高精度太阳跟踪传感器与控制器的研究

发布时间：2020-04-24 22:49

【摘要】： 随着能源问题和环保问题日益严重,人们对太阳能等新能源的开发利用越来越重视。提高太阳能发电系统的太阳能利用率、降低发电系统建造成本是太阳能应用领域面临的两个主要难题。本论文对太阳跟踪技术进行了系统研究,可实现太阳能更高效地利用。本论文提出了一种高精度太阳跟踪控制方法,即采用太阳位置光电传感器实时检测太阳位置偏差信号,通过特定的电路进行信号处理后再经过模数转换输入单片机,经过单片机再进行进一步的处理得到反馈的太阳位置偏差角度,进而驱动步进电机实现对太阳的精确跟踪。论文首先设计并制造了一种基于太阳位置测量的高精度、宽范围并且稳定性好的太阳位置传感器,实验表明传感器的检测精度得到较大提高。在此基础上设计了基于单片机的太阳跟踪控制器,完成了跟踪器外围硬件电路和软件设计,并且搭建了太阳跟踪控系统,完成了软件编程和系统调试工作,最后对将传感器和控制器的实际效果进行了实验验证。实验表明：太阳位置传感器可以实时精确检测太阳位置,跟踪精度能满足高倍聚光发电系统的要求,系统运行可靠,控制器结构简单,可完成信号处理及运动控制,可大幅度降低跟踪系统成本。
【图文】：

单轴跟踪,极坐标系,太阳跟踪

(l)国外太阳跟踪系统研究对于跟踪系统的研究，Inha大学机电工程系Yong幻m[9]建立极坐标系单轴太阳跟踪系统用于CPC太阳能收集热性能的评价。如图1一2所示。结果表明跟踪式太阳能CPC热收集器比固定式效率提高14.9%。图1一2极坐标系下单轴跟踪系统智利玛利亚大学(UTFSM)从1962年由Finster建立第一个太阳跟踪器[’01，后来附加了电子控制自动跟踪系统去定位热量计[川，Maldonado[‘21建立了由计算机程序控制的系统，之后附加了瑞士的INTRA单元，这代表了同时融合了微处理控制和光电控制的优点，代表着一种新型的太阳跟踪系统，如图1一3所示能够提供较为精确的控制精度[”]。

复合跟踪,太阳跟踪,双轴,太阳

图1一3自动太阳跟踪系统[l41Rubfo， ER.【’5]提出了一种应用新的控制策略即复合跟踪系统的双轴太阳跟踪器，如图1一4所示，包括建立在太阳运动模型上的开环跟踪策略和一个动态反馈控制器使跟踪系统能够高精度的跟踪太阳而无需准确的安装跟踪器和校准。图1一4双轴太阳跟踪器的机械结构在高倍聚光发电系统方面，如图1一5所示，AMONix公司开发的高效率聚光太阳能电池发电(IHCPv)就是通过GPS卫星定位系统和光敏定向系统确保双轴液压自动跟踪系统的聚光精度最大不超过0.50，从而使该系统的光电转换总效率高达18%，高于目前平板型硅太阳电池发电系统的光电转换总效率。获取当地时间和地理位置(包括纬度和经度)信息计算太阳位置，并在高度角和方位角输出轴上连接位置编码器，，实现开环控制法则[’“]。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK51

【引证文献】