太阳能双轴自动跟踪系统设计与研究

发布时间：2020-07-29 09:16

【摘要】：在能源短缺日趋严重,不可再生能源日渐枯竭的国际形势下,大力发展可再生能源势在必行。太阳能凭借其清洁、普遍、储量无尽的优点,成为了当今世界各国努力探索与研究的热门。但太阳能分散、不稳定的缺点制约了它的开发和利用。太阳自动跟踪系统是高效利用太阳能资源不可或缺的组成部分。研究证实,天气良好且其他条件相同的情况下,配备双轴自动跟踪系统的太阳能电池板比起面对正午太阳固定朝向安装的电池板,发电量增加30%以上。双轴自动跟踪系统的应用有助于增加日照利用率,提高发电效率。本文基于简单与高效并举的理念,设计了一款采用STM32F103R8T6单片机的半遮挡式四象限光电检测法结合时钟控制法的双轴太阳跟踪控制系统。设定每4分钟检测一次天气情况,判断跟踪方式。光照充足时选择光电跟踪,通过对阴影导致的电流变化进行计算,确定太阳位置,实现太阳轨迹的自动跟踪。光照不足时采用时控跟踪,按照设定的方式旋转太阳能电池板,使电池板表面近似对准太阳位置,减少计算量和能量损耗。遇到8级以上大风天气时,暂停跟踪,风速下降至安全范围内则恢复跟踪。本文设计的光电检测法搜索范围很广,不会因为中断跟踪而丢失目标。本系统对电池板的安装精度要求不高,即使电池板的两根旋转轴没有做到精确竖直或水平放置,也可以高精度的跟踪太阳。在地质条件小幅变化时,本系统不需要进行维护或重新安装。为了实现远程管理,电池板参数采集模块的信号经单片机进行A/D转换,通过USART串行通信传输数据。本文在完成了系统整体结构及软件工作流程的总体设计后,选定了核心控制芯片,按照设计要求和各元件接口类型分配了芯片引脚,将电路划分为多个功能模块,然后分析了各元件的选型、工作原理及电路接线,并完成了相关软件设计。实验证明了该太阳能双轴跟踪控制系统的方案是可行而有效的。该方案的优点有:跟踪迅速、精度高、抗干扰性好、可靠性好、设备成本不高等优点。同时也提出了一些不足和有待改进的地方。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK513.4
【图文】：

随着发电技术的快速发展，以风能、太阳能为代表的可再生能源得到了快展[4]。2014 年 6 月英国石油公司（BPAmoco）在第 21 届世界石油大会上发布BP Statistical Review of World Energy 2014》[5]指出：可再生能源发电增速迅猛占全球能源消费的比例很低，还不到 2.2%。图 1.1 为 2013 年全球和中国一次消费占比示意图。

（3）资源一般带（21100 1500 kwh /m）；（4）资源贫乏带（2 1100 kwh /m）。中国气象局公布了 1978-2007 年全国年平均总辐射量空间分布如图 1.2 所体来看，中国太阳能资源相当丰富，具有广阔的发展前景。

地球公转时正午太阳高度角和白昼时间的变化

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本文编号：2773759