图像以及对太阳区域特征识别的基础上,采用多平面镜折射聚光的方法,设计了一套多镜面太阳能聚光跟踪系统.该系统可实现对太阳移动的实时跟踪,准确定位,为多平面镜聚光提供了有效的折射角信息. 作者做了以下主要工作: 1、分析了光伏系统的聚光方式,给出了多平面镜反射聚光方式下平面镜的布局、跟踪太阳移动位置的运动方程和多平面镜协调控制算法. 2、利用全景图象包含高度角方位角信息的特性,提出一种采用目标特征知识判断识别的天空全景图象太阳位置定位测量方法.该方法通过对图像进行仿人眼光学滤色镜效果的(H、S、I)变换域处理,凸现图像中高光度区域;根据各区域的轮廓、偏移量、面积等动态特征识别出图像中的太阳斑区;通过全景图象中太阳斑区中心点计算出太阳与视点之间的高度角与方位角. 3、设计了一套多平面镜聚光跟踪系统,给出了系统组成结构,以及硬件原理图和软件设计框图.并以该系统对上述提出的方法进行了实验验证. 通过五镜面反射聚光实验数据分析表明,该方法不仅能在一般情况下快速准确的进行太阳方位的跟踪,在物体遮挡,光线漫射,图像失真等情况下也能准确定位,能实现多平面镜快速准确跟踪太阳位置反射聚光,使太阳能电池发电效率提高3-4倍.

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致谢

第一章绪论

1.1太阳光伏利用的重要性

1.2国内外聚光太阳能利用的现状与研制开发趋势

1.3聚光太阳能利用系统的分类及分析

1.4论文研究的主要内容和前景

第二章聚光系统方法研究

2.1聚光方法分析

2.1.1光漏斗聚光法

2.1.2抛物面聚光法

2.1.3菲涅尔透镜聚光法

2.2多平面镜聚光方法分析与研究

2.2.1实现跟踪控制的方案选择

2.2.2运动方程的建立

2.2.3协调控制算法

第三章太阳能跟踪方法分析与研究

3.1常用太阳方位跟踪方法研究与分析

3.1.1光电跟踪法

3.1.2视日运动轨迹跟踪法

3.2全景图像定位跟踪方法研究

3.2.1基于光学滤色变换的图像高光度点快速判定

3.2.2高光度光斑区域的平面图像变换

3.2.3太阳区域特征提取与识别定位

3.2.4视点与太阳相对方位的定位算法

第四章实验系统设计

4.1多平面镜聚光太阳能跟踪系统的总体设计

4.1.1系统功能与结构设计

4.2多平面镜聚光太阳能跟踪系统的硬件结构设计

4.2.1聚光板阵列结构与方式设计

4.2.2太阳方位测量子系统硬件设计

4.2.3伺服传动子系统硬件设计

4.2.4测量子系统硬件设计

4.3多平面镜聚光太阳能跟踪系统的软件设计

4.3.1主体程序设计

4.3.2跟踪策略算法设计

4.3.3传动模块

4.3.4测量模块

4.3.5校正模块

4.3.6人机交互界面

第五章实验结果与分析

5.1实验条件

5.2实验结果与数据

5.2.1太阳方位定位跟踪试验

5.2.2多平面镜聚光实验

5.3实验分析

第六章总结和展望

6.1工作总结

6.2工作展望

参考文献

附录