太阳能电池板自动追光系统研究与实现

【摘要】：太阳能是一种无污染可再生的清洁能源，大力开发利用太阳能对缓解我国目前紧张的能源危机有着重要的实际意义。本文在研究现有相关追光理论的基础上，设计了一种新的太阳自动跟踪控制系统，将视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合，从而克服了视日运动轨迹跟踪存在积累误差的问题，同时也解决了光电跟踪容易受外界环境影响，追光性能不稳定等缺点。本文主要对以下几个方面做了研究： （1）对现有的追光理论、追光方式以及目前应用最多的几种光电转换器件的功能和特性进行了研究分析，确定了本文将采用视日运动轨迹跟踪与光电跟踪相结合的太阳跟踪方案，采用四象限硅光电池作为本系统的光电转换元器件，并将凸透镜和四象限硅光电池相结合设计了本系统的光电传感器。 （2）对视日运动轨迹跟踪方式中涉及到的太阳高度角及方位角计算公式的精确性和实用性进行了对比分析，确定了本文拟采用的太阳赤尾角和时差计算公式。 （3）对系统的硬件和软件进行了设计。硬件主要对单片机的相关接口电路、光电传感器电路、液晶显示电路以及电机驱动电路进行了设计；对系统软件进行了模块化的设计，主要分为视日运动轨迹跟踪模块和光电跟踪模块两大部分。 （4）针对光电跟踪模块采用电路仿真软件PROTEUS-ISIS对电机驱动部分进行了仿真，通过分析表明电机转动角度符合系统设计要求。 通过实际调试和试验表明，本系统完全能够在没有外界电源的情况下，利用太阳能电池板所产生的电能驱动两个直流电机，实现在不同天气条件下对太阳的实时自动跟踪，这将有助于从江南体育在线直播观看 发电装置方面提高太阳能的光电转换效率。 【关键词】：太阳跟踪 跟踪算法 四象限硅光电池 直流电机
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.1 能源危机与环境问题9-10
• 1.1.2 利用太阳能的优势10-11
• 1.2 当前太阳能利用中存在的问题11-12
• 1.3 太阳跟踪技术国内外发展现状12-13
• 1.4 课题的意义和主要工作13-14
• 1.4.1 本课题的研究意义13-14
• 1.4.2 本文的主要内容和结构安排14
• 1.5 本章小结14-15
• 第二章 太阳跟踪原理及方案设计15-32
• 2.1 太阳运行的轨迹分析15-18
• 2.1.1 天球15
• 2.1.2 地平坐标系15-17
• 2.1.3 赤道坐标系17-18
• 2.2 太阳跟踪方案的选择18-24
• 2.2.1 视日运动轨迹跟踪方式18-22
• 2.2.2 光电传感器跟踪方式22-23
• 2.2.3 视日运动轨迹跟踪与光电探测器跟踪方式相结合23
• 2.2.4 三种跟踪方式的比较23-24
• 2.3 光电传感器部分方案选择与设计24-29
• 2.3.1 光电转换器件理论基础24-26
• 2.3.2 光电传感器的设计26-27
• 2.3.3 本课题设计方案基于凸透镜与四象限硅光电池27-29
• 2.4 本课题太阳动态跟踪系统设计29-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 太阳视日运动轨迹跟踪算法设计32-42
• 3.1 太阳高度角及方位角的计算32-37
• 3.1.1 太阳赤尾角计算公式的选择32-35
• 3.1.2 太阳时差计算公式的选择35-37
• 3.2 地理经纬度以及时间信息的获取37-41
• 3.2.1 GPS 模块37-38
• 3.2.2 GPS 的应用特点38
• 3.2.3 本系统采用的 GPS 模块性能介绍38-40
• 3.2.4 GPS 通信协议 NEMA-0183 协议40-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 系统硬件设计42-52
• 4.1 控制系统总体设计42-43
• 4.2 单片机的选型43-45
• 4.3 单片机接口电路设计45-47
• 4.3.1 电源电路设计45-46
• 4.3.2 晶振电路设计46
• 4.3.3 复位电路设计46-47
• 4.3.4 串口通讯电路设计47
• 4.3.5 在线编程调试接口47
• 4.4 电机驱动电路设计47-49
• 4.5 显示电路设计49
• 4.6 光电传感器电路设计49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第五章 系统软件设计52-62
• 5.1 系统软件开发环境介绍52-54
• 5.1.1 软件开发环境 MPLAB IDE52
• 5.1.2 编译器 CCS 介绍52-53
• 5.1.3 PIC-kit3 编程器/调试器53-54
• 5.2 主控模块软件总体设计54-55
• 5.3 视日运动轨迹跟踪模块软件设计55-59
• 5.3.1 视日运动轨迹跟踪总体设计55-56
• 5.3.2 太阳高度角和方位角天文算法设计56-59
• 5.4 光电跟踪模块程序设计59-60
• 5.5 本章小结60-62
• 第六章 系统仿真与调试62-72
• 6.1 仿真软件 PROTEUS 简介62
• 6.2 单片机驱动直流电机的仿真62-69
• 6.2.1 仿真软件 PROTEUS 的环境搭建62-64
• 6.2.2 四象限模拟仿真电路64-65
• 6.2.3 电路仿真分析65-69
• 6.3 系统调试分析69-71
• 6.4 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-76
• 攻读学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77

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