太阳能发电工程中追日系统的设计

【摘要】：太阳能作为一种无污染、可再生的清洁能源，其应用前景十分广阔。但太阳能是一种强度不均、间歇性、空间分布不均衡的能源，这就对于如何高效地收集太阳能提出了技术性挑战。传统的固定式太阳能采集系统并没有充分利用太阳的能量，转换效率相对较低。我国幅员辽阔，太阳能资源极其丰富。因此，如何高效、合理地利用太阳能是一项具有重要研究价值的课题，对于解决未来资源短缺有着深远的意义。 本课题的研究方向是设计一种高精度、结构简单、造价低廉的实时跟踪太阳的智能控制系统，以提高现有太阳能发电系统的实际效能。设计目标旨在未来的太阳能发电系统具有适合各种气象条件、高效率、高可靠并具有高精度实时追踪的性能。为实现研发的目标，实验样机采用了STC12C5A40S2高性能单片机作为系统控制的核心部件。 实验样机采用了两种追日模式：1、光电检测追踪模式；2、太阳角度追踪模式，解决了在不同天气状况中系统的运作。晴天时，系统则启用光电检测追踪模式，而阴天时系统采取太阳角度追踪模式。两种模式的运用较科学的解决了太阳能发电效率低的问题。以光电传感器为基础的光电检测追踪模式是通过一个多路光纤将太阳光引入装置（运用了具有自主知识产权的“一种太阳敏感器及其测量方法”的基本测量原理，已授权），以差分信号精确判断太阳的偏离值，由单片机做出智能决断，发送控制信号，从而控制步进电机带动太阳能电池板始终正对太阳；而在太阳角度追踪模式下，通过GPS模块提供的数据，经软件处理，获取太阳高度角和太阳方位角的实时动态数据，以此控制步进电机驱动太阳能电池板，完成对太阳的定位追踪。实验样机的监控程序采用了C51语言编制，软件结构运用模块化设计的思想。 本文将详细地介绍和讨论了跟踪器的原理、电路设计与制作、实验样机调试以及机械结构。对实验样机进行了调试和运行，试运行的结果已经基本实现了课题的原定功能。经进一步改善，将可用于未来的太阳能发电系统。 【关键词】：太阳能 光电检测 太阳角度 GPS模块 微控制器 追日
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM615
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的背景9-11
• 1.1.1 能源危机9-10
• 1.1.2 太阳能的优势10-11
• 1.2 课题意义11
• 1.3 太阳能利用的国内外发展现状11-14
• 1.3.1 太阳能的利用现状11-13
• 1.3.2 追日系统现状及趋势13-14
• 1.4 论文的工作及结构14-17
• 第二章 追日系统的总体设计17-25
• 2.1 追踪方式的选择17-18
• 2.2 系统研发设计流程18-19
• 2.3 系统的总体设计19-24
• 2.3.1 太阳角度模块设计20-22
• 2.3.2 光电探测器设计22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 追日系统的硬件设计25-44
• 3.1 单片机选型与介绍25-26
• 3.2 光电检测电路设计26-31
• 3.2.1 光敏元件的选择26-27
• 3.2.2 放大器的选用27-28
• 3.2.3 放大电路的设计28-31
• 3.3 GPS 模块31-33
• 3.4 单片机与步进电机驱动接口电路设计33-34
• 3.5 步进电机驱动电路设计34-38
• 3.6 数据通讯电路设计38-39
• 3.7 电源设计39-40
• 3.8 系统辅助电路设计40-43
• 3.8.1 复位电路40-41
• 3.8.2 振荡电路41
• 3.8.3 按键和指示灯电路41-42
• 3.8.4 初始位置定位设计42-43
• 3.9 本章小结43-44
• 第四章 追日系统的软件设计44-52
• 4.1 监控程序设计44-46
• 4.1.1 编程软件简介44
• 4.1.2 监控程序设计44-46
• 4.2 太阳角度追踪设计46-47
• 4.3 光电探测程序模块设计47-49
• 4.4 通讯模块设计49-50
• 4.5 手动控制程序设计50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第五章 机械结构设计52-55
• 5.1 机械结构原理52-54
• 5.2 本章小结54-55
• 第六章 实验样机测试55-60
• 6.1 光电模块测试55-57
• 6.2 太阳角度追踪模块测试57-58
• 6.3 整体性能联调58-59
• 6.4 本章小结59-60
• 第七章 总结与展望60-61
• 7.1 总结60
• 7.2 展望60-61
• 参考文献61-64
• 攻读学位期间公开发表的论文64-65
• 致谢65-66

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