太阳能接收装置自动跟踪系统研究

发布时间：2020-07-18 03:36

【摘要】：随着我国经济的快速发展,居民和企业的用电量大幅度增加。火电厂以其耗能大、污染重、效率低的缺点必将会被淘汰。人们的注意力正逐渐转向可再生能源的利用与开发,太阳能毫无疑问将会是未来人类最安全、最绿色、最理想的替代能源。但是太阳能存在着密度低、间歇性、光照方向和强度随时间不断变化的问题,所以如何实现太阳能光伏板对太阳位置的自动跟踪成为了迫切需要解决的问题。本文就是在这一背景下提出的视频太阳能跟踪系统。通过对国内外现有跟踪方式的对比分析,发现现在普遍采用的光电式跟踪存在着不能连续监测太阳光线变化的缺点,再综合其他传感方式的优缺点,本文提出了采用视频摄像头为传感器元件的跟踪方式。针对长时间注视太阳会照成摄像头灼伤的问题,采用巴德膜滤光,巴德膜在消减光线和有害辐射的同时,并不会降低被摄物的反差,对视频信号无影响。视频跟踪的方式不仅解决了连续监测光线变化的问题,还提高了跟踪的精确度。该系统去掉了外围复杂的控制电路,利用MATLAB软件强大的数据处理能力为核心,通过数字图像处理技术和模糊模式识别的方法确定太阳的位置。利用计算机庞大的内存空间构建了太阳位置坐标的数据库,方便阴雨天或其他无法检查到太阳时候调用,增加了系统的可靠性与稳定性。针对旧有跟踪系统的抽象性,开发了用于人机交互的可视化程序界面GUI,界面上设有时间显示功能并设计了手动控制按钮,方便控制人员监控现场和手动纠错。将太阳的位置坐标再经过一些简单的计算处理作为控制信号控制现场跟踪机构的移动。现场采用西门子公司的S7-200 CPU224 PLC做为输出的控制单元,通过扫描输出的方法依次控制执行机构运行实现自动跟踪。通过本论文制作了简易的模型,通过与光敏比较式跟踪器的比较验证了其高精确性,并通过长期运行和监控验证了其具有很高的稳定性。实验结果表明,该装置满足跟踪的要求,达到了预期的研究目的。视频太阳能跟踪系统操作简单、性能稳定、实时性强,维护方便,采用模糊识别大大提高了系统的智能性,具有非常好实用价值和推广价值。
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK513.4
【图文】：

变化预测,可再生能源

什么可再生能源是未来人类最安全、最绿色、最理想的替代能源呢？太阳能无疑逡逑是首选。逡逑如图１．１所示，Ｅｕｒｏｐｅａｎ邋Ｊｏｉｎｔ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋Ｃｅｎｔｒｅ（ＪＲＣ）在２００４年发布了未来能源结构与逡逑需求总量变化预测表。预测的依据来源于各种能源的资源量和它们未来技术的发展潜力。逡逑表中不难看出，可再生能源比重在２０３０年出现拐点，预计到２０３０、２０５０、２０７０和２１００年逡逑将分别达到３０％、６２％、７３％和８６％。其中如图所示中的光伏和太阳热发电部分，可Ｗ看逡逑出到２１００年将占总能源比重的６０％左右，可见太阳能的发展潜力巨大。逡逑１６００１逦ｒ逦１＾１邋画~栧义希龋汕苫闪苈义希保矗埃埃喂梢逖舴呵慑义希保玻埃埃我诲澹辏辏欤В义下保埃埃板濉巍巍跚煞商蓅{电逡逑Ｉ邋抑。－置z鰹祷义希慑危桑桑桑伪。甒巧巧生均巧巧逡逑２０００逦２０１０逦２０２０逦２０３０逦２０４０逦２０５０逦２１００逡逑图１．１未来１００年世界能源结构变化预测逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｎｅｘｔ邋１００邋ｙｅａｒｓ，邋ｓｔｒｕｃｔｕｉａｌ邋ｃｈａｎｇｅｓ邋ｉ打邋ｗｏｒｌｄ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｆｏｒｅｃａｓｔｓ逡逑－１邋－逡

原理图,极轴,原理图

逡逑如图２．３所示，跟踪装置的一个轴指向天体北极，称为极轴；另一轴垂直于极轴，称为逡逑赤讳轴。由于一天中太阳在空中的移动是地球自转引起的，所Ｗ固定在极轴上的能源接收逡逑装置Ｗ同速反向绕极轴转动，实现对方位角的跟踪。对高度角的跟踪，控制反射镜环绕赤逡逑韩轴做俯仰旋转。由于其起因为地球的公转，需根据季节而定。送种跟踪方式的优点在于逡逑结构简单，但由于反射镜重也与设备的主要支撑轴线不重合，所承受的应力较大。这对极逡逑轴的支承装置强度上要求很高，难于设计Ｐ１１。逡逑图２．３极轴跟踪原理图逡逑Ｆｉｇ邋２．３邋Ｐｏｌａｒ邋Ｔｒａｃｋｉｎｇ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ逡逑高度角一方位角式太阳位置跟踪法原理如图２．４所示。方位轴与地平面垂直，俯仰轴逡逑垂直于方位轴。通过太阳光线接收部分围绕方位轴的转动来实现对方位角（水平方向）的逡逑跟踪，俯仰位置通过绕俯仰轴转动来实现。通过两轴的共同作用，使太阳的入射光线与接逡逑收面始终保持垂直。高度角方位角转置的的优点在于结构简单易实现

原理图,高度角,位角,原理图

【参考文献】