采用plc的光伏阵列跟踪控制

【摘要】：在一次能源的利用中，人类主要利用石油、天然气和煤炭等化石资源，随着人口的不断增加、经济的快速发展以及社会生活水平的逐步提高，世界能源消费量一直不断增长，人类的能源需求面临着严重的挑战。太阳能作为一种巨量的可再生能源，能量丰富、分布广泛、不污染环境，是构成未来能源结构的基础，也是人类所需要的能源补充。从经济社会走可持续发展之路和保护人类赖以生存的地球生态环境的高度来审视，开发利用太阳能具有重大的战略意义。 光伏发电的最基本元件是光伏阵列，主要是晶体硅光伏电池、非晶体硅光伏电池和薄膜光伏电池，但是由于光电转换效率太低，导致光伏发电功率密度低难以形成高功率发电系统，要发出足够的电则需要许多光伏电池板，因此系统的成本造价太高。太阳能电池板跟踪控制可以使电池板与太阳照射光线保持垂直，接收到更多的太阳照射强度，提高太阳能的利用率，增加发电量。 本文根据光伏发电的原理分析，建立光伏发电的物理模型并利用PSIM软件对其进行仿真，得出光伏发电的伏安特性、输出特性、在不同光照和温度条件下的输出特性。对比了典型的聚光器类型，选择了合适的聚光器类型。分析太阳的运动规律，提出计算各种太阳角的方法，然后分析了视日跟踪控制和光电跟踪控制方法的优缺点，将这两种跟踪方法进行有机结合，扬长避短。提出将光电跟踪作为主要的跟踪方式，视日跟踪控制为辅，进行光伏阵列控制过程的设计，结构设计方便、跟踪的准确度高。 通过控制系统所实现的功能分析，论文完成了基于OMRON PLC的太阳能电池板跟踪控制的硬件与软件设计。主要内容包括了跟踪系统的组成与工作原理、可编程逻辑控制器PLC单元、传感器与信息处理单元、电源单元、光伏模块与电磁机械单元。软件部分主要包括PLC控制和监控程序、PC监控与数据处理程序，分析实验结果,提出了方案的改进方法。 本文所设计的基于PLC的太阳能电池板自动跟踪控制系统价格低廉、结构简单，运行稳定。 【关键词】：光伏发电 聚光器 跟踪 PLC
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第1章 绪论7-13
• 1.1 课题背景7
• 1.2 光伏发电的特点7-9
• 1.2.1 光伏发电的优点8
• 1.2.2 光伏发电主要存在的问题8-9
• 1.3 光伏发电跟踪技术的发展9-12
• 1.3.1 光伏发电发展现状及趋势9-10
• 1.3.2 光伏发电跟踪技术10-11
• 1.3.3 最新研究动态11-12
• 1.4 本文主要完成的工作12-13
• 第2章 光伏电池的研究与聚光器的设计13-23
• 2.1 光伏电池的工作原理13-14
• 2.2 光伏电池的输出特性参数14-16
• 2.2.1 伏安特性曲线14
• 2.2.2 输出功率和填充因数14-15
• 2.2.3 输出效率15
• 2.2.4 温度特性和光照特性15-16
• 2.3 基于物理机制的光伏阵列仿真模型16-19
• 2.3.1 基于 PSIM 软件的光伏阵列仿真模型16-17
• 2.3.2 仿真结果与分析17-19
• 2.4 跟踪系统中聚光器的研究19-21
• 2.4.1 聚光器的基本原理19-20
• 2.4.2 聚光器的分类20-21
• 2.5 本章小结21-23
• 第3章 光伏阵列跟踪控制23-29
• 3.1 太阳运动规律23-24
• 3.1.1 赤道坐标和水平坐标23-24
• 3.1.2 太阳角的计算24
• 3.2 太阳跟踪控制方式24-26
• 3.2.1 视日跟踪控制25
• 3.2.2 光电跟踪控制25-26
• 3.2.3 视日跟踪与光电跟踪相结合26
• 3.3 光伏阵列跟踪控制设计26-27
• 3.3.1 跟踪控制过程26-27
• 3.3.2 跟踪控制转动部分27
• 3.4 本章小结27-29
• 第4章 自动跟踪系统的硬件设计29-35
• 4.1 控制系统的硬件总体设计29
• 4.2 可编程逻辑控制器 PLC 单元29-30
• 4.3 光伏模块和电磁机械运动模块30-31
• 4.4 电源模块31-32
• 4.5 传感器检测32-34
• 4.6 信号处理单元34
• 4.7 本章小结34-35
• 第5章 系统软件流程及调试35-45
• 5.1 通信硬件及软件介绍35-36
• 5.2 PLC 逻辑控制36-39
• 5.3 PC 监控和数据处理程序39-42
• 5.3.1 系统构成39
• 5.3.2 采用 VC++6.0 进行上位机通信39-42
• 5.4 提高电池板跟踪的准确度和稳定性42-43
• 5.5 本章小结43-45
• 结论45-47
• 参考文献47-50
• 致谢50-51
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果51

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